数据通信主要指标与信道极限容量

2.1数据通信主要指标与信道极限容量数据在信道中是以电信号的形式传送的，分为模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变化的电压或电流波形，数字信号是一系列表示数字“0”和“1”的电脉冲。模拟传输系统采用放大器增加信号能量，但会放大噪声，造成误差积累；数字传输系统采用中继器，利用码元再生法重传，有效解决了误差积累问题。模拟信号与数字信号tta)模拟信号b)数字信号模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值数据通信主要指标与信道极限容量信号传输速率数据传输速率信道容量误码率一些术语信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）比特率(BitRate)：数据传输速率(bps，b/s)码元(CodeCell)：时间轴上的一个信号编码单元t码元1码元2码元3码元4码元5信号同步脉冲同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始t信号传输速率波特率：每秒钟传送的码元数，或者说每秒钟信号（比如电压）变化的次数，单位为波特（baud)。如果是脉冲信号，波特率可按下式计算：B=1/T(Baud)其中T为一个脉冲信号的时间长度奈奎斯特（采样）定律：在带宽为H的无噪声信道上，最大波特率为：Bmax=2H(Baud)数据通信主要指标与信道极限容量信号传输速率数据传输速率信道容量误码率数据传输速率比特率：指每秒钟能传送的二进制位数，单位为比特/秒（bps）。通常将比特率作为数据传输率。比特率与波特率的关系：设比特率为S，波特率为B，则S=B·log2N(bps),N为码元状态数根据奈奎斯特定律Bmax=2H，则有：Smax=2H·log2N(bps)波特率与比特率比较波特率为每秒传送多少个码元比特率为每秒传送多少个二进制位。信息传输速率“比特/秒”与码元传输速率“波特”在数量上有一定的关系：若1个码元只携带1bit信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上相等。若1个码元携带nbit信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输速率为Mnb/s波特率与比特率比较图2种信号电平,（即码元有2种）每个码元携带1位二进制信息波特率＝8Baud比特率＝8bps4种信号电平,（即码元有4种）每个码元携带2位二进制信息波特率＝8Baud比特率＝16bps1秒数据通信主要指标与信道极限容量信号传输速率数据传输速率信道容量误码率信道容量根据奈奎斯特定理，无噪信道容量S=B·log2N，只要码元的状态数增加，比特率就增加，因此无噪信道容量是无限的。但实际信道总是有噪声的，实际的信道容量由信道本身的特征（带宽，信噪比）决定，与具体通信手段无关。根据香农定理，有噪声信道容量C=H·log2(1+S/N）(bps)其中，S/N为信道的信噪比。信噪比也通常用分贝（dB）来表示，信噪比分贝数和S/N的关系是：信噪比（dB）=10log10S/N数字信号通过实际信道(有噪信道)失真不严重：失真严重：实际的有噪信道（带宽较宽、噪声、干扰小）输入信号波形输出信号波形(失真不严重)因而信道容量大输入信号波形实际的有噪信道（带宽窄、噪声、干扰大）输出信号波形(失真严重)因而信道容量小奈氏准则和香农公式的作用范围码元传输速率受奈氏准则的限制输入信息输出信息输入数据输出数据源系统传输系统目的系统传输系统源点终点发送器接收器发送的信号接收的信号信息传输速率受香农公式的限制数据通信主要指标与信道极限容量信号传输速率数据传输速率信道容量误码率误码率传输出错的码元数占传输总码元数的比例。设传输总码元数为N，传输出错的码元数为Ne,则误码率为Pe=Ne/N根据误码率的大小选择合适的数据单元大小来传输。小结1.奈奎斯特定律：Bmax=2H(Baud)3.香农定理：C=H·log2(1+S/N）(bps)其中，S/N为信道的信噪比，信噪比分贝数和S/N的关系是：信噪比（dB）=10log10S/N2.比特率与波特率的关系：S=B·log2N(bps)，N为码元状态数