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1、数据通信的基本原理与技术网络的功能是依靠数据的传输来实现的,本章将介绍数据通信的基础知识,包括数据编码与传输、数据的交换技术、多路复用技术、差错控制等内容。2.1数据传输基础2.1.1数据传输系统信息:是对客观事物全部或部分特性的描述。可以是事物的形态、大小、结构、性能,还可以是相互关系等的描述。存在形式有多种,如文字、声音、图象等。数据:数字化的信息称为数据。数据是信息的载体,信息是数据的内涵。1模拟数据:具有连续值的数据称为模拟数据。如声音的强度、灯光的强度等。数字数据:其值是离散的数据称为数字数据。如成绩、名次等。信号:是数据的电
2、编码或电磁编码。模拟数据的编码是模拟信号,是连续变化的电磁波;数字数据的编码是数字信号,是一串电压脉冲序列。两种信号可以互相转换。信号可以在传输媒体(介质)上传输。如双绞线、同轴电缆、光缆等。目前构成计算机网络的计算机与终端设备都是数字式的,它们之间交换的信息均属于离2散的数字序列(例如0101101…)的形式。数据通信系统所要传输的数据信息(包括控制信息)就是这些二进制序列。而在通信线路上既可以传输模拟信号,也可以传输数字信号。数据传输系统的模型如图2.1.1所示。3两端的计算机(终端)是信息源或信息宿。编(译)码器是将计算机的并行数
3、据转换成适合线路传送的串行数据序列,或将串行数据序列转换成并行数据。有时为了适应控制规程还需要加入其他代码。信号变换器是将编(译)码器输出的编码信号转换成适合于信道传输的模拟信号,或将信道传输的模拟信号变换为待译码信号,信号变换器通常为调制解调器。2.1.2信道信道(channel):是通信中传输信息的通道,它由相应的发送信息和接受信息的设备以及传输介质组成。同一传输介质可有多个信道。4信道分类:按信号类型可分为模拟信道、数字信道;按用途分可分为专用信道(租用)和公共信道;按传输介质可分为有线信道、无线信道。1．信道带宽(band)信道
4、带宽是指信道上能传送信号的最大频率(每秒钟信号变化的周期数),单位以Hz(赫兹)表示。(注意:频率、周期、波长的关系)大家知道,电信号都是以光速传输,即3×108m／s。对于一个方波信号而言,如果其宽度为3×108m,那么每秒钟只能传输一个二进制比特。如果信号的宽度为100m,那么每秒钟能传输3×108／100=3×106个二进制比特。如果带宽为4000Hz,表示该信道最多5可以以每秒4000次的速率发送信号,见图2.1.2。又如电话信道的带宽是300Hz－3400Hz。62．信道容量(Capacity)信道容量是指单位时间内信道上所能
5、传输的最大比特数,单位用bps(或b/s)表示。噪声:干扰信号即为噪声。噪声有四种:(1)热噪声:在通信设备和介质中电子的热震动引起的噪声,也称为白色高斯噪声,其值为n0＝kT,k为玻耳兹曼常数≈1.3807×10-23焦/开,T为温度,开(开氏温标,绝对温标,0℃＝273.15开)。(2)内调制杂音:同一信道中,两个频率的信号和与第三个信号的频率相近或相同,将干扰第三个信号。(3)串扰:由电耦合产生。(4)脉冲噪声:意外的电磁干扰。7任何信道都存在噪声,因此信道带宽的增加,不能无限增加信道的容量。香农(Shannon)在1948年给出
6、了著名的香农定理,指出了信道带宽与容量之间的关系。C＝Wlog2(1+S/N)(bps)C:信道容量,W:信道带宽,S／N:信噪比,S:信号功率,N:噪声功率。(1)信噪比S/N一般用分贝dB表示,dB＝l0logl0(S/N)。若信噪比为10dB,则l0log10(S/N)＝10,S/N＝10;若信噪比为20dB,则l0log10(S/N)＝20,S/N＝102;若信噪比为30dB,则l0log10(S/N)＝30,S/N＝103;8提高信噪比能提高信道容量。(2)当噪声功率N→0时,信道容量→∝,此时每秒所能传输的最大比特数D由奈奎
7、斯特(Nyquist)定理决定。D＝2Wlog2K(bps)K为传输系统所采用的逻辑值数,如使用二值逻辑(0,1),K＝2,D＝2W。(3)在有噪声的情况下,增加信道带宽不能无限增大信道容量。当噪声为白色高斯噪声时,其噪声功率N＝Wn0(n0为单位功率密度,与温度有关)。从而使得limC＝limWlog2(1+S/(n0W))＝(S/n0)log2e＝1.44(S/n0)W→∝9(4)信道容量一定时,提高信噪比与提高带宽具有等价意义。由香农定理,我们可以推知:(1)近距离传输时,如果噪声较小,信号功率损耗低,可以采用未经调制的信号直接传
8、输。此时所传输的信息量只与信号带宽有关。(2)远距离传输时,必须提高信噪比。除了选择好的信号调制方式外,更重要的一点就是提高信号功率,例如使用中继器。(3)当信道容量一定时,如果信号频率过低,则造成信道浪费
