💡 香农容量与性能权衡
香农公式给出了AWGN信道下的理论最大传输速率:
$$ C = B \cdot \log_2(1 + \text{SNR}) $$
其中 $\text{SNR} = P / (N_0 B)$,$P$ 为信号功率,$N_0$ 为噪声功率谱密度。
三种优化策略的权衡:
- 📡 增加功率: 直接提高 SNR → 容量增加(对数增长),误码率指数下降。代价:功耗增加、干扰增大。
- 📊 增加带宽: 线性增加容量,但降低频谱效率(bps/Hz)。适用于频谱充裕的场景。
- 🎯 高阶调制: 提高频谱效率(每Hz传输更多比特),但相同SNR下误码率更高,对噪声更敏感。
误码率公式 (AWGN信道):
$$ \text{BER}_{\text{BPSK}} = \frac{1}{2}\text{erfc}\left(\sqrt{\text{SNR}}\right) $$
$$ \text{BER}_{\text{M-QAM}} \approx \frac{2(1-1/\sqrt{M})}{\log_2 M} \cdot \frac{1}{2}\text{erfc}\left(\sqrt{\frac{3\text{SNR}}{2(M-1)}}\right) $$