基带传输系统与通带传输系统在带宽与传输容量（即信息速率）的关系上，既有共通的理论基础（香农定理），又因系统结构不同而表现出关键差异。理解这些差异，对通信系统设计至关重要。
一、共同理论基础：香农-哈特利定理（Shannon-Hartley Theorem）
二、基带系统的带宽与容量
📌 举例：
- 带宽 100 MHz 的基带信道 → 最高符号速率 200 MBaud；
- 若用 4-PAM（M=4 ）→ 最大比特率 200×2=400 Mbps。
3. 实际限制
- 基带信道通常为低通型，无法利用负频率；
- 实际滤波器滚降（如升余弦）会降低频谱效率；
- 高速下易受码间串扰（ISI）和信道衰减影响。
三、通带系统的带宽与容量
四、关键对比：带宽 vs 容量的实际影响
| 维度 | 基带传输系统 | 通带传输系统 |
|---|---|---|
| 可用带宽上限 | 受限于有线信道（如PCB走线<50 GHz，光纤直调<30 GHz） | 可利用高频段（Sub-6 GHz、毫米波24–100 GHz），绝对带宽更大 |
| 频谱效率 | 理论更高（因符号速率=2B），但实际受限于ISI和噪声 | 略低（符号速率=B），但可通过高阶QAM、MIMO补偿 |
| 容量瓶颈 | 距离短时容量高，但随距离迅速下降（衰减 ∝ f2 ） | 可通过中继、波束赋形扩展覆盖，广域高容量 |
| 典型容量场景 | - 100 Gbps 以太网（4对双绞线，每对25 Gbps）<br>- PCIe 5.0 x16 ≈ 64 GB/s | - 5G mmWave：4 Gbps+<br>- Wi-Fi 7：46 Gbps（多链路聚合） |
💡现实启示：
- 短距高速互联（如AI芯片互连）→ 优先用基带（成本低、功耗小）；
- 广域大容量接入（如5G、卫星）→ 必须用通带（获取大带宽+无线覆盖）。
五、总结：带宽如何影响容量？
✅终极结论：
带宽是容量的“舞台”，但谁能在这个舞台上跳得更高，取决于调制、编码、天线和信道条件。
- 基带在有限带宽内追求极致效率；
- 通带在广阔频谱中追求规模容量。
理解这一逻辑，就能明白为何数据中心用112 Gbps PAM4基带SerDes，而5G基站要用100 MHz带宽的256-QAM + Massive MIMO——二者都在各自约束下最大化香农极限。
