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香农定理和尼奎斯特定理
原创
文章标签 高级网络工程师

如果有信噪比,则使用香农定理来计算。

log是乘方的逆过程,比如说23=8,则可以写成log2 8=3


香农定理公式

C=Wlog2(1+S/N)

dB=10log10 (S/N)

极限数据速率=信道带宽log2 (1+信息平均功率/噪声平均功率)


信噪比dB=10log10 (S/N)

S/N也叫信噪比,但它是没有单位的,dB也是信噪比,


尼奎斯特定理公式

B=2W R=Blog2N=2Wlog2N

码元速率=2带宽,数据速率=码元速率log2码元种类数量,如QPSK,四相调制,则N=4


例子

已知信道带宽为10MHz,信噪比为30dB,要求信道极限速率?

解题:先求出S/N

30=10log10(S/N)

3=log10(S/N)即103=S/N,所以S/N=1000

根据香农定理得知公式:C=Wlog2(1+S/N)=10log2 (1+1000)

2x=1001,约等于10,29=512,跟1001差太远,不能使用。

可求出

C=10*10=100Mb/s


2019年11月第11题

传输信道频率范围为10~16MHz,采用QPSK调制,支持的最大速率为(11) Mbps。

A.2   B.16   C.24   D.32

【答案】C

【解析】QPSK是一种四相调制技术,N=4(记忆即可,DPSK中N=2,QPSK中N=4,如果调制前面是数字,比如8PSK,则N=8)。根据尼奎斯特定理R=Blog2N=2*(16-10)log24=24Mbps。



2019年5月第11题

设信号的波特率为1000Baud, 信道支持的最大数据速率为2000b/s。则信道用的调制技术为(11)。

A.BPSK     B.QPSK     C.BFSK    D.4B5B

【答案】B

【解析】根据尼奎斯特定理,求出N=4,BPSK是二进制相移键控(N=2),QPSK是四相调制技术(N=4)。



2018年11月第16题

设信道带宽为1000Hz,信噪比为30dB,则信道的最大数据速率约为(16)b/s.

A.10000     B.20000     C.30000     D.40000

【答案】A

【解析】信噪比是30dB,那么S/N=1000,前面例题已经讲过计算过程,建议直接记住。C=W*log2(1+S/N)= 1000*log2(1+1000)≈1000*10=10000bps。



2017年5月第12-13题

电话信道频率为0~4kHz,若信噪比为30db,则信道容量为(12)kb/s,要达到此容量,至少需要(13)个信号状态。

(12)A.4   B.20  C.40   D.80

(13)A.4   B.8   C.16   D.32

【答案】(12)C    (13)D

【解析】根据香农定理 C=W*log2(1+S/N),已知信噪比为30db,即10log10S/N=30,那么S/N=103=1000。题目要求达到此容量,可以把香农定理和尼奎斯特定理算出来的带宽相等(不必较真,按着出题老师的思路即可,不然没法算出信号状态),所以根据尼奎斯特定理R=Blog2N=2Wlog2N=40K,已知W=4K,那么N=32。



2016年5月第14题

14、通过正交幅度调制技术把ASK和PSK两种调制模式结合起来组成16种不同的码元,这时数据速率是码元速率的(14)倍。

A.2                       B.4                              C.8                              D.16

【答案】B

【解析】尼奎斯特定理,直接代入即可。数据速率R=Blog2N=Blog216=4B。码元速率是B,那么数据速率是码元速率的4倍。



2015年11月第15题

设信号的波特率为500Baud,采用幅度相位符合调制技术,由4种幅度和8种相位组成16种码元,则信道的数据速率为(15)。

(15)A.500b/s       B.1000b/s        C.2000b/s       D.4800b/s

【答案】C

【解析】没提到噪声,使用尼奎斯特定理:R=B*log2N=500*log216=2000b/s。