文章目录
一、失真
二、"失真" 影响因素
三、码间串扰
四、奈奎斯特定理 ( 奈氏准则 )
五、码元极限传输速率 与 信息极限传输速率
六、"奈氏准则" 相关概念
七、"奈氏准则" 计算示例
一、失真
“失真” 是 信号在传输过程中 , 信号发生了 扭曲 和 变化 ;
失真过程 : 信源 发送的 信号波形 , 在现实中的 信道 中 , 受 带宽限制 , 噪音干扰 , 磁场干扰 , 导致 信宿 接收到的 信号波形 , 严重失真 ;
带宽受限 : 有些高频 / 低频 信号传输就会受阻 ;
失真有两种情况 :
可识别失真 : 有失真 , 但是 可以识别出 波形信号 中的高低电平 , 能将数据还原出来 ;
不可识别失真 : 波形严重失真 , 无法识别其中的高低电平 ;
二、“失真” 影响因素
"失真" 的影响因素 :
① 码元传输速率 : 码元传输速率越快 , 失真程度越严重 ;
② 信号传输距离 : 传输距离越远 , 传输时间越长 , 信号受干扰时间越长 , 信号干扰越大 , 失真程度越严重 ;
③ 噪声干扰 : 噪声越大 , 失真越严重 ;
④ 传输媒体质量 : 传输介质质量越差 , 失真越严重 ;
三、码间串扰
信道带宽 : 信道 可以 通过的 最高频率 与 最低频率 的差值 , 就是信道带宽 ;
① 低频信号 : 低于 最低频率 的信号 , 不能通过 , 该信号 震动频率太低 , 在信道传播的过程中 , 很容易受到干扰而衰减 ;
② 高频信号 : 高于 最高频率 的信号 , 不能通过 , 该信号 震动频率太高 , 在接 收端接收时 , 无法区分出波形中高低电平的差异 , 导致码间串扰的现象 ;
"码间串扰" 概念 : 接收端 收到 信号波形 , 码元之间的界限模糊 ; 这是由于 波形信号频率太高导致的 ;
"码元传输速率" 不能太快 , 否则出现 “码间串扰” 现象 ;
四、奈奎斯特定理 ( 奈氏准则 )
奈奎斯特定理 ( 奈氏准则 ) : 在 “低通” 条件 下 , 为了 避免码间串扰 , 码元的极限传输速率是 2W Baud , W 是信道带宽 , 单位是 Hz ;
"低通" 条件 : 无噪声 , 带宽受限 , 低通 指的是 所有低于 最高频率的信号 , 都可以通过 ;
带宽 : 指的是 信道中可接收信号的 “最高频率 - 最低频率” 的差值 ;
五、码元极限传输速率 与 信息极限传输速率
奈氏准则 用于 限制 码元传输速率 上限 , 单位是 波特 ;
公式如下 :
理 想 低 通 信 道 码 元 极 限 传 输 速 率 = 2 W 波 特 理想低通信道码元极限传输速率 = 2 W \ 波特
理想低通信道码元极限传输速率=2W 波特
信息传输速率 上限计算 , 单位是 比特/秒 ;
公式如下 :
理 想 低 通 信 道 信 息 极 限 传 输 速 率 = 2 W l o g 2 V 比 特 / 秒 理想低通信道信息极限传输速率 = 2 W log_2V \ 比特/秒
理想低通信道信息极限传输速率=2Wlog
2
V 比特/秒
V VV 指的是 码元的离散值个数 ;
W WW 指的是 信道带宽 , 单位 赫兹 ( H z HzHz ) ;
六、“奈氏准则” 相关概念
码元传输速率 上限 : 任何 信道 中 , 码元传输速率 是有上限的 , 是 2 W 2W2W 波特 ( W WW 带宽 ) , 如果 传输速率超过该 上限 , 就会产生码间串扰 问题 , 接收端无法识别接收到的信号 ;
信道带宽 : 信道 的频带越宽 , 也就是信号能通过的高频分量越多 , 码元传输速率 就可以越快 ; 也就是对应 W WW 带宽越大 , 码元的极限传输速率也就越大 ;
信息传输速率 : 奈氏准则 限制了码元传输速率 , 没有限制信息传输速率 ;
多元调制方法 : 码元的传输速率受 奈氏准则 限制 , 如果要提高 信息传输速率 , 可以使每个码元 携带更多的信息量 , 需要使用 多元制调试方法 ;
七、“奈氏准则” 计算示例
无噪声情况下 , 信道带宽为 3000 H z 3000 \ Hz3000 Hz , 采用 4 44 个相位 , 每个相位有 4 44 种振幅 QAM 调制技术 , 计算 最大数据传输率 ? ??
该调制技术是 调相 和 调幅 结合在一起 , 每个码元信号有 4 × 4 = 16 4 \times 4 = 164×4=16 种变化 ; 也就是每个码元有 l o g 2 16 = 4 log_2{16} = 4log
2
16=4 比特的数据量
计算过程如下 :
理 想 低 通 信 道 信 息 极 限 传 输 速 率 = 2 W l o g 2 V 比 特 / 秒 理想低通信道信息极限传输速率 = 2 W log_2V \ 比特/秒
理想低通信道信息极限传输速率=2Wlog
2
V 比特/秒
= 2 × 3000 × l o g 2 16 = 2 \times 3000 \times log_216
=2×3000×log
2
16
= 2 × 3000 × 4 = 24000 比 特 / 秒 = 2 \times 3000 \times 4 = 24000 \ 比特/秒
=2×3000×4=24000 比特/秒
