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单位是 分贝(dB)

来源:未知作者:admin 更新时间:2018-04-19 17:00
工程师都会斟酌一个成绩:信道上究竟能够或许传输多大的数据,或许指定的信道上的极限传输率是若干好多。这便是信道容量的成绩。比方,在xDSL体系中,咱们应用的传输介质是唯一几兆带宽的德律风线,而下面要传送几兆、十几兆以致几十兆带宽的数据,如此高的

  工程师都会斟酌一个成绩:信道上究竟能够或许传输多大的数据,或许指定的信道上的极限传输率是若干好多。这便是信道容量的成绩。比方,在xDSL体系中,咱们应用的传输介质是唯一几兆带宽的德律风线,而下面要传送几兆、十几兆以致几十兆带宽的数据,如此高的速率能担保在几兆带宽的双绞线上可靠传输吗?或许说从另一个角度说,在给定通频带宽(Hz)的物理信道上,究竟能够或许有多高的数据速率(b/S)来可靠传送新闻?

  早在1924年,AT&T的工程师奈奎斯特(Henry Nyquist)就认识到在任何信道中,码元传输的速率都是有下限的,并推导出一个计算公式,用来推算无噪声的、无穷带宽信道的最大数据传输速率,这便是 本日的奈奎斯特定理。由于这个定理只范围在无噪声的情况下计算信道最大数据传输速率,而在有噪声的情况下仍旧不克不迭有效计算出信道最大数据传输速率,因此在 1948年,香农(Claude Shannon)把奈奎斯特的事情进一步扩大到了信道受到随机噪声滋扰的情况,即在有随机噪声滋扰的情况计算信道最大数据传输速率,这便是本日的香农定理。下面分袂介绍这两个定理。

  奈奎斯特证实,对付一个带宽为W赫兹的理想信道,其最大码元(旌旗灯号)速率为2W波特。这一限定是由于具备码间滋扰。假如被传输的旌旗灯号包括了M个状态值(旌旗灯号的状态数是M),那末W赫兹信道所能承载的最大数据传输速率(信道容量)是:

  假定带宽为W赫兹信道中传输的旌旗灯号是二进制旌旗灯号(即信道中只需两种物理旌旗灯号),那末该旌旗灯号所能承载的最大数据传输速率是2Wbps。比方,应用 带宽为3KHz的话音信道经由进程调制解调器来传输数字数据,依照奈奎斯特定理,发送端每秒至多只能发送23000个码元。假如旌旗灯号的状态数为2,则每一个信 号能够或许照料1个比特新闻,那末话音信道的最大数据传输速率是6Kbps;假如旌旗灯号的状态数是4,则每一个旌旗灯号能够或许照料2个比特新闻,那末话音信道的最大数据 传输速率是12Kbps。

  因此对付给定的信道带宽,能够或许经由进程增加不同旌旗灯号单元的个数来进步数据传输速率。但是这样会增加接收端的承当,由于,接收端每接收一个码元,它再也不只是从两个能够的旌旗灯号取值中辨别一个,而是必须从M个能够的旌旗灯号中辨别一个。传输介质上的噪声将会限定M的实际取值。

  奈奎斯特斟酌了无噪声的理想信道,而且奈奎斯特定理指出,当一切其余前提不异时,信道带宽更加则数据传输速率也更加。但是对付有噪声的信道,情况将会迅速变坏。现在让咱们斟酌一下数据传输速率、噪声和误码率之间的干系。噪声的具备会破碎摧毁数据的一个比特或多个比特。假如数据传输速率增加了,每比特所占用 的光阴会变短,是以噪声会影响到更多比特,则误码率会越大。

  对付有噪声信道,咱们希望经由进程进步旌旗灯号强度来进步接收端精确接收数据的才能。衡量信道品质黑白的参数是信噪比(Signal-to-Noise RaTIo,S/N),信噪比是旌旗灯号功率与在信道某一个特定点地方出现的噪声功率的比值。但凡信噪比在接收端停止测量,由于咱们恰是在接收端处置旌旗灯号并试 图消除噪声的。假如用S表示旌旗灯号功率,用N表示噪声功率,则信噪比表示为S/N。为了方便起见,人们一样平罕用10log10(S/N)来表示信噪比,单元是 分贝(dB)。S/N的值越高,表示信道的品质越好。比方,S/N为1000,其信噪比为30dB;S/N为100,其信噪比为20dB;S/N为10, 其信噪比为10dB。

  对付经由进程有噪声信道传输数字数据而言,信噪比非常重要,由于它设定了有噪声信道一个可达的数据传输速率下限,即对付带宽为W赫兹,信噪比为S/N的信道,其最大数据传输速率(信道容量)为:

  比方,对付一个带宽为3KHz,信噪比为30dB(S/N便是1000)的话音信道,不管其应用若干好多个电平旌旗灯号发送二进制数据,其数据传输速率 不可能超过30Kbps。值得把稳的是,香农定理仅仅给出了一个实践极限,实际应用中能够或许到达的速率要低得多。其中一个缘由是香农定理只斟酌了热噪声(白噪声),而没有斟酌脉冲噪声等因素。

  香农定理给出的是无误码数据传输速率。香农还证实,假定信道实际数据传输速率比无误码数据传输速率低,那末应用一个适当的旌旗灯号编码来到达无误码数据传 输速率在实践上是能够的。惋惜的是,香农并无给出如何找到这类编码的方法。不可否定的是,香农定理确切供给了一个用来衡量实际通讯体系性能的标准。

  信源与信宿是网络中的两个业余名词,实在,信源与信宿可简略地舆解为新闻的发送者和新闻的接收者。新闻传播的进程一样平常可描写为:信源信道信 宿。在守旧的新闻传播进程中,对信源的资格有严格的限定,但凡是指广播电台、电视台等机构,采纳的是有焦点的结构。而在计算机网络中,对信源的资格并无特 殊限定,任何一个网络中的计算机都能够或许成为信源,固然任何一个网络入彀算机也能够或许成为信宿

  由于传输介质及其格式的限定,通讯双方的旌旗灯号不克不迭直接停止传送,必须经由进程必定的编制处置以后,使之能够或许得当传输媒体特性,才能够或许精确无误地传送到目的地。

  调制是指用仿照旌旗灯号承载数字或仿照数据;而编码则是指用数字旌旗灯号承载数字或仿照数据。

  今朝具备的传输通道重要有仿照信道和数字信道两种,其中仿照信道一样平常只用于传输仿照旌旗灯号,而数字信道一样平常只用于传输数字旌旗灯号。偶然为了必要,也能够需 要用数字信道传输仿照旌旗灯号,或用仿照信道传输数字旌旗灯号,此时,咱们就必要先对传输的数据停止转换,转换为信道能传送的数据范例,即仿照旌旗灯号与数字旌旗灯号的转 换,这是编码与调制的重要内容。固然仿照数据、数字数据如何经由进程通道发送的成绩也是编码与调制的重要内容。下面咱们分袂从仿照旌旗灯号应用仿照信道传送、仿照 旌旗灯号应用数字信道传送、数字旌旗灯号应用仿照信道传送和数字旌旗灯号应用数字信道传送四个方面来介绍数据的调制与编码。

  偶然候仿照数据能够或许在仿照信道上直接传送,但在网络数据传送中这其实不罕用,人们仍旧会将仿照数据调制进去,而后再经由进程仿照信道发送。调制的目的是将模 拟旌旗灯号调制到高频载波旌旗灯号上以便于远距离传输。今朝,具备的调制编制重要有调幅(Amplitude Modulation,AM)、调频(Frequency Modulation,FM)及调相(Phase Modulation,PM)。

  使仿照旌旗灯号在数字信道上传送,首先要将仿照旌旗灯号转换为数字旌旗灯号,这个转换的进程便是数字化的进程,数字化的进程重要搜罗采纳和量化两步。罕见的将仿照 旌旗灯号编码到数字信道传送的方法重要有:脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation,PAM)、脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)、差分脉冲编码调制(Differential PCM,DPCM)和增量脉码调制编制(Delta Modulation,DM)。

  将数字旌旗灯号应用仿照信道传送的进程是一个调制的进程,它是一个将数字旌旗灯号(二进制0或1)表示的数字数据来转变仿照旌旗灯号特性的进程,行将二进制数据调制到仿照旌旗灯号下去的进程。

  一个正弦波能够或许经由进程3个特性停止界说:振幅、频次和相位。当咱们转变其中任何一个特性时,就有了波的另一个情势。假如用原来的波表示二进制1,那末波 的变形就能够或许表示二进制0;反之亦然。波的3个特性中的任意一个都能够或许用这类编制转变,从而使咱们至少有3种将数字数据调制到仿照旌旗灯号的机制:幅移键控法 (Amplitude-Shift Keying,ASK)、频移键控法(Frequency-Shift Keying,FSK)和相移键控法(Phase-Shift Keying,PSK)。其余,另有一种将振幅和相位变更连络起来的机制叫正交调幅(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)。其中正交调幅的效力最高,也是现在一切的调制解调器中常常采纳的技术。

  假如数字旌旗灯号在数字信道上传送,必要对数字旌旗灯号前辈行编码。比方,当数据从计算机传输到打印机时,一样平常是采纳这类编制。在这类编制下,首先须停止对数 字旌旗灯号编码,即由计算机产生的二进制0和1数字旌旗灯号被转换成一串能够或许在导线上传输的电压脉冲。对信源停止编码能够或许低落数据率,进步新闻量效力,对信道停止 编码能够或许进步体系的抗滋扰才能。

  今朝,罕见的数据编码编制重要有不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码三种。

  (1)不归零码(NRZ,Non-Return to Zero):二进制数字0、1分袂用两种电平来表示,罕用-5V表示1,+5V表示0。差错差错是具备直流重量,传输中不克不迭应用变压器;不具备自同步机制,传输时必须应用外同步。

  (2)曼彻斯特编码(Manchester Code):用电压的变更表示0和1,规定在每一个码元的两端产生跳变。高低的跳变代表0,低高的跳变代表1(把稳:某种教程中关于此部分内容有相同的 描写,也是精确的)。每一个码元两端都要产生跳变,接收端可将此变更提取进去,作为同步旌旗灯号。这类编码也称为自同步码(Self- Synchronizing Code)。其差错差错是必要双倍的传输带宽(即旌旗灯号速率是数据速率的2倍)。

  (3)差分曼彻斯特编码:每一个码元的两端仍要产生跳变,用码元开端处有没有跳变来表示0和1。有跳变代表0,无跳变代表1(把稳:某种教程中关于此部分内容有相同的描写,也是精确的)。

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