数据通信系统的性能指标

数据传输速率

传码速率

数字信号中，一个电压脉冲持续的的时间，即码元。

而传码速率又称为调制速率、波特率，记作N~Bd~，指在数据通信系统中，每秒钟传输信号码元的个数，单位是波特(Baud)。

每秒钟可以传输的码元数（即传码速率）为：$1/N_{bd}$ 。

传信速率

又称为比特率，记做R~b~，指在数据通信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是比特/秒(bit/s)。

其又有Kbit/s(10^3^bit/s)、Mb/s(10^6^bit/s、Gb/s(10^9^bit/s)，相邻的单位是以10^3^递增的。

其和传码速率的关系有：其中M是电平数。

$$R_b=N_{bd}*log_2M$$

信道带宽

信号带宽

是指信号具有的频带宽度，单位是赫兹(Hz)，或千赫(KHz = 10^3^Hz)、兆赫(MHz= 10^6^Hz)、吉赫(GHz= 10^9^Hz)等等。

模拟信道

表示通信线路允许通过的信号频带范围就称为线路带宽

数字信道

所能传送的”最高数据率“，单位是比特/秒，又叫做比特率。其等于传送速率。

以赫兹为单位的是带宽在频率域的表示，以比特率为单位的是带宽在时间域的表示。

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误码率

在一定时间内接收出错的比特数e~1~与总的传输比特数e~2~只比。

其算法如下：

$$P_e=(e_1/e_2)*100\%$$

该值是一个平均数值，所以一般而言在实际应用中需要统计达到一定数量才有意义。一般规定，至少统计15分钟内的数据量。

实际中，误码率可能无法准确反映网络质量，因为网络传输单位为帧(Frame)，只要帧里有一个比特数据出错，那么就会导致该帧出错。同样地，也可以采用误组率，以数据分组/数据包(Packet)为单位统计，一般来说，按照数据分组的方式统计较为常见。

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时延

时延是指把数据块从一端传送到另外一端所需的时间。

数据从源点到达目的点所经历的时延即发送时延、传播时延、处理时延之和。

发送时延

又称为传输时延，它指的是发送数据时，使数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

其计算公式是：

$$发送时延=数据块长度(Bit)/信道带宽(Bit/s)$$

传播时延

它指的是，电磁波在信道中需要传播一定距离所需要的时间。

其计算公式是：

$$传播时延=信道长度(m)/信号在信道中传播速率(m/s)$$

处理时延

它指的是，交换节点（如路由器）为了存储转发而进行必要的处理所需要的时间。结点排队所经历的时延是处理时延很重要的一部分，它的长短往往取决于网络的通信量，在极端情况下还会出现分组丢失的情况（如缓存队列已满）。

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信道容量

它指的是，在指定条件下，给定通信路径（信道）上所能达到的最大数据传输速率。它的单位也是比特/秒(bit/s)，所以也可以理解为最大的传信速率。

信道容量和噪声、误码率、带宽是相关的。

无噪声条件

无噪声条件下的信道容量可根据奈氏准则计算，也就是，在无噪声，带宽为W赫兹的信道，其传码速率最高为2W波特(Baud)。又因为可以通过提高电平数来提高传码速率，所以无噪声条件信道容量的计算公式是：其中W是带宽(Hz)、M是电平数。

$$C = 2W*log_2M$$

有噪声条件

实际上信道是有噪声、干扰和失真的，要计算有噪声条件下的信道容量还需要知道信噪比。

信噪比(dB)

信号和噪声的功率之比：其中S/N是信道内信号和噪声功率之比。

$$信噪比(dB) = 10*log_{10} (S/N)$$
在知道了信噪比之后就可以通过 香农定理来计算信道容量：
$$C=W*log_2(1+S/N)$$
通过香农定理我们可以得知，在实际应用中，是 不可能通过无限提高电平数来提高传信速率的，因为随着电平数的提高，电平之间的差异会变小，相邻电平之间的误判率就会增高，也就是误码率会提升。

同理可得知，在信道容量不变时，增加带宽，就允许降低信噪比。

只要信息传输不超过信道容量的极限值，就一定有某种方法来实现无差错的传输。