数据通信基础 - 信道特性

September 28, 2024 作者: breezecloud 分类: 网络技术浏览: 29 评论: 0

数据通信基础篇

本章开始就会有大量的理论知识，在软考的上午考题内大量出现，也是最难的一个章节

信道特性

通信系统模型

通信的目的就是为了传递信息
产生和发送信息的一端叫信源
接收信息的一端叫信宿
信源和信宿之间的通信线路叫信道
这里的噪声可以比作干扰，信道容易被外界所干扰

信道带宽

模拟信道

模拟信道带宽

信道可以分为模拟信道和数字信道
模拟信道的带宽计算公式是W=f2-f1最总单位是赫兹Hz

f2（信道能通过的最高频率）
f1（信道能通过的最低频率）

比如信道最高频率是8Hz，最低频率是4Hz，那么根据模拟信道带宽计算公式可以得出
W=f2（8）-f1（4）结果等于4Hz

数字信道

数字信道是离散信道，带宽就是信道能最大的数据传输速率，单位是bit/s
例如我最大传输速率的10mbit/s，那信道带宽就是10

码元和码元速率

码元

一个数字脉冲称作一个码元，就是一个时钟周期的信号

码元速率

单位时间内信道传送的码元的个数
如果码元宽度（脉冲周期）为T则码元速率波特率为B=1/T单位是波特（Baud）
码元携带是信息量n（位）与码元种类数（N）的关系是n=log₂N

假如我的码元种类数是4
那么一个码元携带的信息量就是n=n=log₂4结果等于2
就是求2^=4

奈奎斯特定理

奈奎斯特定理是指，在一个理想的没有噪声环境的信道中，若最大信道带宽为W，最大码元速率为B=2W（Baud）
极限数据速率为R=Blog₂N又等于2Wlog₂N
N表示码元种类数，就是上面那个码元携带信息量的公式
可以举个例子来表示

因此，数据速率=码元速率x码元携带信息量

香农定理

上面的奈奎斯特定理是基于理想环境下
那么香农定理就是包含了噪声在里面的一个关系
指的是：在一个噪声信道的件数据速率和带宽之间的关系
公式如下：
极限速率公式：C=Wlog₂（1+S/N）
分贝与信噪比关系公式：dB=10log₁₀S/N
W为带宽，S为信号平均功率，N为噪声平均功率，S/N为信噪比
在考试中题目一般会告诉你W带宽值，但不会直接告诉你信噪比S/N的值，题目会直接给你db分贝值，通过分贝值和信噪比关系公式逆推出信噪比值S/N

例如，直接告诉你db值是10，和30，求这两个的信噪比
根据公式我们可以算的
db=10log₁₀S/N
10=10log₁₀S/N
1=log₁₀S/N
换个思路就是10¹=S/N
S/N就是10
db=30
30=10log₁₀S/N
3=log₁₀S/N
10³=S/N
S/N就是1000

如果db=30，求极限速率

这边我们上面根据db求出来信噪比值S/N是1000
那么带入最大速率公式
R=Wlog₂（1+S/N）
R=Wlog₂（1001）
题目一般会直接告诉你W值，但是log₂（1001）是算不出来的，我们这边就要用约等，将他估到最近的2次方数值，1001离得最近的就是1024，2的10次方
解题我们就可以直接写
R≈Wlog₂（1024）也就是
R≈W10