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一、基础知识 1、波特率 也叫传输速率、码元速率、符号速率。 定义为每秒钟传送码元的数目，码元速率的单位为“波特”，用符号“Baud”表示，简写为“B”。 一个数字脉冲就是一个码元，也就是说，码元速率可以表示为单位时间内信号波形的变换次数。 假设信号码元宽度为T秒，则码元速率B为： B = 1/T 2、比特率 比特率称为数据传输速率，定义是单位时间内可以传输的比特数，单位是bps。比特率的计算公式是： 比特率=波特率*每个码元（符号）包含的比特数 假设一个信号只有两种电平，将低电平理解为0，高电平为1，那么每秒钟电平变化的次数就是传输的0,1个数。加入信号表示是四电平的状态，也就是每个电平可以被理解为00,01,10,11，那么每次电平变化就能传输两位数据，也就是比特率= 2*波特率 比特率=B*log2（M）；M是电平数 3、带宽 一般来说，信道都会有最高和最低的频率，两个频率之间的差值就是带宽。 4、容量 数据在信道中传输会有速度——比特率，这里面最高的比特率就是容量。 好比每条高速公路都有最高时速，超速后就可能发生一些问题。 5、信噪比 假设信号传输过程中，存在外界环境的干扰。如果信号自身的功率够大，外界环境的干扰够小，那么就越有利于信号的传输。 在这里，我们就将信号本身的功率和外界噪声（干扰）的功率之比叫做信噪比，用S/N表示，没有单位，而且比值一般较大。所以我们使用对数表示。在取对数后，单位为分贝。 6、电平 通信系统中某点的电平，指的是该点的功率P（或者电压）对某一基准功率P0（或者电压U0）的分被逼。也就是说，电平就是指电驴中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。然后将比值用对数转化后用分贝表示，记为dB。 简单的说，电平就是两个电压或功率的比值的对数形式 二、香农定理香农定理给出了信道信息传送速率的上限（比特每秒）和信道信噪比及带宽之间的关系。 对应到无线通信上来说，香农定理解释了各种无线制式由于带宽不同，所支持的单载波最大吞吐量的不同。 该定理具体表现出来的形式为： 在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，信道容量Rmax与信道带宽W，信噪比S/N之间的关系是： Rmax=W*log2（1+S/N），这里的2是以2为底的对数 如果类比到现实中来，可以提出这么一个问题，城市车道上的每秒钟通过一个十字路口的车辆数目和什么有关？ 答：除了和所有车的动力有关之外，还受限于道路的宽度，红灯的时间长度，还有其他的干扰因素有关。 香农定理是所有通信制式最基本的原理，它描述了有限带宽，有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽和信噪比之间的关系，用公式表示为： C =Blb（1+S/N） 其中C是信道所支持的最大速率或者叫最大容量，B是信道的带宽，S是平均信号功率，N是平均噪声功率。 需要我们注意的点是： a) 信道容量由信道带宽以及信噪比决定，增大带宽、提高信噪比可以增大信道容量 b) 在要求信道的容量一定的情况下，提高信噪比可以适当降低对带宽的要求，增加带宽可以降低信噪比的要求 c) 香农定理给出了信道容量的极限，也就是说，实际无线制式中单信道容量不能超过该极限，只能尽量接近。 d) 在卷积码条件下，实际信道容量离极限值还差3db。在Turbo码条件下，已经接近了极限值。 e) 即便是LTE中的多天线技术，也并没有突破香农定理，它本身只是相当于多个单信道的组合。 将香农定理变换一下形式： C/B= lb（1+S/N） C/B就是单位带宽的容量，也就是频谱利用率。 在香农定理中，信噪比用分贝表示： 分贝数=10*Log（S/N） 对于一般链路来说，信噪比为30db，那么S/N = 1000 通常音频电话连接支持的频率范围为300~3300hz，那么带宽B =3000hz，那么C = 3000*log2（1+1000）≈30kbps，是28.8kbps调制解调器的极限值。 当信道传输速率不超过信道容量时，采用合适的编码方法可以实现高传输可靠性。但当信息传输率超过了信道容量，就不可能实现可靠性传输 三、深入研究香农公式：C=Blb（1+S/N） 该公式有其成立条件，即基于AWGN信道，也就是加性高斯白噪声信道，也就是信道的噪声在频谱上均匀分布，幅度上呈现正态分布。 通俗的讲，就是说AWGN上不存在其他干扰，也就是假设网络中只有一个基站，基站下只有一个终端。之所以理想化条件，是为了后续分析更为便利。在实际网络中，只有在实验室孤立的基站下才具备香农公式成立的条件。
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发表于 2021-3-9 14:02:47
