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2019-11-29奈奎斯特和香农定理

2019-11-29奈奎斯特和香农定理

作者: keaiduoduo | 来源:发表于2019-11-29 21:00 被阅读0次

本是通信人,相煎何太急……

身为通信工程专业的一名知识分子,今天思考自己的毕业设计题目:面对GNSS拒止的环境条件下,无人机应该如何与地面站进行通信?首先肯定是无线通信咯,但是采用什么方式的无线通信?wifi?数传电台?蓝牙?ZigBee?可是无论是什么方式,在面对GPS干扰的时候,这些无线传输电信号不是同样也会被干扰吗?????

所以今天就乱七八糟看了一遍GPS干扰原理、地球同步卫星、人造卫星、通信历史等科普~

今天印象最深刻的还是关于带宽与数据传输速率的关系~

在现代网络技术中,人们总是以“带宽”来表示信道的数据传输速率,“带宽”与“速率”几乎成了同义词。信道带宽与数据传输速率的关系可由奈奎斯特(Nyquist)准则与香农(Shanon)定律描述。

一、带宽是什么?

  • 带宽是在单位时间内从网络的某一点传输到另一点所能通过的“最高数据量”,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量,即每秒多少比特。
  • 严格来说,数字网络中的带宽应该使用波特率(baud)来表示,表示每秒通过的脉冲数。而比特(bit)是信息单位,由于数字设备使用二进制,则每秒电平所承载的信息量是以2为底2的对数乘以波特率;若是四进制,则是以2为底4的对数乘以波特率。每位电平所承载的信息量为2。因此,在数值上,比特与比特是相同的。由于人们对这两个概念分得不是很清楚,所以常使用比特率来表示速率。也正是用比特太多了,所以比特率就成了一个带宽的标准单位了。

二、数据传输速率是什么?

  • 数据传输速率在数值上等于每秒传输二进制比特数,单位为bit/s,记作bps。
  • 对于二进制数据,数据传输速率为:S = 1/T(bps)
    其中,T为发送每一比特所需要的时间。例如在通信信道上发送一二进制0、1信号所需要的时间是0.001ms,那么信道的传输速率为1000 000bps。

三、奈奎斯特准则

奈奎斯特准则描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系
  • 如果间隔为π/w,即1/2f,通过理想低通信道传输窄脉冲信号,则前后码元之间不产生相互窜扰。因此,对于二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽B的关系为:
    Rmax = 2B*(bps),即信道带宽是最大数据传输速率的1/2。

四、香农定理

香农定理描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信噪比之间的关系

Rmax = Blog2(1 + S / N)

  • 式中,Rmax为最大传输速率(bps)。

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