通信系統(tǒng)中帶寬的概念

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1、引言在通信系統(tǒng)中我們經(jīng)常會(huì)遇到“帶寬”(Bandwidth)這個(gè)詞，但我們也會(huì)遇到“帶寬”的單位有時(shí)用赫茲(Hz)衣示，而有時(shí)卻用比特/秒(bit/S)表示，那么我們平時(shí)所說的“帶寬”到底指的是什么呢？1、數(shù)字通信系統(tǒng)中帶寬的概念早期的電子通信系統(tǒng)都是模擬系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)的變換域研究開始后，人們?yōu)榱四軌蛟陬l域定義系統(tǒng)的傳遞性能，便引進(jìn)了“帶寬”的概念。當(dāng)輸入的信號頻率高或低到一定程度,使得系統(tǒng)的輸出功率成為輸入功率的一半時(shí)(B

2、J-3dB),最高頻率和最低頻率間的差值就代表了系統(tǒng)的通頻帶寬，其單位為赫茲(Hz)o比如在傳統(tǒng)的固定電話系統(tǒng)中，從固定話機(jī)終端到交換中心的雙絞線路系統(tǒng)(Twi

3、stpair),所能提供的通信帶寬可以到2MHz以上,其中我們的語音通信只使用了從300Hz~3400Hz的頻段，使用的通信帶寬約為3KHz?，F(xiàn)在，基于雙絞線傳輸?shù)膞DSL接入網(wǎng)技術(shù)，能夠充分使用語音帶寬以外的頻率，髙速傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)寬帶網(wǎng)接入。圖1模擬電話線的頻帶(300Hz~3400IIz為語音通信頻帶,25KIIz~l.1MHz為ADSL頻帶)數(shù)字通信系統(tǒng)中“帶寬”的含義完全不同于模擬系統(tǒng)，它通常是指數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸速率，其表示單位為比特/秒(bit/S)或波特/秒(Baud/S)o帶寬越大，表示單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)字信息流量也越大；反Z,則越小。衡量二進(jìn)制碼流的基本單位稱

4、為“比特”，若傳輸速率達(dá)到64kb/s,就表示二進(jìn)制信息的流量是每秒64,000比特。衡量多進(jìn)制碼流的的基本單位為“波特”，若多進(jìn)制碼流的傳輸速率達(dá)80KB/S,就表示多進(jìn)制符號的信息流量是每秒80,000波特，如果將多進(jìn)制碼，比如四進(jìn)制碼(22),換算成的二進(jìn)制來衡量，則信息比特流量為80X2=160Kb/So不同的數(shù)字業(yè)務(wù)其提供或需求的帶寬也不一樣。如前面所說在固定電話網(wǎng)中的局與局之間的中繼接口,所提供的帶寬為64Kb/S；ISDN網(wǎng)中的用戶網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口(UN1)中的U接口(2B1Q碼)，帶寬為80KB/S(160Kb/S)；局間El接口所提供的帶寬為2Mb/S；同步數(shù)字傳輸網(wǎng)(

5、SDH)'p的STM-1信號速率為155Mb/S,等等。有時(shí)對于某一種業(yè)務(wù)卻很難給出其帶寬的確切值，因?yàn)閿?shù)字信號的傳輸還與業(yè)務(wù)的帶寬需求、傳輸質(zhì)量、傳輸時(shí)間等因索冇關(guān)。對于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，一般情況下系統(tǒng)所提供的帶寬越寬，其業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性也越好。圖2給出了各種業(yè)務(wù)與相應(yīng)傳輸速率間的大略對應(yīng)關(guān)系。電話業(yè)務(wù)IVoice話咅鬲質(zhì)量廣播會(huì)議電也VideoData砂網(wǎng)互連業(yè)務(wù)1傳真業(yè)務(wù)1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)1圖形傳遞—?電視與高清晰度電覘圖象業(yè)務(wù)10kbit/s100kbit/s1Mbit/s10Mbit/s100Mbit/s圖2各種數(shù)字業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)速率2、傳輸介質(zhì)的通信帶寬數(shù)據(jù)信號是通過相應(yīng)的信道來

6、發(fā)送和接收的。信道可以是物理的信道，也町以是邏輯的信道。物理信道是由傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備構(gòu)成;邏輯信道是在物理信道基礎(chǔ)上建立的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)Z間的通信鏈路。其中，物理信道屮的傳輸介質(zhì)是通信網(wǎng)絡(luò)屮最底層、最基木和最重要的資源。傳輸介質(zhì)從大的方面可分為導(dǎo)向介質(zhì)和非導(dǎo)向介質(zhì)，也即有線介質(zhì)和無線介質(zhì)。??常見的有線介質(zhì)有：1.1.光纜(光纖),其傳輸帶寬為兒百M(fèi)HZ~幾十THz(多模、單模光纖)。因?yàn)橛鬏攷挿浅４?，受外界電磁干擾小，所以在數(shù)字通信的高速傳送網(wǎng)中最為常用。2.2.同軸電纜,其傳輸帶寬為幾十MHz~lGHz(RG-8、RG-58、RG-59、RG-62等)，如在CATV網(wǎng)中用戶終端

7、到光節(jié)點(diǎn)間的部分，為75歐的同軸電纜(RG-59)。3.??3.雙絞線(TwistPair),傳輸帶寬為兒1吃~兒十MHz(22~26AWG,廣5類)。無線介質(zhì)主要是指無線電波，其屮能夠使用的頻段也非常寬，可使用的范圍為3KHz^3000GHzo當(dāng)前只劃分到了9KH廠400GzH的范圍，而11前使用的頻段僅到兒I■吉赫茲。3、信道容量與香農(nóng)定理(ShannonTheroy)也許我們會(huì)有這樣一個(gè)問題：在xDSL系統(tǒng)中，我們使用的傳輸介質(zhì)是僅有兒兆帶寬的雙絞線，而上面要傳送幾兆、十幾兆戻至幾十兆帶寬的數(shù)據(jù)，如此高的速率能保證在幾兆帶寬的雙絞線上可靠傳輸嗎？或者說從另一個(gè)角度說，在給定

8、通頻帶寬(Hz)的物理信道上，到底可以有多高的數(shù)據(jù)速率(b/S)來可靠傳送信息？這也就是信道容彊問題，早在半個(gè)多世紀(jì)以詢，貝爾實(shí)驗(yàn)室(原AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室,現(xiàn)朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)宗)的香農(nóng)(ClaudeElwoodShannon)博士就已經(jīng)解答這個(gè)問題。1948年,在《通信的數(shù)學(xué)原理》(MathematicalTheoryofCommunication)一文中,香農(nóng)博士提出了著名的香農(nóng)定理，為人們今天通信的發(fā)展建定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。香農(nóng)定理指出，在噪聲與信號獨(dú)立的高斯白噪信道