ch3数据通信基础_update

1、 £SfS««7KA7fI83l1Bn 西安明建山训学敲数据通信基础 £SfS««7KA7fI83l1Bn 西安明建山训学敲术语 数据(data,information)-各种需要传输和处理的信息(文字，图像、声音、 动作等)。-有模拟数据和数字数据两种形式。信号(signals)一数据的电气或电磁表示方式-有模拟信号或数字信号两种形式。信号传送最信令(s7a/T7g)-信号沿适当媒体的物理传播。传输(transmission)-通过信号传播和处理进行数据通信的过程(不仅 仅是传送)。工国借技术人力ISUHEim 西安鹏程山训学敲模拟

2、数据和数字数据数据可以是模拟的或数字的.模拟数据：具有可连续变化的值时间、身高、体重、温度、教师上课的声音等。数字数据：具有离散值（通常用二进制数表示） 听课同学的人数，教室电灯开关的状态等。冯诺依曼型计 算机技术的发 展表明：世界 上的一切事物 都可以用0和1 两个数字“表 示A .模拟化时钟数字化时钟工国借技术人力ISUHEim 西安鹏程山训学敲模拟信号和数字信号信号可以是模拟的或数字的.模拟信号由连续可变的电压表示；光滑连续曲线。数字信号由一串特定的电压表示；瞬时跳变直方形。值值时间数字信号Analog signalSignalW定国信技术人力is训esm 西安明程山训学12数据和信号信

3、息（数据）可以表现为声音、视频图像、图片、文字 等形式。数据必须转换为电磁信号才能传输。Text, voice picture , etc. 文本、语音、图片等Digital dataText, voice picture , etc. 文本、语音、图片等Analog dataInformationdCZ £Sf3V»7RA7tB0nHn 西n明建山训学is数据与信号:模救二模菽通常可用模拟信号来表示模拟数据（转换为具有同样频 谱的电磁信号）。In this graph of a typical analog signal, the variations in amplit

4、ude and frequency convey the gradations of loudness and pitch in speech or music. Similar signals are used to transmit television pictures, but at much higher frequencies.dCZ £Sf3V»7RA7tB0nHn 西n明建山训学is数据与信号：数字一数字通常可用数字信号表示数字数据（用不同电压值分别代表 两个二进制的数字）。0.02 msecUser input at a PC is converted i

5、nto a stream of binary digits (1s and Os). In this graph of a typical digital signal, binary one is represented by D5 volts and binary zero is represented by -5 volts. The signal for each bit has a duration of 0 02 msec, giving a data rate of 50,000 bits per second (50 kbps).wC £Sfs«»

6、7ftA7ti3onHm西安明程店训学敲数据与信号：数字一模拟可以使用模拟信号表示数字数据- Modem （调制解调器）夕卜置的Modem内置的Modem £SfB«»7ftA7tB0IIHn 西安明程店训学敲数据与信号:模拟一数字可以使用数字信号表示模拟数据一 CODEC （coder-decoder,编石马角录码器），CD （光盘）AC 97 Codec你是否知道？在声卡上往往可以找到一颗或者 2颗甚至3颗4面有引脚的正方形 芯片，面积一般为051.0平方厘 米。这就是CODECo CODEC就是 多媒体数字信号编码解码器，主 要负责数字模拟信号转换和模 拟，

7、数字信号的转换。AC97全称Audio CODEC *97,是以 intel几家业界巨头制定的多媒体 声卡规范。堂bis技术人力isumm 西安明程喏训学12用模拟信号表示模拟和数字数据Analog Signals: Represent data with continuously varying electromagnetic waveTelephoneModemA Analog Signal(modulated oncarrier frequency)ruLFLDigital Data«»(binary voltage pulses)用数字信号表示模拟和数字数据Digi

8、tal Signals: Represent data with sequence of voltage pulsesLT"!Analog Signal<Digital SignalCodecru-LTLDigital Data VADigitalruLTLA Digital SignalTransceiverA sOfSSSTKATfBOnHn 西安明程山训学敲模拟传输媒体上传输的是模拟信号-可以代表模拟数据；一也可以代表数字数据（通过modern）信号传输一段距离必然会变弱（衰减）一解决方法：使用放大器。放大器级联增强了信号能量，噪声成分也会被同 样放大（失真积累）一对模拟

9、数据，可以容忍这种失真（数据仍可理解）一对数字数据，级联放大器将产生差错A sOfSSSTKATfBOnHn 西安明程山训学敲数字传输媒体上传输的是数字信号-可以代表数字数据；-也可以代表模拟数据（通过codec） 数据完整性受噪声、衰减等影响较大-解决方法：使用中继器（转发器） 中继器（转发器）工作原理-接收信号，提取位图，再生转发 使用中继器的优点-消除衰减的影响（通信质量好）-噪声不会被放大（抗干扰性强）dG £S6«»7KA7t!80nBn 西安明程启训学12模拟的和数字的数据、信号模拟数据模拟数据数字数据数字数据WvvVv放大器 调制器A/WVVv-PC

10、M 编码器JW1R-TLTLTL数字JWUUL发送器模拟信号数字信号模拟信号数字信号H £QBfB«»7KA7)B0nBn 西安明程启训学敲数据通信系统的模型数据通信系统数字比特流 模拟信号模拟信号 数字比特流正文公用电话吁咚严口正文PC机调制解调器:一/ ：调制解调器PC机发送器信源源系统输入数据发送的信号接收的信号接收器目的系统工SBfS我市人力13训日加 西n明程培训学敲数字传输的优点采用数字技术-低成本数据完整性好-低质量线路上远距离传输（失真不积累）容量利用率高-高带宽链路变得十分经济-数字技术更容易实现更高级的复用安全性和私有性好-易于加密综合性好-可

11、用同样的技术处理数字化后的模拟数据和数字数据 但通常模拟信号占用带宽比数字信号小X弟全国信我术人力ISUHHm 西安明程山训学敲信道容量给定条件下信道上的最大数据速率，单位为比特每秒(bps或b/s )四个相关概念：- 数据奉(bps或b/s)数据的传输速率，定义为单位时间内传送的比特数, 亦称“比特率”或“数据速率”一带宽(Hz)发送器和传输媒体特性限制下的信道带宽- 噪声信道上的平均噪声电平- 误码率差错(0-1,1-0)发生率弟全国信我术人力国洲日皿 西安明程山训学敲一奈奎斯特带宽Nyquist Bandwidth用于估算无噪声数字信道的信道容量(最大数据率) 当信道上传送的数据率大于信

12、道容量时，将因严重失 真而失效。奈奎斯特(H.Nyquist)公式C = 2Bog2M- C-信道容量(bps)- B-信道带宽(Hz)- M-数字信号电平数讨论： 如果信号传输速率是2B,则频率不超过B的信号能够按此数据率传送; 假设带宽为B,则最大信号传输速率是2B; 对二进制信号，BHz能承载的数据率是28bps； 如果使用M个信号电平，可提高数据率。A呈国后患技术人力IS洲日加 西安鹏程店训学鼓奈氏(Nyquist)准则理想低通信道的最高码元传输速率=2IV Baud IV是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)， 能通过r IV (Hz)不能通过频率(Hz)每赫带宽的理想低通信道的最高

13、码元传输速率 是每秒2个码元。 Baud是波特，是码元传输速率的单位，1波 特为每秒传送1个码元。A呈国后患技术人力国洲日加 西安鹏程店训学鼓为什么增加电平数可以提高信道容量? 码元的概念携带信息的最小信号单位，具体表现为一个高电平或 一个低电平(相当于1/2周期的电平) 采用二进制信号传送时，每个码元表示两个值(0或D ,其携带的信息量为1比特 采用M进制信号传送时，每个码元表示M个值(0至MD ,其携带的信息量为log2M比特 波特率(baudrate,码元速率)每秒钟传送的码元个数，单位：baud (波特) 波特率Baud与数据率R、信道容量C的关系R=Baud/og2M (C=Rmax

14、=Baudmax/og2M)H全国信技术人力18明日血 西安明程居训学1$要强调以下两点实际的信道所能传输的最高码元速率， 要明显地低于奈氏准则给出上限数值。波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。-波特是码元传输的速率单位(每秒传多少个 码元)。码元传输速率也称为调制速率、波 形速率或符号速率。-比特是信息量的单位。H全国信技术人力18明日血 西安明程居训学1$示例:采用二进制信号传送信息一个码元图中：9个码元9个比特通过提高电平数可以提高数据率，但会加重接收设备的 负担：必须从M个可能的信号中区分出一个信号来。所以，许多情况下，通常信号只取两种不同的状态(0 禾口1),即M=2,

15、此时比特率等于波特率。V £SfS«»7KA7(l30IIBn西安明程喏训学敲示例:采用四进制信号传送信息图中：6个码元12个比特V £SfS«»7KA7(l30IIBn 西安明程喏训学敲例题例如：某信道带宽为4kHz，任何时刻数字 信号取0、1、2、3四种电平之一，则最大 数据速率为： 2 X 4kHz X log24 = 16kbps乙二全国信及术人力国训ism 西安明程居训学敲香农容量公式Shannon Capacity Formula用于估算存在热噪声干扰情况下的信道容量(理论上限) 数据率越高，无用的噪声引起的破坏就越严重。

16、香农(C.Shannon)公式C= B log2 (1+SNR) (bps)式中：B信道带宽(Hz), SNR信噪比(无量纲) SNR=S/N, S信号的平均功率，N-噪声的平均功率女嚎就醐徽髓分加阴SNR则SNRdB的与SNR的关系是：SNR = 10 10乙二全国信及术人力国训日皿 西安明程居训学敲计算示例对于带宽为4000Hz的信道，若有8种不同的物理状念来表示 数据，信噪比为30dB,试问按奈奎斯特定理，最大限制的数据 速率是多少?若按香农定理，最大限制的数据速率是多少？解：设最大限制的数据速率为C (bps)已知电平数M=8,信噪比SNRdB=30,信道带宽B=4000 Hz按奈奎斯

17、特公式贝 IJ 有 C=2Blog2M=2 x 4000 x log28=24000bps按香农定理SNR= 10SNRdB/10=1000C=Blog2(1 +SNR)=4000 x log2(1+1000)«40000bpsA £SfS«»7KA7t!S0IIHn 西安鹏程喏训学敲信道的其他主要技术指标信道的时延信号从信道的一端传到另一端所需的时间（电信号在电缆中的传播速度约为光速的77%） o吞吐量信道在单位时间内成功传输的总信息量，bps出错率（误码率）计算机网络中要求低于OR即平均每传送1兆位, 才错1位。A £SfS«&#

18、187;7KA7t!S0IIHn 西安鹏程喏训学敲信道的时延Propagation time =、一。= /Propagation speedDistance = dlll(XXM)l()()llAt time .111000010011At time JAb乙位全国信晶技术人力ISiHESMi 西n鹏建店训学敲计算机网络传输媒体双绞线-屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)-无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)同轴电缆- 50Q同轴电缆- 75。同轴电缆- 光缆口至国fsm技术人力isiiiiEim 西安明程启训学敲各种电缆无屏

19、蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP聚氯乙烯 绝缘层 铜线套层同轴电缆内导体口至国fsm技术人力18皿日皿 西n明程启训学敲双绞线聚氯乙烯 绝缘外皮铜芯导线100欧姆无屏蔽双绞线（四对线芯） £S1S«»7KA7tB0HHn西安明旅山训学鼓平行导线的噪声效应Sender如果两条导线互相平行，离噪声源（如电动机）近的导线中产生的噪声电平就会比另一条导线中 的更高，从而导致负载不平衡以及信号损益。乙G全国僖及术人力国明日血 西安明程山训学敲UTP 和 STP乙G全国僖及术人力国明日血 西安明程山训学敲无屏流双圣还的种衰1类线用于W5Mbps传输（适用于语音/低速传输）2类线

20、用于W5Mbps传输（适用于语音/低速传输）3类线用于 16Mbps传输（10M以太网电缆,4芯）4类线用于W20 Mbps传输5类线用于W100 Mbps传输（8芯）超5类线 用于155Mbps传输（8芯,最常用的网络电缆）6类线用于W250Mbps传输7类线用于600Mbps传输电缆上通常印有类别标志，如cat 5或category 5 （5类线） 标准规定计算机网络常用双线线（UTP）每根长度不宜超过 100 米.尔 £SfB«»7KA7fI80IIHm 西安明程喏训学敲双绞线的特点Twisted-pair cable100 Hz5 MHz双线线（3类以下）

21、的频率范围 其频率范围对于传输数据和语音都适用（现在5类非屏蔽 双绞线的传输频率上限可以达到100MHZ以上） 所以模拟传输（宽带信号）/数字传输（基带信号）均可 使用 单位价格最低，但每根只能连接一站点，线路总费用增加 抗高频干扰能力较差 使用双绞线需在传输速率和传输距离之间作出选择尔 £SfB«»7KA7fI80IIHm 西安明程喏训学敲同轴电缆H £SfS«»7KA7tB0nHn西安明程培训学15同轴电缆的结构铜芯内护套绝缘层金属屏蔽层外护套屏蔽层（铜网或铜箔）也是传导体的一部 分，以形成完整的回路弟 £Sf8«»7KA7fB0UHn西安明程出训学12常用同轴电缆种类广泛使用的同轴电缆有两种：一种为50Q同轴电缆，用于 数字信号的传输，即基带同轴电缆；另一种为75Q同轴电 缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。基带传输型（主要用于LAN）50。RG-8