2.1数据通信主要指标与信道极限容量.ppt

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，利用码元整形再生法重传、去除了噪声干扰，有效解决了误差积累问题。 模拟信号与数字信号 t t a) 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(Bit Rate)：数据传输速率 (bps，b/s) 码元(Code Cell)：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(码元)传输速率 波特率： 每秒钟传送的码元数，或者说每秒钟 信号变化的次数，单位为波特（baud)。 例：如果是二进制脉冲信号，波特率则为： B=1/T (Baud) 其中，T 为一个脉冲信号的时间长度 奈奎斯特准则： 在带宽为 H 的理想低通无噪声信道上，信号码元的最大波特率为： Bmax= 2H (Baud) (注：若理想带通矩形特性的信道，则信号码元最大速率变为Bmax=H 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，信号码元波特率为 B，则 S = B·log2N (bps), N为码元状态数 根据理想低通信道上的奈奎斯特准则 ： Bmax= 2H (Baud)， 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信号码元 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 1 bit 信息量，则“比特/秒” 和 “波特”在数值上相等。 若 1 个码元携带 n 位信息量，则 M 波特 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 (M ? n) b/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＝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 bps 1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 (信道的最高信息传输速率) 根据奈奎斯特准则，理想低通、无噪信道的最高码元传输速率＝2H Baud，其信道容量为 S=2H·log2N ，即只要增加带宽H、码元的状态数N ，理想低通无噪信道容量 S 就会增加。 但实际信道总是有噪声的，实际的信道容量不会无限制地增加，而是由信道本身的特征（带宽、信噪比）来决定的，与具体通信手段无关。根据香农定理，有噪声信道的容量  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）= 10 log10S/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