更新时间:2023-05-17 11:27
模拟信道的带宽 W=f2-f1 其中f1是信道能够通过的最低频率,f2是信道能够通过的最高频率,两者都是由信道的物理特性决定的。当组成信道的电路制成了,信道的带宽就决定了。为了使信号的传输的失真小些,信道要有足够的带宽。
数字信道是一种离散信道,它只能传送离散值的数字信号,信道的带宽决定了信道中能不失真的传输脉冲序列的最高速率。
一个数字脉冲称为一个码元,我们用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数,即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T秒,则码元速率B=1/T。码元速率的单位叫波特(Baud),所以码元速率也叫波特率。早在1924年,贝尔实验室的研究员亨利·尼奎斯特就推导出了有限带宽无噪声信道的极限波特率,称为尼奎斯特定理。若信道带宽为W,则尼奎斯特定理指出最大码元速率为B=2W(Baud)尼奎斯特定理指定的信道容量也叫尼奎斯特极限,这是由信道的物理特性决定的。超过尼奎斯特极限传送脉冲信号是不可能的,所以要进一步提高波特率必须改善信道带宽。
码元携带的信息量由码元取的离散值个数决定。若码元取两种离散值,则一个码元携带1比特(bit)信息。若码元可取四种离散值,则一个码元携带2比特信息。即一个码元携带的信息量n(bit)与码元的种类数N有如下关系:n=log2N
单位时间内在信道上传送的信息量(比特数)称为数据速率。在一定的波特率下提高速率的途径是用一个码元表示更多的比特数。如果把两比特编码为一个码元,则数据速率可成倍提高。
对此,我们有公式:
R=B log2N=2W log2N(b/s)
其中R表示数据速率,单位是每秒比特,简写为bps或b/s
数据速率和波特率是两个不同的概念。仅当码元取两个离散值时两者才相等。对于普通电话线路,带宽为3000HZ,最高波特率为6000Baud。而最高数据速率可随编码方式的不同而取不同的值。这些都是在无噪声的理想情况下的极限值。实际信道会受到各种噪声的干扰,因而远远达不到按尼奎斯特定理计算出的数据传送速率。香农(shannon)的研究表明,有噪声的极限数据速率可由下面的公式计算:
C =W log2(1+s/n)
这个公式叫做香农定理,其中W为信道带宽,S为信号的平均功率,N为噪声的平均功率,s/n叫做信噪比。由于在实际使用中S与N的比值太大,故常取其分贝数(db)。分贝与信噪比的关系为 : db=10lgs/n
例如当s/n为1000,信噪比为30db。这个公式与信号取的离散值无关,也就是说无论用什么方式调制,只要给定了信噪比,则单位时间内最大的信息传输量就确定了。例如信道带宽为3000HZ,信噪比为30db,则最大数据速率为
C=3000log2(1+1000)≈3000×9.97≈30000b/s
这是极限值,只有理论上的意义。实际上在3000HZ带宽的电话线上数据速率能达到9600b/s就很不错了。
综上所述,我们有两种带宽的概念,在模拟信道,带宽按照公式W=f2-f1 计算,例如CATV电缆的带宽为600HZ或1000HZ;数字信道的带宽为信道能够达到的最大数据速率,例如以太网的带宽为10MB/S或100MB/S,两者可通过香农定理互相转换。
信道带宽
频段带宽是发送无线信号频率的标准。在常用的2.4-2.4835GHz频段上,每个信道的频段带宽为20MHz;前者工作的协议有b/g/n,后者有ac/a/n。
频率越高越容易失真,其中20MHz在11n的情况下能达到144Mbps(怎么计算的?)带宽,它穿透性较好,传输距离远(约100米左右);40MHz在11n的情况下能达到300Mbps带宽,穿透性稍差,传输距离近(约50米左右)。
信号带宽
信号带宽是指在自由空间(包括空气和真空)传播的射频频段的电磁波。
电磁波包含很多种类,按照频率从低到高的顺序排列为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。无线电波分布在3Hz到3000GHz的频率范围之间。在这个频谱内可以细划为12个波段频率越低,传播损耗越小,覆盖距离越远,绕射能力也越强。但是低频段的频率资源紧张,系统容量有限,因此低频段的无线电波主要应用于广播、电视、寻呼等系统。
高频段频率资源丰富,系统容量大。但是频率越高,传播损耗越大,覆盖距离越近,绕射能力越弱。另外,频率越高,技术难度也越大,系统的成本相应提高。