【计算机网络】物理层 : 奈氏准则 ( 失真 | “失真“ 影响因素 | 码间串扰 | 奈奎斯特定理 | 码元极限传输速率 | 信息极限传输速率 | 奈氏准则计算示例 )★

文章目录

• 一、失真
• 二、"失真" 影响因素
• 三、码间串扰
• 四、奈奎斯特定理 ( 奈氏准则 )
• 五、码元极限传输速率 与 信息极限传输速率
• 六、"奈氏准则" 相关概念
• 七、"奈氏准则" 计算示例

一、失真

“失真” 是 信号在传输过程中 , 信号发生了 扭曲 和 变化 ;

在这里插入图片描述

失真过程 : 信源 发送的 信号波形 , 在现实中的 信道 中 , 受 带宽限制 , 噪音干扰 , 磁场干扰 , 导致 信宿 接收到的 信号波形 , 严重失真 ;

带宽受限 : 有些高频 / 低频 信号传输就会受阻 ;

失真有两种情况 :

• 可识别失真 : 有失真 , 但是 可以识别出 波形信号 中的高低电平 , 能将数据还原出来 ;
• 不可识别失真 : 波形严重失真 , 无法识别其中的高低电平 ;

二、“失真” 影响因素

"失真" 的影响因素 :

① 码元传输速率 : 码元传输速率越快 , 失真程度越严重 ;

② 信号传输距离 : 传输距离越远 , 传输时间越长 , 信号受干扰时间越长 , 信号干扰越大 , 失真程度越严重 ;

③ 噪声干扰 : 噪声越大 , 失真越严重 ;

④ 传输媒体质量 : 传输介质质量越差 , 失真越严重 ;

三、码间串扰

信道带宽 : 信道 可以 通过的 最高频率 与 最低频率 的差值 , 就是信道带宽 ;

① 低频信号 : 低于 最低频率 的信号 , 不能通过 , 该信号 震动频率太低 , 在信道传播的过程中 , 很容易受到干扰而衰减 ;

② 高频信号 : 高于 最高频率 的信号 , 不能通过 , 该信号 震动频率太高 , 在接 收端接收时 , 无法区分出波形中高低电平的差异 , 导致码间串扰的现象 ;

"码间串扰" 概念 : 接收端 收到 信号波形 , 码元之间的界限模糊 ; 这是由于 波形信号频率太高导致的 ;

"码元传输速率" 不能太快 , 否则出现 “码间串扰” 现象 ;

四、奈奎斯特定理 ( 奈氏准则 )

奈奎斯特定理 ( 奈氏准则 ) : 在 “低通” 条件 下 , 为了 避免码间串扰 , 码元的极限传输速率是 2W Baud , W 是信道带宽 , 单位是 Hz ;

• "低通" 条件 : 无噪声 , 带宽受限 , 低通 指的是 所有低于 最高频率的信号 , 都可以通过 ;
• 带宽 : 指的是 信道中可接收信号的 “最高频率 - 最低频率” 的差值 ;

五、码元极限传输速率 与 信息极限传输速率

奈氏准则 用于 限制 码元传输速率 上限 , 单位是 波特 ;

公式如下 :

信息传输速率 上限计算 , 单位是 比特/秒 ;

公式如下 :

指的是 码元的离散值个数 ;

指的是 信道带宽 , 单位 赫兹 (

) ;

六、“奈氏准则” 相关概念

码元传输速率 上限 : 任何 信道 中 , 码元传输速率 是有上限的 , 是

波特 (

带宽 ) , 如果 传输速率超过该 上限 , 就会产生码间串扰 问题 , 接收端无法识别接收到的信号 ;

信道带宽 : 信道 的频带越宽 , 也就是信号能通过的高频分量越多 , 码元传输速率 就可以越快 ; 也就是对应

带宽越大 , 码元的极限传输速率也就越大 ;

信息传输速率 : 奈氏准则 限制了码元传输速率 , 没有限制信息传输速率 ;

多元调制方法 : 码元的传输速率受 奈氏准则 限制 , 如果要提高 信息传输速率 , 可以使每个码元 携带更多的信息量 , 需要使用 多元制调试方法 ;

七、“奈氏准则” 计算示例

无噪声情况下 , 信道带宽为

, 采用

个相位 , 每个相位有

种振幅 QAM 调制技术 , 计算 最大数据传输率

该调制技术是 调相 和 调幅 结合在一起 , 每个码元信号有

种变化 ; 也就是每个码元有

比特的数据量

计算过程如下 :