计算机网络技术第四讲课件

计算机网络技术聊城大学环境与规划学院2007年1月第四讲计算机网络技术聊城大学环境与规划学院第四讲1.3传输技术1.3.1数据通信的基本概念1.3.2通信的基本模式1.3.3数据信号与信道的匹配1.3.4差错检测与控制1.3.5流量控制与滑动窗口协议1.3.6信道的多路复用技术1.3传输技术1.3.1数据通信的基本概念1.3.3数据信号与信道的匹配1.数字信道和模拟信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配1.数字信道和模拟信道数字信1.3.3数据信号与信道的匹配2.数据信号的表示(1)时域表示法：就是把信号的幅值表示成时间函数。

tta)模拟信号b)数字信号模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配2.数据信号的表示(1)1.3.3数据信号与信道的匹配典型的模拟信号是如（a）图所示的正弦波信号。（b）图为二进制数字信号，二者皆为周期信号。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配典型的模拟信1.3.3数据信号与信道的匹配(2)频谱表示法：就是把信号的幅值表示成频率的函数。这是基于傅里叶分析的一种方法。傅里叶分析表明，基频为f的任意周期函数g(t)都可以由（无限个）正弦函数和余弦函数合成，即

g(t)=1/2C+∑ansin(2πnft)+∑bncos(2πnft)式中，f称为基频，C是常数，an、bn是第n次谐波的幅值，n=1的分量波成为基波。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配(2)频谱表示法：g(t)1.3.3数据信号与信道的匹配为了能够既简单又清楚的表示一个信号函数包含哪些频率分量以及各分量所占比重，可以采用频谱图的方法。频谱图是由一系列按频率高低排列起来的线段组成的，线段的长度表示各次谐波的振幅（幅值）。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配为了能够既简单又清楚1.3.3数据信号与信道的匹配(2)频谱表示法-周期性方波信号的频谱§1.3传输技术0tgt

(t)(a)1t/2­t/20w2p/

t­2p/

t(b)F(w)g(t)=4/π[sinωt+1/3(sin3ωt)+1/5(sin5ωt)+…]1.3.3数据信号与信道的匹配(2)频谱表示法-周期性方1.3.3数据信号与信道的匹配周期性方波信号的时域表示与频谱表示§1.3传输技术­T2t-02tT2T1tf(t)0Fntπ2tπ4tπ4-tπ2-w（a）时域表示（b）频谱表示1.3.3数据信号与信道的匹配周期性方波信号的时域表示与频1.3.3数据信号与信道的匹配3.数据信号分析对一个持续时间有限的数据信号进行傅里叶分析，分析出它的谐波组成。这里带宽的概念不是指绝对带宽（一个信号的频率范围），而是指信号大部分能量都集中在某一段频带之中，称为信号的有效带宽，简称带宽。用这种方法，可以看出一种信号的频率范围——带宽以及每一个频率分量（谐波）的信号能量的大小。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配3.数据信号分析1.3.3数据信号与信道的匹配1.3.3数据信号与信道的匹配1.3.3数据信号与信道的匹配3.数据信号分析基带信号广义层次概念中等层次概念狭义层次概念频带信号宽带信号§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配3.数据信号分析基带信号§1.3.3数据信号与信道的匹配4.信道的主要性能参数实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a）衰减b）延迟c）噪声

§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配4.信道的主要性能参数1.3.3数据信号与信道的匹配（1）传输速率：它是衡量数据通信系统传输能力的重要指标，有两种表示方法。

波特率B=1/T(Baud)

式中T——信号码元的宽度，单位为s。波特率，也称信号传输速率、码元速率、调制速率、或传码率。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配（1）传输速率：它是衡量数据1.3.3数据信号与信道的匹配

比特率R=(1/T)log2M(b/s)式中:T——一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)，单位为秒(s)；M——一个码元所取的离散值个数。通常M=2K，K为二进制信息的位数，K=log2M。M=4时，R=2/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。比特率也称为数据传输速率或传信率。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配比特率§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配比特率R与波特率B有如下关系：R=Blog2M(b/s)或B=R/log2M(Baud)

调制方式、波特率、比特率的关系表波特率(Baud)

1200120016002400调制方式

调频四相调制八相调制十六相调制

(M=2)(M=4)

(M=8)

(M=16)比特率(b/s)

1200240048009600比特率与波特率的关系§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配比特率R与波特率B有1.3.3数据信号与信道的匹配（2）信道带宽

信道允许通过的信号频率范围，即可传送的信号最高频率与最低频率之差，被称为信道的通频带宽，亦即信道带宽，单位为Hz。信道对信号的限制会导致失真，限制信号的传输速率，增加信号识别难度。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配（2）信道带宽1.3.3数据信号与信道的匹配（2）信道带宽-宽带

§1.3传输技术

宽带是指比音频带宽更宽的频带（速度在1.54Mb/s），它包括大部分电磁波频谱。利用宽带进行的传输称为宽带传输。

宽带传输系统可以是模拟或数字传输系统，它能够在同一信道上进行数字信息和模拟信息传输。宽带传输系统可容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。1.3.3数据信号与信道的匹配（2）信道带宽-宽带1.3.3数据信号与信道的匹配宽带网的优点：传输速率高。相对费用低。高速连接使得视频点播，远程教育，网上娱乐等深层次应用称为可能，极大地丰富了互联网的应用。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配宽带网的优点：§1.3传输1.3.3数据信号与信道的匹配M最大数据率(C)26kbps412kbps818kbps1624kbpsSmax=2Wlog2MSmax:传输率，b/s或bpsW:带宽，Hz；2W:采样频率M:信号电平级数例如：话音级线路(3kHz)的信道容量计算，如右图所示。Nyquist公式：用于理想低通信道（3）信道容量§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配M1.3.3数据信号与信道的匹配Shannon公式：有限带宽高斯噪声干扰信道C=Wlog2(1+S/N)式中，C=传输率，单位b/s，W=有限带宽无噪声信道的带宽，单位Hz，S为信道上数据信号的平均功率，N为信道内部的噪声功率，S/N为信噪比。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配Shannon公式：有限带宽1.3.3数据信号与信道的匹配例：信道带宽W=3KHz，S/N=2000，则C=3000*log2(1+2000)≈30Kb/s即该信道上的最大数据传输率不会大于30Kb/sS/NdB信噪比（dB分贝）的定义S/NdB=10log10S/N§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配例：信道带宽W=3KHz，S1.3.3数据信号与信道的匹配Nyquist公式和Shannon公式的比较Smax=2Wlog2M数据传输率Smax随信号编码级数增加而增加。C=Wlog2(1+S/N)无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配Nyquist公式和Shan1.3.3数据信号与信道的匹配（4）信道的误码率误码率是指信道传输信号的出错率，是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。误码率公式为：

P=Ne/N式中Ne——其中出错的位数；N——传输的数据总数。误码率=收信误码数/传输的全部码元数§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配（4）信道的误码率误1.3.3数据信号与信道的匹配5.数字信号的模拟调制

调制：就是利用基带信号对模拟载波信号的某些参量进行控制，使这些参量随基带信号的变化而变化的过程。解调：调制的逆过程(把从信道上接受到的模拟信号变换为数字数据)。调制后的信号叫已调信号，它包含了调制信号的所有信息。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配5.数字信号的模拟调制调制1.3.3数据信号与信道的匹配5.数字信号的模拟调制

设载波信号为正弦交流信号u(t)＝umsin(t+)。此处A是幅度，是角频率，是相位。ASK（幅移键控）：用幅值的正弦载波信号来分别表示数字“1”和“0”。例如，用正弦表示1，零幅值表示0。就是利用基带脉冲信号对模拟载波信号的幅度进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化，频率和相位均不变。其实现方法有：乘法器和键控开关。ASK技术简单，实现容易，但抗干扰能力较差。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配5.数字信号的模拟调制设载1.3.3数据信号与信道的匹配5.数字信号的模拟调制

FSK(频移键控)：利用基带脉冲信号对模拟载波信号的频率进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化(通过改变载波信号的角频率来表示数字信号中的“1”和“0”)，幅度和相位均不变。FSK由键控方法实现，利用数字信号控制开关对两个不同的独立载波频率源进行选通。FSK技术较简单，实现较容易，抗干扰能力较强。是目前较常用的调制方法。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配5.数字信号的模拟调制FS1.3.3数据信号与信道的匹配5.数字信号的模拟调制

PSK(相移键控)：利用基带脉冲信号对模拟载波信号的相位进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化(通过改变载波信号的相位值来表示数字信号中的“1”和“0”)，幅度和频率均不变。相移键控又有绝对相移键控和相对相移键控，在模拟通信中，为了提高数据传输速率，常采用多相调制方法。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配5.数字信号的模拟调制PS本课到此结束!THANKYOUVERYMUCH！本课到此结束!THANKYOUVERYMUCH！计算机网络技术聊城大学环境与规划学院2007年1月第四讲计算机网络技术聊城大学环境与规划学院第四讲1.3传输技术1.3.1数据通信的基本概念1.3.2通信的基本模式1.3.3数据信号与信道的匹配1.3.4差错检测与控制1.3.5流量控制与滑动窗口协议1.3.6信道的多路复用技术1.3传输技术1.3.1数据通信的基本概念1.3.3数据信号与信道的匹配1.数字信道和模拟信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配1.数字信道和模拟信道数字信1.3.3数据信号与信道的匹配2.数据信号的表示(1)时域表示法：就是把信号的幅值表示成时间函数。

tta)模拟信号b)数字信号模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配2.数据信号的表示(1)1.3.3数据信号与信道的匹配典型的模拟信号是如（a）图所示的正弦波信号。（b）图为二进制数字信号，二者皆为周期信号。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配典型的模拟信1.3.3数据信号与信道的匹配(2)频谱表示法：就是把信号的幅值表示成频率的函数。这是基于傅里叶分析的一种方法。傅里叶分析表明，基频为f的任意周期函数g(t)都可以由（无限个）正弦函数和余弦函数合成，即

g(t)=1/2C+∑ansin(2πnft)+∑bncos(2πnft)式中，f称为基频，C是常数，an、bn是第n次谐波的幅值，n=1的分量波成为基波。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配(2)频谱表示法：g(t)1.3.3数据信号与信道的匹配为了能够既简单又清楚的表示一个信号函数包含哪些频率分量以及各分量所占比重，可以采用频谱图的方法。频谱图是由一系列按频率高低排列起来的线段组成的，线段的长度表示各次谐波的振幅（幅值）。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配为了能够既简单又清楚1.3.3数据信号与信道的匹配(2)频谱表示法-周期性方波信号的频谱§1.3传输技术0tgt

(t)(a)1t/2­t/20w2p/

t­2p/

t(b)F(w)g(t)=4/π[sinωt+1/3(sin3ωt)+1/5(sin5ωt)+…]1.3.3数据信号与信道的匹配(2)频谱表示法-周期性方1.3.3数据信号与信道的匹配周期性方波信号的时域表示与频谱表示§1.3传输技术­T2t-02tT2T1tf(t)0Fntπ2tπ4tπ4-tπ2-w（a）时域表示（b）频谱表示1.3.3数据信号与信道的匹配周期性方波信号的时域表示与频1.3.3数据信号与信道的匹配3.数据信号分析对一个持续时间有限的数据信号进行傅里叶分析，分析出它的谐波组成。这里带宽的概念不是指绝对带宽（一个信号的频率范围），而是指信号大部分能量都集中在某一段频带之中，称为信号的有效带宽，简称带宽。用这种方法，可以看出一种信号的频率范围——带宽以及每一个频率分量（谐波）的信号能量的大小。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配3.数据信号分析1.3.3数据信号与信道的匹配1.3.3数据信号与信道的匹配1.3.3数据信号与信道的匹配3.数据信号分析基带信号广义层次概念中等层次概念狭义层次概念频带信号宽带信号§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配3.数据信号分析基带信号§1.3.3数据信号与信道的匹配4.信道的主要性能参数实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a）衰减b）延迟c）噪声

§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配4.信道的主要性能参数1.3.3数据信号与信道的匹配（1）传输速率：它是衡量数据通信系统传输能力的重要指标，有两种表示方法。

波特率B=1/T(Baud)

式中T——信号码元的宽度，单位为s。波特率，也称信号传输速率、码元速率、调制速率、或传码率。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配（1）传输速率：它是衡量数据1.3.3数据信号与信道的匹配

比特率R=(1/T)log2M(b/s)式中:T——一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)，单位为秒(s)；M——一个码元所取的离散值个数。通常M=2K，K为二进制信息的位数，K=log2M。M=4时，R=2/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。比特率也称为数据传输速率或传信率。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配比特率§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配比特率R与波特率B有如下关系：R=Blog2M(b/s)或B=R/log2M(Baud)

调制方式、波特率、比特率的关系表波特率(Baud)

1200120016002400调制方式

调频四相调制八相调制十六相调制

(M=2)(M=4)

(M=8)

(M=16)比特率(b/s)

1200240048009600比特率与波特率的关系§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配比特率R与波特率B有1.3.3数据信号与信道的匹配（2）信道带宽

信道允许通过的信号频率范围，即可传送的信号最高频率与最低频率之差，被称为信道的通频带宽，亦即信道带宽，单位为Hz。信道对信号的限制会导致失真，限制信号的传输速率，增加信号识别难度。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配（2）信道带宽1.3.3数据信号与信道的匹配（2）信道带宽-宽带

§1.3传输技术

宽带是指比音频带宽更宽的频带（速度在1.54Mb/s），它包括大部分电磁波频谱。利用宽带进行的传输称为宽带传输。

宽带传输系统可以是模拟或数字传输系统，它能够在同一信道上进行数字信息和模拟信息传输。宽带传输系统可容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。1.3.3数据信号与信道的匹配（2）信道带宽-宽带1.3.3数据信号与信道的匹配宽带网的优点：传输速率高。相对费用低。高速连接使得视频点播，远程教育，网上娱乐等深层次应用称为可能，极大地丰富了互联网的应用。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配宽带网的优点：§1.3传输1.3.3数据信号与信道的匹配M最大数据率(C)26kbps412kbps818kbps1624kbpsSmax=2Wlog2MSmax:传输率，b/s或bpsW:带宽，Hz；2W:采样频率M:信号电平级数例如：话音级线路(3kHz)的信道容量计算，如右图所示。Nyquist公式：用于理想低通信道（3）信道容量§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配M1.3.3数据信号与信道的匹配Shannon公式：有限带宽高斯噪声干扰信道C=Wlog2(1+S/N)式中，C=传输率，单位b/s，W=有限带宽无噪声信道的带宽，单位Hz，S为信道上数据信号的平均功率，N为信道内部的噪声功率，S/N为信噪比。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配Shannon公式：有限带宽1.3.3数据信号与信道的匹配例：信道带宽W=3KHz，S/N=2000，则C=3000*log2(1+2000)≈30Kb/s即该信道上的最大数据传输率不会大于30Kb/sS/NdB信噪比（dB分贝）的定义S/NdB=10log10S/N§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配例：信道带宽W=3KHz，S1.3.3数据信号与信道的匹配Nyquist公式和Shannon公式的比较Smax=2Wlog2M数据传输率Smax随信号编码级数增加而增加。C=Wlog2(1+S/N)无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。§1.3传输技术1.3.3数据信号与信道的匹配Nyquist公式和Shan1.3.3数据信号与信道的匹配（4）信道的误码率误码率是指信道传输信号的出错率，是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。误码率公式为：