数据通信的传输速率及损耗 你了解多少？

一、数据传输速率、波特率(baud rate)、比特率(bit rate)、

码元(符号)

也可以叫符号(symbol)。通过不同的调制方式(诸如FSK、QAM等等)，可以在一个码元符号上负载多个bit位信息。举个例子，4QAM(即QPSK)调制的全部四种码元符号，一种符号可以带两个bit的信息。

波特率

波特率(也称信息传送速率、码元速率、符号速率、或传码率)，其定义为每秒钟传送码元的数目，码元速率的单位为“波特”，常用符号“Baud”表示，简写为“B”。

一个数字脉冲就是一个码元，我们用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数，即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T秒，则码元速率B为：

B=1/T(Baud)

符号率也就是码元速率，单位是Baud/s或sym/s，表示每秒传输码元符号的数目。符号率也叫波特率或符码率。符号率决定了通信效率，显然一种调制方式符号状态数(上例中4QAM是4种)越多，符号率数值越大，每秒可以传更多的bit信息。

显然有 数据传输速率=符号率 x 一种符号所带的bit数

比特率、数据传输速率

又称码率、比特率或数据带宽，描述通信中每秒传送数据代码的比特数，单位是bps。这个很好理解，是“刚需”，每秒传多少bit的数据。

比特率也称数据传输速率，它的定义是单位时间内可以传输的比特数，单位为bps。比特率的计算公式为：

比特率=波特率×每符号含的比特数

怎么理解比特率和波特率之间的关系呢?

我们可以假设一个信号只有两个电平状态，那么这个时候可以把低电平理解为“0”，高电平理解为“1”，这样每秒钟电平变化的次数也就是传输的0，1个数了，即比特率 = 波特率。但是有些信号可能不止两个电平，比如一个四电平的信号状态，那么每个电平就可以被理解成“00”，“01”，“10”，“11”，这样每次电平变化就能传输两位的数据了，即比特率 = 2 × 波特率。

在数据通信中，传输指标主要有传输速率、误码率、误位率、信道带宽、信道容量、时延、传播时延带宽积和往返时延等。

一、传输速率

传输速率是指数据在信道中传输的速度。可以用码元传输速率和信息传输速率两种方式来描述。码元是在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字。这样的时间间隔内的信号称为二进制码元，而这个间隔被称为码元长度。码元传输速率又称为码元速率或传码率。码元速率又称为波特率，是指每秒钟传送的码元数。若数字传输系统所传输的数字序列恰为二进制序列，则等于每秒钟传送码元的数目，而在多电平中则不等同。单位为"波特/秒"，常用符号 Baud / s 表示。

信息传输速率即位率，位/秒( b / s )，表示每秒钟传送的信息量。设定码元传输速率为 RB ，信息速率 Rb ，则两者的关系如下：

Rb = RB X log2 M

其中， M 为采用的进制。例如，对于采用十六进制进行传输信号，则其信息速率就是码元速率的4倍;如果数字信号采用四级电平即四进制，则一个四进制码元对应两个二进制码元(4=22)。

二、误码率和误位率

在多进制系统中，误码率是指码元在传输过程中，错误码元占总传输码元的概率。设定误码率用 Pe表示：

传输出错的码元数传输的总码元数��=传输出错的码元数/传输的总码元数在二进制系统中，误位率是指在信息传输过程中，错误的位数占总传输的位数的概率。设定误位率用Pb表示：

传输出错的位数传输的总位数��=传输出错的位数/传输的总位数

三、信道带宽与信道容量

信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，即信道频带，用赫兹 Hz 表示，信道带宽是由信道的物理特性所决定的。信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大位数，用位/秒表示。数据传输速率是指每秒钟所传输的二进制位数，用位/秒表示。设定 T 为发送一位所需要的时间，则二进制数据传输速率 S =1/T

四、时延

时延( Delay )是指一个报文或分组从一个网络(或一条链路)的一端传送到另一端所需的时间。时延是由以下几个不同的部分组成的。

(1)传播时延。传播时延是从一个站点开始发送数据到目的站点开始接收数据所需要的时间。传播时延的计算公式是：

传播时延=信道长度信号在信道上的传播速率传播时延=信道长度/信号在信道上的传播速率信号在物理媒体中传输时间是变化的。例如，电磁波在光纤、微波信道中的传播速度为每秒300000km，而在一般电缆中的速度约为光速的2/3。

(2)发送时延。发送时延是发送数据所需要的时间，即从一个站点开始接收数据到数据接收结束所需要的时间。发送时延的计算公式是

发送时延=需要发送的数据块长度信道带宽发送时延=需要发送的数据块长度/信道带宽(3)处理时延/排队时延。处理时延是数据在交换节点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。处理时延的重要组成部分是排队时延。排队时延是数据在交换结点等候发送在缓存的队列中排队所经历的时延。

(4)总时延。数据经历的总时延就是以上三种时延之和，即

总时延=传播时延+发送时延+排队时延

五、传播时延带宽积

网络性能的两个度量传播时延和带宽相乘，就得到另一个很有用的度量：传播时延带宽积。它的计算公式如下：

传播时延带宽积=传播时延 x 带宽

链路的时延带宽积又称为以位为单位的链路长度。

六、往返时延

在计算机网络中，往返时延也是一个重要的性能指标，表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。

数据通信知识每天都在被使用，每一次发送微信、每一次浏览网页，我们都在不知不觉中使用数据通信。对于数据通信，小编在往期文章中有所介绍，如数据通信的拥塞控制。为增进大家对数据通信的认识，本文将对数据通信的传输损耗加以介绍。如果你对本文内容具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

损耗是指在传输过程中因传输介质等因素引起的能力损失。

无线信道空间传输损耗

超高频和微波波段信号的空间传播，会对信号带来多种传输损伤、很大衰减和多径衰落。

1.直线传播损伤

● 衰减和失真;

● 自由空间损耗;

● 噪声;

● 大气吸收;

● 多径和折射。

2.衰减因素

双绞线、电缆到光纤、波导等传输媒体，都是导向媒体，而在自由空间长距离的电磁波传播，属于非导向媒体传输;因此衰减是较为复杂的距离函数，并在地球周围受到充满大气层的影响。传播衰减主要影响因素是：传播频段f，传播距离L，电磁波速率C(近于光速)。

自由空间传播损耗

1. 微波段信号远程传播如卫星到地面约36000km。信号波束随传播距离而发散。上行链路的发射信号功率，由大功率速调管可达上千瓦，而卫星转发器只能靠太阳能供电，由于卫星表面积受限，因此下行链路发射功率很难达到上百瓦。因此地球站接收信号功率不过微瓦级，并且还包含了收、发天线增益几十个dB的补偿效果。

2. 空间传播损耗(dB)

.多径传播

天线辐射的信号以三种方式传播：地波、天波和空间波(后者即称谓的直线波);

● 当电磁波遇有比其波长要大的障碍物时，则发生反射;

● 并在该物体边界进行衍射(绕射);

● 若障碍物尺寸不大于电磁波长，会发生散射，即散射成几路弱信号———多径衰落。

2.多径传播后果

● 多径到达的信号，由于相位不同，强弱相差很大，若无序混迭、相位抵消，就使接收信号难以检测与恢复质量良好的信息;

● 产生严重的码间干拢(ISI);

● 特别是在较高速度的移动台天线发出的信号，运动方向、障碍物环境较快变化，多径信号中主路径不稳定等因素导致的接收信号更难处理。

3.衰落类型

● 慢衰落(平坦衰落—flat fading);

● 快衰落(fast fading);

● 选择性衰落(Selective fading)。

4.衰落信道的3种类型

● 高斯信道———是最简单的信道模型，同时它更符合于通信恒参传输媒体。本书各种传输系统，均是基于高斯信道进行性能分析。

● 瑞利衰落信道———多径衰落导致多条均很弱的路径信号，而不存在一条主路径。

● 赖斯衰落信道———是较瑞利衰落利于处理的情况，它具有明显的主路径和多个较弱的间接路径。

5.多径衰落环境下的信号接收

● 选用适当的分集技术与合并处理

● 自适应均衡

● 前向纠错编码

● 高性能传输技术———如TCM，复合编码，OFDM等

电波在自由空间传播的损耗公式为：

Lbs(dB) = 32.45 + 20lgf(MHz) + 20lgd(km)

式中，Lbs为自由空间的路径传播损耗，它与收发天线增益Gr、Gt无关，仅与传输路径有关。如果将其他参数保持不变，仅使工作频率f(或传输距离d)提高一倍，则其自由空间的路径损耗就增加6dB。

对于WLAN，工作在2.4GHz，在自由空间中传播损耗为(f = 2400MHz)：

Lbs = 100 + 20lgd(km)

Lbs = 100 + 20lgd(km)

距离(m) 1 5 20 30 40 50 80 100

损耗(dB) 40 54 66 70 72 74 78 80

而实际中，电波还要受到诸如地面的吸收、反射、障碍物的阻挡等影响。在室内的障碍物通常为墙壁、隔断、地板等。障碍物对电波的阻挡效果与障碍物的结构有关，木质结构的损耗为5dB，钢筋混凝土结构的损耗为25dB。

以型号FH-AP2400的无线接入节点设备和FH-325的无线PCMCIA网卡为例，分析AP在室内覆盖范围的大小。

为分析简单起见，只考虑空间传播和障碍物(墙壁、隔断、地板)阻挡对电波的损耗。下表列出了电波通过不同的障碍物后FH-AP2400(ISP)的有效覆盖距离。