香农公式义PPT课件

香农公式的应用比特和波特有何区别？比特和波特是两个完全不同的概念，比特是信息量的单位，波特是码元传输的速率单位。

但信息的传输速率“比特/每秒” 一般在数量上大于码元的传输速率“波特”，且有一定的关系，若使1个码元携带n比特的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输率为M×n bit/s，但某些情况下，信息的传输速率“比特/每秒” 在数量上小于码元的传输速率“波特”，如采用内带时钟的曼切斯特编码，一半的信号变化用于时钟同步，另一半的信号变化用于信息二进制数据，码元的传输速率“波特”是信息的传输速率“比特/每秒”的2倍。

奈氏准则（奈奎斯特Nyquist）与香农公式在数据通信中的意义是什么？答: 奈氏准则与香农公式的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，只是两者作用的范围不同。

奈氏准则给出了每赫带宽的理想低通信道的最高码元的传输速率是每秒2个码元。

香农公式则推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N），其中W为信道的带宽（以赫兹为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。

奈氏准则1924年，奈奎斯特（Nyquist）就推导出在理想低通信道下的最高码元传输速率的公式：理想低通信道下的最高码元传输速率＝2W Baud其中W是理想低通信道的带宽，单位为赫兹；Baud是波特，即码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元。

奈氏准则的另一种表达方法是：每赫兹带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。

若码元的传输速率超过了奈氏准则所给出的数值，则将出现码元之间的互相干扰，以致在接收端就无法正确判定码元是1还是0。

对于具有理想带通矩形特性的信道（带宽为W），奈氏准则就变为：理想带通信道的最高码元传输速率＝1W Baud即每赫宽带的带通信道的最高码元传输速率为每秒1个码元。

奈氏准则是在理想条件下推导出的。

在实际条件下，最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值还要小些。

香农公式香农（Shannon）提出并严格证明了“在被高斯白噪声干扰的信道中，计算最大信息传送速率C公式”：C=B log2(1+S/N)。

式中：B是信道带宽（赫兹），S是信号功率（瓦），N是噪声功率（瓦）。

该式即为著名的香农公式，显然，信道容量与信道带宽成正比，同时还取决于系统信噪比以及编码技术种类香农定理指出，如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C，那么，在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。

该定理还指出：如果R>C，则没有任何办法传递这样的信息，或者说传递这样的二进制信息的差错率为1/2。

香农定理指出，如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C，那么，在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。

该定理还指出：如果R>C，则没有任何办法传递这样的信息，或者说传递这样的二进制信息的差错率为1/2。

可以严格地证明；在被高斯白噪声干扰的信道中，传送的最大信息速率C由下述公式确定：C=B*log₂（1+S/N) （bit/s)该式通常称为香农公式。

B是码元速率的极限值(由奈奎斯特指出B=H,H为信道带宽，单位Baud)，S是信号功率（瓦），N是噪声功率（瓦）。

香农公式中的S/N为无量纲单位。

如：S/N=1000（即，信号功率是噪声功率的1000倍）但是，当讨论信噪比（S/N）时，常以分贝（dB）为单位。

公式如下：SNR（信噪比，单位为dB)=10 lg（S/N)换算一下：S/N=10^(SNR/10）公式表明，信道带宽限制了比特率的增加，信道容量还取决于系统信噪比以及编码技术种类。

扩频通信从香农公式中还可以推论出：在信道带宽C不变的情况下，带宽B和信噪扩频通信比S/N是可以互换的，也就是说，从理论上完全有可能在恶劣环境（噪声和干扰导致极低的信噪比）时，采用提高信号带宽（B）的方法来维持或提高通信的性能，甚至于可以使信号的功率低于噪声基底。

香农公式简介一、香农简介香农——信息论的奠基人“通信的基本问题就是在一点重新准确地或近似地再现另一点所选择的消息”。

这是数学家香农（Claude E.Shanon）在他的惊世之著《通信的数学理论》中的一句名言。

正是沿着这一思路他应用数理统计的方法来研究通信系统，从而创立了影响深远的信息论。

香农，1816年生于美国密执安州的加洛德。

在大学中他就表现出了对数理问题的高度敏感。

他的硕士论文就是关于布尔代数在逻辑开关理论中的应用。

后来，他就职于贝尔电话研究所。

在这个世界上最大的通信公司（美国电话电报公司）的研究基地里，他受着前辈的工作的启示，其中最具代表性的是《贝尔系统技术杂志》上所披露的奈奎斯特的《影响电报速率的一些因素》和哈特莱的《信息的传输》。

正是他们最早研究了通信系统的信息传输能力，第一次提出了信息量的概念，并试图用教学公式予以描述。

而香衣则创造性地继承了他们的事业，在信息论的领域中钻研了8年之久，终于在1948年也在《贝尔系统技术杂志》上发表了244页的长篇论著，这就是上面提到的那篇《通信的数学理论》。

次年，他又在同一杂志上发表了另一篇名著《噪声下的通信》。

在这两篇文章中，他解决了过去许多悬而未决的问题：经典地阐明了通信的基本问题，提出了通信系统的模型，给出了信息量的数学表达式，解决了信道容量、信源统计特性、信源编码、信道编码等有关精确地传送通信符号的基本技术问题。

两篇文章成了现在信息论的奠基著作。

而香农，也一鸣惊人，成了这门新兴学科的奠基人。

那时，他才不过刚刚三十出头。

二、香农公式香农（Shannon）在其信息论中得到有名公式：其中，B是信道频带宽度（简称带宽）S是信号功率谱密度N是信道噪声功率谱密度C是信道容量香农公式表明了一个无误差地传输信息的能力同存在与信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的关系。

对于给定的信道容量 C 可以用不同的带宽W 和信噪比S/N的组合来传输信息。

如减少带宽则必须发送较大的信号功率；如有较大的传输带宽，则同样的信道容量能够用较小的信号功率（较小的S/N）来传送，这表明宽带系统表现出较好的抗干扰性。