数字通信系统中带宽的概念培训讲学
通信中的带宽关系、以及码元、波特率、比特率、奈奎斯特带宽
通信中的带宽关系、以及码元、波特率、⽐特率、奈奎斯特带宽1.带宽分类：第⼀零点带宽、奈奎斯特带宽、信道带宽。
注意：1）其中第⼀零点带宽、奈奎斯特带宽属于系统带宽；2）信道带宽⼀般是第⼀零点带宽的⼆倍（带宽取得都是正半轴），也可以理解为在到信道时候，信号被整体搬移到正轴与负轴；3）第⼀零点带宽为 Sa 函数正半轴与频率轴的第⼀个交点；2.奈奎斯特带宽：1/(2τ) == (1/2)*第⼀零点带宽 == (1/2)*RB (占空⽐为：1) 2.1 why？ 对于系统函数 H(w)为门宽为 pi/TB 的门函数，我们知道根据傅⾥叶变换，其对应于第⼀零点带宽为 TB 的Sa函数；（这个不会可以私聊我。
⽤到的知识点 1.门函数和Sa函数的变换；2.时域频域对称性）； 那么其系统带宽（B）为：(pi/TB) / (2pi) = 1/(2*TB) (注意这⾥是占空⽐为1，实际这个TB应该是τ) 2.2 最⾼频带利⽤率：RB/B = (1/TB)/(1/(2*TB) ) = 2 Baud/Hz (占空⽐为1) 2.3 所以RB = 2*B = 2 ；将1/(2*TB) 称为奈奎斯特带宽，记为fN；将该系统⽆码间串扰的最⾼传输速率（2*fN），称为奈奎斯特速率。
2.4例如： 2G时候GSM系统带宽 200khz，理论上最⼤传输速率400kbit/s，但是实际只能达到270.833kbit/s;3. 码元、波特（率）、⽐特率、奈奎斯特准则波特（率），单位时间内传输的码元数，码元带的信息量不同，那么波特⾃然不同。
⽐特率：⼀个码元携带1bit信息，对应1bit/s，⼀个码元携带2bit信息，对应2bit/s奈奎斯特准则：描述数字信道容量，根据波特的不同，有不同的容量，其值为两倍码元：⼀个码元可以携带⼀个信息，可以携带多个信息，换成计算机语⾔，就是1bit信息（2个）、2bit信息（4个）4.对于占空⽐为1/2：时域变窄，频谱展宽，带宽加倍τ = TB/2；会导致带宽B = 1/τ = 2/TB = 2Rb;奈奎斯特带宽 = 1/(2τ) = 1/(2（TB/2）) = 1/TB = Rb;5.量化级增多：导致编码位数增多，占⽤带宽增加，传码率也增加；。
数字通信系统中带宽的概念
引言在通信系统中我们经常会遇到“带宽”(Bandwidth)这个词，但我们也会遇到“带宽”的单位有时用赫兹（Hz）表示，而有时却用比特/秒（bit/S）表示，那么我们平时所说的“带宽”到底指的是什么呢？1、数字通信系统中带宽的概念早期的电子通信系统都是模拟系统。
当系统的变换域研究开始后，人们为了能够在频域定义系统的传递性能，便引进了“带宽”的概念。
当输入的信号频率高或低到一定程度，使得系统的输出功率成为输入功率的一半时(即 3dB)，最高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽，其单位为赫兹(Hz)。
比如在传统的固定电话系统中，从固定话机终端到交换中心的双绞线路系统(Twist pair)，所能提供的通信带宽可以到2MHz以上，其中我们的语音通信只使用了从300Hz~3400Hz的频段，使用的通信带宽约为3KHz。
现在，基于双绞线传输的xDSL接入网技术，能够充分使用语音带宽以外的频率，高速传送数据业务，实现宽带网接入。
图1 模拟电话线的频带(300Hz~3400Hz为语音通信频带，25KHz~1.1MHz为ADSL频带)数字通信系统中“带宽”的含义完全不同于模拟系统，它通常是指数字系统中数据的传输速率，其表示单位为比特/秒(bit/S)或波特/秒(Baud/S)。
带宽越大，表示单位时间内的数字信息流量也越大；反之，则越小。
衡量二进制码流的基本单位称为“比特”，若传输速率达到64kb/s，就表示二进制信息的流量是每秒64,000比特。
衡量多进制码流的的基本单位为“波特”，若多进制码流的传输速率达80KB/S，就表示多进制符号的信息流量是每秒80,000波特，如果将多进制码，比如四进制码(22)，换算成的二进制来衡量，则信息比特流量为80X2=160Kb/S。
不同的数字业务其提供或需求的带宽也不一样。
如前面所说在固定电话网中的局与局之间的中继接口，所提供的带宽为64Kb/S；ISDN网中的用户网络侧接口（UNI）中的U接口(2B1Q码)，带宽为80KB/S(160Kb/S)；局间E1接口所提供的带宽为2Mb/S；同步数字传输网(SDH)中的STM-1信号速率为155Mb/S，等等。
培训资料(带宽、传输速率)ppt课件
3
那么HDMI传输FHD占带宽?
1： TMDS Data与Clock的关系 • 在每个TMDS时钟周期上发送10个数据位
• TMDS 数据速率可以提高到340Mpps(Mpps:million packet per second百万包/秒)
• HDMI 1.2– 数据速率理论上可以高达 1.65Gbps（Gigabyte per second 10亿/秒）， 在实际应用中的最高速率是 1920*1080P/50Hz/24bit下是1.485Gbps
• HDMI 1.3– 数据速率理论可以高达 3.4Gbps,在实际应用中的最高速率是 1920*1080P/50Hz/48bit下是2.97Gbps
8
数据传输速度列表
本表来源：美国国家半导体
9
提问答疑
@YourNa1m0e
HDMI基础知识介绍
带宽、传输速率
1
带宽(Bandwidth)
带宽的概念范围很广，应用于不同的领域，虽 然是同一个词语，但是其内涵和定位还是有差 别的。 这里讨论的是电视机的显示带宽、视频 信号传输技术带宽和计算机领域的数据带宽。
2
电视机的显示带宽
• 其计算方式是，水平线*垂直线*刷新率= 视频带宽（在模拟技术中还要乘以1.35， 这里不涉及模拟信号，暂不讨论）。
• – 在HDMI 1.4规范中实际应用的数据速率同样是2.97Gbps • 4096*2160/24Hz/24bit
4
那么HDMI传输FHD占带宽?
2：像素时钟Pixel clock与TMDS clock的关系 • 24 bit mode: TMDS clock =1.0X Pixel clock (1:1) • 30 bit mode: TMDS clock =1.25X Pixel clock (5:4) • 36 bit mode: TMDS clock =1.5X Pixel clock (3:2) • 48 bit mode: TMDS clock =2.0 X Pixel clock (2:1)
带宽及连续波模拟调制资料课件
根据测试结果进行分析和讨论，包括性能指标达标情况、系统 优缺点、改进方向等。
总结回顾与拓展延
06
伸思考
关键知识点总结回顾
带宽定义
在通信和网络领域，带宽通常 指信号或数据传输的速度和容
量。
连续波模拟调制
一种将模拟信号调制到连续波 载波上的技术，常用于无线通 信和广播系统。
典型应用案例解析
04
与实践操作演示
音频信号传输中带宽和连续波模拟调制应用案例
音频广播
AM广播采用连续波模拟调制技术，通过调整载波信号的振幅来传递音频信息 。带宽需求取决于音频信号的最高频率和调制方式。
电话通信
在电话通信系统中，音频信号经过带宽限制和连续波模拟调制，以适应传输信 道的特性。带宽需求取决于语音信号的频率范围和调制方式的选择。
性能评估指标及方
05
法介绍
关键性能指标解读
带宽
信噪比（SNR）
指信号所占用的频率范围，通常以赫兹（ Hz）为单位表示。带宽越宽，传输速度越 快，但同时也会增加噪声和干扰。
指信号功率与噪声功率之比，用于衡量信 号质量。SNR越高，信号质量越好，传输 误码率越低。
失真度
调制效率
指信号在传输过程中发生的变形或失真程 度。失真度越小，信号质量越好，接收端 能够更准确地还原原始信号。
信号失真
带宽不足会导致信号失真，如幅 度失真、相位失真等。
噪声干扰
带宽受限会增加噪声干扰，降低 信号的抗干扰能力。
连续波模拟调制在有限带宽下实现方法
选择合适调制方式
根据带宽限制选择合适的调制方式，如调幅、调 频、调相等。
带宽
1、信号系统又叫频宽，是指在固定的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。
通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。
2、在数字设备中，带宽指单位时间能通过链路的数据量。
通常以bps来表示，即每秒可传输之位数。
3、带宽在计算机系统中的意义在计算机系统中，用带宽作为标识总线和内存性能的指标之一。
总线带宽指的是总线在单位时间内可以传输的数据总量，等于总线位宽与工作频率的乘积。
例如：对于64位、800MHz的前端总线，它的数据传输率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s内存带宽指的是内存总线所能提供的数据传输能力。
例如：DDR400内存的数据传输频率为400MHz，那么单条模组就拥有64bit×400MHz÷8(Byte)=3.2GB/s的带宽。
4、带宽的应用一、表示频带宽度信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。
频宽对基本输出入系统(BIOS ) 设备尤其重要，如快速磁盘驱动器会受低频宽的总线所阻碍。
二、表示通信线路所能传送数据的能力在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。
对于带宽的概念，比较形象的一个比喻是高速公路。
单位时间内能够在线路上传送的数据量，常用的单位是bps(bit per second)。
计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。
严格来说，数字网络的带宽应使用波特率来表示（baud），表示每秒的脉冲数。
而比特是信息单位，由于数字设备使用二进制，则每位电平所承载的信息量是以2为底2的对数，如果是四进制，则是以2为底的4的对数，每位电平所承载的信息量为2。
因此，在数值上，波特与比特是相同的。
由于人们对这两个概念分的并不是很清楚，因此常使用比特率来表示速率，也正是用比特的人太多，所以比特率也就成了一个带宽事实的标准叫法了。
bit/s=1Kbit/sbit/s=1Mbit/sbit/s=1Gbit/s描述带宽时常常把“比特/秒”省略。
数字通信系统中带宽的概念
引言在通信系统中我们经常会遇到“带宽”(Bandwidth)这个词，但我们也会遇到“带宽”的单位有时用赫兹（Hz）表示，而有时却用比特/秒（bit/S）表示，那么我们平时所说的“带宽”到底指的是什么呢？1、数字通信系统中带宽的概念早期的电子通信系统都是模拟系统。
当系统的变换域研究开始后，人们为了能够在频域定义系统的传递性能，便引进了“带宽”的概念。
当输入的信号频率高或低到一定程度，使得系统的输出功率成为输入功率的一半时(即 3dB)，最高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽，其单位为赫兹(Hz)。
比如在传统的固定电话系统中，从固定话机终端到交换中心的双绞线路系统(Twist pair)，所能提供的通信带宽可以到2MHz以上，其中我们的语音通信只使用了从300Hz~3400Hz的频段，使用的通信带宽约为3KHz。
现在，基于双绞线传输的xDSL接入网技术，能够充分使用语音带宽以外的频率，高速传送数据业务，实现宽带网接入。
图1 模拟电话线的频带(300Hz~3400Hz为语音通信频带，25KHz~1.1MHz为ADSL频带)数字通信系统中“带宽”的含义完全不同于模拟系统，它通常是指数字系统中数据的传输速率，其表示单位为比特/秒(bit/S)或波特/秒(Baud/S)。
带宽越大，表示单位时间内的数字信息流量也越大；反之，则越小。
衡量二进制码流的基本单位称为“比特”，若传输速率达到64kb/s，就表示二进制信息的流量是每秒64,000比特。
衡量多进制码流的的基本单位为“波特”，若多进制码流的传输速率达80KB/S，就表示多进制符号的信息流量是每秒80,000波特，如果将多进制码，比如四进制码(22)，换算成的二进制来衡量，则信息比特流量为80X2=160Kb/S。
不同的数字业务其提供或需求的带宽也不一样。
如前面所说在固定电话网中的局与局之间的中继接口，所提供的带宽为64Kb/S；ISDN网中的用户网络侧接口（UNI）中的U接口(2B1Q码)，带宽为80KB/S(160Kb/S)；局间E1接口所提供的带宽为2Mb/S；同步数字传输网(SDH)中的STM-1信号速率为155Mb/S，等等。
带宽的概念
带宽的概念网络带宽是指在单位时间（一般指的是1秒钟）内能传输的数据量。
网络和高速公路类似，带宽越大，就类似高速公路的车道越多，其通行能力越强。
网络带宽作为衡量网络特征的一个重要指标，日益受到人们的普遍关注。
它不仅是政府或单位制订网络通信发展策略的重要依据，也是互联网用户和单位选择互联网接入服务商的主要因素之一。
所谓带宽，是“频带宽度”的简称，原是通讯和电子技术中的一个术语，指通讯线路或设备所能传送信号的范围。
而网络中的带宽是指在规定时间内从一端流到另一端的信息量，即数据传输率。
带宽对模拟信号和数字信号有两种基本的应用，在本文中所说的带宽均是指数字信号。
在网络通信中，个人或组织在使用网络时总是希望带宽越来越宽，特别是Internet的使用，对数据传输的要求呈现出爆炸性的增长，因此对带宽的要求也日甚一日。
当今，新一代多媒体、影像传输、数据库、网络电视的信息量猛增使得带宽成为了严重的瓶颈，迫使以太网向更高的速度发展。
各种开发光纤网带宽的技术正在研究和使用中。
光纤通信技术是比较重要的通信技术之一，其能够直接决定网络通信的效果和速度，还可以影响通信带宽以及数据传输的流畅性，其对于信息建设具有至关重要的作用。
[3] 因此，了解带宽的作用无疑将节约大量的资金，作为一名网络设计人员，带宽是主要的设计点。
作为网络专业人士，带宽和吞吐量是分析网络运行情况的要素。
互联网日益强大，网民人数不断增加，伴随而来的是互联网公众化时代的到来。
人们对互联网的需求不再是单一地浏览网页、查看新闻，而是提出了多样化的应用需求。
网络游戏、在线影视、远程办公、网络电视等形式的出现虽然极大地丰富了人们的生活，但同时也给互连网的带宽提出了更加高的要求。
需要跟我私聊加我一下。
描述带宽的概念
带宽是指在特定时间内传输数据的能力或速率。
它通常用于衡量网络、通信或计算机系统的数据传输速度。
在计算机网络中，带宽是指在单位时间内传输的数据量，通常以每秒传输的比特数（bps）来衡量。
较高的带宽意味着网络可以更快地传输数据，从而提供更快的下载、上传和浏览速度。
带宽可以影响网络性能和用户体验。
如果网络带宽较低，数据传输速度会变慢，导致下载、上传和网页加载时间延长。
而较高的带宽可以支持更多的数据传输，使用户能够更快地访问互联网资源、流媒体内容和在线应用程序。
带宽通常由网络服务提供商（ISP）提供，并以不同的速率进行销售，如兆比特每秒（Mbps）或千兆比特每秒（Gbps）。
不同的应用程序和网络活动可能需要不同的带宽要求，例如，视频流媒体通常需要更高的带宽以提供无缓冲的播放体验，而电子邮件或简单的网页浏览则需要较低的带宽。
总之，带宽是网络传输速度的度量，它影响着数据传输的效率和用户体验。
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引言
在通信系统中我们经常会遇到“带宽”(Bandwidth)这个词，但我们也会遇到“带宽”的单位有时用赫兹（Hz）表示，而有时却用比特/秒（bit/S）表示，那么我们平时所说的“带宽”到底指的是什么呢？
1、数字通信系统中带宽的概念
早期的电子通信系统都是模拟系统。
当系统的变换域研究开始后，人们为了能够在频域定义系统的传递性能，便引进了“带宽”的概念。
当输入的信号频率高或低到一定程度，使得系统的输出功率成为输入功率的一半时(即 3dB)，最高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽，其单位为赫兹(Hz)。
比如在传统的固定电话系统中，从固定话机终端到交换中心的双绞线路系统(Twist pair)，所能提供的通信带宽可以到2MHz以上，其中我们的语音通信只使用了从300Hz~3400Hz的频段，使用的通信带宽约为3KHz。
现在，基于双绞线传输的xDSL接入网技术，能够充分使用语音带宽以外的频率，高速传送数据业务，实现宽带网接入。
图1 模拟电话线的频带
(300Hz~3400Hz为语音通信频带，25KHz~1.1MHz为ADSL频带)
数字通信系统中“带宽”的含义完全不同于模拟系统，它通常是指数字系统中数据的传输速率，其表示单位为比特/秒(bit/S)或波特/秒(Baud/S)。
带宽越大，表示单位时间内的数字信息流量也越大；反之，则越小。
衡量二进制码流的基本单位称为“比特”，若传输速率达到64kb/s，就表示二进制信息的流量是每秒64,000比特。
衡量多进制码流的的基本单位为“波特”，若多进制码流的传输速率达80KB/S，就表示多进制符号的信息流量是每秒80,000波特，如果将多进制码，比如四进制码(22)，换算成的二进制来衡量，则信息比特流量为80X2=160Kb/S。
不同的数字业务其提供或需求的带宽也不一样。
如前面所说在固定电话网中的局与局
之间的中继接口，所提供的带宽为64Kb/S；ISDN网中的用户网络侧接口（UNI）中的U接口(2B1Q码)，带宽为80KB/S(160Kb/S)；局间E1接口所提供的带宽为2Mb/S；同步数字传输网(SDH)中的STM-1信号速率为155Mb/S，等等。
有时对于某一种业务却很难给出其带宽的确切值，因为数字信号的传输还与业务的带宽需求、传输质量、传输时间等因素有关。
对于数字通信系统来说，一般情况下系统所提供的带宽越宽，其业务的实时性也越好。
图2给出了各种业务与相应传输速率间的大略对应关系。
图2 各种数字业务的数据速率
2、传输介质的通信带宽
数据信号是通过相应的信道来发送和接收的。
信道可以是物理的信道，也可以是逻辑的信道。
物理信道是由传输介质与通信设备构成；逻辑信道是在物理信道基础上建立的两个节点之间的通信链路。
其中，物理信道中的传输介质是通信网络中最底层、最基本和最重要的资源。
传输介质从大的方面可分为导向介质和非导向介质，也即有线介质和无线介质。
●●常见的有线介质有：
1. 1.光缆(光纤)，其传输带宽为几百MHZ~几十THz(多模、单模光纤)。
因为
其传输带宽非常大，受外界电磁干扰小，所以在数字通信的高速传送网中最为
常用。
2. 2.同轴电缆，其传输带宽为几十MHz~1GHz（RG-8、RG-58、RG-59、RG-62
等），如在CATV网中用户终端到光节点间的部分，为75欧的同轴电缆(RG-59)。
3. 3.双绞线(Twist Pair)，传输带宽为几MHZ~几十MHz(22~26AWG，1~5类)。
●●无线介质主要是指无线电波，其中能够使用的频段也非常宽，可使用的范围
为3KHz~3000GHz。
当前只划分到了9KHz~400GzH的范围，而目前使用的频段仅到
几十吉赫兹。
3、信道容量与香农定理(Shannon Theroy)
也许我们会有这样一个问题：在xDSL 系统中，我们使用的传输介质是仅有几兆带宽的双绞线，而上面要传送几兆、十几兆甚至几十兆带宽的数据，如此高的速率能保证在几兆带宽的双绞线上可靠传输吗？或者说从另一个角度说，在给定通频带宽(Hz)的物理信道上，到底可以有多高的数据速率(b/S)来可靠传送信息？这也就是信道容量问题，早在半个多世纪以前，贝尔实验室（原AT&T 贝尔实验室，现朗讯贝尔实验室）的香农(Claude Elwood Shannon)博士就已经解答这个问题。
1948年，在《通信的数学原理》(Mathematical Theory of Communication)一文中，香农博士提出了著名的香农定理，为人们今天通信的发展垫定了坚实的理论基础。
香农定理指出，在噪声与信号独立的高斯白噪信道中，假设信号的功率为S ，噪声功率为N ，信道通频带宽为W(Hz)，则该信道的信道容量C 有
)/()1(log 2s b N S W C +
= (1)
这就是香农信道容量公式。
从公式(1)中我们可以看出，在特定带宽（W ）和特定信噪比(S/N)的信道中传送信息的速率是一定的。
由信道容量公式还可得出以下结论：
(1) (1) 提高信号S 与噪声N 功率之比，可以增加信道容量。
(2) (2) 当信道中噪声功率N →0时，信道容量C →∞，这就是说无干扰信道的信道容量
可以为无穷大。
(3) (3) 信道容量C 一定时，带宽W 与信噪比S/N 之间可以互换，即减小带宽，同时提
高信噪比，可以维持原来信道容量。
(4) (4) 信噪比一定时，增加带宽W 可以增大信道容量。
但噪声为高斯白噪声时(实际的
通信系统背景噪声大多为高斯白噪)，增加带宽同时会造成信噪比下降，因此无限增大带宽也只能对应有限信道容量，该极限容量为：
044.1n S
C W =∞= (2)
其中，n 0为噪声功率谱密度,n 0=N/W 。
香农公式可以画成图3中的曲线。
该图横坐标为信噪比S/N，以分贝dB为单位；纵坐标为C/W，单位为b/S/Hz，其物理意义为归一化信道容量，即单位频带的信息传输速率。
显然，C/W越大，频带的利用率越高，也即信道的利用率越高。
该曲线表示任何实际通信系统理论上频带利用能达到的极限。
曲线下方是实际通信系统能实现的频带利用区域，而上方为不可实现区域。
图3 归一化信道容量与信噪比关系曲线
香农定理的伟大之处在于它的理论指导意义。
香农公式给出频带利用的理论极限值，人在围绕着如何提高频带利用率这一目标展开了大量的研究，取得了辉煌的成果。
比如航天技术中的宇际通信，由航天器发回的信号往往掩埋在比它高几十分贝的宇宙噪声之中，虽然信号非常微弱，但香农公式指出信噪比和带宽可以互换，只要信噪比在理论计算的范围内，我们总可以找到一种方法将有用信号恢复出来。
另外，如移动通信中的多址接入技术（FDMA、TDMA、CDMA、SDMA以及OFDM），还有各种信源编码、信道传输编码、纠错编码技术等等，都得益于香农定理。
在xDSL传送系统中，人们正是选择了合理的信道编码技术（DMT和CAP 编码调制方式），可以保证信息在有限的通频带宽内可靠的传递，从而实现数据的高速传输，满足了人们宽带上网的需求。
结语
现在我们知道，在模拟通信系统或传输介质中，所说的“带宽”是指信号频率的通频范围，单位为“赫兹”。
而数字通信系统中“带宽”，理论上是指传输信道的信道容量，也即信道中传递信息的最大值，单位为“比特/秒”。
由于数字系统中的信道多指逻辑信道，而信道容量又是理论上的最大值(不可能达到)，所以平时我们使用的“带宽”一词，是指信道中
数据的实际传输最高速率。