第二章-第一部分課件

第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.2數(shù)據(jù)通信方式2.3數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.5流量控制2.6差錯(cuò)檢測(cè)編碼2.7傳輸介質(zhì)2.8物理層接口及標(biāo)準(zhǔn)2.9寬帶接入技術(shù)2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型2.1.2數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.3數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型信源變換器信道反變換器信宿發(fā)送端噪聲源接收端簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)定義：指以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線路連接分布在各地的而執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能的系統(tǒng)基本作用：在兩個(gè)實(shí)體之間交換數(shù)據(jù)基本組成三要素：信源、信道、信宿計(jì)算機(jī)或終端數(shù)據(jù)終端設(shè)備信源：信息發(fā)送端信宿：信息接收端信道：傳輸信息的通道有線信道、無(wú)線信道數(shù)字信道、模擬信道變換器作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)。變換器一般有編碼器或調(diào)制器反變換器作用是將接收到的信號(hào)恢復(fù)成發(fā)送端原來(lái)的信號(hào)，是變換器的反向功能。反變換器一般有譯碼器或解調(diào)器噪聲源模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。編碼：把數(shù)據(jù)變換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程譯碼：把數(shù)字信號(hào)變換為數(shù)據(jù)的過(guò)程調(diào)制：把數(shù)據(jù)變換為模擬信號(hào)的過(guò)程解調(diào)：把模擬信號(hào)變換為數(shù)據(jù)的過(guò)程2.1.2數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)：由數(shù)字、字符和符號(hào)等組成，是信息的載體數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)際含義信息：按一定要求以一定格式組織起來(lái)的、具有一定意義的數(shù)據(jù)信息有具體含義信號(hào)：信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表示，具有確定的物理描述，如電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。電磁信號(hào)一般有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種形式數(shù)字信號(hào)：隨時(shí)間離散變化的信號(hào)，如脈沖信號(hào)等模擬信號(hào)：隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，如正弦波信號(hào)等1011100碼元：代表不同離散數(shù)值(狀態(tài))的基本波形碼元代表的離散數(shù)值可以是多進(jìn)制的，也可以是二進(jìn)制的如：當(dāng)使用二進(jìn)制編碼時(shí)，只有兩種不同的碼元，分別代表0狀態(tài)和1狀態(tài)碼元代表的離散數(shù)值是多進(jìn)制的情況如：傳送“101011000110111010……”

方法一：直接傳送每個(gè)碼元攜帶1bit

碼元代表的離散值是二進(jìn)制的，兩種碼元

方法二：分組：“101,011,000,110,111,010……”

每個(gè)碼元攜帶3bit

碼元代表離散值是0~7(八進(jìn)制)，八種碼元可用8種不同的振幅、頻率、相位進(jìn)行調(diào)制

數(shù)據(jù)通信：定義：指信源和信宿之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)的通信方式。狹義：指數(shù)字信號(hào)廣義：包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)數(shù)字通信：在通信信道中傳送數(shù)字信號(hào)的通信方式模擬通信：在通信信道中傳輸模擬信號(hào)的通信方式數(shù)據(jù)通信與數(shù)字通信的區(qū)別？信源編碼器信宿譯碼器信源編碼器信宿譯碼器信源調(diào)制器信宿解調(diào)器數(shù)字信道數(shù)字信道模擬信道信源調(diào)制器信宿解調(diào)器模擬信道2.1.3數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)：衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘膮?shù)衡量有效性的指標(biāo):信道帶寬和信道容量傳輸速率(數(shù)據(jù)傳輸速率、碼元速率)傳輸延遲衡量可靠性的指標(biāo):誤碼率(1)信道帶寬和信道容量信道帶寬：信道具有的一定頻率范圍(頻帶寬度)

（帶寬分配：參照謝希仁P41電磁波的頻譜）按信道頻率范圍不同，可分為三類：

窄帶信道——帶寬為0~300Hz

音頻信道——帶寬為300~3400Hz

寬帶信道——帶寬為3400Hz以上信道容量定義：指單位時(shí)間內(nèi)信道所能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘?，它表征信道的傳輸能力。表示方式?/p>

a)以碼元速率表示：指信道在單位時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)淖畲蟠a元數(shù)，單位“波特”

b)以數(shù)據(jù)傳輸速率表示：指單位時(shí)間內(nèi)最多可傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)的位數(shù)，單位“bit/s”信道容量和信道帶寬的關(guān)系一般情況下，信道帶寬越寬，一定時(shí)間內(nèi)信道上傳輸?shù)男畔⒘烤驮蕉?，則信道容量就越大，傳輸效率就越高。香農(nóng)定理：在帶寬受限、有高斯白噪聲干擾的條件下：

C——信道容量，bit/s

W——信道帶寬，Hz

N——噪聲功率

S——信號(hào)功率

S/N——信噪比，一般用分貝(dB)作為度量單位C=Wlog2(1+S/N)信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)奈奎斯特準(zhǔn)則：在帶寬受限、無(wú)噪聲干擾的條件下：

C——信道容量，bit/s

W——信道帶寬，Hz

N——信道上傳輸信號(hào)可取離散值的個(gè)數(shù)(狀態(tài)數(shù))

log2N——信號(hào)所表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率R和碼元速率B的關(guān)系最大碼元速率BmaxC=2Wlog2NR=Blog2N因?yàn)镽max=C，所以Bmax=2WRmax=Bmaxlog2N由題意知：10log10(S/N)=30

可得出：S/N=1000

根據(jù)香農(nóng)公式：

最大數(shù)據(jù)傳輸率=3000log2(1+S/N)≈30K(bit/s)例1:電話系統(tǒng)的典型參數(shù)是信道帶寬為3000Hz，信噪比為30dB，則該系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是多少？例2：對(duì)于某帶寬為4000Hz的低通信道，采用16種不同的狀態(tài)來(lái)表示數(shù)據(jù)。

(1)按照奈奎斯特定理，信道的最大碼元速率是多少？

最大傳輸速率是多少？

(2)如果信道的信噪比為30dB，按照香農(nóng)定理，信道的

最大傳輸速率是多少？(1)最大碼元速率Bmax=2×W=2×4000=8000(波特)最大傳輸速率=Bmaxlog2N=8000log216=32K(bit/s)(2)由題知：S/N=1000最大傳輸速率=Wlog2(1+S/N)=4000log2(1+1000)

≈40K(bit/s)2.2數(shù)據(jù)通信方式2.2.1并行通信與串行通信2.2.2單工通信、半雙工通信和全雙工通信2.2.3異步傳輸與同步傳輸2.2.1并行通信與串行通信并行通信定義：指利用多根傳輸線將多位數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行傳送。特點(diǎn)：線路多、成本高適用場(chǎng)合：距離短、數(shù)據(jù)量大串行通信定義：指利用一條傳輸線將數(shù)據(jù)一位一位地按順序（由低位到高位）分時(shí)傳輸特點(diǎn)：線路少、成本低適用場(chǎng)合：距離遠(yuǎn)、距離近且速度不高源目的01001100并行數(shù)據(jù)T源目的串行數(shù)據(jù)8T010011002.2.2單工通信、半雙工通信和全雙工通信全雙工站A站B站A站B站A站B半雙工單工單向分時(shí)、雙向同時(shí)、雙向2.2.3異步傳輸與同步傳輸異步傳輸異步是指發(fā)送端和接收端不使用共同的時(shí)鐘，也不在數(shù)據(jù)中傳輸同步信號(hào)發(fā)送端和接收端必須約定數(shù)據(jù)幀格式和比特率起始位(1個(gè))——每個(gè)數(shù)據(jù)幀開始傳送的標(biāo)志；低電平。數(shù)據(jù)幀格式數(shù)據(jù)位(5～8個(gè))——緊跟著起始位傳送；低位前，高位后。表示一個(gè)字符校驗(yàn)位(1個(gè))——用于校驗(yàn)是否傳送正確；可選。停止位(1.5/2個(gè))——表示該數(shù)據(jù)幀傳送結(jié)束；高電平?？臻e位——傳送數(shù)據(jù)幀之間的間隔；高電平。起始位校驗(yàn)位停止位空閑位數(shù)據(jù)位低位高位數(shù)據(jù)幀0/10/10/10/110111…空閑位下一個(gè)數(shù)據(jù)幀同步傳輸以一個(gè)數(shù)據(jù)幀為傳輸單位，每個(gè)數(shù)據(jù)幀附加起始和結(jié)束標(biāo)志同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復(fù)雜兩種形式：

面向字符的同步傳輸、面向比特的同步傳輸~~~~起始標(biāo)志數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志例１:設(shè)數(shù)據(jù)幀為1個(gè)起始位、7個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和1個(gè)停止位，如果比特率為1200bps。用7位數(shù)據(jù)位代表一個(gè)字符，求每秒能傳送的最多字符數(shù)是多少？不存在空閑位時(shí)，可傳送的字符數(shù)最多1200/（1+7+1+1）＝120個(gè)2.3數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)2.3.1基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸2.3.2數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)2.3.3多路復(fù)用技術(shù)2.3.1基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸1)基帶傳輸基帶信號(hào)：來(lái)自信源的電脈沖信號(hào)基帶傳輸：在信道中直接傳輸基帶信號(hào)的傳輸方式基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分或直流成分，僅適合近距離傳輸。通常在進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M信道中，必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。2)頻帶傳輸頻帶信號(hào)：將基帶信號(hào)變換(調(diào)制)成便于在模擬信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍(300～3400Hz)的信號(hào)頻帶傳輸：將頻帶信號(hào)在信道中傳輸?shù)姆绞?。頻帶傳輸實(shí)際上就是模擬傳輸頻帶傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波頻率恒定的模擬信號(hào)3)寬帶傳輸寬帶：包括大部分電磁波頻譜寬帶傳輸：將寬帶信號(hào)在信道中傳輸?shù)姆绞健?.3.2數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)編碼與調(diào)制的原因：

數(shù)據(jù)在傳輸中容易產(chǎn)生誤碼編碼和調(diào)制技術(shù)可使系統(tǒng)具有糾錯(cuò)能力和抗干擾能力可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生編碼與調(diào)制的任務(wù)：提高數(shù)據(jù)傳輸效率降低誤碼率信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體表現(xiàn)形式數(shù)據(jù)與信號(hào)之間的四種組合：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)（一）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以由多種不同形式的電脈沖信號(hào)的波形來(lái)表示。要將基帶信號(hào)(即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)