數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)課后習(xí)題及答案

1、數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)通信的任務(wù)是傳輸數(shù)據(jù)信息，希望達到傳輸速度快、信息量大、 可靠性高，涉及的技術(shù)指標(biāo)有數(shù)據(jù)傳輸速率、誤碼率和信道容量。1. 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率是指傳輸線路上傳輸信息的速度，有數(shù)據(jù)傳輸速率和信號傳輸速率兩種表示方法。(1) 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率又稱比特率，指單位時間內(nèi)所傳送的二進制位的個數(shù)，單位為比特每秒，表示為bps或b/s。數(shù)據(jù)傳輸速率可用如下公式 表示：AWGT N其中，S 表示比特率T 表示脈沖寬度N 表示一個脈沖所表示的有效狀態(tài)數(shù)，即調(diào)制電平數(shù)，通常為2 的整數(shù)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(shù)據(jù)傳輸速率(比特

2、率)為2400bps：S = (l/r)log2Ar= 1200xlogi 4 = 2400hps(2) 信號傳輸速率信號傳輸速率又稱波特率或調(diào)制速率，指單位時間內(nèi)所傳送的信號的個數(shù)，單位為baud （波特），可用如下公式表示:其中，B 波特率，T 信號周期。例如，若一連續(xù)信號f = 1200Hz貝U B = 1/T = 1200（波特）（3）比特率與波特率的關(guān)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(biāo)，但兩 者針對的對象有所不同，比特率針對的是二進制位數(shù)傳輸，波特率針對 信號波形的傳輸，兩者之間存在如下關(guān)系：其中，N為一個脈沖所表示的有效狀態(tài)數(shù)，即調(diào)制電平數(shù)比特率與波特率在應(yīng)用中

3、的相互關(guān)系見如圖2-1-12所示il(beukd* a I- -i D flL(bps)圖2-1-12波特率和比特率之間關(guān)系2. 誤碼率誤碼率表示二進制數(shù)據(jù)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(shù)，N 傳輸?shù)目偽粩?shù)。例如，若數(shù)據(jù)傳輸10000個bit，接收經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有一個bit錯了， 則誤碼率Pe = 10-5誤碼率主要用于衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，其他衡量數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的指 標(biāo)還有誤字率和誤組率等，原理類似，這里不作詳細(xì)解釋。3信道容量信道容量指信道所能承受的最大數(shù)據(jù)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

4、內(nèi)信道上傳輸?shù)?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（3003400Hz）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(nóng)公式。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(shù)據(jù)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(shù)，即調(diào)制電平數(shù)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(diào)

5、 制速率也固定。通過提高信號能表示的不同的狀態(tài)數(shù)，可提高信道容量。（2）香農(nóng)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：C = Mogs （l+SziV）其中，H 信道的帶寬（Hz）S信道內(nèi)信號的功率N 信道內(nèi)服從高斯分布的噪聲的功率S/N是信噪比，通常用甌劉表示，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：由站必也沖，得出s/n=1000則，C=4kx log2(1+1000) 40kbps表示無論采用何種調(diào)制技術(shù)，信噪比為 30dB，帶寬為4kHz的信道最大的數(shù)據(jù)速率約為 40kbps。4. 三個指標(biāo)之間的關(guān)系從

6、上面的分析可以看出，數(shù)據(jù)速率用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的快慢， 是信道的實際數(shù)據(jù)傳輸速率；信道容量用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的能力， 是信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率；而誤碼率用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的可靠 性。課后習(xí)題1. 簡述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型的構(gòu)成。2. 請區(qū)分信息、數(shù)據(jù)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(guān)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(shù)據(jù)位、 1位奇 校驗和1位停止位傳送56H時的編碼波形（邏輯0用低電平表示）。7. 數(shù)據(jù)傳輸速率和信號傳輸速率之間的關(guān)

7、系是什么8. 數(shù)據(jù)傳輸速率和信道容量之間的關(guān)系是什么9. 在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，調(diào)制速率為 1200波特，數(shù)據(jù)傳輸速率為 3600bps，則每個信號可有幾種不同狀態(tài)如要使調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸 速率相等，則每個信號應(yīng)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(shù)據(jù)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(shù)不會超 過多少12.要在帶寬為4KHz的信道上用2秒鐘發(fā)送完5000個漢字，按照香農(nóng)公式，信道的信噪比最小應(yīng)為多少分貝（取整數(shù)值）課后習(xí)題：題號 答案1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型由信源（發(fā)送方） 、信道和信

8、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?shù)倪^程中會受到噪聲的干擾。2信息是人腦對客觀物質(zhì)的反映，既可以是對物質(zhì)的形態(tài)、大小、結(jié)構(gòu)、性能等特性的描 述，也可以是物質(zhì)與外部的聯(lián)系；數(shù)據(jù)是指描述物體的數(shù)字、字母或符號；信號是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼（用于傳輸）。三者之間的關(guān)系：數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解 釋，而信號是數(shù)據(jù)的電或磁的編碼。實例：你打電話給一位老同學(xué)，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(shù)據(jù)），在電話系統(tǒng)中傳輸存在的形式是：電流（模擬信號）。想

9、一想：結(jié)合你的生活經(jīng)歷，再舉一些能說明信息、數(shù)據(jù)和信號之間關(guān)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(yīng)的附屬設(shè)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(xiàn)通信。實例：傳輸線路和信道之間的關(guān)系可以看作馬路與車道之間的關(guān)系，一條馬路可以劃分成一車道，也可以劃分成多車道；信號帶寬和信道帶寬之間的關(guān)系可以看作汽車寬度與車道寬度之間的關(guān) 系，汽車寬度不能大于車道寬度，否則交通無法實現(xiàn)。想一想：結(jié)合你的生活經(jīng)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(guān)

10、系的例子。4提示：單工通信：單工通信只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個方向上傳輸（即只允許數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，只能由電視臺單方向給觀眾傳送畫面數(shù)據(jù)）、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(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但某一時刻只允許數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)代電話通信（

11、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(zé)等。5傳輸?shù)幕締挝徊煌寒惒絺鬏斒且宰址麨閱挝贿M行傳輸；同步傳輸是以數(shù)據(jù)幀為單位 進行傳輸。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)幀內(nèi)字符間的同步定時和字符中比特之間的同步定時，數(shù)據(jù)幀間異步定時。前一停止位空閑徒或 o 1 o | o | 1 t | o ! 1 ： 1 空閑位或前一停止包起旅覿 校莖停止7數(shù)據(jù)傳輸速率（S）是單位時間內(nèi)所傳送的二進制位的個數(shù)，單位為 bps或b/s ;信號傳輸 速率（B）是單位時間內(nèi)所傳送的信號的個數(shù)，單位為baud（波特）。兩者

12、之間的關(guān)系：兩者都是衡量信息在傳輸線路上傳輸快慢的指標(biāo)，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(shù)據(jù)傳輸速率是單位時間內(nèi)所傳送的二進制位的個數(shù)，單位為bps或b/s ；信道容量是信道的最大數(shù)據(jù)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(guān)系：數(shù)據(jù)速 率用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的快慢， 是信道的實際數(shù)據(jù)傳輸速率； 信道容量用于衡量信道傳輸 數(shù)據(jù)的能力，是信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。9 已知數(shù)據(jù)傳輸速率 S=3600bps,調(diào)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(yīng)為2,即 每個信號應(yīng)有 2 種不同狀態(tài)。10 根據(jù)奈奎斯特公式：C=2Hlog2N=2X 6MHz X log24=24Mbps11 由信噪比