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信道带宽限制与信号失真,基础知识

【摘要】:所以,我们可以知道带宽不是无限制的,它所能通过的信号的频带宽度是受限的,而且在传输过程中存在各种干扰会引起信号的失真,这就使信道上的码元传输速率有一个上限。在1984年,香农进一步把奈奎斯特的结论扩展,提出在随机(动态)噪声影响下的信道的码元传输速率的限制。

物理媒体上传输电磁波信号的称为电路,当然也包括无线电路。一条通信电路往往需要完成发送和接收两种任务,因此还必须要有向某一方向传送信息的媒体,这就是信道。信道和电路并不等同,一个信道可以看成是一条电路的逻辑部件,而一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

在信道上传送的数据传送速率是有限制的,这可以通过傅里叶分析得到。根据计算和分析的结果可以知道,如果在一条话音级线路上以9600bps的速率传输数据,那么在接收端不可能精确地收到原位串。因此,即使传输设备完全没有噪声,数据传输速率高于38.4bps时,根本不可能得到二进制信号。所以,我们可以知道带宽不是无限制的,它所能通过的信号的频带宽度是受限的,而且在传输过程中存在各种干扰会引起信号的失真,这就使信道上的码元传输速率有一个上限。

其实早在1924年,奈奎斯特(H.Nyquist)就认识到了这个根本性的限制,并推导出在具有理想低通矩形特性的信道上最高码元传输速率的公式:

理想低通信道的最高码元传输速率=2W Band

式中,W是理想低通信道的带宽,单位是赫兹;Band是波特,码元是传输速率的单位,1波特是每秒传送1个码元。这个公式就是奈氏准则。(www.chuimin.cn)

在1984年,香农(Claude Shanon)进一步把奈奎斯特的结论扩展,提出在随机(动态)噪声影响下的信道的码元传输速率的限制。香农关于噪声信道的结论是:任何带宽为W赫兹,信噪比为S/N的信道,其最大数据传输速率为:

最大数据传输速率(bp/s)=W log2(1+S/N)

式中,W为信道的带宽;S为信道内所传送信号的平均功率;N为信道内部的高斯噪声功率。这个公式的意思是信道的带宽越大或信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率就越高;同时只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率,就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。