物理层及数据通信基础

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1、Chapter2物理层及数据通信基础数据处理系统+数据传输系统=数据通信系统2.1数据通信系统简介（1）2.1.1通信系统模型说明：信源：信息源，有模拟信号、数字信号信宿：信息的接收点变换：调制解调、多路复用、数据编码信道：信号的传输介质及有关的传输设备。噪声：信道中的噪声及分散在通信系统其它各处的噪声的集中表示信源信宿变换变换噪声信道2.1数据通信系统简介（2）2.1.2数据通信过程一般分为五个阶段：阶段一：数据通信线路的建立（建立物理连接）阶段二：建立数据传输链路（建立逻辑连接）阶段三：传送数据和控制信息阶段四：结束数据链路的连接（断开逻辑连

2、接）阶段五：断开通信线路（断开物理连接）说明：并非所有通信过程都需要这五个阶段。如租用专用线的通信方式。2.1数据通信系统简介（3）2.1.3数据通信方式1按连接方式划分(1)点—点连接方式(2)多点连接方式(3)环形连接方式计算机M计算机M计算机MMTMTMT2按信息传送方向划分(1)单工通信方式信息只能单向传输，监视信号可回送。(2)半双工通信方式信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输。AB数据监视信号AB数据监视信号(3)全双工通信方式信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。AB数据监视信号3按交换方式划分交换：在多结点通信网络中，为

3、有效利用通信设备和线路，　　　　一般希望动态地设定通信双方间的线路。动态地接通　　　　　或断开通信线路的过程，称为“交换”。主要的交换方式分为：电路交换报文交换存储转发方式分组交换（包交换）存储转发方式混合交换（1）电路交换（circuitswitching）原理：直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。特点：在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路；建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短；（2）报文交换（messageswitching）原理：信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发。特点：(1)线路利用率高；(2)要求中间结点（

4、网络通信设备）缓冲大；(3)延迟时间长。(3)分组交换（packetswitching）原理：信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。特点：(1)延迟短，线路利用率高；(2)结点存储器利用率高；(3)易于重传，可靠性高；(4)易于开始新的传输，让紧急信息优先通过；(5)额外信息增加。分组交换分为：数据报（datagram）和虚电路（virtualcircuit）2.2数据通信原理和技术介绍（1）2.2.1数据通信的理论基础傅立叶分析任何一个周期为T

5、的有理周期性函数g(t)可分解为若干项（可能无限多项）正弦与余弦函数之和：g(t)=c++其中：f=1/T基本频率an,bnn次谐波项的正弦和余弦振幅值an=bn=c=是直流分量讨论：*一个周期信号可以分解成无穷多个不同频率的正、余弦分量*反过来，当一个二进制序列脉冲通过信道传输，如果信道的带宽足够宽，则大量的频率成分能够通过，接收端的信号失真就小。如图所示：2.2数据通信原理和技术介绍（2）2.2.2常用参数指标1.数据传输率波特率：每秒钟信号电平变化的次数，也称调制速率。单位为波特（Baud）比特率：每秒钟传送的二进制位数。单位为比特/秒记为

6、：bit/s或bps波特率（baud）和比特率（bit）的关系：Rb=RBlog2L其中：Rb—比特率；RB—波特率；L：多进制电平数，一般为L=2N例如：一个传输系统采用四进制码元表示信号，即有四个电平，L=4，则Rb=2*RB。若波特率为1200波特，则比特率为2400bps。2.误码率二进制码元在传输系统中被传错的概率。设：传输的二进制码元总数为N，传错的码元数为Ne，则误码率为：Pe=Ne/N误码率是衡量系统可靠性的指标。3.带宽带宽：信道所能传输信号的频率范围。带宽由传输介质的电气特性及信道上传输设备与电路的频率特性综合决定。4.信道容

7、量信道容量：信道所能达到的最大传输能力。单位：bit/s。(1)对无噪声有限带宽信道奈奎斯特（H.Nyquist）公式：C=2Hlog2L(bps)式中H：信道带宽；L：某时刻信号可能取的电平数例：某信道带宽为4KHz，数字信号可取0,1,2,3四种电平之一。则：C=2*4*log24=16Kbps(2)对有噪声有限带宽信道香农（C.Shannon）公式：C=Hlog2(1+S/N)(bps)式中H：信道带宽；Ｓ：信号功率；Ｎ：噪声功率例：某信道带宽为3000Hz，信噪比20dB，求此信道的最大传输速率。解：信噪比20dB，即：10lgS/N=2

8、0dB∴S/N=100则：C=3000*log2(1+100)≈19980(bps)≈20Kbps说明：(1)电话系统的典型信噪比一般能