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1、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，数据在信道中是以电信号的形式传送的，分为分为模拟信号模拟信号和和数字信号数字信号。模拟信号是连续变。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化的电压或电流波形，数字信号是一系列表示数字数字“0”“0”和和“1”“1”的电脉冲。的电脉冲。模拟传输系统采用模拟传输系统采用放大器放大器增加信号能量，增加信号能量，但会放大噪声，造成误差积累；数字传输系统但会放大噪声，造成误差积累；数字传输系统采用采用中继器中继器，利用码元再生法重传，有效解决，利用码元再生法重传，有效解决了误差积累问题。了误差积累问题。1ppt
2、课件 模拟信号与数字信号tta)模拟信号模拟信号b)数字信号数字信号 模拟信号：时间上模拟信号：时间上连续连续，包含，包含无穷无穷多个值多个值 数字信号：时间上数字信号：时间上离散离散，仅包含，仅包含有限有限数目的预定值数目的预定值2ppt课件数据通信主要指标与信道极限容量q 信号传输速率信号传输速率q 数据传输速率数据传输速率q 信道容量信道容量q 误码率误码率3ppt课件一一 些些 术术 语语q 信道信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）传送信息的线路（或通路）q 比特率比特率(Bit Rate)：数据传输速率数据传输速率(bps，b/s)q 码元码元(Code Cell)：时间
3、轴上的一个信号编码单元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t4ppt课件信号传输速率q 波特率波特率：每秒钟传送的码元数每秒钟传送的码元数，或者说每秒钟，或者说每秒钟 信号（比如电压）变化的次数，单位信号（比如电压）变化的次数，单位 为波特（为波特（baud)。如果是脉冲信号，波特率可按下式计算：如果是脉冲信号，波特率可按下式计算：B=1/T(Baud)其中其中 T 为一个脉冲信号的时间长度为一个脉冲信号的时间长度q 奈奎斯特（采样）定律奈奎斯特（采样）定律：在带宽为在带宽为 H 的的 无噪声信道无噪声信道上，上，最
4、大最大波特率为：波特率为：Bmax=2H (Baud)5ppt课件数据通信主要指标与信道极限容量q 信号传输速率信号传输速率q 数据传输速率数据传输速率q 信道容量信道容量q 误码率误码率6ppt课件数据传输速率数据传输速率q 比特率：比特率：指指每秒钟能传送的二进制位数每秒钟能传送的二进制位数，单位为，单位为 比特比特/秒（秒（bps）。）。通常将比特率作为数通常将比特率作为数 据传输率。据传输率。q 比特率与波特率的关系：比特率与波特率的关系：设比特率为设比特率为 S，波特率为波特率为 B，则则 S=Blog2N (bps),N为码元状态数为码元状态数 根据奈奎斯特定律根据奈奎斯特定律 B
5、max=2H，则有：，则有：Smax=2Hlog2N (bps)7ppt课件波特率与比特率比较波特率与比特率比较q 波特率波特率为每秒传送多少个码元为每秒传送多少个码元比特率比特率为为每秒传送多少个二进制位每秒传送多少个二进制位。q 信息传输速率信息传输速率“比特比特/秒秒”与码元传输速率与码元传输速率“波特波特”在在 数量上数量上有一定的关系：有一定的关系：若若 1 个码元只携带个码元只携带 1 bit 信息量，则信息量，则“比特比特/秒秒”和和“波特波特”在数值上相等。在数值上相等。若若 1 个码元携带个码元携带 n bit 信息量，则信息量，则 M Baud 的的码元传输速率所对应的信息
6、传输速率为码元传输速率所对应的信息传输速率为 M n b/s 8ppt课件波特率与比特率比较图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8 Baud 比特率8 bps 4 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8 Baud 比特率16 bps1秒9ppt课件数据通信主要指标与信道极限容量q 信号传输速率信号传输速率q 数据传输速率数据传输速率q 信道容量信道容量q 误码率误码率10ppt课件信道容量q 根据奈奎斯特定理，根据奈奎斯特定理，无噪信道容量无噪信道容量S=Blog2N，只要码元的状态数增加，比特率就增加，因此无
7、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。噪信道容量是无限的。q 但实际信道总是有噪声的，实际的信道容量由信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，信手段无关。根据香农定理，有噪声信道容量有噪声信道容量 C=Hlog2(1+S/N）(bps)其中，其中，S/N为信道的信噪比。信噪比也通常用分贝为信道的信噪比。信噪比也通常用分贝（dB）来表示，）来表示，信噪比分贝数和信噪比分贝数和 S/N的关系是：的关系是：信噪比（信噪比（dB）=10 log10S/N11ppt课
8、件数字信号通过实际信道(有噪信道)q 失真不严重：失真不严重：q 失真严重：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12ppt课件奈氏准则和香农公式的作用范围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13ppt课件数据通信主要指标与信道极限容量q 信号传输速率信号传输速率q 数据传输速率数据传输速率q
9、信道容量信道容量q 误码率误码率14ppt课件误码率q 传输出错的码元数占传输总码元数的比例。传输出错的码元数占传输总码元数的比例。设传输总码元数为设传输总码元数为 N N，传输出错的码元数为传输出错的码元数为 NeNe,则误码率为则误码率为 PePe =Ne/NNe/Nq 根据根据误码率的大小选择合适的数据单元大小误码率的大小选择合适的数据单元大小来传输。来传输。15ppt课件小 结1.奈奎斯特定律：奈奎斯特定律：Bmax=2H (Baud)3.香农定理：香农定理：C=Hlog2(1+S/N）(bps)其中，其中，S/N为信道的信噪比，信噪比分贝数为信道的信噪比，信噪比分贝数和和 S/N的关系是：的关系是：信噪比（信噪比（dB）=10 log10S/N2.比特率与波特率的关系：比特率与波特率的关系：S=Blog2N (bps)，N为码元状态数为码元状态数16ppt课件