第三章数据通信基础

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1、第三章 数据通信基础数据通信数据通信是指在两点或多点之间以二进制二进制形式进行 信息交换的过程。 数据能够被正确的传输，主要取决于两个因素：被传信号的质量；传输介质特性；计算机通信与网络计算机专业教研室3.1 基本概念1、信息与信息量 信息：按Shannon定义，信息就是“熵熵的减小”；注意：信息与消息的区别； 不确定性的 度量； 信息量：一个消息所包含的信息量（I）就是它所表示 的事件发生概率（P）的倒数的对数。信息量：I = log(1/p)计算机通信与网络计算机专业教研室P1 I0；P0 I；以2为底， I的单位为：bit（比特）；以e为底， I的单位为：nat（奈特）；以10为底，I的

2、单位为：hartly（哈特莱）；例：在二进制通信中，每位二进制数所携带的信息量为 多大？ 一位二进制数通常称作一个比特，是指一位二进制一位二进制数通常称作一个比特，是指一位二进制 数携带的信息量为一个比特。数携带的信息量为一个比特。计算机通信与网络计算机专业教研室2、数据与编码 数据：描述事物的符号，是信息的载体。 数据可以分为：模拟数据和数字数据； 编码：字符编码集博多（Baudot）码 （IA2）ASCII码 （IA5） 汉字区位码GB2312计算机通信与网络计算机专业教研室3、信号： 在通信系统中所使用的信号指的是电信号，即随时间变化的电压或电流，是数据的表现形式。 信号的分类v 连续信

3、号与离散信号；v 模拟信号与数字信号；v 周期信号与非周期信号；v 随机信号与确认信号 ；计算机通信与网络计算机专业教研室 信号的特性：v时间特性-时域法主要用于模拟信号的分析； v频率特性-频域法主要用于数字信号的分析。计算机通信与网络计算机专业教研室 信号的绝对带宽和有效带宽信号带宽：是指信号的频谱宽度；绝对带宽：指信号本身固有的带宽；即是：例如：+.（k为奇数 ）(2kft)波 形计算机通信与网络计算机专业教研室设备有效带宽：一个绝对带宽为的信号，在通过一个有 限带宽的传输设备、介质时，所能通过的最高频率与最低频率之差；信号有效带宽：包含绝大多数信号能量的频带宽度；设备容错能力：设备能够

4、根据所接收到的失真信号还原出信号本身的能力；计算机通信与网络计算机专业教研室 数据传输速率与通信系统带宽 例：若一个通信网带宽为4MHZ ，传输信号为方波，当 基波频率为f01 MHZ 时，试请问数据的传输速率是多少呢？ 10 tAV=2f0FAQ：是不是只要提高f0就能够提高数据的传输速率呢？ 计算机通信与网络计算机专业教研室 Sin(2kft) 1/3Sin(2(3f)t) + 包含三个频率分量返回 7计算机通信与网络计算机专业教研室3.2 数据传输与处理数据从源站到目的站的传输过程中，必须要考虑 以下几个问题：v数据的特性；v用于传输数据的实际物理手段；v在传输过程中如何保证数据的正确性

5、。 计算机通信与网络计算机专业教研室1 1、数据的特性：、数据的特性：包括两类： 模拟数据：语音数据、音频、视频数据数字数据：由0 、1 序列构成的数据（1）、语音数据：dB3000700400语音声音 电话系统：3003400Hz采样频率：8000Hz量化系数：8bit数据速率：64KbpsHz计算机通信与网络计算机专业教研室 IP电话： 比电话通信系统的语音质量差 数据速率：832Kbps 分组传输特性 受网络传输带宽影响 延时的抖动特性（2）、视频数据 PALPAL制制 NTSCNTSC制制基本属性：空间分辨率：768576 640480色彩分辨率：24bit时间分辨率：25Fbps 3

6、0Fbps计算机通信与网络计算机专业教研室数据速率： 7685762425 260MbpsCIF规范： 3522888（5-10） 4Mbps主要用于网络视频会议系统QCIF规范： 1761448（5-10） 1Mbps主要用于可视电话系统（3）、数字数据：由0、1构成的数字序列，应进行一定的编码才 能有效地进行通信。计算机通信与网络计算机专业教研室2 2、数据与信号：、数据与信号：信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式，是 通过一定的编码技术将数据转换成电编码的。（1 1）模拟）模拟模拟模拟编码编码： 调相制编码； 调幅制编码； 调频制编码；返回计算机通信与网络计算机专业教研室（2 2）、

7、数字）、数字数字数字编码： 非归零编码（NRZ，Non-Return to Zero） 曼彻斯特编码（Manchester） 差分曼彻斯特编码（Differential Manchester）针对不同的介质、不同物理信道或不同用途有不同针对不同的介质、不同物理信道或不同用途有不同 的编码方式，例如：的编码方式，例如：4B/5B4B/5B、8B/6T8B/6T等等。等等。返回计算机通信与网络计算机专业教研室01101NRZManchesterDifferentialManchester计算机通信与网络计算机专业教研室（3 3）、模拟）、模拟数字数字 编码： 脉冲振幅调制(PAM)； 脉冲编码调制

8、(PCM) ；（4 4）、数字）、数字模拟模拟 编码： 幅移键控(ASK)； 相移键控(PSK) ； 频移键控(FSK) ； 正交调幅(QAM)；返回返回计算机通信与网络计算机专业教研室3 3、传输方式：、传输方式：Analog Data Analog SignalDigital Data Digital Signal可以有四种数据传输形式，也就形成了四类传输系统。计算机通信与网络计算机专业教研室基带传输：信号未经频率变换直接在信道上进行传输。即：数据与信号占用相同相同的频谱宽度。宽带传输：对信号进行频率变换后才送上信道进行传输 。即：数据与信号占用不同不同的频谱宽度。（1）、模拟数据以模拟信

9、号方式传输例如：目前的广播、电视通信系统。Audio数据 直接以Audio信号传输调制编码后传输：调制方式计算机通信与网络计算机专业教研室（2）、模拟数据以数字信号方式传输例如：声 卡 模拟语音PCM数字数据数字信号视频卡 模拟视频采集编码数字化数字信号Analog Data Digital DataDigital Data Digital Signal（3）、数字数据以模拟信号方式传输编码方式PCMODEMPCMODEMPSTN编码方式计算机通信与网络计算机专业教研室（4）、数字数据以数字信号方式传输编码转换成比特流即可。编码方式* 远程传输：模拟信号： 放大器(Amplifier)数字信号

10、： 中继器（Repeater）计算机通信与网络计算机专业教研室4 4、传输损耗：、传输损耗：主要有三种：衰减、延迟失真和噪声衰减、延迟失真和噪声。 （1）、衰减：指信号强度随传输距离的增加而减弱。任何传输介质都存在衰减问题 。S/NS/N下降下降。规则介质： 线性；（双绞线，同轴电缆，光纤 ）不规则介质：非线性；（空气）解决办法：模拟信号放大器；数字信号中继器；计算机通信与网络计算机专业教研室（2）、延迟失真：因不同频率的信号在同一介质中传输速率的不同而引起的。 HzmsHz对模拟信号：可以不考虑；对数字信号：码间干扰；延迟均衡器ms计算机通信与网络计算机专业教研室（3）、噪声：凡引入的无用信

11、号，均称为噪声。主要有热噪声、交调噪声、串扰、脉冲噪声热噪声、交调噪声、串扰、脉冲噪声四种 ：热噪声：传输设备、介质中的电子做布朗运动所产生的噪声。 任何绝对零度以上的系统都有热噪声；热噪声是均匀分布的；难以被克服；热噪声的功率密度：NoNoKTKT（w/Hzw/Hz）；T：Kelvin温度 ；K:Boltzmanns=1.38031023 J/K在WHz带宽内（不考虑信号频率f）：N NKTW KTW ；（上限 ） 计算机通信与网络计算机专业教研室 交调噪声：多个不同频率的信号共存于同一介质或信道时信号之间相互调制所产生的噪声 ；f1、f2、f3f1 f2f1 f2f1 f2如果f3相互影响

12、 串扰：信号之间的有害耦合；双绞线：计算机通信与网络计算机专业教研室 脉冲噪声；来源：雷电、电磁干扰、设计上的不合理；特点：持续时间短、幅度大且不连续；对模拟信号影响较小；对数字信号影响较大；0.01s模拟如果：数字信号速率：64Kbps则有：640bit错误计算机通信与网络计算机专业教研室3.3 3.3 信道及其容量信道及其容量1、信道：由传输设备和传输介质一起所构成的信号 传输通道。（1）、信号传输的方向与时间 ：单工；半双工；双工；（2）、信号类型 ：模拟信道；数字信道；（3）、介质类型 ：有线信道；无线信道；（4）、使用方法 ：专用信道；公共信道；计算机通信与网络计算机专业教研室2、信

13、噪比（Signal/Noise）：在通信信道上某点信号与噪声的功率比。S/NS/N10101010（Ps/Ps/PnPn）(dB)(dB)3、信道容量：在给定条件下（带宽、S/N、差错率、可靠性、可用性），信道的最大数据传输速率。注意：通常所说的网络带宽为注意：通常所说的网络带宽为2M2M，实际指的是容量实际指的是容量。计算机通信与网络计算机专业教研室4、数字信道的信道容量（1）、码元的传输速率：单位时间内传递的码元个数.波特率（Band） （2）、数据传输速率：单位时间内传递的比特的个数。比特率（bps或bit/s）两者关系： R Rb bR RB Bloglog2 2L L计算机通信与网络

14、计算机专业教研室计算机通信与网络计算机专业教研室（3）、奈奎斯特（Nyquist）准则 ：在带宽为B的信道中，能够传输的最大波特率为2B, 因此，无噪声的数字信道的容量为：C C2Blog2Blog2 2L L例：一数字信道的带宽为：5MHz，若传输二进制编 码的数字信号，则：信道的最大数据传输速率是多 少？C = 25MHzlogC = 25MHzlog2 22 = 10Mbps2 = 10Mbps5、模拟信道的信道容量香农（香农（ShannonShannon）定理定理 :在带宽为B，且只有白噪声存 在的模拟信道中，其最大的数据传输速率为：C C2Blog22Blog2（1 1S/NS/N）

15、（S/N：是指功率比）例：基于MODEM的电话通信网络，电话语音频谱：300 3400HZ，典型的信噪比：30dB，求最大数据速率是多少？理论值理论值计算机通信与网络计算机专业教研室6、功率利用率与频带利用率（1）、功率利用率：功率利用率：在误码率一定的情况下，传输每一 比特数据所需的最小信号平均功率。S/N下降平均功率下降功率利用率上升；（2）、频带利用率：频带利用率：在单位带宽内，所允许传输的最大数据速度。B一定C增大频带利用率上升；（3）、互换原则：互换原则：计算机通信与网络计算机专业教研室B一定C频带利用率S/N功率利用率L编码复杂功率利用率卫星通信：注重功率利用率；地面微波通信：注重频带利用率 ；C2Blog2（1S/N）C2Blog2L计算机通信与网络计算机专业教研室3.43.4、传输介质、传输介质1、传输介质的特性：网络带宽：传输介质所能承受的网络带宽物理特性：对传输介质物理结构的描述传输特征：包括频率特性和适用范围等。传输损耗：传输介质中传输过程中的损耗。连通特性：允许点-点或多点连接。地理范围：传输介质的最大传输距离。抗干扰性：防止噪声与电磁干扰对数据传输影响的能力 。相对价格：包括器件、安装与维护