香农采样定理,也叫做奈奎斯特采样定理,是信息论与信号处理领域中的一个核心定理。它确立了连续时间信号(模拟信号)与离散时间信号(数字信号)之间的转换关系,为数字信号处理及通信技术的发展奠定了理论基础。
1、香农采样定理是什么?
香浓采样定理指出,如果一个连续时间信号是带限的,即其频谱分量中频率高于某一特定值(称为带宽)的部分为零,那么这个信号就可以通过等间隔采样来完全恢复。采样的频率必须大于等于信号最高频率的两倍,这一最小的采样频率被称为奈奎斯特频率。
2、香农采样定理相关公式
①基本公式:
f_s \geq 2f_{max} \] 其中,\(f_s\) 是采样频率,\(f_{max}\) 是信号的最高频率。这一公式直接给出了采样频率与信号最高频率之间的最小关系。
②理想低通信道最高码元传输速率公式(虽非直接由香浓提出,但相关):
B = 2W \] 其中,\(B\) 是理想低通信道的最高大码元传输速率,\(W\) 是信道的带宽。这一公式由奈奎斯特在1924年推导,与香浓采样定理在理论上有紧密联系。
③信息传输速率公式(同样非直接由香浓提出,但相关):
C = B \cdot \log_2 N \] 其中,\(C\) 是信息传输速率,\(B\) 是带宽,\(N\) 是电平强度。这一公式进一步说明了在给定带宽下,信息传输速率与电平强度的关系。
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