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尼奎斯特定理中,码元速率和信道带宽的公式为什么是B=2W

时间:2024-04-03 10:14:44浏览次数:13  
标签:码元 2W 比特 带宽 那么 奎斯特 速率 我们

初接触通信知识之前一直无法理解码元速率和信道带宽的转换公式B=2W。直至今日,仔细查资料和思考后得到答案。固做此笔记。以做记录。

首先,

之前一直困扰我的问题,究其原因是因为我搞错了带宽和速率的关系。

所以在此,我们必须要将带宽和速率的关系给搞明白。

为了方便理解,这里我们只以数字信号作为推导基础。

先看第一个概念

B信号速率:数据传输速率,又称比特率,指每秒钟实际传输的比特数,是信息传输速率(传信率)的度量。单位为“比特每秒(bps)

我们要更深入的了解一下信号速率的概念,就好比一群人过独木桥,假设每秒钟能过独木桥的人数为100,我们把每个人当成是一个比特,

那信号速率为100bps,即每秒可过100个人。其实这里的信号速率的代表的是每个 人走路的速度。

W带宽:带宽的定义在刚开始很容易让人和信号速率搞混。我们看一下官方的定义

带宽,又叫频宽,是数据的传输能力,指单位时间内能够传输的比特数。高带宽意味着高能力。数字设备中带宽用bps(b/s)表示,即每秒最高可以传输的位数。模拟设备中带宽用Hz表示,即每秒传送的信号周期数。通常描述带宽时省略单位,如10M实质是10M b/s。带宽计算公式为:带宽=时钟频率*总线位数/8。电子学上的带宽则指电路可以保持稳定工作的频率范围。

我们仍然以过独木桥的例子来做案例。如果我们将独木桥换成是更宽敞的石桥。那显然,人们就可以并排走。假设这个石桥允许2个人并排走。

那么显然,同样是100个人走完这段桥,所需要的时间是0.5秒

                 如果是5个人并排走,那么所需要的时间是0.2秒

那么这里我们注意到,影响这100个人走完整段桥的最大因素,是桥的宽度,所以我们可以将带宽理解为桥的宽度

这里如果我们将时间作为一个恒定值,就会发现同样是走完100个人过桥。如果是桥越宽,那么人群走路的速度就可以慢点,如果桥越窄,那么人群走路的速度就必须加快。这里有会有一个反比关系。

也就是S=1/T

          其中的T就是每个人过桥的时间。

当然,在实际生活中,时间是无法被压缩或者拉长的,因此时间只能是作为一个恒定值。

即在大多数时候,带宽越大,速率就越高。

 

 

这时候让我们来看一下码元的概念。

码元是什么?码元实际上就是一个脉冲?而脉冲是什么?我们可以理解为就是一次信号发射。

我们按秒来做单位,假设一段信号的数据速率为1bit/s,同时我们就可以理解为每秒钟发送一个码元。那么码元速率=数据速率。

显然,这种通信方式是比较低效的,为了使我们的通信效率更高,我们可以单次发送2个比特,或者3个比特。

而这其中的单次发送码元的个数,也就是这个2和3,我们称为信息量。用小n表示。那么2个比特可以传输几种信息呢?答案是4种。00.01.10.11.如果是3信息量的码元呢,那就可以传输8种信息,000,001,....111。

我们将所代表的信息种类用N表示。那么码元信息量和 码元信息种类的公式就是n^2=N,反之n=log2N,我们将这个N称之为N进制码元。

那么数据速率和码元速率的关系是怎样表达的呢?

其实很明显,当一次脉冲传送3个码元,那么数据速率就是码元速率的3倍,当一次脉冲传送2个码元,那么数据速率就是码元速率的2倍。

问题就在于如何计算这个2或者3?其实我们刚刚已经回答过这个问题,n=log2N,也就是说我们必须要知道你传输的几进制码元?

如果是4进制码元,那么n=2,数据速率就是码元速率的2倍,如果是8进制,那么n=3,数据速率就是码元速率的3倍.

 

标签:码元,2W,比特,带宽,那么,奎斯特,速率,我们
From: https://www.cnblogs.com/officexie/p/18112044

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