计算机网络与通讯_课件2010_第2章_数据通信基础.ppt

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1、第2章数据通信基础1目录2.1数据通信的基础知识2.1.0基本概念2.1.1通信系统的模型2.2信道特性2.2.1信道带宽与数据传输速率的关系2.2.2带宽与傅立叶分析2.2.3信道的最大数据速率2.2.4信道时延2.3物理传输介质2.3.1双绞线2.3.2同轴电缆2.3.3光纤2.3.4无线信道2.4数据传输方式2.5数据编码2.6数字调制技术2.7脉码调制2.8数据通信的交换方式2.9多路复用技术2.10差错控制2数据：(Data)信息：(Information)信号：(Signal)2.1数据通信的基础知识2.1.0基本概念数据是对客观事实进行描述的物理符号，是一种能够

2、传递信息的载体。信息是数据中包含的意义，或者说对数据的进一步解释，是数据按有意义的关联排列的结果。（另教材P31：香农的定义）信号是数据在传输过程中的表现形式，即信号是数据的电编码或电磁编码。模拟信号：时间和幅度的取值都是连续的，如温度、压力、流量等；数字信号：时间上离散，幅度上量化，一般是由0，1的二进制代码组成的数字序列。3信源：发出信号的电子设备变换器：将原始信号变换为适合信道传输的信号类型信道：信息的通道，用于信号传输的媒介及相关设备反变换器：将信道上的信号转换成信宿可接收的信号类型信宿：信号的接收设备2.1数据通信的基础知识2.1.1通信系统的模型现实例子（教材P1

3、）4现实生活中的通信系统公用电话网52.1.1通信系统的模型模拟信道和数字信道信号：连续变化——模拟(analog)信号离散变化——数字(digital)信号信道：模拟信道——传输模拟信号数字信道——传输数字信号数字信道公共电话网（模拟信道）数字信道通过模拟信道进行的数据通信对于长距离传输，数字信号具有优越性。（教材P38-39）6按数据在信道上的传输方向将通信方式分类：单工通信系统双工通信系统公用电话网全双工、半双工（教材P43,P56）72.2信道特性2.2.1信道带宽与数据传输速率的关系数据传输速率：通信节点每秒钟发送的bit数，单位为b/s(bps)。（教材P16）带

4、宽(bandwidth)：指的是传输介质所能够传输的信号的频率范围/最高数据传输速率，单位是Hz/bps。超出此范围信号会有较大的失真而导致信号无法正确接收。（教材P16）信道的带宽是由传输媒体的性质决定的。二者之间的关系：信道带宽越大则其上允许的最大数据传输速率越高。82.2.2带宽与傅立叶分析一个具有有限持续时间T的数字信号，可以看作为一个以此有限持续时间T为周期的周期阶梯函数F(t)。此函数可展开成傅里叶级数。这里，f=1/T,是基波频率。c是直流分量；an和bn分别是n次谐波的正弦和余弦振幅值。谐波次数越高，则其频率也越高。信道可通过的谐波越多，叠加出来的波形与原始信

5、号f(t)越近似，即失真越小，但同时谐波的频率就越高。（教材P36）9随着项的个数的增多，叠加出来的曲线更加接近于原方波。随着项的个数的增多，通过的谐波频率就越高。2.2.2带宽与傅立叶分析（续1）10若数据通信速率恒定，信道带宽越宽，意味着它可以传输更高频率的谐波信号，数据失真越小。信道带宽固定，数据速率越高，失真越大。举例：信道带宽为3kHz，数据传输速率为9600b/s，发送一个字节的数据（8bits）需要时间T：T=8/9600=0.83ms基波频率f＝1/T=1.2kHz对于3kHz的带宽，仅能通过两次谐波，数据失真很大。若数据信号传输速率为2400b/s，基波频率

6、f：基波频率f=300Hz对于3kHz的带宽，可通过10次谐波，数据失真较小。2.2.2带宽与傅立叶分析（续2）11信道的最大传输速率与信道带宽有关：信道带宽越大，则信道上的最大数据传输速率就越高。在给定的信道环境下，尽可能提高信息传输速率，是否存在上限值？两位学者对带宽和数据传输速率两者关系这个问题进行了研究，给出了两个著名结论：奈奎斯特准则香农定理2.2.3信道的最大数据速率记住两个公式奈奎斯特公式香农公式12预备概念1：两种传输率及关系数据速率（比特率）——每秒钟传输的比特数，单位为b/s。码元速率（波特率）——每秒钟传送的电信号个数（码元数，1码元可携带nbits的信

7、息量，与其编码有关），单位为“波特（Baud），简写为B。波特率与比特率的关系：C＝Blog2MC——比特率B——波特率M——信号可能取的离散值个数（码元状态数）例：如图，求波特率、比特率：B＝4/0.001=4000波特C＝8000b/s＋5＋3－3－51ms10000111电平V（教材P43-44）（教材P16，P44）13额外混进的非期望信号称为噪声。类型：热噪声：正态（高斯）白噪声由带电粒子在导电媒体中的布朗运动引起。交调噪声多个不同频率的信号共用同一传输媒体可能产生，是输入信号的频率和或差及这