2.2　数据通信系统的主要技术指标

学习任务

（1）理解信号传输速率和数据传输速率的关系。

（2）理解误码率和带宽的基本概念。

数据通信系统的主要技术指标包括传输速率、误码率、带宽和信道容量。

2.2.1　传输速率

知识点

（1）信号传输速率。

（2）数据传输速率。

信号传输速率和数据传输速率是衡量数据通信速度的两个指标。

（1）信号传输速率

信号传输速率又称调制速率或波特率，指的是数字信号经过调制以后的传输速率，或者是调制过程中每秒钟信号状态变化的次数，即单位时间内传输波形数（或每秒钟发送的码元数），单位为波特（baud）。

提示

“波特”与“比特”的意义不同，波特是每秒传输的码元数，模拟信号的速率通常用“波特”来表示。

（2）数据传输速率

数据传输速率又称信息传输速率或比特率，指的是每秒钟传输的信息量，即指每秒钟传输多少位二进制数据，单位是位/秒（bit/s或bps）。数据传输率的高低由每个比特所占的时间决定。如果每个比特所占的时间少，即脉冲宽度窄，则数据传输率高。数字信号的速率通常用“比特”来表示。

提示

数据传输速率单位之间的关系：

1Kbit/s=1024bit/s　1Mbit/s=1024Kbit/s　1Gbit/s=1024Mbit/s　1Tbit/s=1024Gbit/s

数据传输速率和信号传输速率二者存在一定的关系，这种关系可以通过码元和信息量的关系描述。数字信号由码元组成，码元是承载信息的基本信号单位。例如，使用脉冲信号表示数据时，一个单位脉冲就是一码元。一码元的信息量是由码元所能表示的数据有效状态值的个数决定的。若一码元能携带1个比特的信息量，则一码元有0、1两种有效状态值，称为两级电平，即21，则信号传输速率等于数据传输速率；如果一码元能携带2个比特信息量，则有00、01、10、11四个有效状态值，称为四级电平，即22，数据传输速率是信号传输速率的2倍，如图2-3所示。

一般来说，对于一码携带M个有效状态值（M级电平）传输时，数据传输速率Rb和信号传输速率RB之间的关系如下：

由于码元的传输速率受到限制，所以要提高信息的传输速率，就必须提高每个码元携带的信息量。

实例

如果一码元可以携带4个比特信息，求数据传输速率和波特率的关系。

解答：根据上述公式，可知一码元携带24=16个有效状态值，即16级电平。因此，数据传输速率是信号传输速率的4倍。

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请对比分析信号传输速率和数据传输速率的关系。

2.2.2　误码率和误比特率

知识点

（1）误码率。

（2）误比特率。

误码率是在通信系统中衡量系统传输可靠性的指标。误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率。从统计理论上讲，当所传送的数字序列无限长时，误码率Pe为：

其中，N表示传输总码元数，Ne表示传错码元数。通常要求的误码率不超过10-6，即1000000个码元最多允许1个码元出错。

误比特率是指在传输系统中出错比特的概率。从统计理论上讲，当所传送的数字序列无限长时，误比特率Pb为：

其中，M表示传输总比特数，Mb表示传错比特数。

实例

如果一码元有4种有效状态值传送100 000 000位信息，因噪声干扰导致1位出错，则误比特率是多少？误码率是多少？

解答：误比特率Pb=1/100000000=10-8

根据题意可知，4种有效状态传输时一个码元携带2位信息，故传输100 000 000位信息共需要50 000 000个码元，1位信息出错也就是1个码元出错，故误码率Pe=1/50000000=2×10-8

注意：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要求；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，成本越高。

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请对比分析误码率和误比特率的关系。

2.2.3　带宽和信道容量

知识点

（1）带宽。

（2）信道容量。

带宽又称信道带宽，是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，是信道频率上界与下界之差，是介质传输能力的度量，单位用赫兹（Hz）表示。带宽是由信道的物理特性所决定的。例如，普通电话线路的频率范围在300～3400Hz，则它的带宽范围就是300～3400Hz。

信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数，是指单位时间内信道上所能传输的最大值，单位为bit/s或bps，即信道的最大数据传输速率。无论采用何种编码技术，传输数据的速率都不可能超越这个上限，否则信号就会产生失真。

理论分析证明，信道容量和信道带宽成正比关系，信道带宽越宽，数据传输速率就越大。

提示

从理论上看，增加信道带宽是可以增加信道容量的，但实际上，信道带宽的无限增加并不能使信道容量无限增加，因为在一些实际情况下，信道中存在噪声或干扰，制约了信道带宽的增加。

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请对比分析带宽和信道容量的关系。