清华大学计算机网络ch3(new)

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1、第三章数据通信的基本原理主要内容3.1数据通信的理论基础3.1.1傅立叶分析3.1.2有限带宽信号3.1.3信道的最大数据传输速率3.2数据通信技术3.2.1数据通信系统的基本结构3.2.2数据编码技术3.2.3多路复用技术3.2.4通信线路的通信方式3.3通信交换技术3.3.1电路交换3.3.2报文交换3.3.3分组交换3.3.4交换结构3.1数据通信的理论基础(1)主要内容：信号在通信信道上传输时的数学表示及其所受到的限制。3.1.1傅立叶分析任何一个周期为T的有理周期性函数g(t)可分解为若干项（可能无限多项）正弦和余弦函数之和：g(t)=c++

2、f=1/T基本频率an,bnn次谐波项的正弦和余弦振幅值3.1数据通信的理论基础(２)已知g(t)，求c,an,bn1)将等式两边从０到Ｔ积分可得cc=2)用sin(2kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，可得anan=3)用cos(2kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，可得bnbn=3.1数据通信的理论基础(3)3.1.2有限带宽信号(BandwidthLimitedSignals)对于二进制编码０１１０００１０，其输出电压波形为：g(t)=3.1数据通信的理论基础(4)其傅立叶分析的系数为：an=[cos(n/4)-cos(3n/4)+cos(6

3、n/4)-cos(7n/4)]bn=[sin(3n/4)-sin(n/4)+sin(7n/4)-sin(6n/4)]c=3/8Fig.2-1信号在信道上传输时的特性：对不同傅立叶分量的衰减不同，因此引起输出失真；信道有截止频率fc,0~fc的振幅不衰减，fc以上的振幅衰减厉害，这主要由信道的物理特性决定，0~fc称为信道的有效带宽；实际使用时，可以接入滤波器，限制用户的带宽；通过信道的谐波次数越多，信号越逼真。3.1数据通信的理论基础(5)波特率（baud）和比特率（bit）的关系：波特率：信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。比特率：每秒钟传送

4、的二进制位数。波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系。例：每个信号值可表示３位，则比特率是波特率的３倍；每个信号值可表示１位，则比特率和波特率相同。对于比特率为Ｂbps的信道，发送８位所需的时间为8/B秒，若８位为一个周期Ｔ，则一次谐波的频率是：f1=B/8Hz能通过信道的最高次谐波数目为：N=fc/f13.1数据通信的理论基础(6)音频线路的截止频率为3000HzN=fc/f1=3000/(B/8)=24000/BFig.2-2结论：即使对于完善的信道，有限的带宽限制了数据的传输速率。3.1数据通信的理论基础(7)3.1.3信道的最大数据传输速率

5、1924年，奈魁斯特（H.Nyquist）推导出无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式：最大数据传输率=2Hlog2V(bps)任意信号通过一个带宽为Ｈ的低通滤波器，则每秒采样２Ｈ次就能完整地重现该信号，信号电平分为Ｖ级。1948年，香农（C.Shannon）把奈魁斯特的工作扩大到信道受到随机（热）噪声干扰的情况。热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。Ｓ：信号功率，Ｎ：噪声功率10log10S/N单位：分贝（db）3.1数据通信的理论基础(8)香农的主要结论是：带宽为H赫兹，信噪比为S/N的任意信道的最大数据传输率为最大数据传输率=Hl

6、og2(1+S/N)(bps)电话系统的典型信噪比为30db;此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；与信号电平级数、采样速度无关；此式仅是上限，难以达到。3.2数据通信技术(1)主要内容：数据在通信信道上的各种传输方式及其所采用的技术。3.2.1数据通信系统的基本结构基本结构数据传输计算机信号变换器计算机信号变换器信道差错控制3.2数据通信技术(2)数据：传递某种含义的实体。信号发送：沿着某种介质传播信号的技术。数据传输：通过传输和处理信号而进行的数据通信。数据表示和传输方式数据表示数据：模拟数据(AnalogData)连续值数字数据(DigitalDa

7、ta)离散值数据传输方式信号：模拟信号(AnalogSignals)数字信号(DigitalSignals)信号发送方式：模拟信号发送（模拟信道）数字信号发送（数字信道）3.2数据通信技术(3)模拟信号发送：模拟数据（声音）模拟信号数字数据（二进制脉冲）模拟信号数字信号发送：模拟数据数字信号数字数据（二进制脉冲）数字信号数字信号发送的优点是：价格便宜，对噪声不敏感；缺点是：易受衰减，频率越高，衰减越厉害。电话系统调制解调器MODEM编码解码器CODEC数字编码解码器3.2数据通信技术(4)3.2.2数据编码技术研究数据在信号传输过程中如何进行编码（变换）数

8、字数据的数字传输（基带传输）基带：基本频带，指传输变换前所占用的频