《计算机网络》(谢希仁)上说,带宽有两种不同的意义:1 是信号具有的频带宽度,2 是网络中某个通道传送数据的能力。前者是频域称谓,后者是时域称谓,本质是相同的。我理解两种不同的意义,但是一直不理解为什么本质是相同的。在这里记录一下我的想法。

首先,信号中的带宽,是信道的带宽,是一个频率范围。比如 wifi 信号,常用 2.4GHz 和 5GHz 两个频段。以 2.4GHz 为例,频段的起始频率通常是 2.412 GHz,结束频率是 2.484 GHz。在这个频段内,Wi-Fi 网络使用不同的频道(通常是 1 到 11 或者 1 到 13,具体取决于国家或地区的规定),每个频道的带宽为 20 MHz(另外还有2MHZ用于防干扰,一共22MHZ)。2.4GHz 代表电磁波 1 秒钟振动 24 亿次。

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其次,网络传输中的带宽,是指单位时间传输路径上可以传输多少个比特,单位是 bits/s。这是能力,如果说一条通路上的带宽是 100Mbits/s,那么说明每秒最多可以传输 100M 个 bit,这是一个理想化的上限。

时域和频域:纵轴都是振幅,时域的横轴是时间,频域的横轴是频率,下面的动图是一个比较直观的例子。

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对于Wifi信号来说:从时域看,电磁波每秒震动2.4*10^9次;从频域看,频率是2.4GHz。

时域和频域可以通过傅里叶变换和调制进行转换。以调制为例,在BPSk(二相位调制)中,每个比特被编码为一个特定的相位,0可以表示为0度相位,1可以表示为180度相位。当发送端要发送一个比特时,根据要发送的比特是0还是1,去改变信号的相位。如果要发送的比特是0,发送的信号将保持不变;如果要发送的比特是1,信号将会相位反转,即相位变为180度。

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所以:

  1. 带宽的时域和频域本质是从不同的维度看同一个东西。
  2. 信号带宽和网络带宽并不是相同的概念。比如,Wifi信号带宽并不直接决定网络的整体带宽。Wifi的信号带宽限制了连到该网络的设备间的数据传输速率。如果Wifi信号带宽较窄,那么即使网络带宽很高,也可能会导致Wifi连接的速度较慢。