第2章 数据通信基础知识

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1、第2章数据通信基础知识2学习目标学习目标1.信号分类：模拟信号和数字信号2.通信分类：模拟通信和数字通信3.数据传输率及其表示4.多路复用技术：频分、时分、波分5.数据交换技术：电路、报文、分组6.调制解调器:（modem）3本讲主要内容本讲主要内容基本概念基本概念数据通信理论数据通信理论多路复用多路复用数据交换技术数据交换技术传输介质传输介质调制解调器调制解调器4基本通信理论基本通信理论信号：携带信息的传输介质。信号：携带信息的传输介质。信道信道：传输信息的通道，分为物理信道和逻辑通道。数据在信道中是以电信号的形式传送的，电信号分为模拟信号和数字信号两种。模拟信号模拟信号是连续变化的电压或电

2、流波形,如语音。数字信号数字信号是离散的，在幅值上经过量化的一系列表示数字“0”或“1”的电脉冲（码元）。数字信号与模拟信号传输相比，其传输的质量高，是今后数字信号与模拟信号传输相比，其传输的质量高，是今后数据通信的发展方向，通过调制解调器两者可以相互转化。数据通信的发展方向，通过调制解调器两者可以相互转化。l码元：信号的编码单元简称码元。当码元长度为一个字节时，码元是对传输的每一位的统称，常称作位或比特。l数据：模拟数据和数字数据。l模拟数据：在时间和幅度取值上都是连续的，其电平随时间连续变化。如语音等。l数字数据：时间上是离散的，幅值是经过量化的，是由0,1的二进制代码组成的数字序列。l调

3、制：将数字信号转化为模拟信号的过程；l解调：将模拟信号还原为数字信号的过程；l调制解调器：完成上述调制和解调工作的设备。5数据通信系统的模型数据通信系统的模型完整的数据通信系统，分为以下几个部分：数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器等。通信信号：分为模拟信号和数字信号。模拟信号：语音或计算机数字数据为模拟信号。数据通信分为模拟数据通信和数字数据通信两种。模拟数据通信：用于传输模拟数据或数字数据对应的模拟信号；数字数据通信：直接利用数字传输技术在数字设备间传输数字数据或模拟数据对应的数字信号。如计算机与其外设间，计算机网络间，以及北美欧洲和我过的电话系统都是数字数据通信。6接收器信源终

4、端设备发送器通信信通信信道道信宿终端设备7数据通信中的几个主要指标数据通信中的几个主要指标1.1.带宽带宽信号占据的频率范围(Hz)，称为信号的带宽。 信道带宽是指在该通信线路上能不失真地传送信号的频率范围。2.2.信号传输速率信号传输速率信号速率：单位时间里传送信号波形的个数，单位为波特（baud） 。注意：带宽为注意：带宽为B B的信道，要输出数字信号，其采的信道，要输出数字信号，其采样速度最高为样速度最高为2B2B即可（高于此则无意义）。即可（高于此则无意义）。8数据通信中的几个主要指标数据通信中的几个主要指标3.3.数据传输率数据传输率 数据传输率：比特率，单位时间里传送二进制数据传输

5、率：比特率，单位时间里传送二进制数据的位数，单位数据的位数，单位b/sb/s、Kb/sKb/s、Mb/sMb/s，简写为，简写为bpsbps、KbpsKbps、MbpsMbps。数据传输率和信号传输速率的关系：数据传输率和信号传输速率的关系： S=2BlogS=2Blog2 2N NS :S :数据传输率，数据传输率， B :B :信号传输速率，信号传输速率，N :N :电平个数电平个数. .9电平变化电平变化001100011011000010100111104.4.信道容量信道容量 信道容量用来表征一个信道传输数字信号的信道容量用来表征一个信道传输数字信号的能力，它以数据传输速率作为指标，

6、即信道所能能力，它以数据传输速率作为指标，即信道所能支持的最大数据传输速率。支持的最大数据传输速率。NyquistNyquist定理指出理定理指出理想信道的容量为：想信道的容量为：Rmax=2BlogRmax=2Blog2 2N N（bpsbps） N N 最大数据率最大数据率 (C) (C) 2 6000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps16 24000 bps话音级线路的信道容话音级线路的信道容量计算量计算 (3000 Hz)数据通信中的几个主要指标数据通信中的几个主要指标11 1942年，Nyquist证明：如果一个任意信号通过带宽为B的理想低通滤波器，若每秒取样2

7、B次，就可完整地重现该滤波信号。在理想的条件下(即无噪声),有限带宽为B的信道，其最大的数据传输速率C(信道容量)为:Cmax=2Blog2N（bps） 也称奈奎斯特(Nyquist)定理或取样定理，其中N是离散性信号或电平的个数。奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)定理定理12 例1 对一个无噪声的3000Hz信道，若传送二进制信号，试问可允许的数据传输速率是多少？ 解：由于传送的二进制信号是“1”、“0”两个电平，所以N=2;又因为B=3000Hz，则信 道 容 量 ， 即 数 据 传 输 速 率 为R=2Blog2N=6000(b/s)。举例举例13例2 一个无噪声的话音带宽为4000Hz

8、，采用8相调制解调器传送二进制信号，试问信道容量是多少？解 由于8相调制解调器传送二进制信号的离散信号数为8，即N=8，则信道容量，即数据传输速率R=2Blog2N=24000log28=24k（bps）。举例举例14有噪声信道容量有噪声信道容量（ShannonShannon定理）定理）R Rmaxmax=Blog=Blog2 2(1+S/N)(1+S/N)（bpsbps） S/N S/N （信号功率信号功率/ /噪声功率噪声功率）信噪比（）信噪比（dBdB分贝）分贝）信噪比通常不用绝对值表示，而是信噪比通常不用绝对值表示，而是10log10log1010S/NS/N表示，表示，单位是分贝（单

9、位是分贝（dBdB）。）。对于对于S/NS/N1010的信道，的信道，称其称其信噪比为信噪比为10 dB10 dB；同理，同理， S/NS/N100100的信道，的信道，称其称其信噪比为信噪比为20 dB20 dB；Shannon定理定理155.5.误码率误码率 传输出错的码元数占传输总码元数的比例，传输出错的码元数占传输总码元数的比例，是衡量数据通信系统在正常工作情况下传输可靠是衡量数据通信系统在正常工作情况下传输可靠性的指标。性的指标。误码率误码率= =传错的位数传错的位数/ /传送的总位数传送的总位数Pe= Ne / NPe= Ne / N 数据通信中的几个主要指标数据通信中的几个主要指

10、标数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码调制作用：使得无线传输时高频调制信号易于辐射，便于频分多路传输，提高线路利用率。调制：用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得这些参量随基带信号变换。载波信号的3个特征：振幅，频率和相位。调制技术分为：振幅调制，频率调制，相位调制和多重调制。16l编码：将模拟数据或数字数据转换成数字信号，以便通过数字通信介质传输后，在接收端数字信号通过译码能变成原来形式。l编码分为3种形式：信源编码；信道编码和保密编码。1718调制技术调制技术19三种调制方式三种调制方式(1)幅度调制幅度调制(AM，Amplitude Modulation)：简称调幅；使载波幅度

11、随原始的模拟数据(即调制信号)的幅度变化，而载波的频率不变 (3)相位调制相位调制(PM，Phase Modulation)：简称调相；使载波相位随原始的模拟数据的幅度变化，而载波的幅度不变。 (2)频率调制频率调制( (FM，Frequency Modulation)：简称调频；使载波频率随原始的模拟数据的幅度变化，而载波的幅度不变。ASK-Amplitude-Shift Keying(幅移键控幅移键控)20模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输话音话音电话电话模拟模拟模拟数据模拟数据,模拟信号模拟信号数字数字Modem模拟模拟数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数字数字传输数字传输数字数