通道最大資料速率

資料速率是指透過通道傳輸資料的速度。它通常以位元每秒 (bps) 計算。較高的資料速率表示為 Kbps（“千”位元每秒，即 1000 bps）、Mbps（“兆”位元每秒，即 1000 Kbps）、Gbps（“吉”位元每秒，即 1000 Mbps）和 Tbps（“太”位元每秒，即 1000 Gbps）。

資料通訊的主要目標之一是提高資料速率。有三個因素決定通道的資料速率

• 通道的頻寬
• 使用的訊號電平數
• 通道中的噪聲

資料速率可以使用兩個理論公式計算

• 奈奎斯特位元率 - 用於無噪聲通道
• 夏農容量 - 用於有噪聲通道

奈奎斯特位元率

奈奎斯特位元率是由亨利·奈奎斯特提出的，他證明了即使是完美的無噪聲通道，其傳輸能力也有一個最大限值。

最大位元率的理論公式為：

最大位元率 = 2 × 頻寬 × log₂V

這裡，最大位元率以 bps 計算

頻寬是指通道的頻寬

V 是訊號中離散電平的數量

例如，如果一個頻寬為 4 KHz 的無噪聲通道正在傳輸具有 4 個離散電平的訊號，則最大位元率將計算為：最大位元率 = 2 × 4000 × log₂4 = 16,000 bps = 16 kbps

夏農容量

克勞德·夏農將奈奎斯特的工作擴充套件到實際的易受噪聲影響的通道。噪聲可以是多種型別，例如熱噪聲、脈衝噪聲、串擾等。在所有噪聲型別中，熱噪聲是不可避免的。通道中電子的隨機運動會產生原始訊號中不存在的額外訊號，稱為熱噪聲。熱噪聲的量計算為訊號功率與噪聲功率的比率，SNR。

信噪比，SNR = 平均訊號功率 / 平均噪聲功率

由於SNR是兩個在非常大範圍內變化的功率的比率，因此它通常以分貝表示，稱為 SNR_db，計算公式為：SNR_db = 10log₁₀SNR。

夏農容量給出了有噪聲通道的理論最大資料速率或容量。它表示為：

容量 = 頻寬 × log₂( 1+SNR )

這裡，容量是以 bps 計算的通道最大資料速率

頻寬是指通道的頻寬

SNR 是信噪比

例如，如果一個有噪聲通道的頻寬為 4 KHz，信噪比為 100，則最大位元率可以計算為：

容量 = 4000 × log₂( 1+100 ) = 26,633 bps = 26.63 kbps

Sai Subramanyam

更新於：2019年8月5日

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