信道最大数据速率

数据速率是指通过信道传输数据的速度。它通常以比特每秒 (bps) 计算。较高的数据速率表示为 Kbps（“千”比特每秒，即 1000 bps）、Mbps（“兆”比特每秒，即 1000 Kbps）、Gbps（“吉”比特每秒，即 1000 Mbps）和 Tbps（“太”比特每秒，即 1000 Gbps）。

数据通信的主要目标之一是提高数据速率。有三个因素决定信道的数据速率

  • 信道的带宽
  • 使用的信号电平数
  • 信道中的噪声

数据速率可以使用两个理论公式计算

  • 奈奎斯特比特率 - 用于无噪声信道
  • 香农容量 - 用于有噪声信道

奈奎斯特比特率

奈奎斯特比特率是由亨利·奈奎斯特提出的，他证明了即使是完美的无噪声信道，其传输能力也有一个最大限值。

最大比特率的理论公式为：

最大比特率 = 2 × 带宽 × log2V

这里，最大比特率以 bps 计算

带宽是指信道的带宽

V 是信号中离散电平的数量

例如，如果一个带宽为 4 KHz 的无噪声信道正在传输具有 4 个离散电平的信号，则最大比特率将计算为：最大比特率 = 2 × 4000 × log24 = 16,000 bps = 16 kbps

香农容量

克劳德·香农将奈奎斯特的工作扩展到实际的易受噪声影响的信道。噪声可以是多种类型，例如热噪声、脉冲噪声、串扰等。在所有噪声类型中，热噪声是不可避免的。信道中电子的随机运动会产生原始信号中不存在的额外信号，称为热噪声。热噪声的量计算为信号功率与噪声功率的比率，SNR。

信噪比，SNR = 平均信号功率 / 平均噪声功率

由于SNR是两个在非常大范围内变化的功率的比率，因此它通常以分贝表示，称为 SNRdb，计算公式为：SNRdb = 10log10SNR。

香农容量给出了有噪声信道的理论最大数据速率或容量。它表示为：

容量 = 带宽 × log2( 1+SNR )

这里，容量是以 bps 计算的信道最大数据速率

带宽是指信道的带宽

SNR 是信噪比

例如，如果一个有噪声信道的带宽为 4 KHz，信噪比为 100，则最大比特率可以计算为：

容量 = 4000 × log2( 1+100 ) = 26,633 bps = 26.63 kbps

更新于：2019年8月5日

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