奈奎斯特采样定理_通俗理解奈奎斯特带宽
很多通信的教材對香農定理講的很詳細,但是對奈奎斯特帶寬卻講的并不是很多。而奈奎斯特帶寬確是一個重要的概念,它說明了在沒有噪聲的情況下,數據率的限制僅僅來自于信號的帶寬,可以給我們一個簡單直觀的估算結果。我嘗試用比較通俗的語言解釋下我理解的奈奎斯特帶寬,如果有不妥的地方,還請大家批評指正。
說到奈奎斯特帶寬,我們首先必須明確它和香農定理之間的關系。奈奎斯特帶寬,指的是在無噪聲情況下的符號速率,單位是Baud/s。香農定理,指的是在有噪聲情況下的信息傳輸速率,單位是bit/s。這里尤其需要注意的是,前者指的是符號速率,后者指的是信息傳輸速率,所以一定不要認為香農定理違背了奈奎斯特帶寬。下面我們就開始簡單的介紹。
在無噪聲的情況下,如果帶寬為B,那么可被傳輸的最大信號速率就是2B;反過來說如果信號傳輸速率為2B,那么頻寬為B的帶寬就完全能夠達到此信號的傳輸速率。以上,就是我們在教科書上能看到的關于奈奎斯特帶寬的解釋,那么第一個問題就來了?
既然都是無噪聲了,那為什么不是發送方發多快,接收方就能收多快呢?如果你能想到這個問題,那么恭喜你,你已經開始逐漸理解奈奎斯特帶寬的含義了。首先,讓我來首先回答這個問題。由于實際信道的頻帶都是有限的,所以不管其有沒有噪聲,接收端所得的信號頻譜必定與發送端不同,這就會使接收端的波形失真。
所以,并不是你想發多快,接收方就能收多快。當你發送的速率大于某一個值時,接收方仍舊能接收到你發送的信號,但是它并不能恢復出你原先先要發送的信息,沒有攜帶信息的信號就是垃圾!在通信里,這種情況叫碼間干擾。
那么第二個問題就來了,上一段中所說的發送速率大于某一個值,接收方會產生碼間干擾,那么這個值時多大呢?答案就是奈奎斯特所給出的2B,當信道帶寬為B時,你所能發送的最大符號速率是2B,超過2B,接收方就會產生碼間干擾,不能恢復出你原來發送的信息。
想要對奈奎斯特帶寬有一個直觀理解的話,那么看到這里就足夠了。如果想要繼續看它是怎么推導出來的呢,可以繼續往下看。
在無噪的情況下,傳輸碼元周期為T的抽樣序列時(為什么要傳輸抽樣序列呢,這是因為在信息源編碼后的碼型可以將其看做
脈沖序列)。信道雖然無噪聲,但它不是全通,可以看做是一個帶寬為B的低通濾波器,低通濾波器濾波之后得到的波形是矩形形狀,它對應的傅里葉逆變換是抽樣函數,它長這樣。而最終得到的波形就是一系列這樣波形的疊加。有沒有比較巧呢?在時間為T的整數倍時,剛剛好其余的波形的值為0,這樣就可以很完美的恢復出發送時的信號,那么這種情況是我們想要的(即在T的整數倍時,值為0),將這樣的波形經過傅里葉變換,就會得到矩形,而矩形的橫坐標值恰恰就是
其中
就是奈奎斯特帶寬,而 就是符號速率。到這里,就是對奈奎斯特帶寬一個簡易版的證明啦。總結
以上是生活随笔為你收集整理的奈奎斯特采样定理_通俗理解奈奎斯特带宽的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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