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1、1数据通信基础数据通信基础2l数据通信的基本概念数据通信的基本概念l数据传输模式数据传输模式l数据编码技术数据编码技术l多路复用技术多路复用技术l数据交换技术数据交换技术l差错控制差错控制 3l 理解信息、数据与信号的概念理解信息、数据与信号的概念l 掌握数据通信系统的模型及其性能指标掌握数据通信系统的模型及其性能指标l 理解并能区分三种不同的通信方式理解并能区分三种不同的通信方式l 掌握并行传输和串行传输两种基本的传输方式掌握并行传输和串行传输两种基本的传输方式l 掌握异步传输和同步传输两种同步方式掌握异步传输和同步传输两种同步方式l 掌握数字数据的数字信号编码方案掌握数字数据的数字信号编码
2、方案l 掌握常用的调制解调技术掌握常用的调制解调技术 l 理解脉冲编码调制的原理及过程理解脉冲编码调制的原理及过程l 理解并掌握几种常用的多路复用技术理解并掌握几种常用的多路复用技术l 理解并掌握几种常用的数据交换技术理解并掌握几种常用的数据交换技术l 掌握差错控制的原理及方式掌握差错控制的原理及方式l 了解几种常用的检纠错码了解几种常用的检纠错码4l信息、数据与信号的概念信息、数据与信号的概念l数据通信系统的模型数据通信系统的模型l数据通信系统的性能指标数据通信系统的性能指标5l通信的目的是交换信息。信息的载体可以是通信的目的是交换信息。信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像等数字、文
3、字、语音、图形或图像等。而数据。而数据是信息的表现形式，在计算机内信息用二进是信息的表现形式，在计算机内信息用二进制代码数据（制代码数据（0 0或或1 1）来表示。反过来，信息）来表示。反过来，信息则是数据的具体内容和解释，有具体的含义。则是数据的具体内容和解释，有具体的含义。信息涉及数据所表现的内涵，而数据涉及信信息涉及数据所表现的内涵，而数据涉及信息的表现形式。而数据是通过信号进行传输息的表现形式。而数据是通过信号进行传输的。的。l信号是数据在传输过程中的具体物理表现形信号是数据在传输过程中的具体物理表现形式，通常的表示形式是电磁波信号。信号可式，通常的表示形式是电磁波信号。信号可分为模拟
4、信号和数字信号两种。分为模拟信号和数字信号两种。6l模拟信号模拟信号：是指信号的幅度随时间呈连续变是指信号的幅度随时间呈连续变化的信号，即在时间特性上幅度（信号强度）化的信号，即在时间特性上幅度（信号强度）的取值是连续的，一般用连续变化的电压表的取值是连续的，一般用连续变化的电压表示。比如：示。比如：语音信号、电视图像信号、温度语音信号、电视图像信号、温度压力传感器的输出信号以及许多遥感遥测信压力传感器的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号。号都是模拟信号。7l数字信号数字信号：是在时间上不连续的、离散的信：是在时间上不连续的、离散的信号，即在时间特性上幅度的取值是有限的离号，即在时间特性
5、上幅度的取值是有限的离散值，一般用脉冲电压来表示。最简单也是散值，一般用脉冲电压来表示。最简单也是最常用的数字是二进制数字最常用的数字是二进制数字0和和1，分别表示，分别表示脉冲电压的低电平和高电平两个状态信号。脉冲电压的低电平和高电平两个状态信号。比如：电报、计算机数据、数字电话信号和比如：电报、计算机数据、数字电话信号和数字电视信号等都是数字信号。数字电视信号等都是数字信号。l模拟信号与数字信号，在传输过程中都会受模拟信号与数字信号，在传输过程中都会受到干扰导致信号的变形。但数字信号的可靠到干扰导致信号的变形。但数字信号的可靠性比模拟信号要高。性比模拟信号要高。l模拟信号和数字信号是可以相
6、互转换的。模模拟信号和数字信号是可以相互转换的。模拟信号通过模数转换变为数字信号，数字信拟信号通过模数转换变为数字信号，数字信号通过数模转换变为模拟信号。号通过数模转换变为模拟信号。8l数据通信数据通信是计算机与计算机或计算机与其他数是计算机与计算机或计算机与其他数据终端之间传输数据的过程。数据通信技术是据终端之间传输数据的过程。数据通信技术是计算机技术计算机技术和和通信技术通信技术相结合的产物。相结合的产物。l下图给出了一个通信系统的基本模型，通信系下图给出了一个通信系统的基本模型，通信系统由源系统、目的系统和传输系统组成。统由源系统、目的系统和传输系统组成。传输系统9源系统源系统：一般由：
7、一般由信源信源和和转换器转换器组成。信源是发组成。信源是发出待传送数据的设备。出待传送数据的设备。信源信源设备产生要传输的设备产生要传输的数据，数据，转换器转换器将将信源信源产生的数据编码为能在传产生的数据编码为能在传输系统中传输的信号。输系统中传输的信号。目的系统目的系统：由：由信宿信宿和和反转换器反转换器组成。信宿是接组成。信宿是接收所传送数据的设备。其中收所传送数据的设备。其中反转换器反转换器负责接收负责接收传输系统传过来的信号，并将其转换为能够被传输系统传过来的信号，并将其转换为能够被信宿信宿设备处理的数据，设备处理的数据，信宿信宿设备接收从反转换设备接收从反转换器传来的数据并进行处理
8、。器传来的数据并进行处理。传输系统传输系统：也称为：也称为信道信道，它是源系统和目标系，它是源系统和目标系统间传输数据信号的通路。统间传输数据信号的通路。10l信道是通信双方信道是通信双方 以传输介质为基础的传输数以传输介质为基础的传输数据的通道，是建立在通信线路上的。一条传据的通道，是建立在通信线路上的。一条传输介质构成的通信线路上可以包含多条信道。输介质构成的通信线路上可以包含多条信道。l信道可分为模拟信道和数字信道。用以传输信道可分为模拟信道和数字信道。用以传输模拟信号的信道叫做模拟信道；用以传输数模拟信号的信道叫做模拟信道；用以传输数字信号的信道叫做数字信道。字信号的信道叫做数字信道。
9、l信道还可按传输介质的物理类型，分为有线信道还可按传输介质的物理类型，分为有线 信道和无线信道。有线信道就是由有线传输信道和无线信道。有线信道就是由有线传输介质（如双绞线、同轴电缆、光缆等）构成介质（如双绞线、同轴电缆、光缆等）构成的通信信道；无线信道就是由无线传输介质的通信信道；无线信道就是由无线传输介质（如微波、卫星）构成的通信信道。（如微波、卫星）构成的通信信道。11l根据传输信号的不同，数据通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。l数字通信系统是用数字信号传输数据的通信系统。l模拟通信系统是用摸拟信号传输数据的通信系统。12l两台计算机通过调制解调器，经由公用电话两台计算机通过调制解
10、调器，经由公用电话网进行通信。网进行通信。13l数据通信系统的主要任务是数据通信系统的主要任务是及时准确及时准确地把数地把数据从信源传递到信宿。据从信源传递到信宿。l评价一个数据通信系统的性能时，可从如下评价一个数据通信系统的性能时，可从如下两个方面考虑：两个方面考虑： 数据传输的有效性：数据传输的有效性： 数据传输速率、信道带宽、传输延迟数据传输速率、信道带宽、传输延迟 数据传输的可靠性：数据传输的可靠性： 误码率误码率14l信道的带宽信道的带宽：指在该信道上：指在该信道上能够不失真地传能够不失真地传送信号的频率范围送信号的频率范围，通常取信道频率响应曲，通常取信道频率响应曲线上幅度频带中心
11、处值的线上幅度频带中心处值的0.7070.707倍的两个频倍的两个频率之间的宽度作为信道的带宽。率之间的宽度作为信道的带宽。l图中，带宽图中，带宽B B = =f f2 2- -f f1 1，其中其中f f1 1和和f f2 2分别是信道分别是信道能通过的能通过的最低频率最低频率和和最高频率最高频率，它们是由信，它们是由信道的物理特性决定的。道的物理特性决定的。15l数据传输速率数据传输速率也称为比特率，是指信道每秒也称为比特率，是指信道每秒所能传输的二进制比特数，单位为所能传输的二进制比特数，单位为bps。l数据传输速率的高低，由每位数据所占用的数据传输速率的高低，由每位数据所占用的时间决定
12、时间决定 。l码元传输速率码元传输速率：单位时间内通过信道传输的单位时间内通过信道传输的码元个数码元个数（一个数字脉冲称为一个码元）。（一个数字脉冲称为一个码元）。l若信号码元宽度为若信号码元宽度为T秒，则码元传输速率秒，则码元传输速率RB = 1/T。l码元速率的单位为码元速率的单位为波特（波特（Baud），所以码元所以码元传输速率也称为传输速率也称为波特率波特率。16l信道的容量是指信道传输数据速率的上限，即信道的最大传输速率，一般表示为单位时间内最多可传输的二进制数据的位数。l奈奎斯特定理给出了有限带宽、无噪声离散信道的信道容量。l香农定理给出了有噪声信道的信道容量与带宽的关系。17l奈
13、奎斯特定理奈奎斯特定理（无噪声有限带宽信道的最大（无噪声有限带宽信道的最大码元传输速率的公式）：若信道带宽为码元传输速率的公式）：若信道带宽为B，则则最大码元传输速率为最大码元传输速率为RB = 2Bl信号码元携带的信息量信号码元携带的信息量由由码元所取离散值码元所取离散值的的个数决定。若码元只取个数决定。若码元只取两个两个离散值，则一个离散值，则一个码元携带码元携带1比特比特（bit）信息；若码元可取信息；若码元可取4种种离散值，则一个码元携带离散值，则一个码元携带2比特比特信息。信息。18l 一般地，一般地，一个码元携带的信息量一个码元携带的信息量I与与码元所码元所 取离散值取离散值的个数
14、的个数V之间存在如下关系：之间存在如下关系： I = log2V l无噪声有限带宽信道无噪声有限带宽信道的的最大数据传输速率最大数据传输速率：即即单位时间内在信道上传送的信息量单位时间内在信道上传送的信息量：R Rb b = = R RB Bloglog2 2V V= 2= 2B Bloglog2 2V Vl R Rb b表示数据传输速率，它的单位是表示数据传输速率，它的单位是比特每秒比特每秒（bits per secondbits per second），），简写为简写为bpsbps或或b/sb/s。 19l例：对于普通电话线路，例：对于普通电话线路，带宽带宽为为3000 Hz，其其最高码元
15、传输速率最高码元传输速率为为6000 Baud，而而最高数据最高数据传输速率传输速率可随编码方式的不同取不同的值，可随编码方式的不同取不同的值，如果如果1个码元能够携带个码元能够携带3 bit的信息量的信息量，则，则最高最高数据传输速率数据传输速率为为18000 bps。20l按奈奎斯特定理给出的是按奈奎斯特定理给出的是无噪声的理想情况无噪声的理想情况下下的极限值。实际上，信道会受到各种噪声的极限值。实际上，信道会受到各种噪声的干扰，因而远远达不到按奈奎斯特定理计的干扰，因而远远达不到按奈奎斯特定理计算出的数据传输速率。算出的数据传输速率。l19481948年，香农给出了有限年，香农给出了有限
16、带宽带宽且且有噪声干扰有噪声干扰的信道的的信道的最大数据传输速率最大数据传输速率计算公式：计算公式：C C = = B Bloglog2 2(1+(1+S S/ /N N) ) l这个公式称为这个公式称为香农定理香农定理，其中，其中，C C为为最大数最大数据传输速率据传输速率，B B为为信道的带宽信道的带宽，S S为信道内所为信道内所传信号的传信号的平均功率平均功率，N N为信道内部的为信道内部的噪声功噪声功率率，S/NS/N叫做叫做信噪比信噪比。 香农定理香农定理21l误码率误码率：表示：表示传输数据时出现差错的概率传输数据时出现差错的概率l定义为：定义为： P Pe e = = 出现错误的码元数出现错误的码元数/ /传输的总码元数传输的总码元数l特别地，在二进制系统中特别地，在二进制系统中 P Pb b = = 出现错误的比特数出现错误的比特数/ /传输的总比特数传输的总比特数lP Pb b和和P Pe e之间存在着一定的换算关系，但它与之间存在着一定的换算关系，但它与译码方法译码方法和和选用的码型选用的码型有很大关系，较为复有很大关系，较为复杂。在杂。在一般情况下一般情况下有有P
