信道包括模擬信道和數(shù)字信道。在模擬信道,帶寬按照公式W=f2-f1 計(jì)算;數(shù)字信道的帶寬為信道能夠達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率,兩者可通過(guò)香農(nóng)定理互相轉(zhuǎn)換。
信道帶寬頻段帶寬是發(fā)送無(wú)線信號(hào)頻率的標(biāo)準(zhǔn)。在常用的2.4-2.4835GHz頻段上,每個(gè)信道的頻段帶寬為20MHz;前者工作的協(xié)議有b/g/n,后者有ac/a/n。頻率越高越容易失真,其中20MHz在11n的情況下能達(dá)到144Mbps(怎么計(jì)算的?)帶寬,它穿透性較好,傳輸距離遠(yuǎn)(約100米左右);40MHz在11n的情況下能達(dá)到300Mbps帶寬,穿透性稍差,傳輸距離近(約50米左右)。信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬是指在自由空間(包括空氣和真空)傳播的射頻頻段的電磁波。電磁波包含很多種類,按照頻率從低到高的順序排列為:無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線及γ射線。無(wú)線電波分布在3Hz到3000GHz的頻率范圍之間。在這個(gè)頻譜內(nèi)可以細(xì)劃為12個(gè)波段頻率越低,傳播損耗越小,覆蓋距離越遠(yuǎn),繞射能力也越強(qiáng)。但是低頻段的頻率資源緊張,系統(tǒng)容量有限,因此低頻段的無(wú)線電波主要應(yīng)用于廣播、電視、尋呼等系統(tǒng)。高頻段頻率資源豐富,系統(tǒng)容量大。但是頻率越高,傳播損耗越大,覆蓋距離越近,繞射能力越弱。另外,頻率越高,技術(shù)難度也越大,系統(tǒng)的成本相應(yīng)提高。
數(shù)字信道是一種離散信道,它只能傳送離散值的數(shù)字信號(hào),信道的帶寬決定了信道中能不失真的傳輸脈沖序列的最高速率。一個(gè)數(shù)字脈沖稱為一個(gè)碼元,我們用碼元速率表示單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)波形的變換次數(shù),即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)。若信號(hào)碼元寬度為T(mén)秒,則碼元速率B=1/T。碼元速率的單位叫波特(Baud),所以碼元速率也叫波特率。早在1924年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究員亨利·尼奎斯特就推導(dǎo)出了有限帶寬無(wú)噪聲信道的極限波特率,稱為尼奎斯特定理。若信道帶寬為W,則尼奎斯特定理指出最大碼元速率為B=2W(Baud)尼奎斯特定理指定的信道容量也叫尼奎斯特極限,這是由信道的物理特性決定的。超過(guò)尼奎斯特極限傳送脈沖信號(hào)是不可能的,所以要進(jìn)一步提高波特率必須改善信道帶寬。碼元攜帶的信息量由碼元取的離散值個(gè)數(shù)決定。若碼元取兩種離散值,則一個(gè)碼元攜帶1比特(bit)信息。若碼元可取四種離散值,則一個(gè)碼元攜帶2比特信息。即一個(gè)碼元攜帶的信息量n(bit)與碼元的種類數(shù)N有如下關(guān)系:n=log2N單位時(shí)間內(nèi)在信道上傳送的信息量(比特?cái)?shù))稱為數(shù)據(jù)速率。在一定的波特率下提高速率的途徑是用一個(gè)碼元表示更多的比特?cái)?shù)。如果把兩比特編碼為一個(gè)碼元,則數(shù)據(jù)速率可成倍提高。對(duì)此,我們有公式:R=B log2N=2W log2N(b/s)其中R表示數(shù)據(jù)速率,單位是每秒比特,簡(jiǎn)寫(xiě)為bps或b/s數(shù)據(jù)速率和波特率是兩個(gè)不同的概念。僅當(dāng)碼元取兩個(gè)離散值時(shí)兩者才相等。對(duì)于普通電話線路,帶寬為3000HZ,最高波特率為6000Baud。而最高數(shù)據(jù)速率可隨編碼方式的不同而取不同的值。這些都是在無(wú)噪聲的理想情況下的極限值。實(shí)際信道會(huì)受到各種噪聲的干擾,因而遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到按尼奎斯特定理計(jì)算出的數(shù)據(jù)傳送速率。香農(nóng)(shannon)的研究表明,有噪聲的極限數(shù)據(jù)速率可由下面的公式計(jì)算:C =W log2(1+s/n)這個(gè)公式叫做香農(nóng)定理,其中W為信道帶寬,S為信號(hào)的平均功率,N為噪聲的平均功率,s/n叫做信噪比。由于在實(shí)際使用中S與N的比值太大,故常取其分貝數(shù)(db)。分貝與信噪比的關(guān)系為 : db=10lgs/n例如當(dāng)s/n為1000,信噪比為30db。這個(gè)公式與信號(hào)取的離散值無(wú)關(guān),也就是說(shuō)無(wú)論用什么方式調(diào)制,只要給定了信噪比,則單位時(shí)間內(nèi)最大的信息傳輸量就確定了。例如信道帶寬為3000HZ,信噪比為30db,則最大數(shù)據(jù)速率為C=3000log2(1+1000)≈3000×9.97≈30000b/s這是極限值,只有理論上的意義。實(shí)際上在3000HZ帶寬的電話線上數(shù)據(jù)速率能達(dá)到9600b/s就很不錯(cuò)了。綜上所述,我們有兩種帶寬的概念,在模擬信道,帶寬按照公式W=f2-f1 計(jì)算,例如CATV電纜的帶寬為600HZ或1000HZ;數(shù)字信道的帶寬為信道能夠達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率,例如以太網(wǎng)的帶寬為10MB/S或100MB/S,兩者可通過(guò)香農(nóng)定理互相轉(zhuǎn)換。