第二章节数据通信的基础知识-课件

1、第2章数据通信的基础知识 本章要点l 信息、数据和信号的概念l 数据通信的技术指标l 数据传输的同步技术l 数据的编码和调制技术l 数据交换技术l 传输媒体的类型与特点l 信道复用技术l 差错控制技术本章难点l 数据的编码和调制技术l 差错控制技术第2章数据通信的基础知识 本章要点2.1 基本概念 2.1.1 信息、数据和信号数据：可定义为有意义的实体，可以以多种形式存在。计算机中的数据一般指具有一定含义的数值、文字、声音、图形、图像和动画等。 数据可分为模拟数据和数字数据两大类。 模拟数据：模拟数据是在某个区间内连续变化的值 。数字数据：数字数据是离散的值 。信息：信息是数据的内含，数据是信

2、息的载体。信息需要通过数据表示出来。 2.1 基本概念 2.1.1 信息、数据和信号信号的两种类型：模拟信号波型数字信号波型信号的两种类型：模拟信号波型数字信号波型信号、信源、信宿信号：信号是数据的电、磁、光形式的编码。信源：信源是指在通信的过程中产生和发送信号的设备或计算机。信宿：信宿是指在通信的过程中接收和处理信息的设备或计算机。信号、信源、信宿信号：信号是数据的电、磁、光形式的编码。信道 信道：信道是指信源和信宿之间的传输线路和传输设备。信道可分为物理信道和逻辑信道： 物理信道：是指用来传送信号或数据的物理通路，它由传输介质及有关通信设备组成。逻辑信道也是网络上的一种通路，在信号的接收和

3、发送之间不仅存在一条物理上的传输介质，而且在此物理信道的基础上，还可以存在着多条逻辑信道。同一物理信道上可以提供多条逻辑信道；而每一逻辑信道上只允许一路信号通过。信道 信道：信道是指信源和信宿之间的传输线路和传输设备。2.1.2 数据通信系统的基本结构 图2.1典型计算机通信系统2.1.2 数据通信系统的基本结构 图2.1典型计算机通信2.1.3 通信信道的分类 1. 物理信道和逻辑信道 物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，它由传输介质及有关通信设备组成。同一物理信道上可以提供多条逻辑信道；而每一逻辑信道上只允许一路信号通过。2.1.3 通信信道的分类 1. 物理信道和逻辑信道 2.有线

4、信道和无线信道 根据传输介质是否有形，物理信道可以分为有线信道和无线信道。有线信道包括电话线、双绞线、同轴电缆、光缆等有形传输介质。无线信道包括无线电、微波、卫星通信信道、激光和红外线等无形传输介质。 2.有线信道和无线信道 根据传输介质是否有形3.模拟信道和数字信道 按照信道中传输数据信号类型的不同来分，物理信道又可以分为模拟信道和数字信道。模拟信道中传输的是模拟信号，而在数字信道中直接传输的是二进制数字脉冲信号。模拟信道只能传输模拟信号？数字信道只能传输数字信号？3.模拟信道和数字信道 按照信道中传输数据信号4.专用信道和公共交换信道 按照信道的使用方式来分，又可以分为专用信道和公共交换信

5、道。专用信道又称专线，这是一种连接用户之间设备的固定线路，它可以是自行架设的专门线路，也可以是向电信部门租用的专线。专用线路一般用在距离较短或数据传输量较大的场合。公共交换信道是一种通过公共交换机转接，为大量用户提供服务的信道。顾名思义，采用公共交换信道时，用户与用户之间的通信，通过公共交换机到交换机之间的线路转接。公共电话交换网就属于公共交换信道。4.专用信道和公共交换信道 按照信道的使用方式2.1.4 数据通信的技术指标 1.数据传输速率S(比特率) 单位时间内所传送的二进制代码的有效位(bit)数。S用每秒比特数(bit/s或bps) 2.信号传输速率B (波特率) 指在有效带宽上，单位

6、时间内所传送的波形单元数。一个波形单元也称为一个码元。信号传输速率也叫码元速率。信号传输速率的单位为波特(Baud）。2.1.4 数据通信的技术指标 1.数据传输速率S(比特率比特率与波特率的关系 log2 为一个码元所取的有效离散值的个数，也称为调制电平数，一般取的整数次方值。若一个码元仅可取0和1两种离散值，即为（如图2.2），则一个码元只能携带一位（一个bit）二进制数据（0或1），此时，；若一个码元仅可取00、01、10、11四种离散值，即为（如图2.3）,则一个码元就可携带二位（二个bit）二进制数据（00、01、10或11），此时，log2，即；以此类推，若一个码元可取000、00

7、1、010、011、100、110、111八种离散值，即为，则一个码元可携带三位二进制数据，此时，log2，即。比特率与波特率的关系 比特率与波特率的关系B=10Baud S=10b/s个码元1秒1秒B=10Baud S=20b/s图2.2 N=2 时S=B 图2.3 N =4时S=2B 00 01 10 11 10 11 01 00 10 01 比特率与波特率的关系B=10Baud S=10b/3.带宽F 带宽是指物理信道的频带宽度，即信道允许的最高频率和最低频率之差，单位为赫兹(Hz)。通常所说的带宽是指有效带宽，有效带宽是指单位大小的信号通过信道时，幅度衰减至原信号的根号分之（即0.70

8、7）倍时，最高频率和最低频率之差 3.带宽F 带宽是指物理信道的频带宽度，即信道带宽F 信道允许的最高频率和最低频率之差，单位为赫兹(Hz)。 10.707带宽Hz图2.4 带宽带宽F 信道允许的最高频率和最低频率之差，单位为赫兹(Hz)4.信道容量C 信道容量一般是指物理信道上能够传输数据的最大能力。它表征一个信道传输数据的能力，单位也用位秒（bit/s）表示 奈奎斯特(Nyquist)首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值与信道带宽的关系：max=2F 单位(Baud)由此可推出表征信道数据传输能力的奈奎斯特公式为：max=2Flog2N 单位(bps) 4.信道容量C 信道容量一般是指物

9、理信道上能香农定理香农（Shannon）则进一步研究了受随机噪声干扰的信道的情况，如果信号值与噪声值的比值（信噪比）用S/N表示，则信道容量为： Cmax=Flog2(1+S/N) 单位(bit/s) F：信道带宽，单位为赫兹(Hz)。 S/N：信噪比（无单位）。 S：信道上所传信号的平均功率，单位为瓦特。 N：信道内部的噪声功率，单位为瓦特。在实际应用中信噪比(可测量得到）常用下列公式表示：S/N信噪比（db）=10lg(S/N) 单位（分贝：dB）例如，信噪比为30dB，带宽为3kHz的信道，求信道容量：首先，根据30=10lg(S/N) 求出S/N=1000，结果代入公式C=Flog2(

10、1+S/N)求出C约为30kbps。 香农定理香农（Shannon）则进一步研究了受随机噪声干扰的5.误码率Pe 二进制码元在数据传输中被传错的概率，因此，也称为“出错率”。设传输的二进制数据总数为位，其中出错的位数为e位，则误码率表示为： e=Ne/N 其中，N为传输的二进制比特总数； Ne为被传错的比特数。 e=n+1 或 2 r=k+r+1 k为信息位位数 r为增加冗余位位数 2.7.4 海明码 信息位为k位，增加r位海明码举例信息码为：0010。即k=4由2 r=k+r+1得r=3 即有三个校正因子S2、S1、S0海明码举例信息码为：0010。即k=4海明码举例海明码的监督关系式为：S2=a2+a4+a5+a6S1=a1+a3+a5+a6S0=a0+a3+a4+a6海明码举例海明码的监督关系式为：海明码举例设S2=S1=S0=0,由监督关系式得：a2=a4+a5+a6=1a1=a3+a5+a6=0a0=a3+a4+a6=1因此，海明码码字为：0010101海明码举例设S2=S1=S0=0