奈氏准则和香农定理

本文探讨了信号失真产生的原因,如码元速率、传输距离、噪声和媒体质量,以及码间串扰现象。重点介绍了奈氏准则和香农定理在数据率限制中的作用,通过实例解析如何应用这些理论解决实际问题。最后,揭示了在不同条件下选择传输速率策略的技巧。

失真:

概念:
信号在传输过程中 , 发生了 扭曲 和 变化。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  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 ;

码间串扰:

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
为什么上图中 200HZ 和 400HZ的信号无法通过?

200HZ的是因为低于最低频率的信号,振动频率太低 , 在信道传播的过程中 , 很容易受到干扰而衰减;

而4000HZ是因为高于最高频率的信号,振动频率太高,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 。

所以,为了解决码间串扰的问题,就出现了奈氏准则。

奈氏准则(奈奎斯特定理):

在这里插入图片描述
概念:
在这里插入图片描述
极限数据率:
在这里插入图片描述
例题:
在这里插入图片描述

结论:
在这里插入图片描述

香农定理:

奈氏准则只是规定了最高的极限码元传输速率,并没有规定最高的极限比特传输速率是多少,而香农定理就是用来解决这个问题的,同时来考虑到了信道中的实际会存在的电磁干扰(噪声)的影响。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
例题:
在这里插入图片描述

结论:
在这里插入图片描述

总结:

在这里插入图片描述
做题技巧,如果题目中没有给出信噪比的条件,那么只能用奈氏准则,如果给出信噪比,同时也给出了V(码元的离散状况)的条件,两个公式就都要算一下,然后取其最小值,因为两个公式都是求极限传输速率,所以要在两种结果中取最小值才是实际中的最大值。

例题:
在这里插入图片描述

### 准则香农定理练习题 #### 单选题 1. 下列哪一项描述了准则是用于评估什么? - A. 数据传输速率的最大值 - B. 信号在无噪声条件下的最大数据率 - C. 理论上无限带宽信道的数据传输能力 - D. 数字信号通过有限带宽理想低通信道时不会发生码间干扰的最高符号率[^4] 2. 关于香农定理,下面哪个陈述最准确? - A. 定义了给定带宽内可以实现的最大误码率 - B. 描述了如何在一个存在高斯白噪声的理想条件下计算信道容量 - C. 提供了一个方法来测量实际网络中的延迟时间 - D. 解释了为什么光纤能够提供比铜缆更高的数据吞吐量[^5] 3. 如果一个二进制系统的波特率为1000Baud,在没有ISI的情况下,根据奎斯特标准,该系统所能支持的最大比特率为多少bps? - A. 500 bps - B. 1000 bps - C. 2000 bps - D. 4000 bps[^6] 4. 对于一条具有固定SNR(信噪比)带宽W Hz 的模拟信道来说,如果想要增加其信息传输效率,则应该采取哪种措施? - A. 减少调制电平数M - B. 使用更复杂的编码方案降低BER (Bit Error Rate) - C. 扩展信道带宽至两倍以上 - D. 尽可能提高信噪比S/N[^7] #### 判断题 5. 当信道受到随机热噪声影响时,即使采用最佳接收技术也无法完全消除错误的发生概率。(T/F) 6. 根据第一公式C=2Hlog₂V,其中C表示信道容量;H代表信道的有效带宽;而V是指每个信号状态所携带的信息量。(T/F)[^8] #### 计算题 7. 已知某信道带宽为3kHz,并且在整个频谱范围内都存在着均匀分布的加性白色高斯噪声(AWGN),假设信噪功率比(SNR)=30dB,请问这个信道理论上能承载多大数量级的数据流量?请利用香农公式进行估算。 ```python import math def shannon_capacity(B, SNR_db): """Calculate the Shannon capacity of a channel.""" snr_linear = 10 ** (SNR_db / 10) # Convert dB to linear scale return B * math.log2(1 + snr_linear) bandwidth_kHz = 3e3 # Channel bandwidth in kHz snr_dB = 30 # Signal-to-noise ratio in decibels capacity_bps = shannon_capacity(bandwidth_kHz, snr_dB) print(f"Theoretical maximum data rate is {capacity_bps:.2f} bits per second.") ```
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值