数据通信原理:信道特性

一、信道特性 - 信道带宽W

1、模拟信道：W=f2-f1（f2和f1分别表示：信道能通过的最高/最低频率，单位赫兹Hz）。/2、数字信道：数字信道是离散信道，带宽为信道能够达到的最大数据传输速率，单位是bit/s。

二、信道特性 - 码元和码元速率

1、码元：一个数字脉冲称为一个码元（可理解为时钟周期的信号） 。

2、码元速率：单位时间内信道传送的码元个数。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。

3、一个码元携带信息量n（位）与码元种类数（N）的关系 n=log2N。

三、信道特性 - 奈奎斯特定理

1、奈奎斯特定理：在一个理想的（没有噪声环境）信道中，若信道带宽为W，最大码元速率为：B=2W（Baud）。

2、极限数据速率为R=Blog2N=2Wlog2N。（N表示码元种类数）

码元速率= 每秒发送包裹个数

数据速率= 每秒发送包裹重量

每秒包裹重量 = 每秒发送包裹个数 x 每个包裹重量

数据速率 = 码元速率 x 每个码元携带信息量

四、信道特性 - 香农定理

香农定理：在一个噪声信道的极限数据速率和带宽之间的关系。

极限速率公式为：C=Wlog2（1+S/N）

分贝与信噪比关系：dB=10log10S/N

其中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。

dB=10，S/N=10

dB=30，S/N=1000

五、带宽/码元速率/数据速率关系梳理

六、信道延迟：与源端和宿端距离有关，也与信道的速率有关。

总延时 = 线路延迟 + 发送延迟

线路延迟=传输距离/传播速度（路上跑的时间） 比如1000米电缆，延时为5us

发送延迟=数据帧大小/速率（排队上车的时间） 比如100M线路，发送1000字节数据，延时为

1000*8/(100*106)=8*10-5s=80us

光速为300000km/s = 300m/us

电缆中传播速度一般为光速67%，即200000km/s= 200m/us

卫星信道的单边时延大约270ms（来回双向的延迟540ms）

七、信道延迟计算

在1000米100Base-T线路上，发送1000字节数据，延时计算过程如下：

（1）换算单位：100Base-T 线路带宽是100M，即100Mbit/s=100×106bit/s，1000字节

=1000×8bit。

（2）发送延迟：1000×8bit/(100×106bit/s)=8×10-5s=80μs。

（3）传输延迟：1000m/(200000km/s)=5×10-6s=5μs。

（4）数据延迟=发送延迟+传输延迟=80μs+5μs=85μs。