數據通信的主要技術指標 課后習題及答案

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1、 真誠為您提供優(yōu)質參考資料,若有不當之處,請指正。 數據通信的主要技術指標     數據通信的任務是傳輸數據信息,希望達到傳輸速度快、信息量大、可靠性高,涉及的技術指標有數據傳輸速率、誤碼率和信道容量。   1. 數據傳輸速率   數據傳輸速率是指傳輸線路上傳輸信息的速度,有數據傳輸速率和信號傳輸速率兩種表示方法。   (1) 數據傳輸速率   數據傳輸速率又稱比特率,指單位時間內所傳送的二進制位的個數,單位為比特每秒,表示為bps或b/s。數據傳輸速率可用如下公式表示:         其中,   S — 表示比特率   T — 表示脈沖寬度   N — 表示一個脈

2、沖所表示的有效狀態(tài)數,即調制電平數,通常為2的整數倍。   例如,一連續(xù)信號f = 1200Hz,每個信號可表示4個不同的狀態(tài),則數據傳輸速率(比特率)為2400bps:          (2) 信號傳輸速率   信號傳輸速率又稱波特率或調制速率,指單位時間內所傳送的信號的個數,單位為baud(波特),可用如下公式表示:       B = 1 / T   其中,B — 波特率,T — 信號周期。   例如,若一連續(xù)信號f = 1200Hz,則B = 1/T = 1200(波特)   (3) 比特率與波特率的關系   比特率與波特率都是衡量信息在傳輸線路上傳輸快慢的指標

3、,但兩者針對的對象有所不同,比特率針對的是二進制位數傳輸,波特率針對信號波形的傳輸,兩者之間存在如下關系: 2 / 9          其中,N為 一個脈沖所表示的有效狀態(tài)數,即調制電平數。 比特率與波特率在應用中的相互關系見如圖2-1-12所示。 圖2-1-12  波特率和比特率之間關系   2. 誤碼率   誤碼率表示二進制數據位在傳輸中出錯的概率,可用如下公式表示:        Pe = Ne / N   其中,Pe — 誤碼率,Ne — 出錯的位數,N — 傳輸的總位數。   例如,若數據傳輸10000個bit,接收經檢查發(fā)現有一個bi

4、t錯了,則誤碼率   Pe = 10-5   誤碼率主要用于衡量數據傳輸的質量,其他衡量數據傳輸質量的指標還有誤字率和誤組率等,原理類似,這里不作詳細解釋。   3. 信道容量   信道容量指信道所能承受的最大數據傳輸速率,單位為bps或b/s。信道容量受信道的帶寬限制,信道帶寬越寬,一定時間內信道上傳輸的信息就越多。   帶寬指物理信道的頻帶寬度,即信道允許的最高頻率和最低頻率之差。按信道頻率范圍的不同,通??蓪⑿诺婪譃檎瓗诺溃?~300Hz)、音頻信道(300~3400Hz)和寬帶信道(3400Hz以上)三類。   信道容量有兩種衡量的方法:奈奎斯特公式和香農公式。   (

5、1) 奈奎斯特公式(Nyquist)   對有限帶寬無噪聲信道,信道容量可用如下公式計算:           其中,   C — 最大數據速率(信道容量)   H — 信道的帶寬(Hz)   N — 一個脈沖所表示的有效狀態(tài)數,即調制電平數   例如,若某信道帶寬為4kHz,任何時刻信號可取0、1、2和3四種電平之一,則信道容量為:               奈奎斯特公式表明,對某一有限帶寬無噪聲信道,帶寬固定,則調制速率也固定。通過提高信號能表示的不同的狀態(tài)數,可提

6、高信道容量。   (2) 香農公式(Shannon)   對有限帶寬隨機噪聲(服從高斯分布)信道,信道容量可用如下公式計算:            其中,   H — 信道的帶寬(Hz)   S — 信道內信號的功率   N — 信道內服從高斯分布的噪聲的功率   S/N是信噪比,通常用表示,單位dB(分貝)   例如,計算信噪比為30dB,帶寬為4kHz的信道最大容量:   由 ,得出 S/N=1000 則,C=4k×log2(1+1000)≈40kbps   表示無論采用何種調制技術,信噪比為30dB,帶寬為4kHz的信道最大的數據速率約為

7、40kbps。   4. 三個指標之間的關系   從上面的分析可以看出,數據速率用于衡量信道傳輸數據的快慢,是信道的實際數據傳輸速率;信道容量用于衡量信道傳輸數據的能力,是信道的最大數據傳輸速率;而誤碼率用于衡量信道傳輸數據的可靠性。 課后習題   1.簡述數據通信系統(tǒng)模型的構成。 2.請區(qū)分信息、數據和信號,并舉實例說明。 3.舉例說明傳輸線路和信道、信號帶寬和信道帶寬之間的關系。 4.舉例說明單工通信、半雙工通信和全雙工通信。 5.簡述異步傳輸方式和同步傳輸方式的區(qū)別。 6.請給出異步串行傳輸方式下采用1位起始位、7位數據位、1位奇校驗和1位停止位傳送&quo

8、t;56H"時的編碼波形(邏輯"0"用低電平表示)。 7.數據傳輸速率和信號傳輸速率之間的關系是什么? 8.數據傳輸速率和信道容量之間的關系是什么? 9.在數字傳輸系統(tǒng)中,調制速率為1200波特,數據傳輸速率為3600bps,則每個信號可有幾種不同狀態(tài)?如要使調制速率和數據傳輸速率相等,則每個信號應有幾種不同狀態(tài)? 10.對于帶寬為6MHz的信道,若每個信號可表示四種不同狀態(tài),在不考慮噪聲的情況下,該信道的最大數據傳輸速率是多少? 11.信道帶寬為3KHz,信噪比為30db,則每秒能發(fā)送的比特數不會超過多少? 12.要在帶寬為4KHz的信道上用2秒鐘發(fā)

9、送完5000個漢字,按照香農公式,信道的信噪比最小應為多少分貝?(取整數值) 課后習題: 題號 答案 1 數據通信系統(tǒng)模型由信源(發(fā)送方)、信道和信宿(接收方)組成,因為在信源/信宿與信道上信息的表示形式不同,需要變換器進行信息的變換。另外,在信息傳輸的過程中會受到噪聲的干擾。 2 信息是人腦對客觀物質的反映,既可以是對物質的形態(tài)、大小、結構、性能等特性的描述,也可以是物質與外部的聯系;數據是指描述物體的數字、字母或符號;信號是數據的電子或電磁編碼(用于傳輸)。三者之間的關系:數據是信息的載體,信息是數據的內容和解釋,而信號是數據的電或磁的編碼。實例:你打電話給

10、一位老同學,說你很想念他。在這過程中,你和他之間要傳遞的信息是:你很想念他,這信息在你和他處存在的形式是:聲音(模擬數據),在電話系統(tǒng)中傳輸存在的形式是:電流(模擬信號)。想一想:結合你的生活經歷,再舉一些能說明信息、數據和信號之間關系的例子。 3 傳輸線路就是傳輸電纜;信道是傳輸信號的通路,由傳輸線路及相應的附屬設備組成,同一條傳輸線路上可以有多個信道;信號帶寬是指信號的頻率范圍;信道帶寬是指信道上能夠傳輸信號的最大頻率范圍。信號帶寬不能大于信道帶寬,否則無法實現通信。。實例:傳輸線路和信道之間的關系可以看作馬路與車道之間的關系,一條馬路可以劃分成一車道,也可以劃分成多車道;信號帶寬

11、和信道帶寬之間的關系可以看作汽車寬度與車道寬度之間的關系,汽車寬度不能大于車道寬度,否則交通無法實現。想一想:結合你的生活經歷,再舉一些能說明傳輸線路和信道、信號帶寬和信道帶寬之間的關系的例子。 4 提示:單工通信:單工通信只支持數據在一個方向上傳輸(即只允許數據沿著一個固定方向傳輸,發(fā)送方不能接收,接收方不能發(fā)送)。例如:電視機(觀眾無法給電視臺傳送數據,只能由電視臺單方向給觀眾傳送畫面數據)、監(jiān)視器、打印機或向一個毫不手軟的教授請求一個好一點的成績。半雙工通信:半雙工通信允許數據在兩個方向上傳輸,但某一時刻只允許數據在一個方向上傳輸(即允許雙向傳輸,但不能同時進行)。例如:航空和航

12、海無線電臺(甲方講話時,乙方無法講;需要等甲方講完,乙方才能講)、問答式交流、對講機等。全雙工通信:全雙工通信允許數據同時在兩個方向上傳輸(即允許雙向傳輸,可以同時進行)。例如:現代電話通信(通話雙方可以同時講話)、雙向行駛的多車道馬路、兩位處于激動狀態(tài)的婦女互相指責等。 5 傳輸的基本單位不同:異步傳輸是以字符為單位進行傳輸;同步傳輸是以數據幀為單位進行傳輸。數據同步的方式不同:異步傳輸,是字符間的異步定時和字符中比特之間的同步定時;同步傳輸,數據幀內字符間的同步定時和字符中比特之間的同步定時,數據幀間異步定時。 6 7 數據傳輸速率(S)是單位時間內所傳送的二進

13、制位的個數,單位為bps或b/s;信號傳輸速率(B)是單位時間內所傳送的信號的個數,單位為baud(波特)。兩者之間的關系:兩者都是衡量信息在傳輸線路上傳輸快慢的指標,但兩者針對的對象不同,前者針對二進制位,后者針對信號,它們之間可用公式S=Blog2N表示。 8 數據傳輸速率是單位時間內所傳送的二進制位的個數,單位為bps或b/s;信道容量是信道的最大數據傳輸速率(受信道的帶寬限制),單位為bps或b/s。兩者之間的關系:數據速率用于衡量信道傳輸數據的快慢,是信道的實際數據傳輸速率;信道容量用于衡量信道傳輸數據的能力,是信道的最大數據傳輸速率。 9 ⑴ 已知數據傳輸速率S

14、=3600bps,調制速率B=1200波特,代入公式S=Blog2N中,求的N=8,即每個信號可有8種不同狀態(tài)。(2) 由公式S=Blog2N可知,要使S=B,N應為2,即每個信號應有2種不同狀態(tài)。 10 根據奈奎斯特公式:C=2Hlog2N=2×6MHz×log24=24Mbps 11 由信噪比:30db=10log10S/N,求得S/N=1000,由香農公式:C=Hlog2(1+S/N)=3KHz×log2(1+1000)≈40kbps 12 數據傳輸速率:C=(5000*2*8)/2=40Kbps,由香農公式:C=Hlog2(1+S/N),將數據代入公式求得S/N=210-1,求得信噪比:10log10S/N=10log10(210-1)=30db。 溫馨提示:最好仔細閱讀后才下載使用,萬分感謝!

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