第2章 数据通信基础

1、第2章 数据通信基础,计算机通信技术（Computer Communications),信息、数据、信号 功率谱密度和信号带宽 传输方式与传输速率 传输质量 通信编码,第2章 数据通信基础,第2章 数据通信基础,信息、数据、信号 功率谱密度和信号带宽 传输方式与传输速率 传输质量 通信编码,2.1.1 信息与信息量,2.1 信息、数据、信号,信息 对事物或事件的描述；信息的载体是数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合； 数据 对信息的具体表示；即字母、数字、语音、图形或图像的二进制代码表示； 信号 数据的电磁或光学编码；为了传输二进制代码的数据，

2、必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示； 数据通信 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。 通信的目的是交换信息，,(1) 消息中所含信息量I是消息出现的概率P(x)的函数，即,(2) 消息出现的概率愈小， 它所含信息量愈大； 反之信息量愈小。 且,2.1 信息、数据、信号,2.1.1 信息与信息量信息量的计算,(3) 若干个互相独立事件构成的消息， 所含信息量等于各独立事件信息量的和， 即,可以看出I与P(x)间应满足以上三点， 则它们有如下关系式：,2.1 信息、数据、信号,2.1.1 信息与信息量信息量的计算,信息量I的单位与对数的

3、底数a有关： a=2 单位为比特(bit，简写为b)； a=e单位为奈特(nat，简写为n)； a=10单位为笛特(Det)或称为十进制单位； a=r单位称为r进制单位。 通常使用的单位为比特。,2.1 信息、数据、信号,2.1.1 信息与信息量信息量的计算,例1-1 试计算二进制符号等概率和多进制(M进制)等概率时每个符号的信息量。,2.1 信息、数据、信号,2.1.1 信息与信息量信息量的计算,例1-2 试计算二进制符号不等概率时的信息量(设P(1)=P)。,2.1 信息、数据、信号,2.1.1 信息与信息量信息量的计算,2.1.1 信息与信息量信息量的计算,2.1 信息、数据、信号,例

4、1-3 设由5个符号组成的信息源，相应概率为,2.1 信息、数据、信号,2.1.1 信息与信息量信息量的计算,例 1-4 一信息源由4个符号A、B、C、D 组成，它们出现的概率为3/8、1/4、1/4、1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求信息源输出为： CABACABDACBDAABCADCBABAADCBABAACDBACAACABADBCADCBAABCACBA 的信息量。 解 信源输出的信息序列中，A出现23次，B出现14次，C出现13次，D出现7次，共有57个。则：,2.1 信息、数据、信号,2.1.1 信息与信息量信息量的计算,例 1-4中信息源总的信息量为,2.1 信息、数据、

5、信号,2.1.1 信息与信息量信息量的计算,2.1 信息、数据、信号,2.1.2 数据,2.1.3 信号 信号是数据的具体表示。 1.信号的分类 连续信号 离散信号 随机信号 确定信号 周期信号 非周期信号,2.1 信息、数据、信号,2.1.3 信号,2.1 信息、数据、信号,2.信号的特性 时间特性 时间特性反映信号振幅随时间变化的情况； 频率特性 指信号所包含的频率成分。用频谱函数表示。 传输系统的特性应与所传所有信号的特性相适应。,2.1 信息、数据、信号,3.信号的分析 时域分析法 方法：激励（输入）分解（一系列单元激励）分别计算 叠加输出（总的相应） 工具：卷积积分； 描述：r(t)

6、=e(t)*h(t) 例如： f(t)=sin1t+1/3 sin31t)+1/5 sin 51t,2.1 信息、数据、信号,f(t)=sin1t+1/3 sin31t)+1/5 sin 51t,3.信号的分析 频域分析法 信号分解（不同频率分量） 计算响应叠加输出（总的相应）； 工具：傅立叶变换、反变换； 描述：,2.1 信息、数据、信号,4. 数据和信号,2.1 信息、数据、信号,1.功率谱密度 表示在单位频频谱宽度内信号频率分量对功率的贡献。 2.信号带宽 信号频率分量集中的区域宽度。一般在中心外延的第一个零点内。 3.系统带宽 所有信号频率分量集中的中心外延0.707倍内的频率区间。,

7、2.2 功率谱密度和信号带宽,基带传输 将终端输出信号直接加载到传输系统的传输为基带传输，即无频率搬移的传输体制。例如：以太局域网信号传输。 频带传输 将终端输出信号经调制实现信号频谱搬移后，才加载到传输系统的传输体制为频带传输。例如：拨号上网的信号传输。,2.3.1 传输方式,2.3 传输通信和传输速率,串行通信 例如：RS-232C异步通信 并行通信 例如：并口打印,图1-2 通信方式 串序传输方式 ； 并序传输方式,2.3 传输通信和传输速率,同步传输 发送器与接收器的时钟是同步的。发放将同步信息夹在比特流中，收方从中提取。字符间隔固定。 例如：T1载波 异步传输 发送器与接收器的时钟是

8、不同步的。一般面向字符，字符间隔不固定。 例如：RS-232C异步通信,2.3 传输通信和传输速率,单工传输 单向通信， 没有交互。 半双工传输 分时双向， 交互效率低。 全双工传输 同时双向， 交互效率高。,2.3 传输通信和传输速率,1. 调制速率 定义：单位时间(每秒)内调制信号波形变换的次数，即单位时间内调制的次数。也称波特率 (baud) 2. 数据信号速率 单位时间(每秒)内通过信道的信息量，单位为bps。,2.3.2 传输速率,2.3 传输通信和传输速率,例1 已知二进制数字信号在2min内共传送了72000个码元，(1)问其码元速率和数据信号速率各为多少? (2) 如果码元宽度

9、不变(即码元速率不变)，但改为八进制数字信号， 则其码元速率为多少?数据信号速率又为多少? 解 (1) 在260s内传送了72000个码元 RB2=72000/(260)=600 (Baud) Rb2=RB2=600 (b/s) (2) 若改为8进制 则 RB8=72000/(260)=600 (B) Rb8=RB8log28=1800 (b/s) ,2.3 传输通信和传输速率,3. 数据传输速率 单位时间(每秒)内通过信道的数据量，单位为字符/分,例2：数据信号速率1200bps,异步传输ASCII码数据，求数据传输速率RC为多少？ 解： (字符/分钟） 注：分母中的2为一个起始位和一个停止

10、位。,2.3 传输通信和传输速率,2.4.1 衰减与增益 衰减 信号经过传输系统，部分能量被吸收，造成信号强度减弱，这种现象叫衰减。 (dB) 增益 信号经过传输系统，信号强度得到加强，这种现象叫增益 。,2.4 传输质量,2.4.2 失真 衰减失真 衰减随频率的变化所引起的失真叫衰减失真或振幅失真。 影响：信号幅度 解决：补偿 相位失真（群时延失真） 系统对不同频率分量的传播速度不一致所引起的失真叫相位失真或群时延失真。 影响：信号波形展宽，引起码间串扰 解决：均衡,2.4 传输质量,2.4.3 噪声 热噪声 热噪声是指通信设备本身产生的各种噪声。它来源于的起伏变化产生的散弹噪声等 交调噪声 不同频率信号公用同一传输媒体产生的噪声 串音 一条信道的信号对另一信道信号的干扰。因通路耦合引起。 脉冲噪声 脉冲噪声是在时间上无规则的突发脉冲波形。包括