一、基本概念
1.資料、訊號與碼元
資料是指傳送資訊的實體。訊號是指資料的電氣或電磁表現,是資料在傳輸過程中的存在形式。資料和訊號都可用"模擬的"或"數字的"來修飾:a.連續變化的資料(或訊號)稱為模擬資料(或模擬訊號)
;b.取值僅允許為有限的幾個離散值的資料(或訊號)稱為數字資料(或數碼訊號)。
資料傳輸方式可分為序列傳輸和並行傳輸。序列傳輸是指乙個乙個的位元按照時間順序傳輸
(出於經濟上的考慮,遠距離通訊通常採用序列傳輸)
,並行傳輸是指多個位元通過多條通訊通道同
時傳輸。
碼元是指用乙個固定時長的訊號波形(數字脈衝)表示一位k進製數,代表不同離散數值的基本
波形,是數字通訊中數碼訊號的計量單位,這個時長內的訊號稱為k進製碼元,而該時長稱為碼元寬
度。1碼元可以攜帶多個位元的資訊量。
2.信源、通道與信宿
資料通訊是指數字計算機或其他數字終端之間的通訊。乙個資料通訊系統主要劃分為信源、
通道和信宿三部分。
信源是產生和傳送資料的源頭。信宿是接收資料的終點,它們通常都是計算機或其他數字終端
裝置。傳送端信源發出的資訊需要通過變換器轉換成適合於在通道上傳輸的訊號,而通過通道傳輸到接收端的訊號先由反變換器轉換成原始資訊,再傳送給信宿。
通道與電路並不等同,通道是訊號的傳輸媒介。乙個通道可視為一條線路的邏輯部件,一般用
來表示向某個方向傳送資訊的介質,因此一條通訊線路往往包含一條傳送通道和一條接收通道。雜訊源是通道上的雜訊(即對訊號的干擾)及分散在通訊系統其他各處的雜訊的集中表示。
通道按傳輸訊號形式的不同可分為傳送模擬訊號的模擬通道和傳送數碼訊號的數字通道兩大
類;通道按傳輸介質的不同可分為無線通道和有線通道。
通道上傳送的訊號有基帶訊號和寬頻訊號之分。基帶訊號將數字1和0直接用兩種不同的電壓表示,然後送到數字通道上傳輸(稱為基帶傳輸)
;寬頻訊號將基帶訊號進行調製後形成頻分復用模
擬訊號,然後傳送到模擬通道上去傳輸(稱為寬頻傳輸)。
從通訊雙方的互動方式看,可分為三種基本方式:(1
)單工通訊。只有乙個方向的通訊而沒有反方向的互動,僅需要一條通道。 (2
)半雙工通訊。通訊的雙方可以傳送或接收資訊,但任何一方都不能同時傳送和接收資訊,此
時需要兩條通道。 (3
)全雙工通訊。通訊雙方可以同時傳送和接收資訊,也需要兩條通道。
通道的極限容量是指通道的最高碼元傳輸速率或通道的極限資訊傳輸速率。
3.速率、波特與頻寬
速率也稱資料率,指的是資料的傳輸速率,表示單位時間內傳輸的資料量。可以用碼元傳輸速
率和資訊傳輸速率表示。 (1
)碼元傳輸速率。又稱碼元速率、波形速率等,它表示單位時間內數字通訊系統所傳輸的碼
元個數(也可稱為脈衝個數或訊號變化的次數)
,單位是波特。 (2
)資訊傳輸速率。它表示單位時間內數字通訊系統傳輸的二進位制碼元個數,即位元數,單位是
b/s.
二、奈奎斯特定理與夏農定理
1.奈奎斯特定理又稱奈斯準則,它指出在理想低通(沒有雜訊、頻寬有限)的通道中,極限碼元傳輸
率為2w波特,其中w是理想低通訊道的頻寬,單位為赫茲。若用v表示每個碼元離散電瓶的數目(碼元
的離散電瓶數目是指有多少種不同的碼元)
理想通道下的極限資料傳輸率=
2wlo**
對於奈氏準則,可以得出以下結論:(1
)在任何通道中,碼元傳輸的速率是有上限的。若傳輸效率超過此上限,就會出現嚴重的碼間
串擾問題(指在接收端收到的訊號波形失去了碼元之間的清晰界限)
,使得接收端不可能完全正
確識別碼元。 (2
)通道的頻道越寬(即通過的訊號高頻分量越多)
,就可用更高的速率進行碼元的有效傳輸。 (3
)奈氏準則給出了碼元傳輸速率的限制,但並未對資訊傳輸速率給出限制,即未對乙個碼元可
以對應多少個二進位制位給出限制。
2.夏農定理給出了頻寬受限且有高斯白雜訊干擾的通道的極限資料傳輸率,當用此速率進行傳輸時,可以做到不產生誤差。夏農定理定義為:
通道的極限資料傳輸率=
wlog2(1
+s/n)
w為通道的頻寬,s為通道所傳輸訊號的平均功率,n為通道內部的高斯雜訊功率。s/n為訊雜比,即
訊號的平均功率與雜訊的平均功率之比。
對於夏農定理,可以得出以下結論:(1
)通道的頻寬或通道中的訊雜比越大,資訊的極限傳輸越高。 (2
)對一定的傳輸頻寬和一定的訊雜比,資訊傳輸速率的上限是確定的。 (3
)只要資訊的傳輸速率低於通道的極限傳輸速率,就能找到某種方法來實現無差錯的傳輸。 (4
)夏農定理得出的是極限資訊傳輸速率,實際通道能達到的傳輸速率要比她低不少
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