一、奈奎斯特公式: 用于理想低通信道
C = 2B×log2 (M)
式中:C = 數據傳輸率,單位bit/s?。╞ps)
B = 帶寬,單位Hz
M = 信號編碼級數
1、奈奎斯特公式指出了:碼元傳輸的速率是受限的,不能任意提高,否則在接收端就無(wú)法正確判定碼元是1還是0(因為有碼元之間的相互干擾)?!?br> 2、奈奎斯特公式是在理想條件下推導出的。在實(shí)際條件下,最高碼元傳輸速率要比理想條件下得出的數值還要小些。技術(shù)人員的任務(wù)就是要在實(shí)際條件下,尋找出較好的傳輸碼元波形,將比特轉換為較為合適的傳輸信號。
3、需要注意的是,奈奎斯特公式并沒(méi)有對信息傳輸速率(b/s)給出限制。要提高信息傳輸速率就必須使每一個(gè)傳輸的碼元能夠代表許多個(gè)比特的信息。這就需要有很好的編碼技術(shù)。
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二、香農公式: 非理想信道,有限帶寬高斯噪聲干擾信
C = B log2 (1+S/N)
式中:B= 帶寬,單位Hz
S/N=信噪比, S是平均信號功率, N是平均噪聲功率(非dB值)
S/N=S/nB, n是噪聲功率譜密度為,(W/Hz)
香農公式描述了:有限帶寬、有隨機熱噪聲、信道的最大傳輸速率 與 信道帶寬信號噪聲功率比之間的關(guān)系.
實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗引起信號強度減弱,導致信
噪比S/N降低。延遲會(huì )使接收端的信號產(chǎn)生畸變。噪聲會(huì )破壞信號,產(chǎn)生誤
碼。持續時(shí)間0.01s的干擾會(huì )破壞約560個(gè)比特(56Kbit/s)
1、香農公式給出了信息傳輸速率的極限,即對于一定的傳輸帶寬(以赫茲為單位)和一定的信噪比,信息傳輸速率的上限就確定了。這個(gè)極限是不能夠突破的。要想提高信息的傳輸速率,或者必須設法提高傳輸線(xiàn)路的帶寬,或者必須設法提高所傳信號的信噪比,此外沒(méi)有其他任何辦法。至少到現在為止,還沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)有誰(shuí)能夠突破香農公式給出的信息傳輸速率的極限。
2、香農公式告訴我們,若要得到無(wú)限大的信息傳輸速率,只有兩個(gè)辦法:要么使用無(wú)限大的傳輸帶寬(這顯然不可能),要么使信號的信噪比為無(wú)限大,即采用沒(méi)有噪聲的傳輸信道或使用無(wú)限大的發(fā)送功率(當然這些也都是不可能的)。
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三、3個(gè)結論1個(gè)證明:
1. 任何一信道都有信道容量C。當信源的信息速率小于或等于信道容量C時(shí),理論上存在一種方法,能以任意小的差錯率在信道中傳輸。反之,則不可能。
2. 當 B 、S/N 一定時(shí),則C為定值。
3. 每達到一定的C,可用不同的B、S/N 組合來(lái)實(shí)現,B 增大時(shí),S/N 減小,
二者變化相反。
4. 無(wú)限增大B ,不能使C無(wú)窮大,C=1.44S/n, 證如下:
因為:C=B*log2(1+S/nB)
--------用一般數學(xué)關(guān)系,將 B=(S/n) *(nB/S)
?。?S/n) *(nB/S)* log2(1+S/nB)
B趨近無(wú)窮大:取極限
LimC = Lim(S/n) *(nB/S) * log2(1+S/nB)
-----設 x=S/nB
= Lim(S/n)* (1/x)log2(1+x)
------ (1/x)log2(1+x) 重要極限
= (S/n)*log2(e)
= 1.44* S/n