Question

信号的数据速率与频带宽带有何直接的关系?如何确定一个数据信号传输系统的带宽?

Answer 1

问：信号的数据速率与频带宽带有何直接的关系?如何确定一个数据信号传输系统的带宽?

答：1、频带就是指频率范围，带宽的两种概念 如果从电子电路角度出发，带宽（Bandwidth）本意指的是电子电路中存在一个固有通频带，这个概念或许比较抽象，我们有必要作进一步解释。2、大家都知道，各类复杂的电子电路无一例外都存在电感、电容或相当功能的储能元件，即使没有采用现成的电感线圈或电容，导线自身就是一个电感，而导线与导线之间、导线与地之间便可以组成电容——这就是通常所说的杂散电容或分布电容；不管是哪种类型的电容、电感，都会对信号起着阻滞作用从而消耗信号能量，严重的话会影响信号品质。3、这种效应与交流电信号的频率成正比关系，当频率高到一定程度、令信号难以保持稳定时，整个电子电路自然就无法正常工作。4、为此，电子学上就提出了“带宽”的概念，它指的是电路可以保持稳定工作的频率范围。5、而属于该体系的有显示器带宽、通讯/网络中的带宽等等。6、 而第二种带宽的概念大家也许会更熟悉，它所指的其实是数据传输率，譬如内存带宽、总线带宽、网络带宽等等，都是以“字节/秒”为单位。7、我们不清楚从什么时候起这些数据传输率的概念被称为“带宽”，但因业界与公众都接受了这种说法，代表数据传输率的带宽概念非常流行，尽管它与电子电路中“带宽”的本意相差很远。8、 对于电子电路中的带宽，决定因素在于电路设计。9、它主要是由高频放大部分元件的特性决定，而高频电路的设计是比较困难的部分，成本也比普通电路要高很多。

答：10、这部分内容涉及到电路设计的知识，对此我们就不做深入的分析。11、而对于总线、内存中的带宽，决定其数值的主要因素在于工作频率和位宽，在这两个领域，带宽等于工作频率与位宽的乘积，因此带宽和工作频率、位宽两个指标成正比。12、不过工作频率或位宽并不能无限制提高，它们受到很多因素的制约数据传输速率 1)数据传输速率--每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。13、 计算公式: S=1/T log2N(bps) ⑴ 式中 T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)单位为秒； N为一个码元所取的离散值个数。14、 通常 N=2K，K为二进制信息的位数，K=log2N。15、 N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。16、 2)信号传输速率--单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud。17、 计算公式: B=1/T (Baud) ⑵ 式中 T为信号码元的宽度，单位为秒． 信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率。18、 由⑴、⑵式得： S=B log2N (bps) ⑶ 或 B=S/log2N (Baud) ⑷带宽越大，数据传输速率越大。

问：如何确定一个数据信号传输系统的带宽?

答：信号带宽介绍数字信号带宽可以大致理解为数字信号的能量在频域的一个分布范围，由于数字信号不是正弦波，有很多高次谐波成分，所以其在频域的能量分布是一个比较复杂的问题。对于这句话的理解，我们可以认为数字信号的带宽在频域内其实就是一个能量分布的范围，就是用来表征数字信号的能量分布情况的一个概念。信号带宽的计算方法传统上习惯根据信号5次谐波来估算带宽：如果信号的数据速率是100Mbps，其最快的0101跳变波形相当于50MHz的方波时钟，这个方波时钟的5次谐波成分是250MHz，因此信号带宽大概在250MHz以内。看起来计算方法比较简单，但是这种方法并不准确，例如如果加入上升时间的概念的话，就并不好计算了。基于上升时间的计算方法如下：信号的最高频率成分=0.5/信号上升时间（10%-90%）或者信号的最高频率成分=0.4/信号上升时间（20%-80%）上升时间上升时间的概念：任何一个真实的数字信号在由一个逻辑电平状态跳转到另一个逻辑电平状态时（如从高电平跳转到低电平），其中间过渡的时间就是信号的上升时间。信号电平跳变的过渡时间越短，说明信号边沿越陡，我们通常使用上升时间来衡量信号边沿的陡缓程度，通常我们把上升时间规定在信号幅度的10%-90%（有一些为20%-80%）。

问：基带传输系统由哪几部分组成?各部分的作用如何?

答：基带传输是一种不搬移基带信号频谱的传输方式。未对载波调制的待传信号称为基带信号，它所占的频带称为基带，基带的高限频率与低限频率之比通常远大于1。将基带信号的频谱搬移到较高的频带（用基带信号对载波进行调制）再传输，则称为通带传输。选用基带传输或通带传输，与信道的适用频带有关。例如，计算机或脉码调制电话终端机输出的数字脉冲信号是基带信号，可以利用电缆作基带传输，不必对载波进行调制和解调。与通带传输相比，基带传输的优点是设备较简单；线路衰减小，有利于增加传输距离。对于不适合基带信号直接通过的信道（如无线信道），则可将脉冲信号经数字调制后再传输。基带传输广泛用于音频电缆和同轴电缆等传送数字电话信号，同时，在数据传输方面的应用也日益扩大。通带传输系统中，调制前和调制后对基带信号处理仍须利用基带传输原理，采用线性调制的通带传输系统可以变换为等效基带传输来分析 [1] 。基带传输基带传输基带传输中的码型变换装置把来自信源的数码变换为适合于信道传输的码波形。常用的传输码波形有归零码、不归零码、传号差分码、双相码、交替传号反转码（AMI码）等。归零码是用窄脉冲代表“1”码，没有脉冲代表“0”码。不归零码是在一个码周期内维持一种电平，如高电平代表“1”，低电平代表“0”。传号差分码是用电平的变化来代表“1”(称“1”为传号)，电平不变代表“0”。差分码用于信号传输中高低电平会反转的场合。双相码又称分相码或曼彻斯特码，用10组合代表“1”，01组合代表“0”。双相码的优点：没有直流分量，可用要求不高的交流耦合电路；01过渡频繁，有利于恢复定时信号等。缺点：传输码速加倍，所需频带加宽。交替传号反转码是用窄的正脉冲或负脉冲代表“1”，无脉冲代表“0”，正、负脉冲交替出现。优点：没有直流分量，可利用正、负脉冲交替规律来监视误码；缺点：处于长“0”时，恢复定时信号困难。此外，还有多种其他传输码型。例如，利于传输或节省频带的有部分响应编码、多电平码；利于定时信号恢复的有加扰二元码、高密度双极性码、编码传号反转码等。基带传输发送滤波器用以限制信号频带，避免干扰其他系统，有时也可不用。传输信道可以是电缆。收信端滤波器用以滤除由信道带来的噪声和干扰。均衡器用以均衡信道畸变，以便减小码间干扰。滤波器和信道都对频带有限制，接收滤波器输出的波形会发生变化。采样判决电路每隔时间T对接