为什么信道容量是带宽而不是频率的因素？

我试图理解无线信道容量的概念。一些帮助，将不胜感激。

对于AWGN，信道容量的计算公式如下：

B =带宽。这是我不明白的。为什么它不是频率因素？对我而言，仅在系统更改频率的情况下才考虑带宽。

1. 带宽是较高和较低频率范围之间的差异。好吧，如果我使用固定频率信号怎么办？Fupper和Flower将具有相同的值，对不对？那是不是意味着B = 0？那么固定频率的信号不能传输任何数据吗？我们知道事实并非如此，AM电台做到了。那我想念什么呢？

2. 根据此公式，固定频率信号无论在高频还是低频下都将具有相同的性能。这对我来说毫无意义。例如，假设我的带宽为1Hz，固定频率为1Hz。将此与2.4GHz频率下1Hz的带宽进行比较。显而易见，与仅1 / s相比，我可以将更多位填充到2.4 x 10 ⁹个周期/秒中。但是根据这个公式，我不能。请帮忙。

3. 分数差异呢？波形本质上是模拟的，因此我们可以有一个1Hz的信号和一个1.5Hz的信号。同样在高频范围。说2.4GHz减0.5Hz。在1到1.5之间有无限的空间。1Hz和1.001Hz不能用作两个单独的通道吗？在实用性方面，我意识到这将是困难的，几乎不可能用现代电子设备来测量这种差异，尤其是在添加了噪声的情况下，但是从纯理论上讲，您可以有两个通道。因此，从这个意义上讲，两个频率之间不应该有无限的带宽吗？还是仅以1Hz整数增量计数？

我怀疑是否可以解决您的所有问题，但我将尝试一下：

好吧，如果我使用固定频率信号怎么办？Fupper和Flower将具有相同的值，对不对？那是不是意味着B = 0？那么固定频率的信号不能传输任何数据吗？那我想念什么呢？

单个频率信号将是连续音调。它的振幅永远不会改变。它只会永远重复下去。因此，它不会传达任何信息。

当您开始调制载波时，信号频谱不再是单个频率。根据幅度调制公式，调制信号的频谱是载波（单个频率）和调制信号（通常在大约0 Hz的某个频带中包含能量）的卷积。

因此，调制后的输出信号不仅在单个（载波）频率上包含载波周围频带中的能量。

我们知道事实并非如此，AM电台做到了。

每个AM站不仅在载波频率上而且在该频率附近的频带中提供能量。AM无线电广播不是单频信号的示例。

显而易见，我可以将更多的比特塞入2.4 * 10 ^ 9个周期/秒，而仅用1 /秒就可以。

当然可以。但是，如果仅使用跨越2.4 GHz的信息信号调制2.4 GHz载波，则结果信号的带宽将接近2.4 GHz。信号中的能量将从1.2到3.6 GHz扩展。

不过有办法解决这个问题...

分数差异呢？波形本质上是模拟的，因此我们可以有一个1Hz的信号和一个1.5Hz的信号。同样在高频范围。说2.4GHz减0.5Hz。在1到1.5之间有无限的空间。1Hz和1.001Hz不能用作两个单独的通道吗？

它们可以但只能通过在Shannon-Hartley公式中将SNR项权衡为带宽项。也就是说，该公式显示了增加信号容量的两种方法：增加带宽或增加信噪比。

因此，如果您具有无限高的信噪比，则可以使用0.001 Hz的带宽来承载任意数量的信息。

但实际上，SNR周围的对数函数意味着增加SNR的收益递减。超过某个点，SNR的大幅增加几乎不会改善信道容量。

使用两种典型的方式：

• 在多级AM编码中，您可能有4种不同的幅度级别可以发送，而不仅仅是发送载波或不按位间隔发送。这允许在每个位间隔中对两位信息进行编码，并将每Hz的位增加两倍。但是，它需要更高的SNR才能始终如一地区分不同级别。

• 在FM无线电广播中，广播信号的带宽比正在传送的音频信号要宽。这样即使在低SNR条件下也可以准确接收信号。

1Hz和1.001Hz不能用作两个单独的通道吗？就实用性而言，我意识到这将是困难的，几乎不可能用现代电子设备来衡量这种差异

实际上，使用现代电子设备将1 Hz与1.001 Hz区分是很容易的。您只需要测量信号几千秒并计算周期数即可。

因此，从这个意义上讲，两个频率之间不应该有无限的带宽吗？

不。在1.00 Hz和1.01 Hz之间，带宽恰好为0.01 Hz。它不需要以赫兹的整数来计算，但是两个频率之间的带宽只有这些频率之间的差之和。

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用您的意思说，香农方程式中的B与载波频率无关？这仅仅是调制带宽吗？

本质上是。B是带宽或信号频谱具有能量的频率范围。

您可以使用10 MHz附近的1 MHz频带，或30 GHz附近的1 MHz频带，并且信道容量将相同（给定SNR）。

但是，在最简单的情况下，例如双边带AM，载波往往位于信号频带的中间。因此，如果您的载波为1 kHz，并且带有双边带AM，则只能希望使用0到2 kHz的带宽。

单边带显然不遵循该规则。

跨度为2.4GHz的信息信号是什么意思？

我的意思是频谱包含2.4 GHz频带内的能量。

如果您有一个窄带滤波器和一个RF功率检测器，则可以检测该频带内任何频率的信号能量。

您现在正在考虑载波吗？

否。载波是单个频率。完整的信号包含载波周围频带上的能量。（同样，单边带将所有信号推到载波的一侧；此外，抑制载波AM消除了载波频率上的大部分能量）

当N-> 0时，C将接近无穷大。因此，理论上可以将无限量的数据编码为单个波形吗？

原则上可以，例如，以无限小的步长和无限缓慢地改变幅度。

在实践中，SNR项具有对数函数，因此增加SNR的收益递减，并且存在一些根本的物理原因，即噪声永远不会变为0。

1和2）带宽B不包括载波频率。如果您从信号中去除了公共载波频率并以零结尾，那么可以，您的数据速率为零。恒定频率在时域中是无限的。如果您认为缺少频率是数据的一部分，则意味着您的较低频率为零。在1Hz和2.4GHz的示例中考虑一下。在1Hz系统中，您需要等待一秒钟，然后才能知道没有另一个周期通过，并且可以将其表示为零（任意）。在2.4Ghz系统中，您只需等待42纳秒即可声明为零。带宽增加了。

3）理论上，通道数量是无限的。因此，给定足够大的星座，则带宽是无限的。但是正如您指出的那样，这实际上是不可能的。