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輸入計算

數學公式

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結果

最大通道容量
29,901.68
每秒位元數(bps)
容量(kbps) 29.9 kbps
容量(Mbps) 0.0299 Mbps
SNR(線性值) 1,000
頻譜效率 9.9672 bits/s/Hz

什麼是夏農通道容量計算器?

這個工具運用香農-哈特利定理(Shannon-Hartley theorem),計算在一條通訊通道上能無誤差傳輸的理論最大資料速率。計算結果稱為通道容量 \(C\),以每秒位元數(bps)表示,取決於通道的頻寬與訊噪比(SNR)。這是資訊理論中的通用結論,適用於任何含雜訊的類比通道——電話線、Wi-Fi、光纖、行動通訊等皆可套用。

Channel diagram showing signal, noise and bandwidth flowing from transmitter to receiver
A noisy channel: capacity depends on bandwidth B and the signal-to-noise ratio S/N.

如何使用

請輸入通道的頻寬 \(B\)(單位為赫茲 Hz),以及以分貝(dB)表示的訊噪比。計算器會先把 dB 數值換算成線性比值,再代入夏農公式,輸出以 bps、kbps 與 Mbps 表示的容量,同時提供以 bits/s/Hz 為單位的頻譜效率。

公式解析

容量公式為 $$C = \text{B} \cdot \log_{2}\!\left(1 + 10^{\frac{\text{SNR (dB)}}{10}}\right)$$ 其中 \(B\) 為頻寬(Hz),\(S/N\) 則是線性的訊號與雜訊功率比。由於 SNR 通常以分貝表示,我們得先換算:\(S/N = 10^{\frac{\text{SNR}_\text{dB}}{10}}\)。以 2 為底的對數會把功率比轉換成位元數。要特別留意,這是一個上限值——實際系統因編碼與調變的額外負擔,所能達到的速率會略低於此。

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Logarithmic curve of channel capacity rising with signal-to-noise ratio
Capacity grows logarithmically with SNR, so doubling SNR adds only a fixed amount.

範例試算

典型的電話線頻寬 \(B = 3000\) Hz,訊噪比為 30 dB。首先把 30 dB 換算為 \(10^{\frac{30}{10}} = 10^3 = 1000\)(線性值)。接著 $$C = 3000 \cdot \log_{2}(1 + 1000) = 3000 \cdot \log_{2}(1001) \approx 3000 \cdot 9.9672 \approx 29{,}902 \text{ bps}$$ 約等於 29.9 kbps。這也說明了為何早期撥接數據機的速率大約停在 33~56 kbps 之間。

常見問題

這是實際可達到的速度嗎?不是——它是理論上的最大值。實際的連線會因編碼、調變與實作損耗,只能達到其中一部分。

為什麼要把 dB 換算成線性值?夏農公式使用的是線性功率比 \(S/N\),但工程師習慣以分貝表示 SNR,因此必須先進行換算。

什麼是頻譜效率?它是容量除以頻寬(bits/s/Hz),用來衡量每一赫茲的頻寬能承載多少位元。

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