一、奈奎斯特公式: 用于理想低通信道
C = 2B×log2 (M)
式中:C = 數(shù)據(jù)傳輸率,單位bit/s?。╞ps)
B = 帶寬,單位Hz
M = 信號(hào)編碼級(jí)數(shù)
1、奈奎斯特公式指出了:碼元傳輸?shù)乃俾适鞘芟薜?,不能任意提高,否則在接收端就無法正確判定碼元是1還是0(因?yàn)橛写a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(dǎo)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(shù)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(zhuǎn)換為較為合適的傳輸信號(hào)。
3、需要注意的是,奈奎斯特公式并沒有對(duì)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?shù)拇a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(nóng)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(hào)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(nóng)公式描述了:有限帶寬、有隨機(jī)熱噪聲、信道的最大傳輸速率 與 信道帶寬信號(hào)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(hào)強(qiáng)度減弱,導(dǎo)致信
噪比S/N降低。延遲會(huì)使接收端的信號(hào)產(chǎn)生畸變。噪聲會(huì)破壞信號(hào),產(chǎn)生誤
碼。持續(xù)時(shí)間0.01s的干擾會(huì)破壞約560個(gè)比特(56Kbit/s)
1、香農(nóng)公式給出了信息傳輸速率的極限,即對(duì)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(shè)法提高傳輸線路的帶寬,或者必須設(shè)法提高所傳信號(hào)的信噪比,此外沒有其他任何辦法。至少到現(xiàn)在為止,還沒有聽說有誰能夠突破香農(nóng)公式給出的信息傳輸速率的極限。
2、香農(nóng)公式告訴我們,若要得到無限大的信息傳輸速率,只有兩個(gè)辦法:要么使用無限大的傳輸帶寬(這顯然不可能),要么使信號(hào)的信噪比為無限大,即采用沒有噪聲的傳輸信道或使用無限大的發(fā)送功率(當(dāng)然這些也都是不可能的)。
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三、3個(gè)結(jié)論1個(gè)證明:
1. 任何一信道都有信道容量C。當(dāng)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(cuò)率在信道中傳輸。反之,則不可能。
2. 當(dāng) B 、S/N 一定時(shí),則C為定值。
3. 每達(dá)到一定的C,可用不同的B、S/N 組合來實(shí)現(xiàn),B 增大時(shí),S/N 減小,
二者變化相反。
4. 無限增大B ,不能使C無窮大,C=1.44S/n, 證如下:
因?yàn)椋篊=B*log2(1+S/nB)
--------用一般數(shù)學(xué)關(guān)系,將 B=(S/n) *(nB/S)
?。?S/n) *(nB/S)* log2(1+S/nB)
B趨近無窮大:取極限
LimC = Lim(S/n) *(nB/S) * log2(1+S/nB)
-----設(shè) 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