数据通信技术_1(new)讲述

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1、数据通信技术 主讲人：熊小华 数据通信技术 v1：概述 v2：数据通信基础知识 v3: 传输技术 v4：差错控制与多路复用 1 概述 n通信的概念 n 计算机通信的发展 n 数据通信的关键问题 n 数据通信的标准制定机构 通信的概念 v信息的交流与传递是人类存在的基础。 v通信（Communication）：实现信息交流 与传递的各种技术手段和技能的总称。 v将大量有用的信息无失真、高效率的进行传 输，同时还要在传输过程中抑制掉无用信息 和有害信息。 通信的概念 v通信方式 古代：烽火、狼烟、金鼓、旗语 近代：灯光 现代：电报、电话、传真、电视 v克服距离上的障碍，迅速准确的传送信息是 通信的

2、主要任务。 数据通信的概念 v数据通信是计算机与通信相结合而产生的一 种新的通信方式和业务。简单地说，数据通 信就是计算机与其他数字终端设备之间的通 信。 v严格的讲，数据通信就是按照通信协议，通 过某种传输介质在计算机或数据终端之间进 行数据的传递和交换。 信息、消息与信号 v信息(Information)是指对于收发双方具有一定意义 的有待传递、交换、提取或存储的书面或口头的内 容。 v信息必须以某种形式表现出来才能实现交流与传递 ，如语言、文字、图像 、数据等消息（ Message） v为了有效的传递和利用消息，常需要把消息转换成 便于传输和处理的表达形式信号(Signal) 信息、消息

3、与信号 v信息是消息的度量，特指信息中有意义的部 分，即“有用的消息” v消息是信息的表现形式 v信号是反映信息或消息的物理量，是通信传 递的客观对象 消息是一组有序符号序列（如文字 、语音、图像等） 信号是 消息的具体表现形式（电 信号、声信号、光信号等） 信息是消息和信号中包含的某种有 意义的抽象的东西 载体 载体 内涵 计算机通信技术的发展 v1864年美国Rand公司提出存储转发的概念， 电路交换向分组交换过渡。 v快速分组交换技术帧中继、ATM vB-ISDN综合化、高速化 计算机网络的发展 v1969年 美国国防部 ARPANET v1976年 X.25标准 v1989年 ATM交

4、换 v1993年 国家信息基础结构（NII）行动计划 ：信息高速公路 v1994年 全球信息基础结构（GII） v1996年 下一代因特网计划（NGI） 面向21世纪的计算机通信 v宽带综合业务数字网(B-ISDN) v计算机无线通信 数字通信涉及的主要技术 v信道与噪声 涉及的基本问题有信道的概念、常用信道的特性 及对所传信道的影响，克服不良信道特性的办法 等。 数字通信涉及的主要技术 v数字终端技术 包括发端、收端对信号进行处理过程中所涉及到 的技术。 v模拟信号数字化问题中的信源编码/译码； v数据压缩处理，语音压缩编码技术； v多路复用、数字复接技术等。 数字通信涉及的主要技术 v数据

5、交换技术 数据交换又叫数据转接。这与电话系统的交换局 一样，因为任意一对用户都是用公共的网络，转 接是必然的，转接技术直接影响了通信质量和线 路利用率。它与信道共享问题密切相关。 数字通信涉及的主要技术 v信道共享技术 公共信道应同时为多对用户提供数据传输服务， 不能被某一对用户独占，这是提高线路利用率的 有效方法。 数字通信涉及的主要技术 v差错控制编码技术 差错控制编码/译码，属信道编码之范畴。 信道编码技术主要研究检错、纠错码概念及基本 实现方法。 数字通信涉及的主要技术 v数字同步技术 同步就是使系统的收发两端在时间上保持步调一 致。 同步的主要内容有载波同步、位同步、帧同步以 及网同

6、步。 数字通信涉及的主要技术 v数字基带传输技术 v数字频带传输技术 数字调制/解调技术，是将输入的数字信号(基带 数字信号)变换为适合于信道传输的频带信号（较 高频率范围的模拟信号）。 数据通信系统的质量指标 v信息传输速率 信息传输速率(或称信息速率、比特率)指单位时 间内所传送的信息量，单位是比特/秒(b/s，或 bps)。 数据通信系统的质量指标 v码元速率 码元速率又称为调制速率，或波特率，是指单位 时间内所传递的码元数目，单位是波特(Baud)。 它是对每秒内信号在通信信道中变化或状态发生 转换的次数的量度。 波特率的计算 v假设一个信号码元持续时间为T，则波特率为 B=1/T(波

7、特) 波特率和比特率的关系 C: 信号传输速率，单位: bps B: 码元传输速率，单位: Baud N: 一个码元所具有的状态数，往往取2的幂次数。若N=2，则C=B 例1 v设一数字传输系统传送二进制码元的速率为 1200B，试求该系统的信息速率；若该系统 改成传送八进制信号码元，则此时系统信息 速率为多少？ 数据通信系统的质量指标 v误码率 误码率是指码元在传输系统出差错的概率。 常用的误码率可表示为： 例2 v已知某四进制通信系统信息传输速率为 1200bps，在接收端2小时共测的432个错误 码元，求该系统的误码率？ 制订数据通信标准的机构 vISO 国际标准化组织 Internat

8、ional Standard Organization vITU 国际电信联盟 International Telecommunication Union vIEEE 电子电气工程师协会 Institute of Electrical and Electronics Engineers vEIA 电子工业协会 Electronics Industries Association vIAB 互联网架构委员会 Internet Architecture Board 2 数据通信基础知 识 v 信息、数据与信号 v 数据通信系统分析 v 编码与码型 v 信道 v 数据传输方式 信号分类 v连续信号、

9、离散信号 如果在某一时间间隔内，对一切的时间值，除若 干不连续的点外，该函数都给出确定的函数值， 这种信号就称为连续信号。 离散信号的时间函数只在某些不连续的瞬间给出 函数值。 信号分类 信号分类 v随机信号、确定信号 随机信号是指在它出现以前，总有某种程度 的不确定性的一种信号。 确定信号是一种没有不确定值的信号。 信号分类 v周期信号、非周期信号 如果用时间函数表示的信号s(t)满足 s(t+T)=s(t)则该信号为周期信号。T 为信号的 周期。 如不满足s(t+T)=s(t)则该信号为非周期信号。 信号分类 v周期信号 信号的特性 v时间特性与频率特性 信号的幅值是信号各个时刻的瞬时值

10、信号的频率是周期的倒数，用赫兹来表示 信号的相位是描述周期信号在时间轴上的相 对位置，用弧度表示。 信号的分析方法 v时域分析法 时域分析的基本手段是把外加的复杂激励信号 ，在时域中分解成一系列单元激励信号，然后 分别计算各个单元信号通过通信系统的响应， 最后在输出端叠加而得到总的响应。 v频域分析法 任何信号都可表示成各种频率成分的正弦波或 余弦波之和 信号的频率 v信号的频率范围概念 信号也可以看成是频率的函数。 根据傅氏分析，满足一定条件的周期函数g(t),可以用 若干正弦和余弦函数的和表示。 若函数的周期为T，其倒数称为函数的基波频率，用符 号f1表，则f1=1/T。 上式中的an和b

11、n分别为第n次谐波的正弦及余弦函数 的幅值。1/2C为直流分量。这一分解称为傅氏级数。 信号的频率 信号的频谱和带宽 v频谱：是一个信号所含有的频率范围。 周期信号频谱：其频谱由离散的频率成分，即 基波和谐波构成。 非周期信号频谱：信号的频率范围为无穷大。 根据信号能量衰减的程度来确定其频谱，当频 率上升或下降到某一极限频率而使信号能量降 低为信号能量最大值一半时，该频率就是频谱 的边界。 v信号的带宽：频谱的宽度（包含信号大部 分功率的那部分频谱的宽度） 传输系统的带宽对传输性能的影响 v传输系统的带宽是指该系统不失真传输信号的 频率范围。如传输系统的带宽超过传输信号的 频带宽度，在传输过程

12、中就不会引起信号失真 。 v信号的数据率越高，信号的带宽也就越宽。 v如果信号的传输率为X比特/秒（即X bps）,传 输系统的带宽应大于2XHz。 衰减、增益和失真 v衰耗：信号电能经过传输系统传输后，系 统输出的电功率小于输入端的电功率。 v增益：信号电能经过传输系统传输后，系 统输出的电功率大于输入端的电功率。 v信号通过传输系统时，其波形可能发生畸 变，波形的畸变称为失真。 通信系统模型 把各种消息 转换成原始 电信号 对原始信号完成 某种变换，使原 始电信号适合在 信道中传输 信号传输的通道 ，提供了信源与 信宿之间在电气 上的联系 把接收到的 信号反变换 ，转换成原 始电信号 将复

13、原的原 始电信号转 换成相应的 消息 通信系统实例 通信系统的分类 v按通信业务 电报、电话、传真、数据传输、可视电话、无 线寻呼等。 v按调制方式 基带传输和频带传输。 v按信道中所传信号 通常信道中传送的信号可分为数字信号和模拟 信号，因此通信可分为数字通信和模拟通信。 通信系统的分类 v按传输媒质 通信可分为有线通信和无线通信。 v按工作频段 根据通信设备的工作频率不同，通信通常可分 为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信 等。 通信系统的分类 v按信号复用方式 频分复用方式（FDM）、时分复用方式（TDM ）和码分复用方式（CDM）等； v按通信网络 专线通信和公网通信等； 通信系统

14、的分类 v按收信者是否运动 移动通信和固定通信； v按通信方式 单工、单双工、双工通信等。 模拟通信与数字通信系统 v在信道中传输模拟信号的系统称为模拟通 信系统。它包含两种重要变换，一是把原 始消息变为电信号，二是把不适合传输的 基带信号通过调制器转换成频带信号；同 时两种变换在收端都要经过反变换。 v在信道中传输数字信号的系统称为数字通 信系统。 数字通信系统 v信源和信宿：信源的作用是把消息转换成 原始的电信号，完成非电/电的转换；信宿 的作用是把复原的电信号转换成相应的消 息，就是完成电/非电的转换。 v信源编码和信源解码：信源编码有两个作 用，其一，进行模/数转换；其二，数据压 缩，

15、即设法降低数字信号的数码率。 数字通信系统 v信道编码与信道解码： 数字信号在信道中传输时，由于噪声影响，会 引起差错。 v调制和解调： 数字调制的任务是把各种数字基带信号转换成 适应于信道传输的数字频带信号。 经过变换后有两个基本特征：一是携带信息； 二是适宜在信道中传输。 数字通信系统 v信道：信道是信号传输的通道（媒质）。 信道分为有线信道、无线信道。 v最佳接收和同步：依据最小差错准则进行 接收，可以合理设计接收机达到最佳。 数字通信的特点 v相对于模拟通信系统而言，数字通信系统有 如下优点。 v抗干扰能力强 v容易实现高质量的、远距离通信 传输模拟信号时干扰是可累积的 传输数字信号时

16、噪声不累积 数字通信的特点 v便于实现综合业务数字网ISDN v易于加密（比如采用异或门即可实现） v易于集成化、智能化 数字通信的特点 v数字通信相对于模拟通信系统来说，主要有 以下两个缺点。 数字信号占用的频带宽。 v例如，一个话路的模拟电话约占4kHZ,一个数字话路 所需的带宽远大于4kHZ 对同步要求高，系统设备比较复杂 信道 v传输信道：为信号传输提供了通路，是沟通 通信双方的桥梁。 v从两个角度理解传输信道： 广义信道：包含传输媒体和完成各种形式的信号 变换功能的设备。如：调制信道、编码信道。 狭义信道：仅指传输媒体本身，能够传输信号的 任何抽象的或具体的通路，如：明线、电缆、光 纤、微波、短波等 信道分类 v模拟信道和数字信道：按照允许的信号的类 型分类 模拟信道只允许传输波形连续变化的模拟信号，通信质 量可用失真和输出信噪比来衡量 数字信道只允许传输离散的数字信号，数字信道的特性 可用差错率及差错序列的统计特性来描述 v