數(shù)據(jù)通信的基本概念綜述_第1頁
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文檔簡介

第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識本章講授內(nèi)容2.1、基本概念2.2、數(shù)據(jù)傳輸方式2.3、數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.4、差錯檢驗與校正2.1基本概念2.1.1信息與數(shù)據(jù)信息:對客觀事物的反映,可以是對物質(zhì)的形態(tài)、大小、結(jié)構(gòu)、性能等全部或部分特性的描述,也可以表示物質(zhì)與外部的聯(lián)系。(信息由各種存在形式,如數(shù)字、文字、聲音、圖形和圖像等。)數(shù)據(jù):信息可以用數(shù)字的形式來表示,數(shù)字化的信息稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是信息的載體,信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)在含義或解釋。(數(shù)據(jù)有兩種類型:取連續(xù)值的數(shù)據(jù)稱為模擬值,取離散值的數(shù)據(jù)稱為數(shù)字數(shù)據(jù)。)2.1基本概念2.1.2信道和信道容量信道:傳送信號的通道,可以分為物理信道和邏輯信道。物理信道是指用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路,由傳輸介質(zhì)及其附屬設(shè)備組成。邏輯信道是指傳輸信息的一條通路,但在信號的收、發(fā)節(jié)點之間并不一定存在與之對對應(yīng)的物理傳輸介質(zhì),而是在物理信道的基礎(chǔ)上,由節(jié)點設(shè)備內(nèi)部的連接來實現(xiàn)。信道的分類:按使用權(quán)限分為專業(yè)信道和共用信道;按傳輸介質(zhì)分為有線信道、無線信道和衛(wèi)星信道;按傳輸信號分為模擬信道和數(shù)字信道。信道容量:是指信道傳輸信息的最大能力,通常用信息速率(bps)來表示。信道容量由信道的頻帶(帶寬)、可使用的時間及能通過的信號功率決定。信道容量香農(nóng)公式(Shannon):

C=B*log2(1+S/N)(bps)說明:S為信號功率,N為噪聲功率。在通信系統(tǒng)中,信噪比通常用分貝dB表示。S/N(dB)=10lg(S/N)例:已知信噪比為30dB,帶寬為3kHz,求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。

∵10lg(S/N)=30

∴S/N=1030/10=1000

∴C=3k×log2(1+1000)≈30kbps

2.1基本概念2.1基本概念信號分類:模擬信號和數(shù)字信號模擬信號:隨時間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波。例電話、電視和廣播數(shù)字信號:一系列離散的電脈沖,其值限制在有限的幾個數(shù)字之內(nèi)。例:用1表示恒定的正電壓,0表示恒定的負電壓。波形圖:模擬信號數(shù)字信號2.1基本概念模擬信道:以連續(xù)模擬信號形式傳輸?shù)男诺览弘娫捑€路、有線電視線路模擬信道傳輸?shù)奶攸c:在傳輸一定距離后信號衰減,克服的辦法是用放大器來增強信號的能量,但噪音也會增強,會引起信號畸變。數(shù)字信道:以數(shù)字脈沖形式傳輸數(shù)據(jù)的信道例:雙絞線、同軸電纜數(shù)字信道傳輸特點:長距離傳輸也會衰減,克服的辦法是使用中繼器,把數(shù)字信號恢復為“0、1”的標準電平后繼續(xù)傳輸。故數(shù)字信道在傳輸時,信號質(zhì)量要好。注意:模擬信號不一定只在模擬信道上傳輸,數(shù)字信號也不一定只在數(shù)字信道上傳輸。2.1.3碼元和碼字碼元把一個數(shù)字脈沖稱為一個碼元,是構(gòu)成信息編碼的最小單位。將計算機網(wǎng)絡(luò)傳送中的每1位二進制數(shù)字稱為“碼元”或“碼位”。碼字由碼元組成的序列,通常稱為“碼字”2.1基本概念2.1基本概念2.1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標1.比特率是一種數(shù)字信號的傳輸速率,表示單位時間內(nèi)所傳送的二進制代碼的有效位數(shù),單位為比特每秒(bps)或千比特每秒(kbps)表示。2.波特率是一種調(diào)制速率,也稱為波形速率,是針對在模擬信道上進行數(shù)字傳輸時,從調(diào)制解調(diào)器輸出的調(diào)制信號,每秒鐘載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)。或者說,在數(shù)據(jù)傳輸過程中,線路上每秒傳送的波形個數(shù)就是波特率,其單位為波特(Baud)。3.誤碼率指信息傳輸?shù)腻e誤率,也稱錯誤率,是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)以正常工作情況下,衡量傳輸可靠性的指標。當傳輸?shù)目偭亢艽髸r,在數(shù)值上它等于出錯的位數(shù)與傳送的總位數(shù)之比。公式為:Pe=Ne/N;N是傳送的總位數(shù);Ne是出錯的位數(shù)。2.1基本概念2.1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標4.吞吐量是單位時間內(nèi)整個網(wǎng)絡(luò)能夠處理的信息總量,單位是字節(jié)/秒或位/秒。在單信道總線型網(wǎng)絡(luò)中:吞吐量=信道容量*傳輸效率。5.信道的傳播延遲信號在信道中傳播,從信源端到達信宿端需要一定的時間,這個時間稱為傳播延遲(或時延),這個時間與信源端一信宿端之間的距離有關(guān),也與具體信道中的信號傳播速度有關(guān)。時延的大小與采用哪種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有很大關(guān)系。2.1基本概念2.1.5帶寬與數(shù)據(jù)傳輸率1.信道帶寬是指信道所能傳送的信號頻率寬度,它的值為信道上可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差。帶寬越大,所能達到的傳輸速率就越大,所以信道的帶寬是衡量傳輸系統(tǒng)的一個重要指標。2.數(shù)據(jù)傳輸率是指單位時間內(nèi)信道內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚幢忍芈?。一般來說,數(shù)據(jù)傳輸率的高低由傳輸每1位數(shù)據(jù)所占時間決定,傳輸每1位數(shù)據(jù)所占時間越小,則速率越高。數(shù)據(jù)傳輸率公式:S=Blog2N;B是數(shù)字信號的脈沖頻率,即波特率;N是調(diào)制電平數(shù)。誤碼率由于噪聲的干擾,信號在傳輸過程中會出現(xiàn)差錯,差錯的多少決定了數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量。誤碼率Pe=發(fā)生差錯的碼元數(shù)/傳輸?shù)目偞a元數(shù)誤比特率Pb=發(fā)生差錯的比特數(shù)/傳輸?shù)目偙忍財?shù)說明:在計算機網(wǎng)絡(luò)中,一般要求誤比特率低于10-6,若誤比特率達不到這個指標,可通過差錯控制方法檢錯和糾錯。2.1基本概念2、信道容量表示一個信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率,單位:bps信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別:前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率,是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限,而后者是實際的數(shù)據(jù)傳輸速率。在實際中,通常用帶寬表示網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。帶寬與傳輸速率的關(guān)系:奈奎斯特定律和香農(nóng)定律2.1基本概念無噪聲的信道容量(理想)奈奎斯特(Nyquist)無噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬H的關(guān)系:B=2*H

(波特)

奈奎斯特公式--無噪信道傳輸能力公式:

C=2*H*log2N(bps)

說明:C為信道容量,H為信道的帶寬,單位為Hz;N為一個碼元所取的離散值個數(shù)。例:普通電話線路帶寬約3kHz,則碼元速率極限值:

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

若碼元的離散值個數(shù)N=16,則最大數(shù)據(jù)傳輸速率

C=2*3k*log216=24kbps。

2.1基本概念例:帶寬為4KHz的信道,若有8種不同的物理狀態(tài)表示數(shù)據(jù),信噪比為30db,問按照奈奎斯特定理計算,其極限速率是多少?按香農(nóng)定理計算,其極限速率又為多少?解:(1)奈奎斯特定理:Cmax=2Hlog2N,H=4KHzCmax=2*4K*log28=24Kbp

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