Đơn vị đo lường¶
Trang này tổng hợp các đơn vị đo lường thường gặp trong điện tử, truyền thông, lưu trữ và vô tuyến, kèm công thức quy đổi để tra nhanh. Thứ tự trình bày: hệ SI và tiền tố, dung lượng và tốc độ dữ liệu, thang logarit (dB), tần số và thời gian, điện và công suất, sau đó là các đơn vị riêng của vô tuyến, và cuối cùng là bảng quy đổi nhanh.
Hệ SI và đơn vị dẫn xuất¶
Hệ đơn vị quốc tế (SI) gồm 7 đơn vị cơ bản. Mọi đơn vị còn lại là đơn vị dẫn xuất, được suy ra từ các đơn vị cơ bản.
| Đại lượng | Đơn vị cơ bản | Ký hiệu |
|---|---|---|
| Chiều dài | mét | m |
| Khối lượng | kilôgam | kg |
| Thời gian | giây | s |
| Dòng điện | ampe | A |
| Nhiệt độ nhiệt động học | kenvin | K |
| Lượng chất | mol | mol |
| Cường độ sáng | candela | cd |
Các đơn vị dẫn xuất thường dùng trong kỹ thuật:
| Đại lượng | Đơn vị | Ký hiệu | Quan hệ |
|---|---|---|---|
| Tần số | hertz | Hz | 1 Hz = 1 chu kỳ trên giây |
| Lực | newton | N | kg·m/s² |
| Áp suất | pascal | Pa | N/m² |
| Năng lượng | joule | J | N·m |
| Công suất | watt | W | J/s |
| Điện tích | coulomb | C | A·s |
| Điện áp | volt | V | W/A |
| Điện dung | farad | F | C/V |
| Điện trở | ohm | Ω | V/A |
| Điện cảm | henry | H | Wb/A |
| Từ thông | weber | Wb | V·s |
| Cảm ứng từ | tesla | T | Wb/m² |
Tiền tố SI¶
Tiền tố SI là hệ số lũy thừa của 10 đặt trước đơn vị. Chữ hoa và chữ thường có nghĩa khác nhau: m là milli (10⁻³), M là mega (10⁶).
| Tiền tố | Ký hiệu | Hệ số |
|---|---|---|
| peta | P | 10¹⁵ |
| tera | T | 10¹² |
| giga | G | 10⁹ |
| mega | M | 10⁶ |
| kilo | k | 10³ |
| milli | m | 10⁻³ |
| micro | µ | 10⁻⁶ |
| nano | n | 10⁻⁹ |
| pico | p | 10⁻¹² |
| femto | f | 10⁻¹⁵ |
Dung lượng và tốc độ dữ liệu¶
Đơn vị cơ bản của thông tin là bit. Một byte gồm 8 bit. Ký hiệu viết tắt dùng chữ b thường cho bit và chữ B hoa cho byte, ví dụ Mb khác MB.
Tiền tố SI (kB, MB, GB) là lũy thừa của 1000. Tiền tố nhị phân theo chuẩn IEC (KiB, MiB, GiB) là lũy thừa của 1024.
| Tiền tố SI | Giá trị | Tiền tố nhị phân | Giá trị |
|---|---|---|---|
| kB | 10³ byte | KiB | 2¹⁰ = 1024 byte |
| MB | 10⁶ byte | MiB | 2²⁰ byte |
| GB | 10⁹ byte | GiB | 2³⁰ byte |
| TB | 10¹² byte | TiB | 2⁴⁰ byte |
Nhà sản xuất ổ lưu trữ thường ghi dung lượng theo lũy thừa của 10, trong khi nhiều công cụ của hệ điều hành hiển thị theo lũy thừa của 2. Vì vậy ổ ghi 1 TB hiển thị khoảng 931 GiB. Bộ nhớ RAM thường được chọn theo lũy thừa của 2.
Các đơn vị tốc độ thường gặp:
| Đơn vị | Ý nghĩa | Lưu ý |
|---|---|---|
| bps, kbps, Mbps, Gbps | Bit trên giây | Dùng cho tốc độ đường truyền, tiền tố theo lũy thừa của 10 |
| MB/s, GB/s | Byte trên giây | Dùng cho thông lượng bộ nhớ và ổ lưu trữ |
| baud (Bd) | Số symbol trên giây | Bit rate bằng baud nhân số bit mỗi symbol |
| GT/s | Số lần truyền (transfer) trên giây | Dùng cho bus như PCIe, chưa trừ overhead mã hóa đường truyền |
Quy đổi bit sang byte là chia cho 8. Đường truyền 10 Gbps có trần lý thuyết khoảng 1,25 GB/s, thông lượng hữu ích thấp hơn do overhead của giao thức.
Thang logarit (dB)¶
Decibel (dB) biểu diễn tỷ số của hai đại lượng bằng thang logarit. Tỷ số công suất và tỷ số biên độ (điện áp, dòng điện) dùng hai công thức khác nhau.
Hệ số 20 cho biên độ xuất phát từ việc công suất tỷ lệ với bình phương biên độ trên cùng một trở kháng.
| Tỷ số công suất | dB | Tỷ số biên độ | dB |
|---|---|---|---|
| 1000 | 30 | 1000 | 60 |
| 100 | 20 | 100 | 40 |
| 10 | 10 | 10 | 20 |
| 2 | khoảng 3 | 2 | khoảng 6 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0,5 | khoảng −3 | 0,5 | khoảng −6 |
| 0,1 | −10 | 0,1 | −20 |
Một số quy tắc khi tính với dB:
- Nhân tỷ số tương ứng với cộng dB, chia tương ứng với trừ dB. Khuếch đại 20 dB rồi suy hao 6 dB cho độ lợi tổng 14 dB.
- Không thể cộng trực tiếp hai công suất bằng dB. Phải đổi về tuyến tính (mW hoặc W), cộng, rồi đổi lại. Hai tín hiệu không tương quan có công suất bằng nhau cho tổng cao hơn một tín hiệu khoảng 3 dB.
- dB là tỷ số không có thứ nguyên. Khi gắn thêm hậu tố (dBm, dBW, dBi, dBc), đại lượng được so với một mức tham chiếu cố định. Các hậu tố này được trình bày ở phần vô tuyến bên dưới.
Tần số, chu kỳ, bước sóng và thời gian¶
Tần số f (Hz) và chu kỳ T (s) là nghịch đảo của nhau: T = 1/f. Bước sóng trong chân không là λ = c/f, với c = 299 792 458 m/s. Ví dụ ở 3,5 GHz, λ ≈ 85,7 mm.
Độ chính xác tần số của nguồn dao động được ghi theo phần triệu (ppm, 10⁻⁶) hoặc phần tỷ (ppb, 10⁻⁹). Độ lệch tần số tuyệt đối bằng độ lệch tương đối nhân với tần số danh định, ví dụ 0,1 ppm ở 3,5 GHz tương ứng 350 Hz.
| Đại lượng | Đơn vị thường dùng | Ngữ cảnh |
|---|---|---|
| Jitter, skew | ps, fs, ns | Đồng hồ và đường truyền tốc độ cao |
| Độ trễ | µs, ms | Mạng và hệ thống real-time |
| Độ ổn định tần số | ppm, ppb | Thạch anh và nguồn đồng bộ |
Điện, công suất, năng lượng và nhiệt¶
Công suất tức thời P = V·I (W). Năng lượng E = P·t, đơn vị J hoặc Wh (1 Wh = 3600 J).
Dung lượng pin thường ghi bằng mAh, là đơn vị điện tích. Hai pin cùng mAh nhưng khác điện áp chứa năng lượng khác nhau, nên so sánh pin cần quy đổi sang Wh bằng cách nhân mAh với điện áp danh định rồi chia cho 1000.
| Đại lượng | Đơn vị | Ghi chú |
|---|---|---|
| Nhiệt độ | °C, K | T(K) = T(°C) + 273,15 |
| Điện trở nhiệt | °C/W | Độ tăng nhiệt trên mỗi watt tiêu tán |
| Công suất thiết kế nhiệt | W (TDP) | Mức tiêu tán dùng để thiết kế tản nhiệt |
Đơn vị trong vô tuyến¶
Phần này giải thích các đơn vị gặp trong tài liệu RF và RAN. Khái niệm chi tiết nằm ở các trang của tab Wireless / RAN, được liên kết ở mục "Liên quan".
Công suất và độ lợi¶
| Đơn vị | Tham chiếu | Công thức hoặc ví dụ |
|---|---|---|
| dBm | 1 mW | P(dBm) = 10·log₁₀(P/1 mW) |
| dBW | 1 W | dBW = dBm − 30 |
| dBc | Công suất sóng mang (carrier) | Dùng cho phát xạ và nhiễu pha so với sóng mang |
| dBi | Anten đẳng hướng (isotropic) | Độ lợi anten so với nguồn đẳng hướng |
| dBd | Anten lưỡng cực nửa bước sóng (dipole) | 0 dBd tương ứng 2,15 dBi |
| dBFS | Biên độ toàn thang (full scale) của ADC hoặc DAC | 0 dBFS là mức lớn nhất không bị cắt đỉnh |
Một số mức công suất thường gặp:
| dBm | Công suất |
|---|---|
| −30 | 1 µW |
| 0 | 1 mW |
| 20 | 100 mW |
| 30 | 1 W |
| 43 | khoảng 20 W |
| 46 | khoảng 40 W |
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) gồm công suất phát, suy hao cáp và độ lợi anten:
Ghép N phần tử anten đồng pha cho độ lợi mảng tối đa khoảng 10·log₁₀(N) dB so với một phần tử, chưa tính suy hao.
Mật độ công suất và nhiễu¶
Công suất nhiễu nhiệt trên một đơn vị băng thông là kT, với k = 1,380649·10⁻²³ J/K. Ở 290 K, giá trị này bằng khoảng −174 dBm/Hz. Công suất nhiễu của một máy thu có băng thông B và hệ số nhiễu (noise figure, NF) là:
Ví dụ với B = 20 MHz (10·log₁₀(2·10⁷) ≈ 73 dB) và NF = 7 dB, mức nhiễu khoảng −94 dBm. Độ nhạy thu cộng thêm SNR tối thiểu cần để giải điều chế.
Khi giới hạn phát xạ được ghi theo mật độ trên băng thông đo khác nhau, cần quy đổi: dBm/MHz = dBm/Hz + 60 và công suất tổng (dBm) = mật độ (dBm/Hz) + 10·log₁₀(B_Hz).
Chất lượng tín hiệu¶
| Đơn vị | Ý nghĩa | Ghi chú |
|---|---|---|
| SNR (dB) | Tỷ số tín hiệu trên nhiễu | S/N, chỉ tính nhiễu nhiệt |
| SINR (dB) | Tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng nhiễu giao thoa | S/(I+N) |
| Eb/N0 (dB) | Năng lượng mỗi bit trên mật độ nhiễu | SNR = Eb/N0 + 10·log₁₀(Rb/B) |
| EVM (% hoặc dB) | Sai số vector điều chế | EVM(dB) = 20·log₁₀(EVM%/100) |
| ACLR (dB) | Tỷ số công suất rò sang kênh lân cận | Công suất kênh chính trên công suất kênh lân cận |
Ví dụ quy đổi EVM: 8% tương ứng khoảng −21,9 dB, 3,5% tương ứng khoảng −29,1 dB. Giá trị EVM nhỏ hơn nghĩa là chất lượng điều chế tốt hơn.
Phối hợp trở kháng¶
Hệ số sóng đứng điện áp (VSWR) và suy hao phản xạ (return loss, RL) cùng mô tả mức độ phối hợp trở kháng giữa nguồn và tải:
VSWR 1,5:1 tương ứng RL khoảng 14,0 dB, VSWR 2:1 tương ứng RL khoảng 9,5 dB. RL càng lớn thì phần công suất bị phản xạ càng nhỏ.
Suy hao đường truyền¶
Suy hao đường truyền trong không gian tự do (free-space path loss, FSPL) tăng theo cả khoảng cách và tần số:
Ví dụ ở khoảng cách 1 km và 1 GHz, FSPL khoảng 92,4 dB. Công thức chỉ áp dụng cho đường truyền thẳng, không có vật cản. Ngân sách đường truyền (link budget) cộng toàn bộ độ lợi và trừ toàn bộ suy hao bằng dB, rồi so với độ nhạy thu.
Đo mức thu của UE¶
Thiết bị đầu cuối (UE) báo cáo chất lượng tín hiệu thu theo các đại lượng do 3GPP định nghĩa:
| Đại lượng | Đơn vị | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| RSRP | dBm | Công suất trung bình của tín hiệu tham chiếu, tính trên mỗi resource element |
| RSSI | dBm | Tổng công suất thu trong băng thông đo, gồm tín hiệu, nhiễu và giao thoa |
| RSRQ | dB | Chất lượng tín hiệu tham chiếu, tính từ RSRP và RSSI |
RSRP tính trên một resource element nên có giá trị thấp hơn RSSI trên cả băng thông. Định nghĩa chính xác và dải giá trị báo cáo nằm trong TS 38.215.
Đơn vị tài nguyên và thời gian của NR¶
Lớp vật lý 5G NR chia tài nguyên theo tần số và thời gian bằng các đơn vị sau:
| Đơn vị | Giá trị | Ghi chú |
|---|---|---|
| Subcarrier spacing (SCS) | 15·2^µ kHz | µ là chỉ số numerology |
| Resource element (RE) | 1 subcarrier × 1 symbol OFDM | Đơn vị tài nguyên nhỏ nhất |
| Physical resource block (PRB) | 12 subcarrier liên tiếp | Băng thông 180 kHz ở SCS 15 kHz, 360 kHz ở SCS 30 kHz |
| Slot | 14 symbol OFDM (cyclic prefix thường) | Thời gian 1/2^µ ms |
| Subframe | 1 ms | Một frame dài 10 ms gồm 10 subframe |
| Ts | 1 / (15000 · 2048) s, khoảng 32,6 ns | Đơn vị thời gian cơ sở của LTE |
| Tc | 1 / (480000 · 4096) s, khoảng 0,509 ns | Đơn vị thời gian cơ sở của NR |
Tốc độ lấy mẫu của băng cơ sở bằng SCS nhân kích thước FFT. LTE 20 MHz dùng FFT 2048 điểm ở SCS 15 kHz, cho 30,72 MS/s. NR 100 MHz ở SCS 30 kHz thường dùng FFT 4096 điểm, cho 122,88 MS/s. Hiệu suất phổ (spectral efficiency) có đơn vị bit/s/Hz và bằng tốc độ bit chia cho băng thông.
Bảng quy đổi nhanh¶
| Cần đổi | Công thức |
|---|---|
| Tuyến tính sang dB (công suất) | 10·log₁₀(tỷ số) |
| Tuyến tính sang dB (biên độ) | 20·log₁₀(tỷ số) |
| mW sang dBm | 10·log₁₀(P_mW) |
| dBm sang W | 10^((dBm − 30) / 10) |
| dBm/Hz sang dBm/MHz | cộng 60 |
| Bit sang byte | chia 8 |
| GB sang GiB | nhân 0,9313 (10⁹ / 2³⁰) |
| Tần số sang bước sóng | λ (m) = 299 792 458 / f (Hz) |
| ppm sang Hz | ppm × f (MHz) |
| mAh sang Wh | mAh × V / 1000 |
| EVM% sang dB | 20·log₁₀(EVM% / 100) |
Liên quan¶
- Yêu cầu RF của trạm gốc: ACLR, EVM, độ nhạy thu theo 3GPP.
- Numerology: SCS, slot và symbol OFDM của NR.
- Resource grid: RE, PRB và đơn vị thời gian Ts, Tc.
- Thạch anh và bộ dao động: ppm, jitter và độ ổn định tần số.
- Flash: NOR, NAND và eMMC: dung lượng lưu trữ.
- Circuits & Electromagnetics: kiến thức nền về điện và sóng điện từ.
Tài liệu tham khảo¶
- BIPM, The International System of Units (SI Brochure): hệ SI, đơn vị dẫn xuất và tiền tố.
- NIST, Prefixes for binary multiples: KiB, MiB, GiB theo IEC.
- ITU-R, Recommendation V.574: cách dùng decibel và neper trong viễn thông.
- 3GPP TS 38.211: kênh vật lý và điều chế của NR, nguồn của numerology và đơn vị thời gian.
- 3GPP TS 38.215: các phép đo lớp vật lý của NR (RSRP, RSSI, RSRQ).
- 3GPP TS 38.104: yêu cầu RF của trạm gốc NR.