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Capacità del Canale Shannon-Hartley: 300 Hz di Banda, 3 dB SNR

Calcolo della Capacità del Canale

Il teorema di Shannon-Hartley definisce il tasso di dati teorico massimo privo di errori per un canale di comunicazione con rumore bianco gaussiano additivo (AWGN).

Parametri Dati

Passo 1: Converti SNR da dB a Rapporto Lineare

SNR_lineare = 10^(SNR_dB / 10) = 10^(3/10) = 10^0,3 ≈ 2,0

Un SNR di 3 dB significa che la potenza del segnale equivale alla potenza del rumore (rapporto = 2:1 includendo il segnale stesso in "1+SNR").

Passo 2: Applica la Formula di Shannon-Hartley

C = B × log₂(1 + SNR_lineare)

C = 300 × log₂(1 + 2) = 300 × log₂(3)

log₂(3) = ln(3)/ln(2) ≈ 1,58496

C ≈ 300 × 1,58496 = 475,5 bit al secondo (bps)

Interpretazione

Contesto Pratico

ParametroValore Tipico TeleprinterLimite Shannon (300 Hz, 3 dB)
Velocità simbolo (baud)45–75 baudN/A (velocità simbolo ≤ 2B = 600 baud)
ModulazioneFSK (2 toni)Codici che si avvicinano alla capacità necessari
CodificaNessuna (Baudot 5 bit) o parità sempliceCodici moderni (LDPC, Turbo) si avvicinano al limite
Tasso raggiungibile45–75 bps475,5 bps (massimo teorico)

Ipotesi Chiave e Limitazioni

Nota Storica

I teleprinter (Teletype Model 33, ecc.) operavano a 45,45 o 74,2 baud su linee voce (300–3400 Hz). La cifra di 300 Hz suggerisce un canale a banda stretta (es. radio HF, telegrafia sub-voce). A 3 dB SNR, la comunicazione affidabile richiede modi a banda stretta robusti (PSK31, FT8, CW) — non teleprinter degli anni '60.

Sommario

Capacità del canale = 475,5 bps per 300 Hz di banda a 3 dB SNR. Questo rappresenta il limite matematico assoluto; i sistemi pratici raggiungono significativamente meno. Il calcolo illustra perché i canali a banda stretta e basso SNR richiedono codifica sofisticata per avvicinarsi ai limiti teorici.

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