第2章 物理层与数据通信基础

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1、第2章物理层与数据通信基础知识要点：·基本概念：模拟、数字，数据、信号，数据通信模型，噪声。编码，调制/解调，MODEM。信号传输速率，数据传输速率，信噪比，香农定理。衰减，失真，噪声，干扰，差错及其与传输距离和传输速率的关系。模拟传输系统与数字传输系统。全双工与半双工，基带传输与宽带传输，点到点连接与多点连接。·传输介质：有线介质——双绞线、同轴电缆、光纤。无线介质——微波、卫星、蜂窝无线通信。·信道复用技术：FDMA，TDMA，WDMA，CDMA。·数据交换技术：电路交换，报文交换，报文分组

2、交换。·同步技术：比特同步，幀同步。·差错与差错纠正：前向纠错与纠错码，自动重发纠错与检错码，CRC。·物理层标准举例：EIARS-232，EIARS-449，X.21。2．1数据通信的基本概念1、信息、数据、信号、通信及数据处理通信系统基本组成数据是信息的形式表示。在计算机科学中，数据是信息的编码。信号是数据的电子或电磁编码。通信是将数据从源方传输到目的方，传输则是对信号的传送。通信系统一般组成模型方框图通过模拟信道进行数据通信的模型模拟数据：幅值连续变化且可取无限多中间值的数据。如语音、图象

3、等。数字数据：幅值离散变化且不可取无限多中间值的数据。如整数、二进制数据等。模拟信号：幅度随时间连续变化的电磁信号。如正弦交流信号。数字信号：幅度随时间离散变化且固定的电磁信号。如矩形脉冲信号。2、信号的频域与传输特性信号频谱：将信号分解成多个正弦交流信号分量时，相关正弦交流信号之间的幅度、频率、相位关系。信号的绝对频带：信号频谱中最高频率成份与最低频率成份之差。信号的有效频带：为满足信号还原需求而需要传输的信号频谱的最高频率成份与最低频率成份之差。衰减：由于介质对信号的阻碍效应，使信号的幅度随

4、着传输距离延长而不断减小的现象。中继与放大：为克服信号在传输过程中的衰减，增加信号传输距离，在通信线路中往往需要设置将信号增强或还原的设备，在模拟通信中使用放大器，在数字通信中使用中继器。噪声：有效信号在传输过程中出现的来自介质或外部的其它信号。信噪比：衡量热噪声对信号的干扰程度，其值=10ln(S/N)dB(分贝)干扰：噪声信号与有效信号相互叠加的现象。失真：由于介质存在分布电感、电容，使得信号中不同频率成分的传输衰减与传输速率不同，导致信号波形发生畸变。差错：由于衰减、干扰与失真的影响，使得

5、信号接收方收到的信号与发送方发送的信号不一致的现象。差错与传输距离和传输速率的关系：差错概率正比于传输距离和传输速率。3、数据的表示与传输（四种组合）●用模拟信号表示与传输模拟数据：将模拟数据用占有一定频带的模拟信号来表示和传输，可使用信号转换器（或加调制解调器）实现。如语音通过电话系统的传输：将声音转换成频率范围为20Hz-20KHz的音频电信号；因其主要能量集中在300Hz-3400Hz的范围，故截取该范围的信号放入模拟信道传输。●用模拟信号表示与传输数字数据：将数字数据调制到某一频率的模拟

6、电磁信号上，形成已调模拟信号后予以传输，使用调制/解制技术实现。●用数字信号表示与传输模拟数据：通过CODEC（编码解码器）将模拟信号经采样-量化-编码成数字信号后，再放入数字信道传输。如图像、语音的数字传输。●用数字信号表示与传输数字数据：使用数字收发器将数字数据编码、变换成适合传输的数字信号后，再放入数字信道传输。模拟传输与数字传输：用模拟信道传输信号。用数字信道传输信号。模拟通信与数字通信：完全采用模拟通信技术传输模拟数据。采用数字化技术传输模拟和数字数据。模拟传输与数字传输的主要比较模拟

7、信号传输与信号内容无关，所携带的可以是模拟数据，也可以是数字数据（通过MODEM调制的）；信号在传输过程中的衰减和干扰不会影响信号内容的完整性；其传输距离较远，成本较低；但由于只能使用放大器来增加传输距离，其干扰和失真将不断累积，因此传输质量较差。数字信号传输与内容相关，信号传输过程中的衰减和干扰会影响信号内容的完整性；其传输距离较短，信号易衰减和失真，成本较高；但由于其使用中继器增加传输距离，干扰和失真不累积、易消除，传输质量较高。4、信道和信道基本参数信道：信号的传输通道，包括传输介质和控制

8、信号传输的机制。适合传输模拟信号的信道称为模拟信道，适合传输数字信号的信道称为数字信道。反映信道特性的基本参数有：信道带宽W：信道中允许有效通过的正弦交流信号的频率范围。当频率从零到无穷连续变化的等幅正弦交流信号通过信道时，信道对不同频率的信号将产生不同的衰减，对应信号功率衰减到一半（信号幅度相应衰减到最大值的0.707倍）有一个高频率点和一个低频率点，二者之差即该信道的带宽。低通信道：信道带宽的下限=0带通信道：信道带宽的下限>0码元速率：信号每变化一次对应一个码元。单位时间内信号变化的次数称