信道极限传输速率讲稿
带宽，传输速率
带宽，传输速率【带宽W】带宽，⼜叫频宽，是数据的传输能⼒，指单位时间内能够传输的⽐特数。
⾼带宽意味着⾼能⼒。
数字设备中带宽⽤bps（b/s）表⽰，即每秒最⾼可以传输的位数。
模拟设备中带宽⽤Hz表⽰，即每秒传送的信号周期数。
通常描述带宽时省略单位，如10M实质是10M b/s。
带宽计算公式为：带宽=时钟频率*总线位数/8。
电⼦学上的带宽则指电路可以保持稳定⼯作的频率范围。
【数据传输速率Rb】数据传输速率，⼜称⽐特率，指每秒钟实际传输的⽐特数，是信息传输速率（传信率）的度量。
单位为“⽐特每秒（bps）”。
其计算公式为S=1/T。
T为传输1⽐特数据所花的时间。
【波特率RB】波特率，⼜称调制速率、传符号率（符号⼜称单位码元），指单位时间内载波参数变化的次数，可以以波形每秒的振荡数来衡量，是信号传输速率的度量。
单位为“波特每秒（Bps）”，不同的调制⽅法可以在⼀个码元上负载多个⽐特信息，所以它与⽐特率是不同的概念。
【码元速率和信息速率的关系】码元速率和信息速率的关系式为： Rb=RB*log2 N。
其中，N为进制数。
对于⼆进制的信号，码元速率和信息速率在数值上是相等的。
【奈奎斯特定律】奈奎斯特定律描述了⽆噪声信道的极限速率与信道带宽的关系。
1924年，奈奎斯特（Nyquist）推导出理想低通信道下的最⾼码元传输速率公式：理想低通信道下的最⾼RB = 2W Baud。
其中，W为理想低通信道的带宽，单位是赫兹（Hz），即每赫兹带宽的理想低通信道的最⾼码元传输速率是每秒2个码元。
对于理想带通信道的最⾼码元传输速率则是：理想带通信道的最⾼RB= W Baud，即每赫兹带宽的理想带通信道的最⾼码元传输速率是每秒1个码元。
符号率与信道带宽的确切关系为：RB=W(1+α)。
其中， 1/1+α为频道利⽤率，α为低通滤波器的滚降系数，α取值为0时，频带利⽤率最⾼，但此时因波形“拖尾”⽽易造成码间⼲扰。
它的取值⼀般不⼩于0.15，以调解频带利⽤率和波形“拖尾”之间的⽭盾。
带宽与数据传输速率
带宽与数据传输速率如果从电⼦电路⾓度出发，带宽（Bandwidth）本意指的是电⼦电路中存在⼀个固有通频带，这个概念或许⽐较抽象，我们有必要作进⼀步解释。
⼤家都知道，各类复杂的电⼦电路⽆⼀例外都存在电感、电容或相当功能的储能元件，即使没有采⽤现成的电感线圈或电容，导线⾃⾝就是⼀个电感，⽽导线与导线之间、导线与地之间便可以组成电容——这就是通常所说的杂散电容或分布电容；不管是哪种类型的电容、电感，都会对信号起着阻滞作⽤从⽽消耗信号能量，严重的话会影响信号品质。
这种效应与交流电信号的频率成正⽐关系，当频率⾼到⼀定程度、令信号难以保持稳定时，整个电⼦电路⾃然就⽆法正常⼯作。
为此，电⼦学上就提出了“带宽”的概念，它指的是电路可以保持稳定⼯作的频率范围。
⽽属于该体系的有显⽰器带宽、通讯/⽹络中的带宽等等。
⽽第⼆种带宽的概念⼤家也许会更熟悉，它所指的其实是数据传输率，譬如内存带宽、总线带宽、⽹络带宽等等，都是以“字节/秒”为单位。
我们不清楚从什么时候起这些数据传输率的概念被称为“带宽”，但因业界与公众都接受了这种说法，代表数据传输率的带宽概念⾮常流⾏，尽管它与电⼦电路中“带宽”的本意相差很远。
对于电⼦电路中的带宽，决定因素在于电路设计。
它主要是由⾼频放⼤部分元件的特性决定，⽽⾼频电路的设计是⽐较困难的部分，成本也⽐普通电路要⾼很多。
这部分内容涉及到电路设计的知识，对此我们就不做深⼊的分析。
⽽对于总线、内存中的带宽，决定其数值的主要因素在于⼯作频率和位宽，在这两个领域，带宽等于⼯作频率与位宽的乘积，因此带宽和⼯作频率、位宽两个指标成正⽐。
不过⼯作频率或位宽并不能⽆限制提⾼，它们受到很多因素的制约数据传输速率1)数据传输速率--每秒传输⼆进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。
计算公式: S=1/T log2N(bps) ⑴式中 T为⼀个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)单位为秒；N为⼀个码元所取的离散值个数。
影响信道极限传输速率的因素
信号失真分为线性失真和非线性失真 。线性失真主要由于信道带宽限制和 信号的频谱特性不匹配，而非线性失 真则主要是由于信道非线性效应。
信号失真对传输速率的影响
信号失真会导致误码率的增加，从而降低数据传输的可靠 性。在高速传输时，信号失真会更加明显，影响传输速率 的提升。
随着传输速率的提高，信道对信号的畸变能力减弱，因此 需要在有限带宽内控制信号的畸变，以保证信号质量。
02
信噪比
定义
信噪比（Signal-to-Noise Ratio，简称SNR）是指信号功 率与噪声功率的比值，通常以 分贝（dB）为单位表示。
信噪比是衡量通信系统性能的 重要参数，它决定了信号在传 输过程中能够被正确接收和识 别的能力。
在通信系统中，信噪比越大， 信号质量越好，传输误码率越 低，传输速率越高。
05
信道衰减
定义
信道衰减是指信号在 传输过程中，由于各 种原因导致的信号幅 度减小。
信道衰减是影响信道 极限传输速率的重要 因素之一。
信道衰减可能是由于 传输线、电磁波、散 射、折射等原因引起 的。
信道衰减对传输速率的影响
信道衰减会降低信号的幅度，导致信号接收端无法正确解码，从而降低传输速率。 随着信道衰减的增加，信号的误码率也会相应增加，导致数据传输的可靠性降低。
降低系统中的噪声功率可以改善信噪比。这可以 通过改进系统设计、优化设备性能、加强环境噪 声抑制等方法实现。
信道编码技术
通过采用纠错编码技术，可以在传输过程中纠正 因噪声干扰引起的错误，从而提高信噪比和传输 速率。
03
信号失真
定义
信号失真：在信号传输过程中，由于 信道特性、噪声干扰等因素，导致信 号波形发生变化，使得接收端收到的 信号与原始信号不一致。
信道、信道容量、数据传输速率
信道、信道容量、数据传输速率简介：信道、信道容量、数据传输速率（⽐特率）、电脑装置带宽列表⼀、信道的概念信道，是信号在通信系统中传输的通道，是信号从发射端传输到接收端所经过的传输媒质，这是狭义信道的定义。
⼴义信道的定义除了包括传输媒质，还包括信号传输的相关设备。
信道容量是在通信信道上可靠地传输信息时能够达到的最⼤速率。
根据有噪信道编码定理，给定信道的信道容量是其以任意⼩的差错概率传输信息的极限速率。
信道容量的单位为⽐特每秒、奈特每秒等等。
⾹农在第⼆次世界⼤战期间发展出信息论，并给出了信道容量的定义和计算信道容量的数学模型。
他指出，信道容量是信道的输⼊与输出的互信息量的最⼤值，这⼀最⼤取值由输⼊信号的概率分布决定。
⼆、信道的分类（⼀）狭义信道的分类狭义信道，按照传输媒质来划分，可以分为有线信道、⽆线信道和存储信道三类。
1. 有线信道有线信道以导线为传输媒质，信号沿导线进⾏传输，信号的能量集中在导线附近，因此传输效率⾼，但是部署不够灵活。
这⼀类信道使⽤的传输媒质包括⽤电线传输电信号的架空明线、电话线、双绞线、对称电缆和同轴电缆等等，还有传输经过调制的光脉冲信号的光导纤维。
2. ⽆线信道⽆线信道主要有以辐射⽆线电波为传输⽅式的⽆线电信道和在⽔下传播声波的⽔声信道等。
⽆线电信号由发射机的天线辐射到整个⾃由空间上进⾏传播。
不同频段的⽆线电波有不同的传播⽅式，主要有：地波传输：地球和电离层构成波导，中长波、长波和甚长波可以在这天然波导内沿着地⾯传播并绕过地⾯的障碍物。
长波可以应⽤于海事通信，中波调幅⼴播也利⽤了地波传输。
天波传输：短波、超短波可以通过电离层形成的反射信道和对流层形成的散射信道进⾏传播。
短波电台就利⽤了天波传输⽅式。
天波传输的距离最⼤可以达到400千⽶左右。
电离层和对流层的反射与散射，形成了从发射机到接收机的多条随时间变化的传播路径，电波信号经过这些路径在接收端形成相长或相消的叠加，使得接收信号的幅度和相位呈随机变化，这就是多径信道的衰落，这种信道被称作衰落信道。
信道传输能力的指标
信道传输能力的指标信道传输能力是指在单位时间内通过信道传输的数据量。
它是衡量信道传输性能的重要指标之一，对于评估通信系统的性能具有重要意义。
本文将从不同角度介绍信道传输能力的指标，并探讨其相关概念和应用。
我们来介绍一些常见的衡量信道传输能力的指标。
第一个指标是数据传输速率，即单位时间内传输的数据位数。
常见的单位有bps （比特每秒）、Kbps（千比特每秒）、Mbps（兆比特每秒）等。
数据传输速率直接影响着信道的传输能力，通常情况下，数据传输速率越高，信道传输能力越大。
除了数据传输速率，信道的带宽也是衡量传输能力的重要指标之一。
带宽是指信道能够传输的频率范围，通常以Hz为单位。
带宽越大，信道传输能力越高，能够传输更多的数据。
带宽与数据传输速率之间存在着一定的关系，可以通过调制技术和编码方式来提高信道的传输效率，从而提高数据传输速率。
除了数据传输速率和带宽，误码率也是衡量信道传输能力的重要指标之一。
误码率是指在信道传输过程中出现错误的比例。
误码率越低，信道传输能力越强，能够更可靠地传输数据。
为了降低误码率，通信系统通常会采用差错控制编码和纠错编码等技术，以提高信道传输的可靠性。
另外一个重要的指标是信噪比（SNR），它是信号与噪声功率之比。
信噪比越高，表示信号在传输过程中受到的噪声干扰越小，信道传输能力越强。
在实际通信系统中，为了提高信噪比，通常会采用调制技术、功率控制和多天线等技术手段。
时延也是衡量信道传输能力的重要指标之一。
时延包括传输时延、传播时延、处理时延和排队时延等。
传输时延是指数据从发送端到接收端所需的时间；传播时延是指信号在信道中传播所需的时间；处理时延是指数据在通信设备中处理所需的时间；排队时延是指数据在队列中等待处理所需的时间。
时延越小，信道传输能力越高，能够更快速地传输数据。
信道传输能力的指标包括数据传输速率、带宽、误码率、信噪比和时延等。
这些指标反映了信道传输的性能和可靠性，对于设计和评估通信系统具有重要意义。
《信道极限传输速率》课件
介绍通过网络参数优化和算 法改进来提高信道传输速率 的方法。
信道编码
详细讲解如何利用更好的信 道编码技术来提高传输速率 和可靠性。
调制方式选择与带宽效率
1
调制技术
比较不同调制方式的优劣，包括ASK、FSK、PSK等。
2
带宽效率
讨论不同调制方式的带宽利用率，以及如何选择合适的调制方式来提高传输效率。
3
多天线技术
简要介绍利用多天线技术来提高信道传输速率的方法。
信道极限传输速率的改进方法
技术创新
网络优化
探讨通过技术创新来突破信 道极限，如MIMO、OFDM等。
信道容量的定义和计算方法
1和条件熵。
2
香农定理
详细解释信道容量的定义和计算方法，以及如何最大限度地利用信道资源。
3
信道带宽和信噪比
探讨信道带宽和信噪比对信道容量的影响。
香农公式及其应用
香农公式
阐述了计算信道容量的重要 方程，具体讲解其中的变量 和参数。
应用实例
提供了一个实际应用场景， 展示了如何应用香农公式来 计算传输速率。
性能优化
介绍了如何优化系统设计以 实现更高的传输速率。
多路径衰落和信噪比
多径传播
解释多径信号传播导致的衰落现象，以及如何应对和利用这种现象。
信噪比
探讨信号与噪声之间的比例，以及如何通过改进信噪比来提高传输速率。
信道编码与对码
介绍常用的信道编码和解码方法，如卷积码、纠错码等，以及其对提高信道传输速率的作用。
《信道极限传输速率》 PPT课件
在这个PPT课件中，我们将探讨无线信道的概述，信道容量的定义和计算方法， 以及香农公式及其应用。我们还将详细讲解多路径衰落和信噪比，信道编码 与对码，调制方式选择与带宽效率，以及提升信道极限传输速率的改进方法。
信道传输特性讲课文档
电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility）是指系统发出的最小 辐射和系统能承受的最大外部噪声，即设备或者系统在正常情况下运 行时，不会产生干扰同一空间中其他设备、系统电信号的能力。
第14页，共43页。
4.2 电缆信道性能指标
按照国际布线标准ISO/IEC 11801-2002、ANSI/TIA/EIA 568及国家标准GB 503112007、YD/T 1092-2001，描述平衡电缆信道（Balanced Cabling Links）性能的电气 特性参数有直流环路电阻、特征阻抗、回波损耗、衰减、串扰、时延等，其中与 信道长度有关的参数，如衰减、直流环路电阻、时延等；与对绞电缆纽距相关的 参数有：特征阻抗、衰减、串扰和回波损耗等。按照GB 50311-2007关于综合布线 电缆系统A、B、C、D、E和F的分级情况，不同布线系统级别的具体性能指标也 不相同。
-Байду номын сангаас
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5.8
4.2
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14.4
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D级/dB -
4.0 9.1 24.0
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E级/dB -
4.0 8.3 21.7 35.9
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F级/dB -
4.0 8.1 20.8 33.8 54.6
第20页，共43页。
4.2.4 衰减
信号在信道中传输时，会随着传输距离的增加而逐渐变小。衰减 （Attenuation，ATT）是指信号沿传输链路传输后幅度减小的程度，单 位为分贝（dB）。衰减是指由于绝缘损耗、阻抗不匹配、连接电阻等因 素，信号沿链路传输损失的能量。如图4.9所示是信号衰减的示意图。
beamforming-波束赋形解析讲课讲稿
西安电子科技大学
宽带、传输速率高
60GHz特点
60GHz无线通信网络具有带宽大、允许的最大发射功率高等固有特性， 可以满足高速无线数据通信(>1Gbps)的需求。
beamcombiningbeamrefinementtransactionsprevioussubphases允许站点之间交换波束优化能力信息并且可以请求其他子阶段的执行在mid阶段一个准全向传输模型将会对一些接收awv进行测试在bc阶段一小部分接收传输awv将会被成对组合着进行测试这样就避免了准全向模式的使用站点间可以通过一个类似于波束优化交易的请求回应信息交换来探测一个更广泛的传输接收awv集合西安电子科技大学西安电子科技大学backback波束优化brp西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学波束优化brp西安电子科技大学西安电子科技大学波束优化brp西安电子科技大学西安电子科技大学波束跟踪beamtracking发起站点和回应站点都可以通过设置交换帧中的参数来发送要求波束跟踪的请求
发起站点和回应站点都可以通过设置交换帧中的参数来发送要求波束跟踪的请求。
西安电子科技大学
波束跟踪BeamTracking
西安电子科技大学
一些疑问
directional multi-gigabit (DMG) antenna: A DMG antenna is a phased array, a single element antenna, or a set of switched beam antennas covered by a quasi-omni antenna pattern.
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信道极限传输速率
我们常常会遇到这样的问题：我的信道上到底可以传输多大的数据，或者指定的信道上的极限传输率是多少。
这就是信道容量的问题。
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？
一、奈氏准则
1924年，奈奎斯特（Nyquist）就推导出在理想低通信道下的最高码元传输速率的公式：
其中W是理想低通信道的带宽，单位为赫兹；K是多相调制的相数。
奈氏准则的另一种表达方法是：每赫兹带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。
若码元的传输速率超过了奈氏准则所给出的数值，则将出现码元之间的互相干扰，以致在接收端就无法正确判定码元是1还是0。
对于具有理想带通矩形特性的信道（带宽为W），奈氏准则就变为：理想带通信道的最高码元传输速率＝1WBaud，即每赫宽带的带通信道的最高码元传输速率为每秒1个码元。
奈氏准则是在理想条件下推导出的。
在实际条件下，最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值还要小些。
电信技术人员的任务就是要在实际条件下，寻找出较好的传输码
元波形，将比特转换为较为合适的传输信号。
根据奈奎斯特准则我们可以推断出：
给定了信道的带宽，则该信道的极限波特率就确定了，不可能超过这个极限波特率传输码元，除非改善该信道的带宽；
要想增加信道的比特传送率有两条途径，一方面可以增加该信道的带宽，另一方面可以选择更高的编码方式。
例：假设一个传八进制数据信号的无噪声数字信道，带宽为3000Hz ，求其信道容量。
二、香农定理
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：
信号和噪声的功率比就叫做信噪比，用S/N 表示，单位没有量纲。
形象地表示就是如果我们在人声嘈杂的集市上向远处的一个人喊话，我们必定会提高自己的声音的音量。
我s bit M B C /180008log 30002log 222=⨯⨯==
们所喊的话叫做信号，周围环境的声音是噪声。
我们的声音越大（信号的功率越大），周围环境越安静则噪声越小（噪声的功率越小），对方就听得越清楚。
这说明信号和噪声的功率比越大，越有利于信号的接收。
从公式中我们可以看出，对于一定的信噪比和一定的传输带宽，它的传输速率的上限就确定了，这个极限是不能够突破的。
由香农信道容量公式可得出以下结论：（1）提高信道的信噪比或增加信道的带宽都可以增加信道容量。
（2）当信道中噪声功率N无穷趋于0时，信道容量C无穷趋于无限大，这就是说无干扰信道的信道容量可以为无穷大。
（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）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。
例1：有一个经调制解调器传输数据信号的电话网信道，该信道带宽为Hz
3000，信道噪声为加性高斯白噪声，其信噪比为dB
20，求该信道的信道容量。
解：
dB N S N S dB 20)/(lg 10)/(== 10010/2==N S
s bit N S B C /19975)1001(log 3000)/1(log 22≈+=+=
三、奈氏准则和香农公式在数据通信中的意义
奈氏准则指出了：码元传输的速率是受限的，不能任意提高，否则在接收端就无法正确判定码元是1还是0（因为有码元之间的相互干扰）
对于具有理想带通矩形特性的信道（带宽为W ），奈氏准则就变为：理想带通信道的最高码元传输速率＝1WBaud ，即每赫宽带的带通信道的最高码元传输速率为每秒1个码元。
需要注意的是，奈氏准则并没有对信息传输速率（b/s ）给出限制。
要提高信息传输速率就必须使每一个传输的码元能够代表许多个比特的信息。
这就需要有很好的编码技术。
香农公式给出频带利用的理论极限值，即在有限带宽、有噪声的信道中存在极限传输速率，无论采用何种编码都无法突破这个极限。
在信带容量一定的情况下，信噪比和带宽可以互换
四、影响信道极限传输速率的因素
1.信噪比
2.带宽
3.编码方式。