计算机网络(9)物理层:奈奎斯特定理与香农定理

本篇博客阅读之前如果不太清楚码元的相关概念,请阅读博主之前的文章码元

目录

1、奈奎斯特定理

2、香农定理

3、奈奎斯特定理与香农定理的对比


1、奈奎斯特定理

奈奎斯特定理又称奈氏准则,它指出在理想低筒(没有噪声、带宽有限)的信道中,极限码元传输率为2W波特,其中W是理想低通信道的带宽,单位是Hz。若用V表示每个码元离散电平的数目(码元的离散电平数目是指由多少种不同的码元,比如有16种不同的码元,则需要4位二进制位,因此数据传输率是码元传输率的四倍)。

则极限数据率为:

公式简单记忆为:2倍的带宽乘以码元是几进制的

对于奈氏准则,可以得出以下结论:

①在任何信道中,码元传输的速率是有上限的。若传输速率超出此上限,就会出现严重的码间串扰问题(指在接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限),使得接收端不可能完全正确识别码元。

②信道的频带宽度(即通过的信号高频分量越多),就可用更高的速率进行码元的有效传输

③奈氏准则给出了码元传输速率的限制,但并未对信息传输速率给出限制,即码元可以是二进制码元、八进制、十六进制等等。

由于码元的传输速率受奈氏准则的限制,所以要提高数据的传输速率,就必须设法使得每个码元携带多个比特的信息量,此时就需要采用多元制的调制方法。

2、香农定理

香农定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率,当用此速率进行传输时,可以做到不产生误差。香农定理定义为:

上式中,W为信道的带宽,S为信道所传输信号的平均功率,N为信道内部的高斯噪声功率。S/N为信噪比,S/N=(单位是bB),例如当S/N=10时,信噪比是10dB,而当S/N=1000时,信噪比为30dB。

对于香农定理,可以得出以下结论:

①信道的宽度或者信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率越高。

②对一定的传输带宽和一定的信噪比,信息传输速率的上限是确定的。

③只要信息的传输速率低于信道极限传输速率,就能找到某种方法来实现无错差的传输。

④香农定理得出的是极限传输速率,实际信道能达到的传输速率要比它低不少。

从香农公式可以看出,若信道带宽W或者信噪比趋于正无穷(实际信道当然不可能这样),则信道极限信息传输速率也没有上限。

3、奈奎斯特定理与香农定理的对比

奈氏准则只考虑了带宽与极限码元传输速率的关系,而香农定理不仅考虑到了带宽,也考虑到了信噪比,(有没有豁然开朗的感觉,就是信噪比其实就是制约码元的进制数的,其他外部条件相同的情况下,十六进制的码元信噪比就比二进制的码元信噪比小。也就是说其实一个码元对应的二进制位数是有限的)

人,总是要有一点精神的,不是吗

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