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    數據傳輸速率的定義

    數據傳輸速率是描述數據傳輸系統的重要技術指標之一。數據傳輸速率在數值上等於每秒種傳輸構成數據代碼的二進制比特數,單位為比特/秒(bit/second),記作bps。對於二進制數據,數據傳輸速率為:

    S=1/T(bps)

    其中,T為發送每一比特所需要的時間。例如,如果在通信信道上發送一比特0、1信號所需要的時間是0.001ms,那麼信道的數據傳輸速率為1 000 000bps。

    在實際應用中,常用的數據傳輸速率單位有:kbps、Mbps和Gbps。其中:

    1kbps=103bps 1Mbps=106kbps 1Gbps=109bps

    帶寬與數據傳輸速率

    在現代網絡技術中,人們總是以“帶寬”來表示信道的數據傳輸速率,“帶寬”與“速率”幾乎成了同義詞。信道帶寬與數據傳輸速率的關系可以奈奎斯特(Nyquist)準則與香農(Shanon)定律描述。

    奈奎斯特准則指出:如果間隔為π/ω(ω=2πf),通過理想通信信道傳輸窄脈衝信號,則前後碼元之間不產生相互竄擾。因此,對於二進制數據信號的最大數據傳輸速率Rmax與通信信道帶寬B(B=f,單位Hz)的關系可以寫為:

    Rmax=2.f(bps)

    對於二進制數據若信道帶寬B=f=3000Hz,則最大數據傳輸速率為6000bps。

    奈奎斯特定理描述了有限帶寬、無噪聲信道的最大數據傳輸速率與信道帶寬的關系。香農定理則描述了有限帶寬、有隨機熱噪聲信道的最大傳輸速率與信道帶寬、信噪比之間的關系。

    香農定理指出:在有隨機熱噪聲的信道上傳輸數據信號時,數據傳輸速率Rmax與信道帶寬B、信噪比S/N的關系為:

    Rmax=B.log2(1+S/N)

    式中,Rmax單位為bps,帶寬B單位為Hz,信噪比S/N通常以dB(分貝)數表示。若S/N=30(dB),那麼信噪比根據公式:

    S/N(dB)=10.lg(S/N)

    可得,S/N=1000。若帶寬B=3000Hz,則Rmax≈30kbps。香農定律給出了一個有限帶寬、有熱噪聲信道的最大數據傳輸速率的極限值。它表示對於帶寬只有3000Hz的通信信道,信噪比在30db時,無論數據採用二進制或更多的離散電平值表示,都不能用越過0kbps的速率傳輸數據。

    因此通信信道最大傳輸速率與信道帶寬之間存在著明確的關系,所以人們可以用“帶寬”去取代“速率”。例如,人們常把網絡的“高數據傳輸速率”用網絡的“高帶寬”去表述。因此“帶寬”與“速率”在網絡技術的討論中幾乎成了同義詞。

    帶寬:信號傳輸頻率的最大值和最小值之差(Hz)。信道容量:單位時間內傳輸的最大碼元數(Baud),或單位時間內傳輸的最大二進制數(b/s)。數據傳輸速率:每秒鐘傳輸的二進制數(b/s)。

    帶寬 :信道可以不失真地傳輸信號的頻率範圍。為不同應用而設計的傳輸媒體具有不同的信道質量,所支持的帶寬有所不同。

    信道容量:信道在單位時間內可以傳輸的最大信號量,表示信道的傳輸能力。信道容量有時也表示為單位時間內可傳輸的二進制位的位數(稱信道的數據傳輸速率,位速率),以位/秒(b/s)形式予以表示,簡記為bps。

    數據傳輸率:信道在單位時間內可以傳輸的最大比特數。信道容量和信道帶寬具有正比的關系:帶寬越大,容量越大。(這句話是說,信道容量只是在受信噪比影響的情況下的信息傳輸速率)

    低通信道:

    任何實際的信道帶寬都是有限的,在傳輸信號時帶來的各種失真以及存在的多種干擾,使得信道上的碼元傳輸速率有一個上限。1924年奈奎斯特推導出在具有理想低通矩形特性的信道的情況下的最高碼元傳輸速率公式:

    理想低通信道的最高碼元傳輸速率=2W Baud

    W :理想低通信道的帶寬,單位為赫;Baud:波特,碼元傳輸速率單位,1波特為每秒傳送1個碼元。奈氏準則的另一種表達方法是:每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒傳送2個碼元。

    對於具有理想帶通矩形特性的信道(帶寬為W),奈氏準則就變為

    理想帶通信道的最高碼元傳輸速率=W Baud

    即每赫帶寬的帶通信道的最高碼元傳輸速率為每秒傳送1個碼元。

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