資料通訊系統的效能指標
資料傳輸速率
傳碼速率
數字訊號中,一個電壓脈衝持續的的時間,即碼元。
而傳碼速率又稱為調製速率、波特率,記作N~Bd~,指在資料通訊系統中,每秒鐘傳輸訊號碼元的個數,單位是波特(Baud)。
每秒鐘可以傳輸的碼元數(即傳碼速率)為: 。
傳信速率
又稱為位元率,記做R~b~,指在資料通訊系統中,每秒鐘傳輸二進位制碼元的個數,單位是位元/秒(bit/s)。
其又有Kbit/s(10^3^bit/s)、Mb/s(10^6^bit/s、Gb/s(10^9^bit/s),相鄰的單位是以10^3^遞增的。
其和傳碼速率的關係有:其中M是電平數。
通道頻寬
訊號頻寬
是指訊號具有的頻頻寬度,單位是赫茲(Hz),或千赫(KHz = 10^3^Hz)、兆赫(MHz= 10^6^Hz)、吉赫(GHz= 10^9^Hz)等等。
模擬通道
表示通訊線路允許通過的訊號頻帶範圍就稱為線路頻寬
數字通道
所能傳送的”最高資料率“,單位是位元/秒,又叫做位元率。其等於傳送速率。
以赫茲為單位的是頻寬在頻率域的表示,以位元率為單位的是頻寬在時間域的表示。
誤位元速率
在一定時間內接收出錯的位元數e~1~與總的傳輸位元數e~2~只比。
其演算法如下:
該值是一個平均數值,所以一般而言在實際應用中需要統計達到一定數量才有意義。一般規定,至少統計15分鐘內的資料量。
實際中,誤位元速率可能無法準確反映網路質量,因為網路傳輸單位為幀(Frame),只要幀裡有一個位元資料出錯,那麼就會導致該幀出錯。同樣地,也可以採用誤組率,以資料分組/資料包(Packet)為單位統計,一般來說,按照資料分組的方式統計較為常見。
時延
時延是指把資料塊從一端傳送到另外一端所需的時間。
資料從源點到達目的點所經歷的時延即傳送時延、傳播時延、處理時延之和。
傳送時延
又稱為傳輸時延,它指的是傳送資料時,使資料塊從結點進入到傳輸媒體
其計算公式是:
傳播時延
它指的是,電磁波在通道中需要傳播一定距離所需要的時間。
其計算公式是:
處理時延
它指的是,交換節點(如路由器)為了儲存轉發而進行必要的處理所需要的時間。結點排隊所經歷的時延是處理時延很重要的一部分,它的長短往往取決於網路的通訊量,在極端情況下還會出現分組丟失的情況(如快取佇列已滿)。
通道容量
它指的是,在指定條件下,給定通訊路徑(通道)上所能達到的最大資料傳輸速率。它的單位也是位元/秒(bit/s),所以也可以理解為最大的傳信速率。
通道容量和噪聲、誤位元速率、頻寬是相關的。
無噪聲條件
無噪聲條件下的通道容量可根據奈氏準則計算,也就是,在無噪聲,頻寬為W赫茲的通道,其傳碼速率最高為2W波特(Baud)。又因為可以通過提高電平數來提高傳碼速率,所以無噪聲條件通道容量的計算公式是:其中W是頻寬(Hz)、M是電平數。
有噪聲條件
實際上通道是有噪聲、干擾和失真的,要計算有噪聲條件下的通道容量還需要知道信噪比。
信噪比(dB)
訊號和噪聲的功率之比:其中S/N是通道內訊號和噪聲功率之比。
在知道了信噪比之後就可以通過夏農定理來計算通道容量:
通過夏農定理我們可以得知,在實際應用中,是不可能通過無限提高電平數來提高傳信速率的,因為隨著電平數的提高,電平之間的差異會變小,相鄰電平之間的誤判率就會增高,也就是誤位元速率會提升。
同理可得知,在通道容量不變時,增加頻寬,就允許降低信噪比。
只要資訊傳輸不超過通道容量的極限值,就一定有某種方法來實現無差錯的傳輸。