第02章_數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)

1、1第第2 2章章 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo) 在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)的傳送是由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)來完成的，對(duì)傳輸系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)是一個(gè)重要的問題，通常用傳輸速度、信道容量、帶寬以及可靠性等指標(biāo)來對(duì)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行定量分析，下面討論這些指標(biāo)的含義。22 2.1 1 傳輸速率傳輸速率傳輸速率傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸信息單元的數(shù)量。它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的重要指標(biāo)，有兩種表示方法。1 1. 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率 指單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二制位代碼的有效位數(shù)，以每秒多少比特?cái)?shù)計(jì)，單位為位/秒，記作b/s。 計(jì)算公式為 S=1/T logN (b/s)式中: T一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度(

2、全寬碼)或重復(fù)周期(歸零碼)，單位為秒(s)； N一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù)。 通常N=2K，K為二進(jìn)制信息的位數(shù)，K=logN。N=2時(shí)，S=1/T，表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率。 數(shù)據(jù)傳輸速率也稱作傳信率傳信率或比特率比特率。第第2 2章章 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)32.2.信號(hào)傳輸速率信號(hào)傳輸速率( (調(diào)制速率調(diào)制速率) ) 信號(hào)調(diào)制過程中，單位時(shí)間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特，記作Baud。通常用于表示調(diào)制器之間傳輸信號(hào)的速率。 計(jì)算公式為 B=1/T(Baud)式中T信號(hào)碼元的寬度，單位為s。信號(hào)傳輸速率，也稱碼元速率、調(diào)制速率、波特率或傳碼率。第第2

3、2章章 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)43 3. 數(shù)據(jù)信號(hào)速率與調(diào)制速率的關(guān)系數(shù)據(jù)信號(hào)速率與調(diào)制速率的關(guān)系 數(shù)據(jù)信號(hào)速率S與調(diào)制速率B有如下關(guān)系： S=BlogN (b/s)或 B=S/log2N (Baud) 其中N為一個(gè)脈沖信號(hào)所表示的有效狀態(tài)。在二進(jìn)制中，脈沖只有兩種狀態(tài)0或1，即N=2，則數(shù)據(jù)信號(hào)速率S與調(diào)制速率B是一致的。當(dāng)采用不同的調(diào)制方式時(shí)，N的取值可不同，這時(shí)即使調(diào)制速率相同，得到的數(shù)據(jù)傳輸速率也是不同的，見表2.1。表表2.1 2.1 調(diào)制方式、調(diào)制速率、數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系調(diào)制方式、調(diào)制速率、數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系調(diào)制速率(Baud) 1200 1200 1600 24

4、00 調(diào)制方式 調(diào)頻(N=2) 四相調(diào)制(N=4) 八相調(diào)制(N=8) 十六相調(diào)制(N=16) 數(shù)據(jù)信號(hào)速率(b/s) 1200 2400 4800 9600 在有些情況下，表示傳輸速率還有一種表示方法，即單位時(shí)間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量。其單位可以是字符、碼組等，時(shí)間單位可以是秒(s)、分(min)、小時(shí)(h)等，通常用的單位是：字符/分。這時(shí)它和數(shù)據(jù)信號(hào)速率之間的轉(zhuǎn)換需考慮數(shù)據(jù)之外的附加傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，例如起止同步比特。第第2 2章章 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)52.2 2.2 信道容量信道容量2.2.1 2.2.1 信道帶寬信道帶寬 帶寬帶寬是描述信號(hào)的一個(gè)重要參數(shù)，同時(shí)也是描述傳輸系

5、統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)。信號(hào)是由特定的電磁波來傳輸?shù)?，而電磁波都有一定的頻率范圍，信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬是指信號(hào)含有的頻帶寬度，在實(shí)際應(yīng)用中指信號(hào)能量比較集中的那個(gè)頻率范圍。而任何實(shí)際的信道所不失真?zhèn)鬏數(shù)男盘?hào)頻率也有一定的范圍，這一范圍稱為該信道頻帶的寬度，即帶寬。信道的帶寬信道的帶寬是由傳輸媒介和相關(guān)的附加設(shè)備及其電路的頻率特性等綜合確定的。信道的帶寬限制了信道的傳輸能力，信道的帶寬越寬，則其傳輸能力越強(qiáng)。如傳輸信道的帶寬超過所傳輸信號(hào)的頻帶寬度，在傳輸過程中就不會(huì)引起信號(hào)失真。 信道容量信道容量表示一個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單位：位/秒(b/s)，也就是信道傳輸信息的最大能

6、力。第第2 2章章 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)62.3 2.3 傳輸質(zhì)量傳輸質(zhì)量2.3.1 2.3.1 相關(guān)概念相關(guān)概念 數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過程中，接收到的信號(hào)常常和發(fā)送的信號(hào)不一樣，這是由于在傳輸過程中信號(hào)的衰減、畸變、噪聲及串音干擾等因素造成的。下面介紹幾個(gè)相關(guān)的基本概念。1. 1. 衰減衰減 所謂衰減衰減指信號(hào)電能經(jīng)過傳輸系統(tǒng)傳輸后，系統(tǒng)輸出的電功率小于輸入端的電功率。模擬信道可以采用放大器對(duì)衰減的信號(hào)進(jìn)行放大，數(shù)字信道可以用中繼器對(duì)信號(hào)進(jìn)行再生整形。2. 2. 增益增益 信號(hào)電能經(jīng)過傳輸系統(tǒng)傳輸后，系統(tǒng)輸出的電功率大于輸入端的電功率。3. 3. 失真失真 信號(hào)通過傳輸系統(tǒng)時(shí)，

7、其波形可能發(fā)生畸變，波形的畸變稱為失真。 由衰減隨頻率的變化引起的失真稱為衰減失真或振幅失真。 由不同頻率分量的傳播速度不一致所引起的失真，稱為相位失真或群延時(shí)失真。第第2 2章章 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)74. 4. 噪聲噪聲 噪聲噪聲是通信系統(tǒng)中存在的獨(dú)立于有用信號(hào)，并且疊加在有用信號(hào)之上的無用成分，它對(duì)系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸與處理起擾亂作用，但又不能完全控制。噪聲可以從系統(tǒng)的各部分侵入，按其來源可分為通信系統(tǒng)外部噪聲和系統(tǒng)內(nèi)部噪聲。(1) (1) 外部噪聲外部噪聲：是指有用信號(hào)在系統(tǒng)的傳輸過程中，由外界輻射引入的噪聲，包括：自然噪聲(雷暴產(chǎn)生的電磁輻射、宇宙星系產(chǎn)生的宇宙電磁輻

8、射、核輻射等)、人為干擾(高壓輸電線、火花電弧、電動(dòng)器具等電磁波源引起的干擾)。這一類噪聲隨機(jī)性很強(qiáng)，強(qiáng)度也很大，又稱沖擊噪聲，它很難以某一統(tǒng)計(jì)規(guī)律來描述。(2)(2)內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲：是指系統(tǒng)內(nèi)部各級(jí)電路(包括天線在內(nèi)的饋線)產(chǎn)生的噪聲，包括熱噪聲(電阻、饋線等無源器件中因自由電子的布朗熱運(yùn)動(dòng)所引起的噪聲)、散粒噪聲(半導(dǎo)體等有源器件中因電子發(fā)射不均勻產(chǎn)生的噪聲)、其他噪聲(因電路自激、電源交流聲等引起的噪聲)，又稱隨機(jī)噪聲。這種噪聲在時(shí)間上分布較平穩(wěn)，頻譜也比較均勻，可以用統(tǒng)計(jì)規(guī)律來描述。第第2 2章章 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)85. 5. 串音干擾串音干擾 引起傳輸損害的

9、還有串音干擾串音干擾等因素，串音干擾是由于電磁耦合所引起的線對(duì)之間信號(hào)的相互串?dāng)_，稱為串音干擾。串音干擾分為近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_。串音干擾與電纜質(zhì)量、線對(duì)間位置以及信號(hào)頻率等有關(guān)。實(shí)際工作中，在綜合布線工程中有一項(xiàng)工作就是測(cè)試線纜的串音干擾指標(biāo)。6. 6. 畸變畸變 數(shù)據(jù)信號(hào)的畸變有兩種類型：規(guī)則畸變規(guī)則畸變、不規(guī)則畸變不規(guī)則畸變。 規(guī)則畸變規(guī)則畸變包含兩個(gè)分量：偏畸變、特性畸變。主要因信道特性、群延時(shí)失真引起。(1) 偏畸變：二進(jìn)制“1”和“0”的時(shí)間變長(zhǎng)或縮短。分為正偏和負(fù)偏。(2) 特性畸變：短“1”和短“0”的時(shí)間都伸長(zhǎng)(正特性畸變)或都縮短(負(fù)特性畸變)。 不規(guī)則畸變不規(guī)則畸變沒有規(guī)律

10、，隨機(jī)發(fā)生，主要由噪聲、串?dāng)_等引起。第第2 2章章 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)92.3.2 2.3.2 差錯(cuò)率差錯(cuò)率 數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量用差錯(cuò)率來表示，它是數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的最終評(píng)價(jià)尺度。常用的差錯(cuò)率指標(biāo)有平均誤碼率、平均誤字率、平均誤碼組率等。1. 1. 誤碼率誤碼率 二進(jìn)制數(shù)據(jù)位傳輸時(shí)出錯(cuò)的概率，是某一段時(shí)間內(nèi)的平均誤碼率。 誤碼率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標(biāo)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于10-6，若誤碼率達(dá)不到這個(gè)指標(biāo)，可通過差錯(cuò)控制方法檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。 誤碼率公式為 Pe=Ne/N式中 Ne其中出錯(cuò)的位數(shù)； N傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總數(shù)。 誤碼率=收信誤碼數(shù)/傳輸?shù)娜看a元數(shù)2. 2. 誤字率誤字率 在電報(bào)通信中，誤字率指誤字符率。 誤字率=收信誤字?jǐn)?shù)/傳輸?shù)娜孔謹(jǐn)?shù)3. 3. 誤組率誤組率 誤組率即誤碼組率。某些數(shù)據(jù)通信中，以碼組為信息傳輸單元。 誤組率=收信誤組數(shù)/傳輸?shù)娜看a組數(shù)第第2 2章章 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)102.4 2.4 頻帶利用率頻帶利用率 頻帶利用率頻帶利用率是描述一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸效率的性能指標(biāo)，在比較不同數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的效率時(shí)，單看它們的數(shù)據(jù)傳輸速率是不夠的，或者說，即使兩個(gè)系統(tǒng)的信息速率相同，它們的效率也可能不同，所以還要看傳輸這樣的信息所占的頻帶寬度。通信系統(tǒng)擁有