第02章_数据传输系统质量指标

1、1第第2 2章章 数据传输系统质量指标数据传输系统质量指标 在数据通信网络中，信号的传送是由数据传输系统来完成的，对传输系统的性能进行评价是一个重要的问题，通常用传输速度、信道容量、带宽以及可靠性等指标来对数据传输系统进行定量分析，下面讨论这些指标的含义。22 2.1 1 传输速率传输速率传输速率传输速率是指单位时间内传输信息单元的数量。它是衡量数据通信系统传输能力的重要指标，有两种表示方法。1 1. 数据传输速率数据传输速率 指单位时间内所传送的二制位代码的有效位数，以每秒多少比特数计，单位为位/秒，记作b/s。 计算公式为 S=1/T logN (b/s)式中: T一个数字脉冲信号的宽度(

2、全宽码)或重复周期(归零码)，单位为秒(s)； N一个码元所取的离散值个数。 通常N=2K，K为二进制信息的位数，K=logN。N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。 数据传输速率也称作传信率传信率或比特率比特率。第第2 2章章 数据传输系统质量指标数据传输系统质量指标32.2.信号传输速率信号传输速率( (调制速率调制速率) ) 信号调制过程中，单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud。通常用于表示调制器之间传输信号的速率。 计算公式为 B=1/T(Baud)式中T信号码元的宽度，单位为s。信号传输速率，也称码元速率、调制速率、波特率或传码率。第第2

3、2章章 数据传输系统质量指标数据传输系统质量指标43 3. 数据信号速率与调制速率的关系数据信号速率与调制速率的关系 数据信号速率S与调制速率B有如下关系： S=BlogN (b/s)或 B=S/log2N (Baud) 其中N为一个脉冲信号所表示的有效状态。在二进制中，脉冲只有两种状态0或1，即N=2，则数据信号速率S与调制速率B是一致的。当采用不同的调制方式时，N的取值可不同，这时即使调制速率相同，得到的数据传输速率也是不同的，见表2.1。表表2.1 2.1 调制方式、调制速率、数据传输速率的关系调制方式、调制速率、数据传输速率的关系调制速率(Baud) 1200 1200 1600 24

4、00 调制方式 调频(N=2) 四相调制(N=4) 八相调制(N=8) 十六相调制(N=16) 数据信号速率(b/s) 1200 2400 4800 9600 在有些情况下，表示传输速率还有一种表示方法，即单位时间内传送的数据量。其单位可以是字符、码组等，时间单位可以是秒(s)、分(min)、小时(h)等，通常用的单位是：字符/分。这时它和数据信号速率之间的转换需考虑数据之外的附加传输的比特数，例如起止同步比特。第第2 2章章 数据传输系统质量指标数据传输系统质量指标52.2 2.2 信道容量信道容量2.2.1 2.2.1 信道带宽信道带宽 带宽带宽是描述信号的一个重要参数，同时也是描述传输系

5、统的一个重要参数。信号是由特定的电磁波来传输的，而电磁波都有一定的频率范围，信号的带宽信号的带宽是指信号含有的频带宽度，在实际应用中指信号能量比较集中的那个频率范围。而任何实际的信道所不失真传输的信号频率也有一定的范围，这一范围称为该信道频带的宽度，即带宽。信道的带宽信道的带宽是由传输媒介和相关的附加设备及其电路的频率特性等综合确定的。信道的带宽限制了信道的传输能力，信道的带宽越宽，则其传输能力越强。如传输信道的带宽超过所传输信号的频带宽度，在传输过程中就不会引起信号失真。 信道容量信道容量表示一个信道的最大数据传输速率信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(b/s)，也就是信道传输信息的最大能

6、力。第第2 2章章 数据传输系统质量指标数据传输系统质量指标62.3 2.3 传输质量传输质量2.3.1 2.3.1 相关概念相关概念 数据信号在传输过程中，接收到的信号常常和发送的信号不一样，这是由于在传输过程中信号的衰减、畸变、噪声及串音干扰等因素造成的。下面介绍几个相关的基本概念。1. 1. 衰减衰减 所谓衰减衰减指信号电能经过传输系统传输后，系统输出的电功率小于输入端的电功率。模拟信道可以采用放大器对衰减的信号进行放大，数字信道可以用中继器对信号进行再生整形。2. 2. 增益增益 信号电能经过传输系统传输后，系统输出的电功率大于输入端的电功率。3. 3. 失真失真 信号通过传输系统时，

7、其波形可能发生畸变，波形的畸变称为失真。 由衰减随频率的变化引起的失真称为衰减失真或振幅失真。 由不同频率分量的传播速度不一致所引起的失真，称为相位失真或群延时失真。第第2 2章章 数据传输系统质量指标数据传输系统质量指标74. 4. 噪声噪声 噪声噪声是通信系统中存在的独立于有用信号，并且叠加在有用信号之上的无用成分，它对系统中的信号传输与处理起扰乱作用，但又不能完全控制。噪声可以从系统的各部分侵入，按其来源可分为通信系统外部噪声和系统内部噪声。(1) (1) 外部噪声外部噪声：是指有用信号在系统的传输过程中，由外界辐射引入的噪声，包括：自然噪声(雷暴产生的电磁辐射、宇宙星系产生的宇宙电磁辐

8、射、核辐射等)、人为干扰(高压输电线、火花电弧、电动器具等电磁波源引起的干扰)。这一类噪声随机性很强，强度也很大，又称冲击噪声，它很难以某一统计规律来描述。(2)(2)内部噪声内部噪声：是指系统内部各级电路(包括天线在内的馈线)产生的噪声，包括热噪声(电阻、馈线等无源器件中因自由电子的布朗热运动所引起的噪声)、散粒噪声(半导体等有源器件中因电子发射不均匀产生的噪声)、其他噪声(因电路自激、电源交流声等引起的噪声)，又称随机噪声。这种噪声在时间上分布较平稳，频谱也比较均匀，可以用统计规律来描述。第第2 2章章 数据传输系统质量指标数据传输系统质量指标85. 5. 串音干扰串音干扰 引起传输损害的

9、还有串音干扰串音干扰等因素，串音干扰是由于电磁耦合所引起的线对之间信号的相互串扰，称为串音干扰。串音干扰分为近端串扰和远端串扰。串音干扰与电缆质量、线对间位置以及信号频率等有关。实际工作中，在综合布线工程中有一项工作就是测试线缆的串音干扰指标。6. 6. 畸变畸变 数据信号的畸变有两种类型：规则畸变规则畸变、不规则畸变不规则畸变。 规则畸变规则畸变包含两个分量：偏畸变、特性畸变。主要因信道特性、群延时失真引起。(1) 偏畸变：二进制“1”和“0”的时间变长或缩短。分为正偏和负偏。(2) 特性畸变：短“1”和短“0”的时间都伸长(正特性畸变)或都缩短(负特性畸变)。 不规则畸变不规则畸变没有规律

10、，随机发生，主要由噪声、串扰等引起。第第2 2章章 数据传输系统质量指标数据传输系统质量指标92.3.2 2.3.2 差错率差错率 数据传输质量用差错率来表示，它是数据传输质量的最终评价尺度。常用的差错率指标有平均误码率、平均误字率、平均误码组率等。1. 1. 误码率误码率 二进制数据位传输时出错的概率，是某一段时间内的平均误码率。 误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。 误码率公式为 Pe=Ne/N式中 Ne其中出错的位数； N传输的数据总数。 误码率=收信误码数/传输的全部码元数2. 2. 误字率误字率 在电报通信中，误字率指误字符率。 误字率=收信误字数/传输的全部字数3. 3. 误组率误组率 误组率即误码组率。某些数据通信中，以码组为信息传输单元。 误组率=收信误组数/传输的全部码组数第第2 2章章 数据传输系统质量指标数据传输系统质量指标102.4 2.4 频带利用率频带利用率 频带利用率频带利用率是描述一个数据传输系统数据传输效率的性能指标，在比较不同数据传输系统的效率时，单看它们的数据传输速率是不够的，或者说，即使两个系统的信息速率相同，它们的效率也可能不同，所以还要看传输这样的信息所占的频带宽度。通信系统拥有