信道帶寬

信道包括模擬信道和數(shù)字信道。在模擬信道，帶寬按照公式W=f2-f1 計算;數(shù)字信道的帶寬為信道能夠達到的最大數(shù)據(jù)速率，兩者可通過香農(nóng)定理互相轉(zhuǎn)換。

信道帶寬頻段帶寬是發(fā)送無線信號頻率的標準。在常用的2.4-2.4835GHz頻段上，每個信道的頻段帶寬為20MHz;前者工作的協(xié)議有b/g/n，后者有ac/a/n。頻率越高越容易失真，其中20MHz在11n的情況下能達到144Mbps(怎么計算的?)帶寬，它穿透性較好，傳輸距離遠(約100米左右);40MHz在11n的情況下能達到300Mbps帶寬，穿透性稍差，傳輸距離近(約50米左右)。信號帶寬信號帶寬是指在自由空間(包括空氣和真空)傳播的射頻頻段的電磁波。電磁波包含很多種類，按照頻率從低到高的順序排列為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。無線電波分布在3Hz到3000GHz的頻率范圍之間。在這個頻譜內(nèi)可以細劃為12個波段頻率越低，傳播損耗越小，覆蓋距離越遠，繞射能力也越強。但是低頻段的頻率資源緊張，系統(tǒng)容量有限，因此低頻段的無線電波主要應(yīng)用于廣播、電視、尋呼等系統(tǒng)。高頻段頻率資源豐富，系統(tǒng)容量大。但是頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近，繞射能力越弱。另外，頻率越高，技術(shù)難度也越大，系統(tǒng)的成本相應(yīng)提高。

數(shù)字信道是一種離散信道，它只能傳送離散值的數(shù)字信號，信道的帶寬決定了信道中能不失真的傳輸脈沖序列的最高速率。一個數(shù)字脈沖稱為一個碼元，我們用碼元速率表示單位時間內(nèi)信號波形的變換次數(shù)，即單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元個數(shù)。若信號碼元寬度為T秒，則碼元速率B=1/T。碼元速率的單位叫波特(Baud)，所以碼元速率也叫波特率。早在1924年，貝爾實驗室的研究員亨利·尼奎斯特就推導(dǎo)出了有限帶寬無噪聲信道的極限波特率，稱為尼奎斯特定理。若信道帶寬為W，則尼奎斯特定理指出最大碼元速率為B=2W(Baud)尼奎斯特定理指定的信道容量也叫尼奎斯特極限，這是由信道的物理特性決定的。超過尼奎斯特極限傳送脈沖信號是不可能的，所以要進一步提高波特率必須改善信道帶寬。碼元攜帶的信息量由碼元取的離散值個數(shù)決定。若碼元取兩種離散值，則一個碼元攜帶1比特(bit)信息。若碼元可取四種離散值，則一個碼元攜帶2比特信息。即一個碼元攜帶的信息量n(bit)與碼元的種類數(shù)N有如下關(guān)系:n=log2N單位時間內(nèi)在信道上傳送的信息量(比特數(shù))稱為數(shù)據(jù)速率。在一定的波特率下提高速率的途徑是用一個碼元表示更多的比特數(shù)。如果把兩比特編碼為一個碼元，則數(shù)據(jù)速率可成倍提高。對此，我們有公式:R=B log2N=2W log2N(b/s)其中R表示數(shù)據(jù)速率，單位是每秒比特，簡寫為bps或b/s數(shù)據(jù)速率和波特率是兩個不同的概念。僅當碼元取兩個離散值時兩者才相等。對于普通電話線路，帶寬為3000HZ，最高波特率為6000Baud。而最高數(shù)據(jù)速率可隨編碼方式的不同而取不同的值。這些都是在無噪聲的理想情況下的極限值。實際信道會受到各種噪聲的干擾，因而遠遠達不到按尼奎斯特定理計算出的數(shù)據(jù)傳送速率。香農(nóng)(shannon)的研究表明，有噪聲的極限數(shù)據(jù)速率可由下面的公式計算：C =W log2(1+s/n)這個公式叫做香農(nóng)定理，其中W為信道帶寬，S為信號的平均功率，N為噪聲的平均功率，s/n叫做信噪比。由于在實際使用中S與N的比值太大，故常取其分貝數(shù)(db)。分貝與信噪比的關(guān)系為 : db=10lgs/n例如當s/n為1000，信噪比為30db。這個公式與信號取的離散值無關(guān)，也就是說無論用什么方式調(diào)制，只要給定了信噪比，則單位時間內(nèi)最大的信息傳輸量就確定了。例如信道帶寬為3000HZ，信噪比為30db，則最大數(shù)據(jù)速率為C=3000log2(1+1000)≈3000×9.97≈30000b/s這是極限值，只有理論上的意義。實際上在3000HZ帶寬的電話線上數(shù)據(jù)速率能達到9600b/s就很不錯了。綜上所述，我們有兩種帶寬的概念，在模擬信道，帶寬按照公式W=f2-f1 計算，例如CATV電纜的帶寬為600HZ或1000HZ;數(shù)字信道的帶寬為信道能夠達到的最大數(shù)據(jù)速率，例如以太網(wǎng)的帶寬為10MB/S或100MB/S，兩者可通過香農(nóng)定理互相轉(zhuǎn)換。