頻寬

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頻寬英語Bandwidth)指訊號所佔據的頻帶寬度;在被用來描述通道時,頻寬是指能夠有效透過該通道的訊號的最大頻帶寬度。對於模擬訊號而言,帶寬又稱為頻寬,以赫茲(Hz)為單位。例如模擬語音電話的訊號頻寬為3400Hz,一個PAL-D電視頻道的頻寬為8MHz(含保護頻寬)。對於數位訊號而言,頻寬是指單位時間內鏈路能夠透過的資料量。例如ISDN的B通道頻寬為64Kbps。由於數位訊號的傳輸是透過模擬訊號的調變完成的,為了與模擬頻寬進行區分,數位通道的頻寬一般直接用波特率符號率來描述。

頻寬在資訊理論無線電通訊訊號處理波譜學等領域都是一個核心概念。

解釋[編輯]

頻寬在許多應用中都是一個關鍵的概念。例如在無線電通訊中,頻寬是調變載波佔據的頻率範圍,然而在光學中頻寬是單個譜線寬度或者整個頻譜範圍。

對於不同的應用領域有不同的精確定義。例如,其中一個頻寬定義就是超出範圍的頻率函式為零的頻率範圍。這就對應於數學概念中的函式,例如函式不是零的所有值的「長度」。

另外一些定義可能沒有那麼嚴格,它們丟棄了頻率函式「很小」的訊號頻率。很小可能是意味著它的值在最大值 3 dB 以下,也就是最大值的一半以下;也可能是小於某一個絕對值。由於函式的寬度有各種各樣的定義,頻寬的定義也就多種多樣,分別用於不同的系統。

根據Shannon-Hartley 定理,可靠通訊的資料速率直接與通訊所用訊號頻率範圍成比例。在這篇文章中,頻寬一詞有時用來表示資料速率,有時也表示通訊系統的頻率範圍,有時同時表示兩個概念。

模擬系統[編輯]

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對於在數學上可以看作時間函式的模擬訊號來說,頻寬是以赫茲為單位、訊號的傅立葉變換不為0的頻率範圍。這個定義也可以不嚴格地定義為在頻域內訊號的傅立葉變換功率在一個特定門限之上、例如與最大值差在 3dB 的範圍之內的頻率範圍。訊號頻寬是訊號隨著時間波動速度的一個度量,這樣,頻寬越大,訊號的變化越快。上面是訊號頻寬的描述,頻寬也可以用於系統。在表示系統頻寬的時候,系統頻寬是系統傳遞函式頻寬的簡稱。

例如,函式的 3dB 頻寬在圖上表示是 f_2-f_1,但是其它的頻寬定義就會得到另外不同的結果。一個常用的數量是分數頻寬,它是除以裝置中心頻率得到的頻寬。例如,一個頻寬 2MHz、中心頻率 10MHz 的裝置的分數頻寬是 2/10 或者表示為 20%。

實數基頻系統既有負頻率又有正頻率這樣一種現實可能使頻寬變得易於混淆,因為有時頻寬僅僅用來表示正的一半,例如我們偶爾可以看到這樣的表示 B = 2W,其中 B 是總的頻寬,W 是正的頻寬,如果需要為這個訊號設計一個低通濾波器,那麼截止頻率至少要保證 W 不受影響。

電子濾波器頻寬是頻率響應在峰值中心頻率響應差在 3dB 範圍內的頻率部分。

訊號處理控制理論中,頻寬是閉環系統增益衰減到 −3dB 的頻率。

在基礎電路理論中帶通和帶阻濾波器的頻寬表示頻域中訊號強度是最大訊號強度 \frac{1}{\sqrt{2}} 的兩個頻率之間的距離。

在光子學中,頻寬有不同的含義:

  • 某些光源輸出的頻寬,例如 ASE 光源或者雷射;超短光脈衝的頻寬可能非常寬廣
  • 例如光纖等一些元件能夠傳輸的頻率範圍寬度
  • 光學放大器的增益頻寬
  • 其它現象的範圍(例如,反射、非線性過程的相位匹配、或者諧振)
  • 光學調變器的最大調變頻率或者調變頻率範圍
  • 一些測量儀器(例如功率計)能夠工作的頻率範圍
  • 光學通訊系統能夠達到的資料速率(例如 Gbit/s)

數位系統[編輯]

在數位通訊系統中,頻寬有兩種含義。從技術意義上來說,它是波特率的俗稱,波特率是系統傳輸資料符號的速度;口語中它也用來表示頻道容量,頻道容量是系統能夠傳輸資料的速度(參見Shannon Limit)。這樣,有32 條獨立資料線的66MHz 數字匯流排可以恰當地說成是66MHz 頻寬、2.1Gbit/s 的資料傳輸能力,但是對於匯流排「頻寬2.1Gbit/s」這樣一種說法這也不應感到奇怪。對於模擬的數據機來說也有同樣的問題,對它來說,每個符號攜帶多位的訊息所以通過頻寬12kHz 的電話線 能夠傳輸56kbit/s 的訊息。

離散時間系統數位訊號處理中,根據Nyquist-Shannon 採樣定理頻寬與採樣率有關。

頻寬也用於日常生活中用表示某些有限的或者花費金錢的東西。這樣,通訊消耗頻寬,不合理地使用其它人的頻寬可以稱為bandwidth theft

網頁寄存[編輯]

一些虛擬主機服務商會給頻寬以不同的含義。在這裡,頻寬幾乎變成了一個流量概念。意思是指定時間內的下行資料總量。意味著如果一個網頁寄存公司給你2GB每月的頻寬,那麼意味著你的用戶每月只能最多下載2GB的內容。

參見[編輯]

外部連結[編輯]