理论教育 数据传输速率及带宽在计算机网络技术中的重要性

数据传输速率及带宽在计算机网络技术中的重要性

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:另外,术语“带宽”也常用来表示传输速率。数据传输速率又称为传信率、比特率。实际上,传信率指出了数据传输速率的准确定义,数据传输速率表示的是单位时间内所传输的信息量的大小。在衡量一个传输系统时,带宽是指系统允许通过的信号频率范围。数字信道的带宽决定了不失真地传输脉冲序列的最高速率,也就是符号速率。

数据传输速率及带宽在计算机网络技术中的重要性

传输速率是描述计算机网络性能的最重要的一个指标。针对数据传输的快慢和信号传输的快慢,传输速率分为数据传输速率和符号速率两种。在同一个通信系统中,这两种速率之间的关系是固定不变的。另外,术语“带宽”也常用来表示传输速率。

1.数据传输速率

数据传输速率是指通信系统每秒传送的数据位数,单位是比特/秒(bit/s)。数据传输速率与平常所说的下载速率稍有不同。下载速率的单位一般为字节/秒(B/s)。例如,数据传输速率为100Mbit/s的以太网,对应的下载速率为12.5MB/s,由于网络传输还有一些开销,因此实际下载速率要小于12.5MB/s。

数据传输速率又称为传信率、比特率。实际上,传信率指出了数据传输速率的准确定义,数据传输速率表示的是单位时间内所传输的信息量的大小。根据信息论,某事件包含的信息量可用下式求得:

信息量=-log2P

式中,P为该事件出现的概率。

当对数以2为底时,信息量的单位是比特(bit);对数以10为底时,信息量的单位是哈特莱(Hartley);采用自然对数时,信息量的单位是奈特(nit)。常用的单位是比特。

2.符号速率

离散信号的每一种状态称为码元或符号(Symbol)。码元是离散信号波形的基本单位。在数字通信系统中,每秒传送的码元数称为符号速率,单位是波特(Baud),Baud这个名称是为了纪念电信技术先驱Emi1eBaudot。符号速率是度量信号传输快慢的单位,以前常称为波特率。波特率这个名称常会引起误会,因为它的单位是波特,而又没有“波特/秒”一说,所以人们又把它称为传码率、波形速率或调制速率,最后ITU-T把名称定为符号速率。由于习惯的原因,人们还是经常称为波特率。

若一个码元的时间宽度用Ts表示,则符号速率Nb

一个M进制的码元所含的信息量为log2M比特。因此,在一个M进制的通信系统中,数据传输速率R与符号速率Nb的关系是:

R=Nblog2M(www.daowen.com)

例如,在四电平通信系统中:

R=Nblog2M=Nblog24=2Nb

显而易见,在相同的符号速率下,M越大,数据传输速率就越高。当M=2时,R=Nb,即在二进制情况下,数据传输速率与符号速率相等,这给一些情况的分析带来方便。值得注意的是,在某些数据编码方案中,传输1比特可能需要多个码元,如在曼彻斯特编码中,1比特要用2个码元来传输。

3.带宽

“带宽”这个术语的使用范围很广,最大数据传输速率(也称为系统容量)也常常称为带宽。例如,常说千兆位以太网的带宽是1Gbit/s。在这里,带宽的单位是比特/秒。

带宽实际上是指信号或信道的频带宽度,中国港台地区也称为频宽,单位是赫兹(Hz)。

一个信号的绝对带宽就是该信号频谱的宽度。信号的频谱就是信号所包含的频率范围。通常所看到的信号波形是一个时间的函数,由于信号是由不同频率组成的,所以也可以由频率的函数来表示。任何信号都可以借助于付里叶级数或付里叶变换,把它描述成时域信号或者频域信号。有时候,用频域图理解一个信号的传输,比用时域图重要得多。

对于数字脉冲信号来说,这种信号的频谱占满整个频域空间,即方波脉冲信号的绝对带宽是无限大的。然而,信号的绝大多数能量只集中在很窄的频谱范围内,从能量观点来看,一般以信号频谱的第一个过零点,定义为信号的近似带宽,这样的带宽被认为是信号的有效带宽,简称带宽。

在实际系统中常使用半功率带宽的定义。信号的半功率带宽是信号的一个频率区间,在该区间内的频率分量对信号功率的贡献是整个信号功率的一半。也就是说,该区间边界的功率值比峰值功率值低3dB。

在衡量一个传输系统时,带宽是指系统允许通过的信号频率范围。模拟信道的带宽W=f2-f1。其中,f1是信道能够通过的最低信号频率;f2是信道能够通过的最高信号频率。这两个频率都是由信道的传输媒介和接口物理特性决定的。数字信道的带宽决定了不失真地传输脉冲序列的最高速率,也就是符号速率。实际上,当信道带宽为f(Hz)时,符号速率最高为2f(Baud),否则就会产生码间干扰,造成信号失真。由于符号速率和数据传输速率有对应关系,因此信道带宽也就决定了信道能够传输的最大数据传输速率,这就是常把数据传输速率称为带宽的缘由。

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