頻寬


頻寬 （简体）

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頻寬通常指信號所佔據的頻頻寬度；在被用來描述通道時，頻寬是指能夠有效通過該通道的信號的最大頻頻寬度。對於模擬信號而言，頻寬又稱為頻寬，以赫茲（Hz）為單位。例如模擬語音電話的信號頻寬為3400Hz，一個PAL-D電視頻道的頻寬為8MHz（含保護頻寬）。對於數字信號而言，頻寬是指單位時間內鏈路能夠通過的數據量。例如ISDN的B通道頻寬為64Kbps。由於數字信號的傳輸是通過模擬信號的調製完成的，為了與模擬頻寬進行區分，數字通道的頻寬一般直接用波特率或符號率來描述。

頻寬在資訊理論、無線電、通信、信號處理和波譜學等領域都是一個核心概念。

目錄

解釋

頻寬在許多應用中都是一個關鍵的概念。例如在無線電通信中，頻寬是調製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數為零的頻率範圍。這就對應于數學概念中的函數，例如函數不是零的所有值的「長度」。

另外一些定義可能沒有那麼嚴格，它們丟棄了頻率函數「很小」的信號頻率。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。由於函數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（en:Shannon-Hartley theorem），可靠通信的數據速率直接與通信所用信號頻率範圍成比例。在這篇文章中，頻寬一詞有時用來表示數據速率，有時也表示通信系統的頻率範圍，有時同時表示兩個概念。

模擬系統

對於在數學上可以看作時間函數的模擬信號來說，頻寬是以赫茲為單位、信號的傅利葉變換不為0的頻率範圍。這個定義也可以不嚴格地定義為在頻域內信號的傅利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。信號頻寬是信號隨著時間波動速度的一個度量，這樣，頻寬越大，信號的變化越快。上面是信號頻寬的描述，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數頻寬的簡稱。

例如，函數的 3dB 頻寬在圖上表示是 f2 − f1，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，它是除以設備中心頻率得到的頻寬。例如，一個頻寬 2MHz、中心頻率 10MHz 的設備的分數頻寬是 2/10 或者表示為 20%。

實數基帶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，如果需要為這個信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。

在信號處理和控制理論中，頻寬是閉環系統增益衰減到−3 dB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信號強度是最大信號強度 \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）
  • 光學調製器的最大調製頻率或者調製頻率範圍
  • 一些測量儀器（例如功率計）能夠工作的頻率範圍
  • 光學通信系統能夠達到的數據速率（例如 Gbit/s）

參見

數字系統

在數字通信系統中，頻寬有兩種含義。從技術意義上來說，它是波特率的俗稱，波特率是系統傳輸數據符號的速度；口語中它也用來表示通道容量，通道容量是系統能夠傳輸數據位的速度（參見Shannon Limit）。這樣，有 32 條獨立數據線的 66MHz 數字匯流排可以恰當地說成是 66MHz 頻寬、2.1Gbit/s 的數據傳輸能力，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信息所以通過頻寬 12kHz 的電話線 能夠傳輸 56kbit/s 的信息。

在離散時間系統和數字信號處理中，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，通信消耗頻寬，不合理地使用其它人的頻寬可以稱為 bandwidth theft。

網頁寄存

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數據總量。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







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