‘壹’ 数字信号带宽、信道带宽、信息速率、基带、频带的带宽
通信界和计算机界对带宽的理解有所不同,通信界和电气相关,我们常说的第一零点带宽,信道带宽、信号带宽之类的词其实是频率轴的范围(单位是Hz),而计算机界说的带宽bandwidth其实是数据的传输速率,单位是bit/s。
一般用来描述两种对象,一个是信道(channel),另一个是信号(signal)。对于信道来说,又可分为两种,模拟信道和数字信道。对信号来说,也可分为两种,数字信号和模拟信号。模拟信号的带宽单位与模拟信道带宽相同。数字信号的带宽使用数字信号的传输速度来表示。数字信号一般传输速率是可变的。在传输数字信号时,可以用最大信号速率(峰值速率)、平均信号速率或最小信号速率来描述数字信号。
信道的带宽:对信道来说,带宽是衡量其通信能力的大小的指标。 对模拟信道,使用信道的频带宽度来衡量 。如果一个信道,其最低可传输频率为f1的信号,最高可传输频率为f2的信号,则该模拟信道的带宽是:模拟信道的带宽 = f2-f1 (f2 > f1)描述模拟信道带宽时,带宽的单位是Hz。模拟信号的带宽是指信号的波长或频率的范围,用于衡量一个信号的频率范围,单位是Hz(每秒钟电波的重复震动次数)。一般的电信号(模拟信号),都是由各种不同频率的电磁波所组成,对于这个电信号来说,其包含的电磁波的频率范围,称为这个电信号的带宽。比如人的声波信号,其绝大部分的能量,集中在300Hz ~ 3400Hz这个范围,因此我们称语音信号的带宽是3.1Khz(3400-300)。
对于数字信道的通信能力,使用信道的最大传输速率来衡量。 描述数字信道带宽时,带宽的单位是bps( bit per second) 。如果一个数字信道,其最大传输速率是100Mbps,我们称其带宽为100Mbps。
补充一下符号速率(也叫码元速率)和比特速率(也叫信息速率)的关系:(如下图)
首先对于一个矩形脉冲信号来说 ,在时域,每个门脉冲持续时间为τ。
那么我们看看它的频谱,由信号与系统的知识我们都知道时域的周期化对应于频域的离散化,所以它的频谱应该是一根根离散的谱线。(推导自己看傅里叶技术的知识推吧)
从上图中明显的看出,它的 第一零点带宽B(f)=w/2pi=1/τ ,也就是说 周期矩形信号其带宽(通常用的是第一零点带宽)等于其周期的倒数。
如果这是一个数字信息序列,即01010的信号,每个bit信息的宽度τ被称为码元周期或码元宽度(这里用二进制,所以1个码元等于1个bit)。其 信息速率Rb(或bit率)=1/τ ,即每秒中发送的bit信息。
那么带宽B和信息速率是不是相等了呢?对,没看到他们都等于1/τ吗,两者在数值上是相等的,即 ,带宽B的单位是Hz,Rb的单位是bit/s。
所以,数字 信号的带宽 一般用每bit占用的时间间隔的倒数来近似表示,传输速率的单位是bit/s,我们可以近似的认为传输速率=传输信号的带宽。这里只是近似的说法,具体信号的带宽要用函数估计,或用频谱仪测量,这和模拟信号是一样的。
注:以上说的是 信号带宽 。
基带传输 :樊昌信老师的通信原理书上(第7版)专门有一章讲基带传输的问题,最后得出的结论是: 按照能消除码间串扰的奈奎斯特速率传输基带信号时,所需的最小带宽为 (Hz)。 理想低通传输特性的带宽为 (Hz),将此带宽称为奈奎斯特带宽。但该理想的低通特性在物理上无法实现(时域h(t)非因果),将它的冲激响应h(t)作为传输波形不合适。为了解决这一问题,我们可以使理想低通滤波器的边沿缓慢下降,即余弦特性滚降,滚降使带宽增大为 ( )。
那么上述带宽是什么带宽呢?(信号or信道的)。书上在图中画的是 H(w)的带宽,即理想低通滤波器的带宽,滤波器也即信道,所以是 信道带宽 。书中第142和144页画出了数字基带信号的传输系统模型,基带系统总的传输特性 =发送滤波器的传输特性 *信道的传输特性 *接收滤波器传输特性 。原始信号 经过传输系统后,在频域为 ,见书的图6-9(P144)。
信号的带宽为 ,经过滤波器(滤波器或信道的带宽为 )后频带会被压缩。当 =0时,滤波器为理想低通(带宽 ),和信号在频域相乘得到的带宽为 (虽然此时信号的带宽被截掉了一半,但仍然能恢复出信号原来的信息,注:信号原来带宽为B=RB,现在经过滤波器后为RB/2);当 =1时,滤波器和信号在频域相乘得到的带宽为 。
在 频带传输: 即对于 已调信号传输 时,滤波器信道带宽为基带传输的两倍,即 ,其中α是低通滤波器的滚降系数,当它的取值为0时,它的矩型系数最好, 占用的带宽最小( ,理想时 ),但很难实现;当它的取值为1时,带外特性呈平坦特性,占用的带宽最大是为0时的两倍 (即 ) 。例如,在数字电视系统,当α=0.16时,一个模拟频道的带宽为8M,则Rs=8/(1+0.16)=6.896Mbps,如果采用64QAM调制方式Rb=6.896*log2(64) =41.376Mbps。
注:以上说的是 信道带宽 。
对比一下:在基带 ,信号带宽 ,发送滤波器(信道带宽)带宽(理想低通) ,两者在频域相乘得到的带宽为 。 在频带 ,信号带宽 发送滤波器(信道带宽)为 ,两者在频域相乘得到的带宽为 。
推导:假设码元的平均信号能量为 ,码元周期为 ,则码速率为 ,因此信号的平均功率为 。对于2进制, ,所以 。当接收机带通滤波器的带宽为 时,接收到的噪声功率 ,所以信噪比 。这里 为频带利用率。
按照能消除码间串扰的奈奎斯特速率传输基带信号时,所需的最小带宽为 (Hz)。对于已调信号(频带),若采用的是2ASK或2PSK信号,则其占用的带宽是基带信号的两倍,即 (则上式子 )。(这里的 B是滤波器信道带宽 )。所以在工程上,信噪比 相当于码元能量和噪声功率谱密度之比。
实际接收机信噪比为 ,最佳接收机信噪比为 ,实际接收机带通滤波器带宽 , , 误码率 ,因此在相同输入条件下,实际接收机的性能总是低于最佳接收机的性能。
载波频率越高,带宽越大。
数字通信的带宽表征为:bit的 传输速率 ,
而载频频率,决定了一个时刻内传输的比特流,比如1Hz的载频1s只做一次变化,而bit是靠什么来表征信息的?是靠代表0,1两种不同的电平的不同的排列方式表征的,1hz最多1S传输2bit流,而1Mhz明显的要多多了。所以射频的频率高,一个时间段内传输的bit流多,当然每个bit得到的时间就很短暂,对接收设备的处理能力是有要求的。
或者这样理解载频频率,决定了单位时刻内传输的波形个数,比如1HZ的载频每秒传输一个波形,10hz 每秒传输10个周期波形,所以射频的频率高,一个时间段内传输的波形周期越多,基带信息靠加载到载波波形传输,本来 1比特用1个波形周期传输,现在有十个波形周期,那么就可以传输10个比特,比特速率变大,那么带宽也变大。
‘贰’ 宽带的种类
一、按网络的地理位置分类
1.局域网(lan):一般限定在较小的区域内,小于10km的范围,通常采用有线的方式连接起来。
2.城域网(man):规模局限在一座城市的范围内,10~100km的区域。
3.广域网(wan):网络跨越国界、洲界,甚至全球范围。
目前局域网和广域网是网络的热点。局域网是组成其他两种类型网络的基础,城域网一般都加入了广域网。广域网的典型代表是internet网。
4.个人局域网(PAN):个人局域网就是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备(如便携电脑等)用无线技术连接起来的网络,因此也常称为无线个人局域网WPAN,其范围大约在10m左右。
二、按传输介质分类
1.有线网:采用同轴电缆和双绞线来连接的计算机网络。
同轴电缆网是常见的一种连网方式。它比较经济,安装较为便利,传输率和抗干扰能力一般,传输距离较短。
双绞线网是目前最常见的连网方式。它价格便宜,安装方便,但易受干扰,传输率较低,传输距离比同轴电缆要短。
2.光纤网:光纤网也是有线网的一种,但由于其特殊性而单独列出,光纤网采用光导纤维作传输介质。光纤传输距离长,传输率高,可达数千兆bps,抗干扰性强,不会受到电子监听设备的监听,是高安全性网络的理想选择。不过由于其价格较高,且需要高水平的安装技术,所以现在尚未普及。
3.无线网:采用空气作传输介质,用电磁波作为载体来传输数据,目前无线网联网费用较高,还不太普及。但由于联网方式灵活方便,是一种很有前途的连网方式。
局域网常采用单一的传输介质,而城域网和广域网采用多种传输介质。
三、按网络的拓扑结构分类网络的拓扑结构是指网络中通信线路和站点(计算机或设备)的几何排列形式。
1.星型网络:各站点通过点到点的链路与中心站相连。特点是很容易在网络中增加新的站点,数据的安全性和优先级容易控制,易实现网络监控,但中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。
2.环形网络:各站点通过通信介质连成一个封闭的环形。环形网容易安装和监控,但容量有限,网络建成后,难以增加新的站点。
3.总线型网络:网络中所有的站点共享一条数据通道。总线型网络安装简单方便,需要铺设的电缆最短,成本低,某个站点的故障一般不会影响整个网络。但介质的故障会导致网络瘫痪,总线网安全性低,监控比较困难,增加新站点也不如星型网容易。
树型网、簇星型网、网状网等其他类型拓扑结构的网络都是以上述三种拓扑结构为基础的。
四、按通信方式分类
1.点对点传输网络:数据以点到点的方式在计算机或通信设备中传输。星型网、环形网采用这种传输方式。
2.广播式传输网络:数据在共用介质中传输。无线网和总线型网络属于这种类型。
五、按网络使用的目的分类
1.共享资源网:使用者可共享网络中的各种资源,如文件、扫描仪、绘图仪、打印机以及各种服务。internet网是典型的共享资源网。
2.数据处理网:用于处理数据的网络,例如科学计算网络、企业经营管理用网络。
3.数据传输网:用来收集、交换、传输数据的网络,如情报检索网络等。
目前网络使用目的都不是唯一的。
六、按服务方式分类
1.客户机/服务器网络:服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备,客户机是用户计算机。这是客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式,多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。这是最常用、最重要的一种网络类型。不仅适合于同类计算机联网,也适合于不同类型的计算机联网,如pc机、mac机的混合联网。这种网络安全性容易得到保证,计算机的权限、优先级易于控制,监控容易实现,网络管理能够规范化。网络性能在很大程度上取决于服务器的性能和客户机的数量。目前针对这类网络有很多优化性能的服务器称为专用服务器。银行、证券公司都采用这种类型的网络。
2.对等网:对等网不要求文件服务器,每台客户机都可以与其他每台客户机对话,共享彼此的信息资源和硬件资源,组网的计算机一般类型相同。这种网络方式灵活方便,但是较难实现集中管理与监控,安全性也低,较适合于部门内部协同工作的小型网络。
七、其他分类方法
如按信息传输模式的特点来分类的atm网,网内数据采用异步传输模式,数据以53字节单元进行传输,提供高达1.2gbps的传输率,有预测网络延时的能力。可以传输语音、视频等实时信息,是最有发展前途的网络类型之一。
另外还有一些非正规的分类方法:如企业网、校园网,根据名称便可理。
‘叁’ 请问路由器的频段带宽20MHz/40MHz具体怎么解释高手请进,求解!
路由器的频段带宽20MHz和40MHz主要指的是无线信号传输时使用的频道宽度。这一设置对无线网络的传输速率、信号稳定性和覆盖范围有直接影响。以下是具体解释:
20MHz频段带宽:
特点:提供了相对稳定的信号和较广的覆盖范围。
适用场景:适合在建筑物内部或人口密集的环境中使用,因为其信号穿透能力较强,可以更容易地穿过墙壁或其他障碍物。
数据传输速率:相对较低,可能不适合需要高速数据传输的应用场景。
40MHz频段带宽:
特点:提供了更高的数据传输速率。
适用场景:适合需要高速网络连接的应用,如大型企业或高带宽需求的环境。
信号覆盖范围:相对较小,且穿透能力较弱。在距离路由器较远或有较多障碍物的情况下,信号质量可能会受到影响。
在选择频段带宽时,需要考虑实际的应用需求和环境条件。例如,在小型家庭环境中,20MHz频段带宽可能更为合适,因为它能提供更好的信号覆盖和稳定性;而在需要高速数据传输的办公室环境中,40MHz频段带宽可能更为适合。因此,在配置路由器时,用户应根据自己的网络需求和使用环境来做出合理的选择。
‘肆’ 带宽,基带,宽带
在通讯和网络领域,带宽的含义与上述定义有所区别,它是指网络信号可使用的最高频率与最低频率之差,即所谓的“频带的宽度”。带宽决定了网络信号的传输能力,因此也被称为“信道带宽”。在100M以太网等铜介质布线系统中,双绞线的信道带宽通常用兆赫兹(MHz)为单位,表示在信噪比恒定的情况下允许的信道频率范围。带宽与数据传输能力之间存在一个稳定的基本关系,带宽越高,数据传输可利用的资源越多,因而能达到越高的速度。
为了更好地理解带宽的概念,我们可以将其比作高速公路。在高速公路上,所能承受的最大交通流量相当于网络的数据运输能力,这条高速路允许形成的宽度则相当于网络的带宽。带宽越高,数据传输可利用的资源就越多,因而能达到越高的速度。除此之外,我们还可以通过改善信号质量和消除瓶颈效应实现更高的传输速度。
基带传输是计算机或终端产生的数字信号的一种传输方式,这种未经调制的信号所占用的频率范围称为基本频带(从直流起可高到数百千赫,甚至若干兆赫),简称基带。这种数字信号被称为基带信号。例如,在有线信道中,直接用电传打字机进行通信时传输的信号就是基带信号。而传送数据时,以原封不动的形式,将基带信号送入线路,称为基带传输。基带传输不需要调制解调器,设备费用较低,适合短距离的数据传输,比如一个企业、工厂,就可以采用这种方式将大量终端连接到主计算机。在局域网中,基带同轴电缆通常被用作传输介质。
然而,对于长途线路而言,基带传输方式存在局限性。长途线路无法传送近似于0的分量,因此在计算机远程通信中,直接传输原始的电脉冲信号(即基带信号)是无法实现的。因此,需要采用频带传输。频带传输通过将基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制,使这些参量随基带脉冲变化,从而实现调制。经过调制的信号称为已调信号,通过线路传输到接收端后,经过解调恢复为原始基带脉冲。频带传输不仅克服了长途电话线路不能直接传输基带信号的缺点,而且能实现多路复用的目的,从而提高了通信线路的利用率。
虽然频带传输在发送端和接收端都要设置调制解调器,但其优点在于能够实现多路复用,提高通信线路的利用率。相较于基带传输,频带传输更适用于长途通信场景,能够克服基带传输方式的局限性。