数据通信主要指标与信道极限容量
数据在信道中是以电信号的形式传送的，
分为模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变
化的电压或电流波形，数字信号是一系列表示
数字“0”和“1”的电脉冲。
模拟传输系统采用放大器增加信号能量，
但会放大噪声，造成误差积累；数字传输系统
采用中继器，利用码元再生法重传，有效解决
了误差积累问题。
模拟信号与数字信号
t t
a) 模拟信号 b) 数字信号
模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值
数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值
数据通信主要指标与信道极限容量
信号传输速率
数据传输速率
信道容量
误码率
一 些 术 语
信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）
比特率(Bit Rate)：数据传输速率 (bps，b/s)
码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元
t
码元1 码元2 码元3 码元4 码元5
信号
同步脉冲
同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始
t
信号传输速率
波特率： 每秒钟传送的码元数，或者说每秒钟
信号（比如电压）变化的次数，单位
为波特（baud)。
如果是脉冲信号，波特率可按下式计算：
B=1/T (Baud)
其中 T 为一个脉冲信号的时间长度
奈奎斯特（采样）定律： 在带宽为 H 的
无噪声信道上，最大波特率为：
Bmax= 2H (Baud)
数据通信主要指标与信道极限容量
信号传输速率
数据传输速率
信道容量
误码率
数据传输速率
比特率：指每秒钟能传送的二进制位数，单位为
比特/秒（bps）。通常将比特率作为数
据传输率。
比特率与波特率的关系：
设比特率为 S，波特率为 B，则
S = B·log2N (bps), N为码元状态数
根据奈奎斯特定律 Bmax= 2H ，则有：
Smax= 2H·log2N (bps)
波特率与比特率比较
波特率为每秒传送多少个码元
比特率为每秒传送多少个二进制位
。
信息传输速率“比特/秒”与码元传输速率“波特
”在
数量上有一定的关系：
若 1 个码元只携带 1 bit 信息量，则“比特/秒
” 和 “波特”在数值上相等。
若 1 个码元携带 n bit 信息量，则 M Baud 的
码元传输速率所对应的信息传输速率为 M n b/s
波特率与比特率比较图
2 种信号电平,
（即码元有2种）
每个码元携带
1位二进制信息
波特率＝8 Baud
比特率＝8 bps
4 种信号电平,
（即码元有4种）
每个码元携带
2位二进制信息
波特率＝8 Baud
比特率＝16 bps
1秒
数据通信主要指标与信道极限容量
信号传输速率
数据传输速率
信道容量
误码率
信道容量
根据奈奎斯特定理，无噪信道容量S=B·log2N ，
只要码元的状态数增加，比特率就增加，因此无
噪信道容量是无限的。
但实际信道总是有噪声的，实际的信道容量由信
道本身的特征（带宽，信噪比）决定，与具体通
信手段无关。根据香农定理，有噪声信道容量
C = H·log2(1+S/N） (bps)
其中，S/N为信道的信噪比。信噪比也通常用分贝
（dB）来表示，信噪比分贝数和 S/N的关系是：
信噪比（dB）= 10 log10S/N
数字信号通过实际信道(有噪信道)
失真不严重：
失真严重：
实际的有噪信道
（带宽较宽、噪声、干扰小）
输入信号波形 输出信号波形
(失真不严重)因而信道容量大
输入信号波形
实际的有噪信道
（带宽窄、噪声、干扰大）
输出信号波形
(失真严重)
因而信道容量小
奈氏准则和香农公式的作用范围
码元传输速率受
奈氏准则的限制
输
入
信
息
输
出
信
息
输
入
数
据
输
出
数
据
源系统 传输系统 目的系统
传输
系统
源点 终点发送器 接收器
发送的
信号
接收的
信号
信息传输速率受
香农公式的限制
数据通信主要指标与信道极限容量
信号传输速率
数据传输速率
信道容量
误码率
误码率
传输出错的码元数占传输总码元数的比例。
设传输总码元数为 N，传输出错的码元数为
Ne,则误码率为 Pe = Ne/N
根据误码率的大小选择合适的数据单元大小
来传输。
小 结
1. 奈奎斯特定律：
2. Bmax = 2H (Baud)
3. 香农定理：
C = H·log2(1+S/N） (bps)
其中，S/N为信道的信噪比，信噪比分贝数
和 S/N的关系是：
信噪比（dB）= 10 log10S/N
2. 比特率与波特率的关系：
S = B·log2N (bps)， N为码元状态数
