数据通信的基本概念综述

第二章数据通信基础知识本章讲授内容2.1、基本概念2.2、数据传输方式2.3、数据交换技术2.4、差错检验与校正2.1基本概念2.1.1信息与数据信息：对客观事物的反映，可以是对物质的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可以表示物质与外部的联系。（信息由各种存在形式，如数字、文字、声音、图形和图像等。）数据：信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。数据是信息的载体，信息则是数据的内在含义或解释。（数据有两种类型：取连续值的数据称为模拟值，取离散值的数据称为数字数据。）2.1基本概念2.1.2信道和信道容量信道：传送信号的通道，可以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，由传输介质及其附属设备组成。逻辑信道是指传输信息的一条通路，但在信号的收、发节点之间并不一定存在与之对对应的物理传输介质，而是在物理信道的基础上，由节点设备内部的连接来实现。信道的分类：按使用权限分为专业信道和共用信道；按传输介质分为有线信道、无线信道和卫星信道；按传输信号分为模拟信道和数字信道。信道容量：是指信道传输信息的最大能力，通常用信息速率（bps）来表示。信道容量由信道的频带（带宽）、可使用的时间及能通过的信号功率决定。信道容量香农公式（Shannon）：

C=B*log2(1+S/N)(bps)说明：S为信号功率，N为噪声功率。在通信系统中，信噪比通常用分贝dB表示。S/N(dB)=10lg(S/N)例：已知信噪比为30dB，带宽为3kHz，求信道的最大数据传输速率。

∵10lg(S/N)=30

∴S/N=1030/10=1000

∴C=3k×log2(1+1000)≈30kbps

2.1基本概念2.1基本概念信号分类：模拟信号和数字信号模拟信号：随时间连续变化的电流、电压或电磁波。例电话、电视和广播数字信号：一系列离散的电脉冲，其值限制在有限的几个数字之内。例:用1表示恒定的正电压，0表示恒定的负电压。波形图：模拟信号数字信号2.1基本概念模拟信道：以连续模拟信号形式传输的信道例：电话线路、有线电视线路模拟信道传输的特点：在传输一定距离后信号衰减，克服的办法是用放大器来增强信号的能量，但噪音也会增强，会引起信号畸变。数字信道：以数字脉冲形式传输数据的信道例：双绞线、同轴电缆数字信道传输特点：长距离传输也会衰减，克服的办法是使用中继器，把数字信号恢复为“0、1”的标准电平后继续传输。故数字信道在传输时，信号质量要好。注意：模拟信号不一定只在模拟信道上传输，数字信号也不一定只在数字信道上传输。2.1.3码元和码字码元把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。将计算机网络传送中的每1位二进制数字称为“码元”或“码位”。码字由码元组成的序列，通常称为“码字”2.1基本概念2.1基本概念2.1.4数据通信系统主要技术指标1.比特率是一种数字信号的传输速率，表示单位时间内所传送的二进制代码的有效位数，单位为比特每秒（bps）或千比特每秒(kbps)表示。2.波特率是一种调制速率，也称为波形速率，是针对在模拟信道上进行数字传输时，从调制解调器输出的调制信号，每秒钟载波调制状态改变的次数。或者说，在数据传输过程中，线路上每秒传送的波形个数就是波特率，其单位为波特（Baud）。3.误码率指信息传输的错误率，也称错误率，是数据通信系统以正常工作情况下，衡量传输可靠性的指标。当传输的总量很大时，在数值上它等于出错的位数与传送的总位数之比。公式为：Pe=Ne/N;N是传送的总位数；Ne是出错的位数。2.1基本概念2.1.4数据通信系统主要技术指标4.吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒或位/秒。在单信道总线型网络中：吞吐量＝信道容量*传输效率。5.信道的传播延迟信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间称为传播延迟（或时延），这个时间与信源端一信宿端之间的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。时延的大小与采用哪种网络技术有很大关系。2.1基本概念2.1.5带宽与数据传输率1.信道带宽是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差。带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以信道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。2.数据传输率是指单位时间内信道内传输的信息量，即比特率。一般来说，数据传输率的高低由传输每1位数据所占时间决定，传输每1位数据所占时间越小，则速率越高。数据传输率公式：S=Blog2N;B是数字信号的脉冲频率，即波特率；N是调制电平数。误码率由于噪声的干扰，信号在传输过程中会出现差错，差错的多少决定了数据通信的质量。误码率Pe=发生差错的码元数/传输的总码元数误比特率Pb=发生差错的比特数/传输的总比特数说明：在计算机网络中，一般要求误比特率低于10-6，若误比特率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。2.1基本概念2、信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：bps信道容量与数据传输速率的区别：前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。在实际中，通常用带宽表示网络的传输速率。带宽与传输速率的关系：奈奎斯特定律和香农定律2.1基本概念无噪声的信道容量（理想）奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系：B=2*H

(波特)

奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式：

C=2*H*log2N(bps)

说明：C为信道容量，H为信道的带宽，单位为Hz；N为一个码元所取的离散值个数。例：普通电话线路带宽约3kHz，则码元速率极限值：

B=2*H=2*3k=6kBaud

若码元的离散值个数N=16，则最大数据传输速率

C=2*3k*log216=24kbps。

2.1基本概念例：带宽为4KHz的信道，若有8种不同的物理状态表示数据，信噪比为30db，问按照奈奎斯特定理计算，其极限速率是多少？按香农定理计算，其极限速率又为多少？解：（1）奈奎斯特定理：Cmax=2Hlog2N,H=4KHzCmax=2*4K*log28=24Kbp