模拟带宽和数字带宽浅析.doc

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1、模拟带宽和数字带宽浅析分类：RF相关2013-08-0820:3697人阅读评论(0)收藏举报随着电子和计算机技术的飞速发展，信号的传输也逐渐从模拟信号的传输过渡到了数字信号的传输时代。数字通信抗干扰能力强，无噪声积累；便于加密处理、存储、处理和交换；设备便于集成化、微型化等优点，数字通信正在成为一种高速发展的新兴通讯手段。经常谈论的模拟通信方式下的带宽，在数字方式下是否具有同样的概念呢？它们有什么区别和联系？就这个问题笔者做以下浅析：一、数字信号的形成模拟（analogue）信号是指幅度随时间连续变化的信号。数字

2、（digital）信号是指在时间上和幅值上都是离散（不连续）的信号称为数字信号数字信号是通过对模拟信号取样、量化、编码而形成的二进制数码流，二进制数与数字信号是两个概念，前者只是对后者的一种描述，在数字信号中强调的是状态，正逻辑是人们用“1”表示有脉冲或电源接通，而用“0”表示无脉冲或电源断开（或者相反）。根据奈奎斯特取样定理，取样频率（fs）必须大于或等于模拟信号最高频率的（fm）的二倍，即fs≥fm。实际要求fs≥2.2fm，用此频率（fs）对模拟信号取样，使其从时间上变为不连续的脉冲信号；量化是指选取一些等级

3、，一般是选取2n个，把取样后的时间不再连续的脉冲，依据该脉冲在连续信号相对应位置的，套入不同等级。经过量化后就可以把一个模拟信号变成由0、1有机组成的数字信号。二、模拟模式和数字模式下带宽的概念。模拟信号的带宽是指信号所含的最高频率与最低频率的差值。带宽也是衡量模拟信号和模拟信道的一个重要参数。象人的声音，所含的频率范围是20Hz-4KHz，其频带宽度大约是4KHz。声乐节目的频率范围是20-20KHz；视频信号的带宽为6MHz左右。带宽越宽，信号的质量就越好，节目信息越丰富。对于传输信道来说，它的带宽是指改物理信

4、道在不失真的条件下所能通过信号的最高频率与最低频率的差值。例如:现在广泛应用的光纤，其通过频率为1016～1012GHz，高于1016和低于1012信号将无法通过，即这样的信道属于带通信道；有线电视系统采用的同轴电缆属于低通信道（0～1GHz）；当以空气为传输介质的时候，信号频率低于100KHz时传输距离很近，所以空气属于高通信道。我们现在的标准下，电视无线发射的每一个频道占用带宽为8MHz；调频广播为200KHz；调幅广播为9KHz。那什么是数字带宽呢？通过对数字信号的产生分析，我们知道数字信号的容量是由取样频率

5、和量化级数决定的，也就是取样频率越高，量化级数越大，形成的数字信号的数码率越大，包含的节目信息也就越大，对信号的描述也就越细腻。数码率是指系统在单位时间内传送的数据量。在实时传输情况下，数码率等于取样频率与量化比特数的乘积，数码率的单位通常为Mbps，即兆比特/秒。现代通讯中把数字模式下的数码率叫做“带宽”。我们以电视信号（PAL）为例定量说明数码率和取样频率、量化等级之间的关系。根据电视信号的特点，其数字化的方式有两种，即复合编码方式和分量编码方式。复合编码方式：将彩色电视信号作为一个整体进行取样、量化和编码，得

6、到一个数字复合电视信号，复合编码的取样频率为17.72MHz。当采用8比特量化时，数码率为：17.72(MHz)×8(bit)＝141.76Mbps分量编码方式：对亮度信号和两个色差信号分别进行取样、量化和编码，得到三个数字分量电视信号。另外，对电视信号进行取样时，为了便于行、场、帧间的信号处理，其取样结构一般都采用固定正交结构。4:2:2分量编码方式：当采用10比特量化时:亮度信号的数码率为：13.5(MHz)×10(bit)＝135Mbps两个色差信号的数码率为:2×6.75(MHz)×10(bit)＝135M

7、bps所以总的数码率为：亮度信号数码率＋色差信号数码率＝270Mbps同样可计算出8比特量化时的数码率。三、电视信号数字化的缺点电视信号数字化后有很多优点，但同时也有一个缺点，即数码率很高。例如4：2：2编码、8比特量化的SDTV信号数码率为216Mbps。若按每2bit构成一个周期，则传输这样一路数字电视信号需要有108MHz的通道带宽。因此，若不采取措施，这样的信号无法在一般的通道中传输，更无法在现有电视的8MHz带宽中传输。对数字信号进行压缩，也是实现存储和传输的要求。对于能正常恢复和收看的一套高清数字电视信

8、号，其经过压缩编码后数码率仅为19Mbps。通过上述分析，数字“带宽”和模拟“带宽”是两个截然不同的两个概念，但是模拟信号和数字信号最终都能在一个信道中传输，这也就意味着同一物理信道的带宽和数码率之间必然存在联系。这一联系可以用信息论中的香农信道容量公式表述。香农定理指出：对于具有白噪声的物理信道，当其带宽为W，信噪比为S/N，改物理信道可通过的最高数码率C