第三章数据通信基础

1、第三章数据通信基础3.1 基本概念1、信息与信息量信息：按Shannon定义，信息就是“的减小”； 注意：信息与消息的区别；不确定性的度量；信息量：一个消息所包含的信息量（I）就是它所表示的事件发生概率（P）的倒数的对数。 信息量：I = log(1/p)计算机通信与网络)( 121log)(log22bitspIiP1 I0；P0 I；以2为底， I的单位为：bit（比特）；以e为底， I的单位为：nat（奈特）；以10为底，I的单位为：hartly（哈特莱）；例：在二进制通信中，每位二进制数所携带的信息量为多大？ 。计算机通信与网络计算机专业教研室2、数据与编码数据：描述事物的符号，是信息

2、的载体。 数据可以分为：模拟数据和数字数据； 编码：字符编码集博多（Baudot）码 （IA2）ASCII码 （IA5） 汉字区位码GB2312计算机通信与网络计算机专业教研室3、信号： 在通信系统中所使用的信号指的是电信号，即随时间 变化的电压或电流，是数据的表现形式。 信号的分类v 连续信号与离散信号；v 模拟信号与数字信号；v 周期信号与非周期信号；v 随机信号与确认信号 ；计算机通信与网络计算机专业教研室 信号的特性：v时间特性-时域法 主要用于模拟信号的分析； v频率特性-频域法 主要用于数字信号的分析。计算机通信与网络计算机专业教研室信号的绝对带宽和有效带宽信号带宽：是指信号的频谱

3、宽度；绝对带宽：指信号本身固有的带宽；)5(2sin(51)3(2sin(31)2sin()(tftfftts即是：例如：+.sin11)(kkts（k为奇数）(2kft)波 形计算机通信与网络计算机专业教研室设备有效带宽：一个绝对带宽为的信号，在通过一个有 限带宽的传输设备、介质时，所能通过的 最高频率与最低频率之差；信号有效带宽：包含绝大多数信号能量的频带宽度；设备容错能力：设备能够根据所接收到的失真信号还原出 信号本身的能力；计算机通信与网络计算机专业教研室数据传输速率与通信系统带宽 例：若一个通信网带宽为4MHZ ，传输信号为方波，当 基波频率为f01 MHZ 时，试请问数据的传输速率

4、 是多少呢？ 10tAV=2f0FAQ：是不是只要提高f0就能够提高数据的传输速率呢？ 计算机通信与网络计算机专业教研室 Sin(2kft) 1/3Sin(2(3f)t) + 包含三个频率分量计算机通信与网络计算机专业教研室3.2 数据传输与处理 数据从源站到目的站的传输过程中，必须要考虑以下几个问题：v数据的特性；v用于传输数据的实际物理手段；v在传输过程中如何保证数据的正确性。 计算机通信与网络计算机专业教研室 包括两类： 模拟数据：语音数据、音频、视频数据 数字数据：由0 、1 序列构成的数据（1）、语音数据：dB3000700400语音声音 系统：3003400Hz 采样频率：8000

5、Hz 量化系数：8bit 数据速率：64KbpsHz计算机通信与网络计算机专业教研室IP ： 比 通信系统的语音质量差 数据速率：832Kbps 分组传输特性 受网络传输带宽影响 延时的抖动特性（2）、视频数据 基本属性：空间分辨率：768576 640480 色彩分辨率：24bit 时间分辨率：25Fbps 30Fbps计算机通信与网络计算机专业教研室数据速率： 7685762425 260MbpsCIF规范： 3522888（5-10） 4Mbps 主要用于网络视频会议系统QCIF规范： 1761448（5-10） 1Mbps 主要用于可视 系统（3）、数字数据： 由0、1构成的数字序列，

6、应进行一定的编码才能有效地进行通信。计算机通信与网络计算机专业教研室 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式，是通过一定的编码技术将数据转换成电编码的。： 调相制编码； 调幅制编码； 调频制编码；计算机通信与网络计算机专业教研室编码： 非归零编码（NRZ，Non-Return to Zero） 曼彻斯特编码（Manchester） 差分曼彻斯特编码（Differential Manchester） 针对不同的介质、不同物理信道或不同用途有不同的编码方式，例如：4B/5B、8B/6T等等。计算机通信与网络计算机专业教研室01101NRZManchesterDifferentialManches

7、ter计算机通信与网络计算机专业教研室编码： 脉冲振幅调制(PAM)； 脉冲编码调制(PCM) ；编码： 幅移键控(ASK)； 相移键控(PSK) ； 频移键控(FSK) ； 正交调幅(QAM)；计算机通信与网络计算机专业教研室 Analog Data Analog Signal Digital Data Digital Signal可以有四种数据传输形式，也就形成了四类传输系统。计算机通信与网络计算机专业教研室基带传输：信号未经频率变换直接在信道上进行传输。 即：数据与信号占用的频谱宽度。宽带传输：对信号进行频率变换后才送上信道进行传输。 即：数据与信号占用的频谱宽度。不同（1）、模拟数据以

8、模拟信号方式传输 例如：目前的广播、电视通信系统。 Audio数据 直接以Audio信号传输 调制编码后传输：计算机通信与网络计算机专业教研室（2）、模拟数据以数字信号方式传输 例如：声 卡 模拟语音PCM数字数据数字信号 视频卡 模拟视频采集编码数字化数字信号 Analog Data Digital Signal（3）、数字数据以模拟信号方式传输PCMODEMPCMODEMPSTN计算机通信与网络计算机专业教研室（4）、数字数据以数字信号方式传输 编码转换成比特流即可。* 远程传输： 模拟信号： 放大器(Amplifier) 数字信号： 中继器（Repeater）计算机通信与网络计算机专业教

9、研室 主要有三种：。 （1）、衰减：指信号强度随传输距离的增加而减弱。 任何传输介质都存在衰减问题 。规则介质： 线性；（双绞线，同轴电缆，光纤）不规则介质：非线性；（空气）解决办法：模拟信号放大器； 数字信号中继器；计算机通信与网络计算机专业教研室（2）、延迟失真：因不同频率的信号在同一介质中传 输速率的不同而引起的。 HzmsHz对模拟信号：可以不考虑；对数字信号：码间干扰；延迟均衡器ms计算机通信与网络计算机专业教研室（3）、噪声：凡引入的无用信号，均称为噪声。 主要有四种： 热噪声：传输设备、介质中的电子做布朗运动 所产生的噪声。 任何绝对零度以上的系统都有热噪声；热噪声是均匀分布的；

10、难以被克服；热噪声的功率密度：；T：Kelvin温度；K:Boltzmanns=1.38031023 J/K在WHz带宽内（不考虑信号频率f）：；（上限） NKTW 计算机通信与网络计算机专业教研室 交调噪声：多个不同频率的信号共存于同一介质或 信道时信号之间相互调制所产生的噪声；f1、f2、f3f1 f2f1 f2f1 f2如果f3相互影响 串扰：信号之间的有害耦合；双绞线：计算机通信与网络计算机专业教研室 脉冲噪声； 来源：雷电、电磁干扰、设计上的不合理； 特点：持续时间短、幅度大且不连续； 对模拟信号影响较小； 对数字信号影响较大；模拟如果：数字信号速率：64Kbps则有：640bit错

11、误计算机通信与网络计算机专业教研室1、信道：由传输设备和传输介质一起所构成的信号传输通道。（1）、信号传输的方向与时间：单工；半双工；双工；（2）、信号类型：模拟信道；数字信道；（3）、介质类型：有线信道；无线信道；（4）、使用方法：专用信道；公共信道；计算机通信与网络计算机专业教研室2、信噪比（Signal/Noise）：在通信信道上某点信号与 噪声的功率比。 3、信道容量：在给定条件下（带宽、S/N、差错率、可靠 性、可用性），信道的最大数据传输速率。 。注意：通常所说的网络带宽为2M，实际指的是容量计算机通信与网络计算机专业教研室4、数字信道的信道容量（1）、码元的传输速率：单位时间内传

12、递的码元个数. 波特率（Band） （2）、数据传输速率：单位时间内传递的比特的个数。 比特率（bps或bit/s） 两者关系： 计算机通信与网络计算机专业教研室计算机通信与网络计算机专业教研室（3）、奈奎斯特（Nyquist）准则 ： 在带宽为B的信道中，能够传输的最大波特率为2B,因此，无噪声的数字信道的容量为： 例：一数字信道的带宽为：5MHz，若传输二进制编码的数字信号，则：信道的最大数据传输速率是多少？5、模拟信道的信道容量谱：3003400HZ，典型的信噪比：30dB，求最大数据速率是多少？sKbitNSBC/30)10001 (log3100)1 (log22计算机通信与网络计算

13、机专业教研室6、功率利用率与频带利用率（1）、在误码率一定的情况下，传输每一 比特数据所需的最小信号平均功率。 S/N下降平均功率下降功率利用率上升；（2）、在单位带宽内，所允许传输的最大数 据速度。 B一定C增大频带利用率上升；（3）、互换原则：计算机通信与网络计算机专业教研室B一定C频带利用率S/N功率利用率L编码复杂功率利用率卫星通信：注重功率利用率；地面微波通信：注重频带利用率；C2Blog2（1S/N）C2Blog2L计算机通信与网络计算机专业教研室1、传输介质的特性： 网络带宽：传输介质所能承受的网络带宽 物理特性：对传输介质物理结构的描述 传输特征：包括频率特性和适用范围等。 传

14、输损耗：传输介质中传输过程中的损耗。 连通特性：允许点-点或多点连接。 地理范围：传输介质的最大传输距离。 抗干扰性：防止噪声与电磁干扰对数据传输影响的能力。 相对价格：包括器件、安装与维护费用。0计算机通信与网络计算机专业教研室2、设计通信系统时，与介质相关的因素：v BandWidth；v Transmissionimpairment；v Interface；v Number of Receiver；3、介质分类：导向（guided）性传输介质-规则介质非导向(unguided)性传输介质-不规则介质计算机通信与网络计算机专业教研室（1）、导向传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤）计算机通信与

15、网络计算机专业教研室v 也称双扭线，由两、四、八根相互绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法两两绞合起来就构成了双绞线。 计算机通信与网络计算机专业教研室通常我们使用的双绞线，不同生产商的产品标志可能不同，但一般包括以下一些信息： 双绞线类型 NEC/UL防火测试和级别 CSA防火测试 长度标志 生产日期 双绞线的生产商和产品号码 如：AVAYA-C SYSTEIMAX 1061C+ 4/24AWG CM VERIFIED UL 生产商 产品号 通信通用电缆，CM是NEC(美国 国家电气规程)中防火耐烟等级中 的一种。 VERIFIED UL：说明双绞线满足 UL(Underwriters

16、 Laboratories Inc.保险 业者实验室)的标准要求。 系统：一对； RJ11网络系统：四对； RJ45PCPC交叉HUB平行计算机通信与网络计算机专业教研室非屏蔽双绞线（UTP） 屏蔽双绞线（STP） UTP3 (16M)UTP4 (20M)UTP5 (100M)语音级数据级三类线：绞距大，串扰大；五类线：绞距小，串扰小；绞距计算机通信与网络计算机专业教研室常用的同轴电缆有下述几种（无线电波管制级别RG）： RG-8和RG-11，通常用来实现粗缆Ethernet （75） RG-58，通常用来实现细缆Ethernet。（50） RG-75，通常用来实现电视传输，也可用于宽带数据网

17、络。（ 75 ）计算机通信与网络计算机专业教研室 细缆：50同轴电缆，是为数据通信传送基带数字信号，故又称为基带同轴电缆。T 型头 网卡的 BNC接口端接器 粗缆：相对于细缆而言，它的带宽更大，常用来传输频分复用的宽带信号 ，因此也称为宽带同轴电缆 。MAUAUI50m DIX接口型头 计算机通信与网络计算机专业教研室主要技术特性: 温度范围: -65 +165 特征阻抗: 50，75 工作电压: 500V 频率范围: DC 4GHz 介质耐压：1500V 接触电阻：内导体: 1.5m, 外导体: 5000 M 电压驻波比: 1.30 连接器耐久性：500次 NOTE： 一个网段上连接的计算机

18、台数有限。 相邻两台计算机之间的距离有限。 细缆：；粗缆：；HUB8cm光纤易折断；弯折处光信号有损失；计算机通信与网络计算机专业教研室（2）、非导向性传输介质以空气作为传输介质(无线传输)定向传输：聚集为波束； 点点全向传输：立体扩散； 点多点发送和接收都是通过天线实现的。计算机通信与网络计算机专业教研室v 微波的频率范围为300MHZ300GHZ，但主要是使用240GHZ的频率范围。微波在空间是直线传播的。 Khd14. 7d:天线之间的距离（Km）；h：天线高度（m）；K：调节系数，与地理表面情况有关，经验值K4/3；由于地面微波传输距离较小，一般为50Km，如果需要进行远距离传输，则需

19、要微波中继站；计算机通信与网络计算机专业教研室NEC PASOLINK系列：无人值守的微波中继站； 为了使卫星与地面站始终保持在可视范围内，需要采用同步卫星（位于赤道上空35784Km的轨道上）； 两个使用相同频带的卫星，如果离的很近，它们会相互干扰，故要求：46GHz 41214GHz 317-29GHz 试用计算机通信与网络计算机专业教研室 每一颗卫星分别使用两个波段分别用于发送和接收；uplinkdownlink计算机通信与网络计算机专业教研室计算机通信与网络计算机专业教研室3.5 多路复用技术 解决链路利用率;1、概述v概念：多个信号共享同一传输介质的技术；v原理： 一条高速物理通道 个信源 多路分用器多路复用器个输出 NN个逻辑通道 Nv多路复用技术： 频分多路复用（FDM） 时分多路复用（TDM，ATDM） 波分多路复用（WDM）计算机通信与网络计算机专业教研室2、频分多路复用技术 （1）概念复用器 分用器 图 3-13 频分多路复用概念 S3 S1 S2 频段 1 或逻辑信道