数据通信系统主要性能指标-《计算机网络工程实用技术》

对数据通信系统中的信号传输是从数量和质量两个方面提出要求的。在数量方面，以传输速率衡量传输的有效性；在质量方面，以误码率衡量传输的可靠性。

1.传输速率

传输速率有以下几个指标：

码元速率（R_B）：又称为信号速率，指每秒传送的码元数，单位为波特（Baud），也称为波特率。

信息速率（R_b）：简称传信率，又称比特率。它表示单位时间（每秒）内所传送的二进制代码的有效位（bit）数即信息量，单位为比特1秒（bit/s或b/s）。比特在信息论中作为信息量的度量单位。例如，一个数据通信系统，每秒内传输9600 bit，则它的传输速率为R_b=9600 bit/s。

二进制信号每波特含一比特信息，信息值不是0就是1，因此码元速率和信息速率在数值上相等。四进制信号每波特含两位，信息可以是00、01、10、11，要用4个不同电平来表示。

对于M进制信号，信息速率和码元速率两者的关系是：R_b=R_B log₂ M

2.误码率

误码率指信息传输的错误码，也称错误率，是数据通信系统在正常情况下衡量传输可靠性的指标。当传输的总量很大时，在数值上它等于出错的位数（N_e）与传送的总位数（N）之比。误码率P_e可用下式表示：

P_e=N_e/N（N_e是出错的位数；N是传送的总位数）

在数据通信系统中，可以采用各种差错控制技术对出现的差错进行检查和纠正。如果误码率过高，就会极大地降低数据通信效率。

3.吞吐量

吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒（B/s）或位/秒（bit/s）。在单信道总线型网络中，吞吐量=信道容量×传输率。

4.信道的传播延迟

信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间称为传播延迟（或时延）。这个时间与信源端和信宿端之间的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。在共享信道型的局域网（如以太网）中，信号的这种传播延迟是一个重要参数。时延的大小与采用什么样的网络技术有很大的关系。

5.信道的最高码元传输速率

为了提高信号的传输效率，我们总是希望在一定的时间内能够传输尽可能多的码元。然而，任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。特别是码元传输速率越高或信号传输距离越远时，在信道输出端波形的失真就越严重。(www.xing528.com)

即使信道很理想，码元的传输速率也不是不受限制的。1942年，奈奎斯特（Nyquist）推导出在理想低通信道下的最高码元传输速率的公式：

理想低通信道的最高码元传输速率=2W （2-1）

这里W是理想低通信道的带宽，单位为赫（Hz）。

式（2-1）就是著名的奈氏准则。奈氏准则的另一种表达方法是：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是2个码元每秒。

上面所说的具有理想低通特性的信道是理想化的信道，它和实际上所使用的信道有很大的差别。所以一个实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显低于奈氏准则给出的这个上限数值。

【例2-1】有一个带宽为3kHz的理想低通信道，其最高码元传输速率=2W=2×3000=6000Baud。若 一个码元能携带3bit的 信息量，则最高信息传输速率为18000 bit/s。

6.信道的极限信息传输速率

1948年，香农（Shannon）用 信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率。当用此速率进行传输时，可以做到不产生差错。信道的极限信息传输速率C可用公式表达为

其中，W为信道的带宽，单位为Hz，S为信道内所传输信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。另外，信道的信噪比表示信号功率与噪声功率的比值，常用10lgS/N即dB（分贝）为单位计量。式（2-2）就是著名的香农公式。香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。但更重要的是，香农公式指出了：只要信息传输速率低于信的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。

例如，一条带宽为3000 Hz，信噪比为30dB的 信道，不管使用多少信号电平级，也不管采用多大的采样频率，决不能以大于C=3000×log₂（1+1000）=30000 bit/s的 速率传输数据。

【例2-2】一个用于发送二进制信号的3 kHz信 道，其信噪比为20 dB，可 以取得的最大数据速率是多少？

解：因20=10lg100

香农极限是：3log₂（1+100）=3log₂101=3×6.66=19.98 kbit/s

奈奎斯特极限是：2W=2×3000=6 kbit/s

显然，瓶颈是奈奎斯特极限，最大数据传输速率是6 Kbit/s。