电线上的带宽与频率之间有什么关系？

我正在尝试学习网络（当前为链接-物理层）；这是自学的。

我对一件事很困惑：

假设我要像这样在网络上发送数据：

01010101，它看起来像是一个信号：

__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾

那么要发送的数据必须用信号表示，这种情况下的信号就是链路/电线上的“电压变化”（假设我们使用的是电缆，而不是无线链路）。

因此，傅立叶（Fourier）证明，在足够的频率下，信号可以很好地表示出来。

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我仍然不了解电线上的信号和频率之间的关系。

频率的定义是：每单位时间重复事件的发生次数。那么每单位时间导线中重复的是什么？

同样例如在DSL线路上，对于频分复用，由于将为多个用户分配较少的频率，因此在给定的链路/线路上每个用户的带宽将较小。在电线上分配更少的频率是什么意思？少重复什么？

电线上有很多可用的频率吗？如果存在（可以说0到1兆赫兹），我可以使用0到100或100到200或500到1000之间的范围来表示以上内容吗？如果我使用更多频率，为什么会有更多带宽？

调制和符号小号

每单位时间重复事件的发生次数。那么每单位时间导线中重复的是什么？

电线上的电压模式重复。

在极其简单的通信系统中，您可以使线路的直流电压在阈值之上或之下循环，如ASCII-art ...中所示__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾。假设您的阈值为+ 5v和-5vdc；通过两个直流电压调制二进制数据将只能在每个电压电平上产生一位（每个电压跃迁在业界被称为符号）。

正如您提到的那样，直流电压转换并不是在导线上表示数据的唯一方法，您可以在给定的频率上调制信号的电压，或者在两个频率之间切换以调制数据。此图片说明了如何__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾通过调幅（AM）和调频（FM）表示相同的过渡。

在更长距离上传输的更复杂的系统使用更复杂的调制方案（例如FDM或QPSK）将更多数据打包到线路上的给定带宽中。

一般来说，您可以使用以下组合来进行调制：

• 振幅
• 频率
• 相位偏移（相对于参考载波或时钟）。

比特率和频谱效率

电线上有很多可用的频率吗？如果有的话（比如说0到1兆赫兹），我可以使用0到100或100到200或500到1000之间的范围来表示以上内容吗？如果我使用更多频率，为什么会有更多带宽？

我们来看一下一个调频系统，它的线路上有两个状态。

• 0 符号以1KHz表示
• 1 符号由2.5KHz表示

此调制方案需要导线上1.5KHz的带宽。但是，这并没有告诉您传输的比特率（这令人困惑，也称为“带宽”，但是我们不要使用过载术语）。

FM系统可能将0和1 符号 s间隔为1.5KHz的原因之一是因为调制解调器能够测量电缆上的频率变化的程度，速度和经济性受到限制。

• 调制解调器如何很好地测量频率变化是驱动线路上需要多少带宽的一个因素
• 如何快速的调制解调器可以测量频率（或其他符号）改变驱动多高调制解调器的比特率会
• 经济学起着重要的作用，因为您可能能够构建一个具有极高频谱效率的系统，但是如果没有人能负担得起，那么这实际上不是一个可行的解决方案。

通常，如果您有更多可用带宽，则可以构建更快，更便宜的调制解调器。

编辑：评论回复

我已经研究了您的回答，但是我对某些事情仍然感到困惑。据我了解，我只能通过电线发送1和0。因此，如果1.5 KHz足以满足要求，为什么还要使用更多带宽？

我在上一节中解决了这个问题，但让我们继续FM调制示例。实际的系统必须考虑到接收机的灵敏度以及诸如带通滤波器的实现程度之类的因素。

假设调制解调器可用的1.5KHz带宽仅产生9600波特，这还不够快。但是，您可能会构建一个足够快的20KHz调制解调器（可能需要56K波特）。

为什么20KHz更好？由于带通滤波器和其他组件的实际情况和不完美的斜率，您可能需要那么多的带宽才能实现正确的调制和线路代码。也许使用20Khz，您可以实施QAM方案，该方案为每个符号提供3位，导致最大位速率为“ 9600 * 8”或76.8 Kbaud（注：2 ** 3 = 8）

您在问很好的问题，但是如果不进入实际设计的胆量就很难解释这个问题。如果您阅读了一些有关接收器设计的电子书籍，或者参加了一些电气工程课程，则本材料将涵盖在内。

迈克提供了一个很好的答案，但并非完全符合您的要求。

根据定义，带宽是频率范围，以Hz为单位。

如您所说，信号__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾可以分解（使用傅立叶）成一堆频率。假设我们已经对其进行了分解，并且看到我们的信号（主要）由1Mhz，1.1Mhz，1.2Mhz，1.3Mhz ...至2Mhz的频率组成。这意味着我们的信号带宽为1Mhz。

现在，我们要通过铜线或光纤之类的通道发送它。首先，让我们谈谈渠道。

在讨论信道带宽时，我们实际上是在讨论通带带宽，它描述了一个信道可以携带的几乎不失真的频率范围。假设我有一个通道，该通道只能传递频率介于f1和f2之间的信号。它的频率响应功能（通道对不同频率信号的反应）可能是这样的：

通道的带宽取决于通道的物理属性，因此铜线的带宽将与无线通道和光纤的带宽不同。例如，这里是维基百科的表格，用于指定不同双绞线电缆的带宽。

如果我们的示例信道的带宽为1Mhz，那么我们可以很容易地使用它发送带宽为1Mhz或更小的信号。带宽较大的信号通过时会失真，可能使它们难以理解。

现在让我们回到示例信号__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾。如果我们要对其进行傅立叶分析，我们会发现提高数据速率（通过使比特之间变得更短和更接近）可以增加信号的带宽。该增加将是线性的，因此，比特率增加两倍，将意味着带宽增加两倍。

比特率和带宽之间的确切关系取决于所发送的数据以及所使用的调制（例如NRZ，QAM，Manchseter等）。人们绘制比特的经典方式是：NRZ看起来像__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾什么，但是其他调制技术会将零和一编码为不同的形状，从而影响其带宽。

由于二进制信号的确切带宽取决于几个因素，因此查看给定通道上任何数据信号的理论上限很有用。香农-哈特利定理给出了这个上限：

C是信道容量，单位为比特/秒；

B是信道带宽，以赫兹为单位（在调制信号的情况下，通带带宽）

S是带宽上的平均接收信号功率（在调制信号的情况下，通常表示为C，即调制载波），以瓦特（或伏特平方）为单位

N是带宽上的平均噪声或干扰功率，以瓦特（或伏特平方）为单位

S / N是通信信号对高斯噪声干扰的信噪比（SNR）或载波噪声比（CNR），以线性功率比表示（不是对数分贝）。

但是要注意的重要一件事是，香农-哈特利定理假设一种特定类型的噪声- 加性白高斯噪声。对于其他更复杂的噪声类型，上限将更低。

让我给出实际的或实际的网络工程答案。这是带宽和频率的关系：更高的带宽，更高的频率。做完了

不，认真地，问答结束。完成后，转到第2层。

我不是要无礼或聪明。您的问题已深入物理层的电气工程方面，以至于与所谓的网络工程无关。除了最严格，最直接的意义外，您要问的是与电信，电气工程乃至计算机科学相关的内容，而不是与网络工程相关的内容。它也与开发硬件或由硬件实现的协议的非常专业的人员无关。如果大多数CCIE能够回答Mike Pennington所能达到的程度，我会感到非常惊讶，而且，如果他们不像您一样深入地询问原始问题，也不会感到惊讶！

让我换一种说法：如果您正在传统意义上学习网络工程，那么您已经掌握了远远超出要求的（甚至远远超出）所需的第1层，甚至对正常的网络工程职业也没有用。您很好，继续前进，还有很多东西要学习。