数据通信系统的性能指标:
衡量一个数据传输系统性能的主要技术指标是有效性与可靠性。有效性主要指消息传输的速度,可靠性主要指消息传输的质量。
模拟通信中,有效性常使用传输频带带宽来度量。带宽是指信道能传送信号的频率宽度,也就是可传送信号的最高频率与最低频率之差。同样的消息用不同的调制方式,需要不同的频带宽度。可靠性用接收端输出的信噪比来度量。信噪比是指接收端信号的平均功
率和噪声的平均功率之比。在相同条件下,系统输出端的信噪比越大,系统抗干扰的能力越大。例如,电话要求信噪比为 20dB~40dB,电视机要求 40 dB 以上。在数字通信中,有效性一般用信息传输速率来衡量,可靠性一般用误码率来衡量。
1. 信息传输速率
信息可被理解为消息中包含有意义的内容。信息传输速率简称传信率,又称为信息速率或比特率,单位为比特/秒,记为 b/s 或 bps,本书统一记为 bps。例如,每秒传送 1600个位,则它的比特率为 1600bps。
2. 码元传输速率
为了提高信号传输效率,我们总是希望在一定的时间内能够传输尽可能多的码元。但任何实际的信道都不是理想的,在传输信号时都会产生各种失真及带来多种干扰。图 2-6给出了数字信号通过实际的信道可能会引起输出波形失真的示意图。可以看出,当失真不
严重时(见图 2-6(a)),在输出端还可以根据已失真的输出波形还原出发送码元来。但当失真严重时(见图 2-6(b)),在输出端就很难判断这个信号在什么时候是 1,在什么时候是 0。码元传输的速率越高,或信号传输的距离越远,在信道输出端的波形失真就越严重。
提示:所谓码元,是指在数字通信中常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字,这样的时间间隔内的信号称为二进制码元,而这个间隔称为码元长度。需要指出,数字通信中不仅有二进制码元,也有 n 进制码元。
【例 】一个带宽为 3 kHz 的理想低通信道,其最高码元传输速率为 6000Baud,若 1个码元能携带 3 bit 的信息量,则相对应的最高信息传输速率为 18000 bps。
3. 误码率和误比特率
误码率又称码元差错率的比例,即误码率是衡量系统可靠性指标,如下式所示。
在二进制传输中,误码率也称误比特率,如下式所示。
提示:对于一个实际的数据传输系统,不能笼统地要求误码率越低越好,要根据实际传输要求提出误码率指标。在数据传输速率确定后,误码率越低,数据传输系统设备越复杂,造价也越高。
在实际的数据传输系统中,电话线路传输速率为 300 bps~2400 bps 时,平均误码率为10-2~10-6,传输速率为 4800 bps~9600 bps 时,平均误码率为 10-2~10-4。而计算机通信的平均误码率要求低于 10-9。因此,普通信道如不采取差错控制技术是不能满足计算机通信要求的。
4. 信道带宽与信道容量
信道带宽是指信道中传输的信号在不失真情况下所占用的频率范围,单位用赫兹(Hz)表示。信道带宽是由信道的物理特性所决定的。例如,电话线路的频率范围是 300 Hz~3400 Hz,则它的带宽范围也是 300 Hz~3400 Hz。
信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数,用比特每秒(bps)表示。当传输速率超过信道的最大信号速率时,会产生失真。
通常,信道容量和信道带宽具有正比的关系,带宽越大,容量越高。因此要提高信号的传输率,信道就要有足够的带宽。从理论上看,增加信道带宽是可以增加信道容量的,而实际上,信道带宽的无限增加并不能使信道容量无限增加,原因是在一些实际情况下,信道中存在噪声(干扰),制约了带宽的增加。