数据通信基础 网络工程

第一章 计算机网络与数据通信基础网络工程S2第 1章 计算机网络与数据通信基础1.3 数据通信基础1.3.1 数据通信 的基本概念1.3.1 数据通信 的基本概念数据通信 是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码 0、 1比特序列的模拟或数字信号的过程。 1.信息通信的目的是交换信息。计算机的终端产生的信息一般是字母、数字和符号的组合。 信息的载体 是数字、文字、语音、图形和图像等。2.常用的二进制代码目前最常用的二进制代码标准为美国标准信息交换码（ ASCII）。1.3.1 数据通信 的基本概念3.数据和信号网络中传输的二进制代码被统称为 数据 （ Data），它是传递信息的载体。信号 是数据在传输过程中的电磁波表示形式。模拟信号 （ analog signal）的信号电平是连续变化的；数字信号 （ digital signal）是用两种不同的电平去表示 0、 1比特序列的电压脉冲信号表示。1.3.1 数据通信 的基本概念4.信道及信道的分类数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信线路（信道）进行通信。（ 1）信道信道 是数据信号传输的必经之路，它一般由传输线路和传输设备组成。1.3.1 数据通信 的基本概念（ 2）物理信道和逻辑信道（ 3）有线信道和无线信道信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信道与无线信道。有线信道 ：使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信道。有线信道包括电话线、双绞线、同轴电缆和光缆等；无线信道 ：以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无线信道。无线信道包括无线电、微波、红外线和卫星通信信道等。1.3.1 数据通信 的基本概念（ 4）模拟信道和数字信道按传输信号的类型分类，信道可以分为模拟信道与数字信道。模拟信道 ：能传输模拟信号的信道称为模拟信道。模拟信号的电平随时间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。如果利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的变换（ A/D变换器）。数字信道 ：能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离散的数字信号在计算机中指由 “ 0” 和 “ 1” 的二进制代码组成的数字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，通常需要进行数字编码。1.3.1 数据通信 的基本概念（ 5）专用信道和公共交换信道信道按使用方式可以分为专用信道和公用信道。专用信道 ：专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路，它可以由用户自己架设或向电信部门租用。公用信道 ：也称公共交换信道，它是一种通过交换机转接、为大量用户提供服务的信道。1.3.1 数据通信 的基本概念5.码元和码字在数据通信中，时间轴上的一个 信号编码单元 被称为 码元 。6.数据包和数据帧在数据传输时，通常将较大的数据块分割成较小的数据段，这些数据段及其附加信息一起形成被称为 “ 数据包” 的逻辑数据单位。在实际传输时，还要将数据包进一步分割成更小的逻辑数据单位，这就是 “ 数据帧 ” 。1.3.2 通信系统的主要技术指标1.3.2 通信系统的主要技术指标1.数据传输速率 S（比特率）比特率是一种数字信号的传输速率，它是指在有效带宽上，单位时间内所传送的 二进制代码的有效位数 （信息量），单位为比特 /秒（ bit/s），又称为信息速率 Rb。2.波形调制速率 B（波特率）在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的 波形个数 （码元数）就是波特率，又称码元速率 RB，单位为波特 /秒（ Baud/s）。若以 T（秒）表示每个波形的持续时间，则调制速率可以表示为：= 1.3.2 通信系统的主要技术指标比特率和波特率之间有下列关系波特率 B 1200 1200 1200 1200多相调制的相数 二相调制 四相调制 八相调制 十六相调制比特率 S（ b/s） 1200 2400 3600 4800表 1-2 比特率和波特率之间的关系1.3.2 通信系统的主要技术指标表 1-2给出了两者之间的数值关系。两者在实际应用中的区别与联系，如图 1-5所示。 图 1-5 比特率和波特率的区别1.3.2 通信系统的主要技术指标3.带宽对于模拟信道 ，带宽是指 物理信道的频带宽度 ，其本来的意思是指信道允许传送信号的最高频率和最低频率之差 , 单位为赫兹（ Hz）、千赫（ kHz）、兆赫（ MHz）等。对于数字信道 ， “ 带宽 ” 是指 在信道上能够传送的数字信号的速率 ，即数据传输速率 S。因此，此时带宽的单位就是比特每秒，通常表示为 b/s或 bps。1.3.2 通信系统的主要技术指标4.信道容量信道容量是一个 极限参数 ，它一般是指 物理信道上能够传输数据的最大能力 。当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生 失真 。1.3.2 通信系统的主要技术指标5.带宽、数据传输速率和信道容量的关联带宽与数据传输速率这两个术语原来都是用来度量信号实际传输能力的指标。而现在，一个物理信道常常是既可以作为模拟信道又可以作为数字信道， 香农的 “ 信道容量 ” 计算公式 指出数据的最大传输速率与信道带宽之间存在着明显的关系，所以人们也常用 “ 带宽 ” 来描述网络中信号传输能力。香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率 Rmax 与信道带宽 B，信噪比 S/N 的关系为：Rmax = Blog 2（ 1+S/N）式中， S为信号的平均功率， N为噪声平均功率，S/N为信噪比。由于在实际使用中 S与 N的比值太大，故常取其分贝数 (dB)，分贝与信噪比的关系为： dB = 10 Log10S/N香农定理说明： 信道最大数据传输率与信道频带宽度成正比 提高信噪比也可以提高最大传输率奈奎斯特准则二进制数据信号的最大数据传输速率 Rmax 与通信信道带宽 B（ B=f，单位 Hz）的关系为Rmax = 2f （ bps）奈奎斯特抽样准则例题：信道带宽为 3000Hz，信噪比为 30dB，则最大数据速率为多少？解： 信噪比为 30dB； 30=10Log10 S/NLog10 S/N=30/10S/N=10的 3次方 =1000 Rmax=Blog 2 (1+S/N) = 3000Log 2 (1+1000)30009.9730000 b/s答：信道带宽为 3000Hz，信噪比为 30dB，最大数据速率为 30kb/s。例题：若要在一条 50KHz的信道上传输 1.544Mbps的下载波，信噪比至少要多大？解： 信道数据速率为 1.544Mbps； 1544000=50000log 2(1+S/N)30=log2(1+S/N)S/N10 的 10次方 信噪比 =10Log10S/N=1010=100dB答：信噪比至少要 100 dB。6.误码率 Pe（ 1）误码率 Pe 的定义误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的概率，也称 “ 出错率 ” 。Pe （ 2）误码率的性质、获取与实用意义1.3.2 通信系统的主要技术指标1.3.3 数据传输方式1.3.3 数据传输方式串行传输如图 1-6a所示并行传输如图 1-6b所示n 图 1-6 a