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1、,模块6 数据通信信号处理,任务1：数据通信概述,任务2：数据通信的信号表示,任务3：数据编码技术,数据通信完成计算设计与终端之间的通信。那么数据通信的概念如何？特点是什么？数据通信的主要性能指标又是什么？这是我们认识数据通信网络要掌握的最基本的内容。,数据通信的底层是信号的传输。那么信号是什么，与消息与信息的区别是什么？信号是如何分类的？数据通信过程中带宽的要求是什么？网速为什么没有我们想的快？,不管是模拟数据还是数字数据都要转换成信号，那么模拟数据是如何转换成数据信号的？数字数据是如何转换成数据信号的？数字数据是如何转换成模拟信号的？这是我们认识数据编码技术要掌握的内容.,模块6 数据通信
2、信号处理,数据通信的任务就是利用通信介质传输信息。那采用什么样技术来实现数据传输。这是我们认识数据传输模式要掌握的内容。,在数字信号传输中，由于信道不理想以及加性噪声的影响，被传输的信号码元波形会变坏，造成接收端错误判决。为了尽量减小数字通信中信息码元的差错概率，应合理设计信道编码，又称为差错控制编码。那么差错控制的方式是什么，基本原理是什么？典型的差错控制编码有几种？这是我们认识数据通信差错控制要掌握的内容。,模块6 数据通信信号处理,任务1 数据通信概述,1.1 数据的概念,1.2 数据通信的概念,1.3 数据通信的主要性能指标,1.4 数据通信的主要性能指标,1.1 数据的概念,数据是指
3、用来描述客观事物的数字、字母和符号以及所有能输入计算机并被程序加工处理的符号集合。 模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。 数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、 音频与视频数据。,1.2 数据通信的概念,所谓数据通信就是数据通信是依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息的一种通信方式和通信业务，它可实现计算机和计算机、计算机和终端以及终端与终端之间的数据信息传递。,数据传输系统模型,1.2 数据通信的
4、概念,数据通信和数字通信有概念上的区别，数据通信是一种通信方式，而数字通信则是一种通信技术体制。电信系统中，电信号的传输 和交换既可采用模拟技术体制，也可采用数字技术体制。对于数据通信，既可采用模拟通信技术体制，也可采用数字通信技术体制。,抗干扰能力强，无噪声积累,1.3 数据通信的特点,便于加密处理,1.3 数据通信的特点,抗干扰能力强，无噪声积累,1.3 数据通信的特点,利于采用时分复用实现多路通信,1.3 数据通信的特点,异步时分多路复用原理图,设备便于集成化、小型化,1.3 数据通信的特点,占用频带宽：一路数字电话频带一般为64kHz，而一路模拟电话所占频带仅为4kHz，前者是后者的1
5、6倍。,1.3 数据通信的特点,数据传输速率： 比特率S：数据的传输速率，指在有效带宽上，单位时间内传输的二进制代码位（比特）数，单位是“位/秒”，记作bit/s。常用的数据传输速率单位有kbit/s、Mbit/s、Gbit/s与Tbit/s。其中1kbit/s= 1103 bit/s；1Mbit/s= 1106bit/s；1Gbit/s= 1109bit/s；1Tbit/s= 11012bit/s。,1.4 数据通信的主要性能指标,数据传输速率： 波特率B：调制速率，又称码元速率，是数字信号经过调制后的传输速率。波特率指在有效带宽上，单位时间内传送的波形单元（码元）数，即模拟信号在传输过程中
6、，从调制解调器输出的调制信号每秒钟载波调制改变的次数。,1.4 数据通信的主要性能指标,B= 1/T(Baud),波特率与比特率的数量关系：,信道、信道容量、信道带宽 信道：信道是传送信号的通路，由传输介质和相关线路设备组成。一条传输线路上可以有多个信道。 信道容量：表示一个信道的最大数据传输速率，单位为位/秒，记作bit/s。 信道带宽：指信道上能够传送信号的最高频率与最低频率之差，单位为赫兹（Hz）。,1.4 数据通信的主要性能指标,误码率Pe 误码率是衡量数据通信系统在正常情况下传输可靠性的指标。误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的概率，又称“出错率”。,1.4 数据通信的主要性能指
7、标,吞吐量 吞吐量是信道或网络性能的另一个参数，数值上等于信道或网络在单位时间内传输的总信息量，单位也是bit/s。,1.4 数据通信的主要性能指标,港口吞吐量,扩充：,在xDSL系统中，我们使用的传输介质是仅有几兆带宽的双绞线，而上面要传送几兆、十几兆甚至几十兆带宽的数据，如此高的速率能保证在几兆带宽的双绞线上可靠传输吗？或者说从另一个角度说，在给定通频带宽(Hz)的物理信道上，到底可以有多高的数据速率(b/S)来可靠传送信息？,香农公式,1948年，在通信的数学原理一文中，香农博士提出了著名的香农定理，为人们今天通信的发展垫定了坚实的理论基础。 香农定理指出，在噪声与信号独立的高斯白噪信道
8、中，假设信号的功率为S，噪声功率为N，信道通频带宽为W(Hz)，则该信道的信道容量C有 这就是香农信道容量公式。从上式中我们可以看出，在特定带宽（W）和特定信噪比(S/N)的信道中传送信息的速率是一定的。,生于美国密歇根州，1936年毕业于密歇根大学并获得数学和电子工程学士学位，1940年获得麻省理工学院（MIT）数学博士学位和电子工程硕士学位。1941年他加入贝尔实验室数学部，并一直工作到1972年。在此期间，1956年他成为麻省理工学院（MIT）客座教授，并于1958年成为终生教授。香农于2001年2月24日去世。据传，香农与大发明家爱迪生有远亲关系。香农的大部分时间是在贝尔实验室和MIT
9、(麻省理工学院）度过的。1948年至1949年间，他先后发表了通讯的数学原理和噪声下的通信，文章阐明了通信的基本问题，给出了通信系统的模型，提出了信息量的数学表达式，并解决了信道容量、信源统计特性、信源编码、信道编码等一系列基本技术问题。这两篇论文被视为信息论奠基之作。香农也因此一鸣惊人，被誉为“信息论之父”。,信道容量和带宽的关系,任务二 数据通信的信号表示,2.2 模拟信号与数据信号,2.3 数据通信的带宽要求,2.4 网速的概念及换算,2.1 消息、信息与信号,2.1消息、信息与信号,消息（Message）是表达客观物质运动和主观思维活动的状态的载体，如文字、语言、图像等，具有 “不确定
10、”性。 信息（Information）是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识，数据经过加工处理（说明或解释）后得到的。 信号（Signal）是数据的具体物理表示，具有确定的物理描述，如电压、磁场强度等。信号也有模拟信号和数字信号两种形式：随时间连续变化的信号为模拟信号；随时间离散变化的信号是数字信号。在通信系统中我们常常使用有电信号、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号。,信息、数据、信号关系,2.2 模拟信号与数据信号,2.3 数据通信的带宽要求,模拟带宽：模拟通信中的信号带宽指的是信号频率的范围，它的大小等于最高频率与最低频率之差，单位为“赫兹（Hz）”， 300Hz34
11、00Hz为语音通信频带，25KHz1.1MHz为ADSL频带。,2.3 数据通信的带宽要求,数字带宽：数字通信中，线路带宽又指通信介质的线路传输速率，也就是传输介质每秒所能传输的数据量，用来描述在一个给定的时间内有多少信息从一个地方传输到另一个地方。,2.3 数据通信的带宽要求,介质带宽：介质所能传输的信号频率范围,在计算机科学中，bit是表示信息的最小单位，叫做二进制位；一般用0和1表示。Byte叫做字节，由8个位（8bit）组成一个字节(1Byte)，用于表示计算机中的一个字符。bit与Byte之间可以进行换算，其换算关系为：1Byte=8bit（或简写为：1B=8b）；在实际应用中一般用
12、简称，即1bit简写为1b(注意是小写英文字母b)，1Byte简写为1B（注意是大写英文字母B）。 在计算机网络或者是网络运营商中，一般，宽带速率的单位用bps(或b/s)表示；bps表示比特每秒即表示每秒钟传输多少位信息，是bit per second的缩写。在实际所说的1M带宽的意思是1Mbps（是兆比特每秒Mbps不是兆字节每秒MBps）,2.4 网速的概念及换算,案例分析,案例： 某用户反映，为什么我的网速和我办的带宽不一样？ 我办的是4M 的宽带,可为什么我测试却只有2百多K的网速啊? 是不是电信骗了我？没有给我开4M哟 ? 案例分析：尊敬的用户，这只是误会。这可能有几个你不理解的原
13、因：第一，实际网速单位是Mb/s，不是MB/s，而你所说的2百多K，其实际是指2百多KB/s（即2百多千字节每秒）不是2百多Kb/s（即2百多千比特每秒），通常情况下都是说简称如250KB/s或250Kb/s说成250K。第二，宽带4Mb/s=512KB/s并且这只是技术上的最大理论值，而不是所达到的实际值，一般正常情况下技术上的最大理论值为4Mb/s的宽带实际值可以达200KB/s至440KB/s。因为宽带速率要受到很多因素（比如用户计算机性能、资源使用情况、网络高峰期、网站服务能力、信号衰耗、线路衰耗、距离远近等）的影响，所以导至实际值与技术上的最大理论值有偏差。第三，网络运营商提供的宽带
14、速率单位中，“bps“是指“bit per second“。而实际速度所指的bps是指“Byte per second“。所以要经过换算，而1Byte=8bit，在计算网速的上行速度或下行速度，都必须将数值除以8即把bit转化为Byte。例如：下行速度（即下载速度）为1Mb/s，其换算成等价值就是128KBps ；换算方法:1Mbps=1024/8（KBps）=128KBps即128KByte/s 。,任务三 数据编码技术,3.1 模拟信息的数字编码,3.2 数字数据的数字编码,3.3 数字信息的模拟编码,3.1 模拟信息的数字编码,脉冲编码调制(PCM,Pulse Code Modulati
15、on）将模拟信号经过抽样、量化、编码三个处理步骤变成数字信号的A/D转换方式。,PCM通信的简单模型,（1）抽样,（2） 量化,（3）编码,3.2 数字数据的数字编码,数字数据的数字信号编码，就是要解决数字数据的数字信号表示问题，即通过对数字信号进行编码来表示数据。 单、双极性的归零码和非归零码,3.2 数字数据的数字编码,曼彻斯特编码,3.2 数字数据的数字编码,交替双极性反转码AMI：消息代码中的0 传输码中的0 ，消息代码中的1 传输码中的+1、-1交替。,3.2 数字数据的数字编码,三阶高密度码HDB3,3.3 数字信息的模拟编码,幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PS
16、K),数据的编码总结,任务四 数据的传输模式,4.1 单工、半双工和全双工传输,4.2 串行传输和并行传输,4.3 同步传输和异步传输,4.4 基带传输和频带传输,4.1 单工、半双工和全双工传输,单工:只允许传输的信息始终向一个方向流动。,4.1 单工、半双工和全双工传输,半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行，例如，对讲机。,4.1 单工、半双工和全双工传输,全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输，比如，电话通话。全双工通信需要两条信道，一条用来接收信息，一条用来发送信息，因此其通信效率很高。,4.2 串行传输和并行传输,并行传输,串行传输,4.3 同步传输和异步传输,同步：为了避免收发“失步”，使整个通信系统可靠地工作，需要采取一定的措施。我们将这种统一收发两端动作、保持收
