数据通信系统

2015-3-28 08:00| 编辑:电工学习网| 查看: 8191| 评论: 0

1．数据通信系统模型
    数据通信系统是指以计算机为中心，用通信线路连接分布在远地的数据终端设备而完成数据通信的系统。
    数据通信系统一般由三部分组成：源系统、传输系统和目的系统。在一次通信中，产生和发送信息的一方叫信源方，接收信息的一方叫信宿方，传输信息的通道叫信道。
    源系统一般包括源点和发送器。源点是指产生数据的信源计算机，也叫发送方；发送器是指和源点相连的调制解调器等设备。
    目的系统一般包括终点和接收器。终点是接收数据的信宿计算机，也叫接收方；接收器是指和终点相连的调制解调器等设备。
    传输系统包括两个部分：传输信道和噪声源。传输信道一般表示某一方向传输的介质。噪声源包括影响通信系统的所有噪声，如信道噪声、发送和接收设备产生的噪声等。
    2．数据通信主要技术指标
    ①数据传输速率：
    数据传输速率也称为比特速率，是指单位时间内传输的二进制位数，单位是位/秒，记为bit/s、b/s或bps。
    ②信号传输速率：
    信号传输速率也称为码元速率，是指单位时间内通过信道传输的码元个数，单位是波特，记为Baud，以B表示。
    数据传输速率=信号传输速率×log2N （bps）
    其中，参数N为码元状态个数、进制数，如N为4，表示码元有4种状态，是4进制。
    ③信道容量：
    信道容量一般是指信道单位时间内可传输的最大数据传输率，即信道的极限容量。单位是位/秒，或记为bit/s。
    数据传输率则是指实际的数据传输率，一般都小于信道极限容量。
    ④误码率：
    在传输数据的过程中，由于受各种因素的影响，总会出现一些差错，通常把信号传输过程中的错误率称为误码率，它是衡量差错的指标。
    在二进制数据的传输过程中，误码率=接收的错误的二进制比特数/传输的总的二进制比特数。
    ⑤信道带宽：
    信道带宽在不同环境中有不同的定义。
    在通信系统中，带宽是指在给定的范围内可用于传输的最高频率与最低频率的差值。例如短波通信使用的频率范围为3MHz~30MHz，则它的带宽为28MHz。
    在网络系统中，信道的带宽是指计算机通信通道的容量，以Mbps为单位，例如，以太网的带宽为10Mbps。
    ⑥信道延迟：
    信道延迟是指信号从发送方发出经过信道到达接收方所需要的时间。
    它由发送方和接收方之间的距离以及信号在信道中的传播速率决定。
    3．奈奎斯特和香农公式
    奈氏第一准则
    在理想低通信道下，为避免码间干扰，码元的传输速率上限值为：
    C = 2W ( Baud )
    = 2W log2L ( bps )
    其中：W为信道的带宽（以 Hz 为单位）；L为码元信号电平的个数为，若L=2，码元速率在数值上和比特速率相等。
    从式中可以得出，1 Hz的带宽上，最多只能传输2个码元。
    香农定理
    该定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限。
    C = W log2(1+S/N) b/s
    其中：W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；S 为信道内所传信号的平均功率；N 为信道内部的高斯噪声功率；S/N 为信噪比，本身没有单位，但通常换算成10log10S/N 来表示，单位是分贝(dB)。
    【例1】计算带宽为3kHz，信噪比为30dB的信道的最大数据传输率。
    由于30 = 10 log10(S/N)，则 S/N = 10^3 = 1000
    C_max = 3000*log2(1+S/N) = 3000*log2 (1+1000) ≈30000 bps
    香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输，但实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低很多。

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