數(shù)據(jù)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(zhì)參考資料，若有不當之處，請指正。 數(shù)據(jù)通信的主要技術指標 　 　　數(shù)據(jù)通信的任務是傳輸數(shù)據(jù)信息，希望達到傳輸速度快、信息量大、可靠性高，涉及的技術指標有數(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： 　　　　　 　　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(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（比特率）為2400bps： 　　　　　　 　　(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： 　　　　　　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(shù)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(shù)，即調(diào)制電平數(shù)。 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(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bi

4、t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(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，一定時間內(nèi)信道上傳輸?shù)男畔⒕驮蕉唷? 　　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，通常可將信道分為窄帶信道（0～300Hz）、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(nóng)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(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)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

6、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： 　　　　　　　　 　　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(diào)制技術，信噪比為30dB，帶寬為4kHz的信道最大的數(shù)據(jù)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(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。 課后習題   1.簡述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型的構成。 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&quo

8、t;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系是什么？ 8.數(shù)據(jù)傳輸速率和信道容量之間的關系是什么？ 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)

9、送完5000個漢字，按照香農(nóng)公式，信道的信噪比最小應為多少分貝？（取整數(shù)值） 課后習題： 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、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

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(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(xiàn)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(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系的例子。 4 提示：單工通信：單工通信只支持數(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

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(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（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?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。 6 7 數(shù)據(jù)傳輸速率(S)是單位時間內(nèi)所傳送的二進

13、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(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 ⑴ 已知數(shù)據(jù)傳輸速率S

14、=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應為2，即每個信號應有2種不同狀態(tài)。 10 根據(jù)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(nóng)公式：C=Hlog2（1+S/N）=3KHz×log2（1+1000）≈40kbps 12 數(shù)據(jù)傳輸速率：C=（5000*2*8）/2=40Kbps，由香農(nóng)公式：C=Hlog2（1+S/N），將數(shù)據(jù)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！