第三章數(shù)據(jù)通信基礎

1、第三章數(shù)據(jù)通信基礎3.1 基本概念1、信息與信息量信息：按Shannon定義，信息就是“的減小”； 注意：信息與消息的區(qū)別；不確定性的度量；信息量：一個消息所包含的信息量（I）就是它所表示的事件發(fā)生概率（P）的倒數(shù)的對數(shù)。 信息量：I = log(1/p)計算機通信與網(wǎng)絡)( 121log)(log22bitspIiP1 I0；P0 I；以2為底， I的單位為：bit（比特）；以e為底， I的單位為：nat（奈特）；以10為底，I的單位為：hartly（哈特萊）；例：在二進制通信中，每位二進制數(shù)所攜帶的信息量為多大？ 。計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室2、數(shù)據(jù)與編碼數(shù)據(jù)：描述事物的符號，是信息

2、的載體。 數(shù)據(jù)可以分為：模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)； 編碼：字符編碼集博多（Baudot）碼 （IA2）ASCII碼 （IA5） 漢字區(qū)位碼GB2312計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室3、信號： 在通信系統(tǒng)中所使用的信號指的是電信號，即隨時間 變化的電壓或電流，是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式。 信號的分類v 連續(xù)信號與離散信號；v 模擬信號與數(shù)字信號；v 周期信號與非周期信號；v 隨機信號與確認信號 ；計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室 信號的特性：v時間特性-時域法 主要用于模擬信號的分析； v頻率特性-頻域法 主要用于數(shù)字信號的分析。計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室信號的絕對帶寬和有效帶寬信號帶寬：是指信號的頻譜

3、寬度；絕對帶寬：指信號本身固有的帶寬；)5(2sin(51)3(2sin(31)2sin()(tftfftts即是：例如：+.sin11)(kkts（k為奇數(shù)）(2kft)波 形計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室設備有效帶寬：一個絕對帶寬為的信號，在通過一個有 限帶寬的傳輸設備、介質(zhì)時，所能通過的 最高頻率與最低頻率之差；信號有效帶寬：包含絕大多數(shù)信號能量的頻帶寬度；設備容錯能力：設備能夠根據(jù)所接收到的失真信號還原出 信號本身的能力；計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室數(shù)據(jù)傳輸速率與通信系統(tǒng)帶寬 例：若一個通信網(wǎng)帶寬為4MHZ ，傳輸信號為方波，當 基波頻率為f01 MHZ 時，試請問數(shù)據(jù)的傳輸速率

4、 是多少呢？ 10tAV=2f0FAQ：是不是只要提高f0就能夠提高數(shù)據(jù)的傳輸速率呢？ 計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室 Sin(2kft) 1/3Sin(2(3f)t) + 包含三個頻率分量計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室3.2 數(shù)據(jù)傳輸與處理 數(shù)據(jù)從源站到目的站的傳輸過程中，必須要考慮以下幾個問題：v數(shù)據(jù)的特性；v用于傳輸數(shù)據(jù)的實際物理手段；v在傳輸過程中如何保證數(shù)據(jù)的正確性。 計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室 包括兩類： 模擬數(shù)據(jù)：語音數(shù)據(jù)、音頻、視頻數(shù)據(jù) 數(shù)字數(shù)據(jù)：由0 、1 序列構(gòu)成的數(shù)據(jù)（1）、語音數(shù)據(jù)：dB3000700400語音聲音 系統(tǒng)：3003400Hz 采樣頻率：8000

5、Hz 量化系數(shù)：8bit 數(shù)據(jù)速率：64KbpsHz計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室IP ： 比 通信系統(tǒng)的語音質(zhì)量差 數(shù)據(jù)速率：832Kbps 分組傳輸特性 受網(wǎng)絡傳輸帶寬影響 延時的抖動特性（2）、視頻數(shù)據(jù) 基本屬性：空間分辨率：768576 640480 色彩分辨率：24bit 時間分辨率：25Fbps 30Fbps計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室數(shù)據(jù)速率： 7685762425 260MbpsCIF規(guī)范： 3522888（5-10） 4Mbps 主要用于網(wǎng)絡視頻會議系統(tǒng)QCIF規(guī)范： 1761448（5-10） 1Mbps 主要用于可視 系統(tǒng)（3）、數(shù)字數(shù)據(jù)： 由0、1構(gòu)成的數(shù)字序列，

6、應進行一定的編碼才能有效地進行通信。計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室 信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電信號的表示形式，是通過一定的編碼技術(shù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電編碼的。： 調(diào)相制編碼； 調(diào)幅制編碼； 調(diào)頻制編碼；計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室編碼： 非歸零編碼（NRZ，Non-Return to Zero） 曼徹斯特編碼（Manchester） 差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester） 針對不同的介質(zhì)、不同物理信道或不同用途有不同的編碼方式，例如：4B/5B、8B/6T等等。計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室01101NRZManchesterDifferentialManches

7、ter計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室編碼： 脈沖振幅調(diào)制(PAM)； 脈沖編碼調(diào)制(PCM) ；編碼： 幅移鍵控(ASK)； 相移鍵控(PSK) ； 頻移鍵控(FSK) ； 正交調(diào)幅(QAM)；計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室 Analog Data Analog Signal Digital Data Digital Signal可以有四種數(shù)據(jù)傳輸形式，也就形成了四類傳輸系統(tǒng)。計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室基帶傳輸：信號未經(jīng)頻率變換直接在信道上進行傳輸。 即：數(shù)據(jù)與信號占用的頻譜寬度。寬帶傳輸：對信號進行頻率變換后才送上信道進行傳輸。 即：數(shù)據(jù)與信號占用的頻譜寬度。不同（1）、模擬數(shù)據(jù)以

8、模擬信號方式傳輸 例如：目前的廣播、電視通信系統(tǒng)。 Audio數(shù)據(jù) 直接以Audio信號傳輸 調(diào)制編碼后傳輸：計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室（2）、模擬數(shù)據(jù)以數(shù)字信號方式傳輸 例如：聲 卡 模擬語音PCM數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字信號 視頻卡 模擬視頻采集編碼數(shù)字化數(shù)字信號 Analog Data Digital Signal（3）、數(shù)字數(shù)據(jù)以模擬信號方式傳輸PCMODEMPCMODEMPSTN計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室（4）、數(shù)字數(shù)據(jù)以數(shù)字信號方式傳輸 編碼轉(zhuǎn)換成比特流即可。* 遠程傳輸： 模擬信號： 放大器(Amplifier) 數(shù)字信號： 中繼器（Repeater）計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教

9、研室 主要有三種：。 （1）、衰減：指信號強度隨傳輸距離的增加而減弱。 任何傳輸介質(zhì)都存在衰減問題 。規(guī)則介質(zhì)： 線性；（雙絞線，同軸電纜，光纖）不規(guī)則介質(zhì)：非線性；（空氣）解決辦法：模擬信號放大器； 數(shù)字信號中繼器；計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室（2）、延遲失真：因不同頻率的信號在同一介質(zhì)中傳 輸速率的不同而引起的。 HzmsHz對模擬信號：可以不考慮；對數(shù)字信號：碼間干擾；延遲均衡器ms計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室（3）、噪聲：凡引入的無用信號，均稱為噪聲。 主要有四種： 熱噪聲：傳輸設備、介質(zhì)中的電子做布朗運動 所產(chǎn)生的噪聲。 任何絕對零度以上的系統(tǒng)都有熱噪聲；熱噪聲是均勻分布的；

10、難以被克服；熱噪聲的功率密度：；T：Kelvin溫度；K:Boltzmanns=1.38031023 J/K在WHz帶寬內(nèi)（不考慮信號頻率f）：；（上限） NKTW 計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室 交調(diào)噪聲：多個不同頻率的信號共存于同一介質(zhì)或 信道時信號之間相互調(diào)制所產(chǎn)生的噪聲；f1、f2、f3f1 f2f1 f2f1 f2如果f3相互影響 串擾：信號之間的有害耦合；雙絞線：計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室 脈沖噪聲； 來源：雷電、電磁干擾、設計上的不合理； 特點：持續(xù)時間短、幅度大且不連續(xù)； 對模擬信號影響較??； 對數(shù)字信號影響較大；模擬如果：數(shù)字信號速率：64Kbps則有：640bit錯

11、誤計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室1、信道：由傳輸設備和傳輸介質(zhì)一起所構(gòu)成的信號傳輸通道。（1）、信號傳輸?shù)姆较蚺c時間：單工；半雙工；雙工；（2）、信號類型：模擬信道；數(shù)字信道；（3）、介質(zhì)類型：有線信道；無線信道；（4）、使用方法：專用信道；公共信道；計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室2、信噪比（Signal/Noise）：在通信信道上某點信號與 噪聲的功率比。 3、信道容量：在給定條件下（帶寬、S/N、差錯率、可靠 性、可用性），信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。 。注意：通常所說的網(wǎng)絡帶寬為2M，實際指的是容量計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室4、數(shù)字信道的信道容量（1）、碼元的傳輸速率：單位時間內(nèi)傳

12、遞的碼元個數(shù). 波特率（Band） （2）、數(shù)據(jù)傳輸速率：單位時間內(nèi)傳遞的比特的個數(shù)。 比特率（bps或bit/s） 兩者關(guān)系： 計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室（3）、奈奎斯特（Nyquist）準則 ： 在帶寬為B的信道中，能夠傳輸?shù)淖畲蟛ㄌ芈蕿?B,因此，無噪聲的數(shù)字信道的容量為： 例：一數(shù)字信道的帶寬為：5MHz，若傳輸二進制編碼的數(shù)字信號，則：信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是多少？5、模擬信道的信道容量譜：3003400HZ，典型的信噪比：30dB，求最大數(shù)據(jù)速率是多少？sKbitNSBC/30)10001 (log3100)1 (log22計算機通信與網(wǎng)絡計算

13、機專業(yè)教研室6、功率利用率與頻帶利用率（1）、在誤碼率一定的情況下，傳輸每一 比特數(shù)據(jù)所需的最小信號平均功率。 S/N下降平均功率下降功率利用率上升；（2）、在單位帶寬內(nèi)，所允許傳輸?shù)淖畲髷?shù) 據(jù)速度。 B一定C增大頻帶利用率上升；（3）、互換原則：計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室B一定C頻帶利用率S/N功率利用率L編碼復雜功率利用率衛(wèi)星通信：注重功率利用率；地面微波通信：注重頻帶利用率；C2Blog2（1S/N）C2Blog2L計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室1、傳輸介質(zhì)的特性： 網(wǎng)絡帶寬：傳輸介質(zhì)所能承受的網(wǎng)絡帶寬 物理特性：對傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述 傳輸特征：包括頻率特性和適用范圍等。 傳

14、輸損耗：傳輸介質(zhì)中傳輸過程中的損耗。 連通特性：允許點-點或多點連接。 地理范圍：傳輸介質(zhì)的最大傳輸距離。 抗干擾性：防止噪聲與電磁干擾對數(shù)據(jù)傳輸影響的能力。 相對價格：包括器件、安裝與維護費用。0計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室2、設計通信系統(tǒng)時，與介質(zhì)相關(guān)的因素：v BandWidth；v Transmissionimpairment；v Interface；v Number of Receiver；3、介質(zhì)分類：導向（guided）性傳輸介質(zhì)-規(guī)則介質(zhì)非導向(unguided)性傳輸介質(zhì)-不規(guī)則介質(zhì)計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室（1）、導向傳輸介質(zhì)（雙絞線、同軸電纜、光纖）計算機通信與

15、網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室v 也稱雙扭線，由兩、四、八根相互絕緣的銅導線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法兩兩絞合起來就構(gòu)成了雙絞線。 計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室通常我們使用的雙絞線，不同生產(chǎn)商的產(chǎn)品標志可能不同，但一般包括以下一些信息： 雙絞線類型 NEC/UL防火測試和級別 CSA防火測試 長度標志 生產(chǎn)日期 雙絞線的生產(chǎn)商和產(chǎn)品號碼 如：AVAYA-C SYSTEIMAX 1061C+ 4/24AWG CM VERIFIED UL 生產(chǎn)商 產(chǎn)品號 通信通用電纜，CM是NEC(美國 國家電氣規(guī)程)中防火耐煙等級中 的一種。 VERIFIED UL：說明雙絞線滿足 UL(Underwriters

16、 Laboratories Inc.保險 業(yè)者實驗室)的標準要求。 系統(tǒng)：一對； RJ11網(wǎng)絡系統(tǒng)：四對； RJ45PCPC交叉HUB平行計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室非屏蔽雙絞線（UTP） 屏蔽雙絞線（STP） UTP3 (16M)UTP4 (20M)UTP5 (100M)語音級數(shù)據(jù)級三類線：絞距大，串擾大；五類線：絞距小，串擾??；絞距計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室常用的同軸電纜有下述幾種（無線電波管制級別RG）： RG-8和RG-11，通常用來實現(xiàn)粗纜Ethernet （75） RG-58，通常用來實現(xiàn)細纜Ethernet。（50） RG-75，通常用來實現(xiàn)電視傳輸，也可用于寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)

17、絡。（ 75 ）計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室 細纜：50同軸電纜，是為數(shù)據(jù)通信傳送基帶數(shù)字信號，故又稱為基帶同軸電纜。T 型頭 網(wǎng)卡的 BNC接口端接器 粗纜：相對于細纜而言，它的帶寬更大，常用來傳輸頻分復用的寬帶信號 ，因此也稱為寬帶同軸電纜 。MAUAUI50m DIX接口型頭 計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室主要技術(shù)特性: 溫度范圍: -65 +165 特征阻抗: 50，75 工作電壓: 500V 頻率范圍: DC 4GHz 介質(zhì)耐壓：1500V 接觸電阻：內(nèi)導體: 1.5m, 外導體: 5000 M 電壓駐波比: 1.30 連接器耐久性：500次 NOTE： 一個網(wǎng)段上連接的計算機

18、臺數(shù)有限。 相鄰兩臺計算機之間的距離有限。 細纜：；粗纜：；HUB8cm光纖易折斷；彎折處光信號有損失；計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室（2）、非導向性傳輸介質(zhì)以空氣作為傳輸介質(zhì)(無線傳輸)定向傳輸：聚集為波束； 點點全向傳輸：立體擴散； 點多點發(fā)送和接收都是通過天線實現(xiàn)的。計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室v 微波的頻率范圍為300MHZ300GHZ，但主要是使用240GHZ的頻率范圍。微波在空間是直線傳播的。 Khd14. 7d:天線之間的距離（Km）；h：天線高度（m）；K：調(diào)節(jié)系數(shù)，與地理表面情況有關(guān)，經(jīng)驗值K4/3；由于地面微波傳輸距離較小，一般為50Km，如果需要進行遠距離傳輸，則需

19、要微波中繼站；計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室NEC PASOLINK系列：無人值守的微波中繼站； 為了使衛(wèi)星與地面站始終保持在可視范圍內(nèi)，需要采用同步衛(wèi)星（位于赤道上空35784Km的軌道上）； 兩個使用相同頻帶的衛(wèi)星，如果離的很近，它們會相互干擾，故要求：46GHz 41214GHz 317-29GHz 試用計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室 每一顆衛(wèi)星分別使用兩個波段分別用于發(fā)送和接收；uplinkdownlink計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室3.5 多路復用技術(shù) 解決鏈路利用率;1、概述v概念：多個信號共享同一傳輸介質(zhì)的技術(shù)；v原理： 一條高速物理通道 個信源 多路分用器多路復用器個輸出 NN個邏輯通道 Nv多路復用技術(shù)： 頻分多路復用（FDM） 時分多路復用（TDM，ATDM） 波分多路復用（WDM）計算機通信與網(wǎng)絡計算機專業(yè)教研室2、頻分多路復用技術(shù) （1）概念復用器 分用器 圖 3-13 頻分多路復用概念 S3 S1 S2 頻段 1 或邏輯信道