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第二章 数据通信基础 信道信源=变换器-反变换器=信宿一、通信系统模型信源、信宿的角色可以互相转换，变换器和反变换器合成一个（如调制解调器、编码解码器等设备）。信源可以是数字信源或模拟信源信道可以是数字信道或模拟信道故有：（1）模拟信源在模拟信道中通信（2）数字信源在模拟信道中通信（3）模拟信源在数字信道中通信（4）数字信源在数字信道中通信二、数据通信中的主要技术指标数据通信的主要任务是传输数据信息，希望达到传输速度快、出错率低、信息量大、可靠性高，既经济又便于维护。1、 数据传输速率指每秒能传输的二进制信息位数。单位为位/秒(bps)由下式确定：其中S就是数据传输速率，T是一个数字脉冲信号的宽度，即调制一个码元所需要的时间，单位是秒1/T是1秒钟能调制的码元的个数，也即调制速率N位一个码元所取的有效离散值个数例如：采用四相调制方式，周期T=833*10-6秒，则数据传输速率为：S=1/(833*10-6)*log24=2400bps2、 带宽频率范围，即信道能传输的上、下限频率的差值，单位为Hz。基带信号：把二进制数0、1用不同的电压表示后，送到线路传输频带（宽带信号）：将基带信号进行调制后形成频分复用模拟信号3、 信道容量表征一个信道传输数据的能力。单位：位/秒(bps)(1)、无噪音的理想状态下奈奎斯特(Nyquist)准则：码元速率 B=2*H 波特传输速率 C=2*H* log2N bps例如：普通电话线的带宽为4kHz，则调制速率极限为8k波特，若每个码元可能取的离散值个数为16，则最大数据传输速率为 C=2*4k* log216=32kbps噪音：热噪音，信道本身的物理特性产生的，具有随机性，1位冲击噪音，外界的电磁干扰，一般连续几位受影响(2)、有噪音香农(Shannon)公式C=H* log2(1+S/N)H带宽S信号功率N噪声功率S/N信噪比信噪比单位为分贝，但S/N的单位不是分贝，必须经过 10* log10(S/N)的转换，单位才变成分贝。例如：信噪比30dB，带宽4Khz的信道最大数据传输速率为：C=H* log2(1+S/N) 10* log10(S/N)=30dBS/N=1000 C=4000* log2(1+S/N) =4000* log2(1+1000) =4000*10=40kbps4、 误码率二进制数据位传输时出错的概率。是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。在网络传输中，一般要求误码率低于10-6练习：要在带宽4kHz的信道上用4秒发送完10K汉字，信道的信噪比最小应为多少分贝？三、传输技术1、 模拟传输：不考虑传输内容，用扩大器扩大信号，会失真数字传输：关心信号内容，用中继器（转发器）增强信号，不会失真，但可能会引入延迟。2、 数字调制技术（数字信号模拟信号）用到调制（原始电信号转换成适宜传输的电信号）解调（反变换）器调幅（AM）：用两个不同载波信号的幅值分别代表1和0，速率较低,1200bps。调频（FM）：用两个不同频率的载波分别代表1和0，可在同一个电话线中实现全双工。调相（PM）：用两个不同相位变化来表示1和0，抗干扰性好，速率高,9600bps。P62图P62 2.13调相原理图实际应用中，可以调相和调幅结合相位调幅制PAM。例如：采用12种相位，其中4种相位每个信号取2种幅度，则可以调制出16种不同的离散状态（稳定状态）。例题：采用8种相位，各种相位各有两种幅度的PAM调制方法，问在1200Baud的信号传输速率下能达到的数据传输速率为多少？_3、 模拟信号的脉码调制（模拟信号数字信号）用到编码解码器过程： 取样(按一定采样频率) 量化 模拟信号=非整数离散值=整数离散值 编码 数字信道=一定位数的二进制数码-一定位数的二进制数 译码 滤波 优化处理码=量化脉冲=模拟信号=质量更好的模拟信号应用：计算机记录歌曲计算机记录视频信息按x轴的增量、按y轴的增量、预测4、数字信号的编码技术（数字信号在数字信道中传送）将数字信号转换成适合于网络传输的形式。单极性（以正电平表示1，0电平表示0）双极性（以正电平表示1，负电平表示0）曼彻斯特编码不归零制：以正电平表示1，零电平表示0归零制：以正脉冲表示1（有回零动作），零电平表示0不归零制：以正电平表示1，负电平表示0(高速网络的主流编码)归零制：以正脉冲表示1（有回零动作），负脉冲表示0曼彻斯特编码：中间跳变高低1，低高0（以太网）差分曼彻斯特：起始有跳变0，无跳变1（令牌环网）主要解决数字数据信号表示和收发两端之间的信号同步问题。对于曼彻斯特编码，一个码分为两个部分，前用原码半部分表示（高电平表示1，低电平表示0），后半部分用反码表示。注意各种码制的波形图5、传输方式（1）、码元保持同步：外同步：同步时钟事先确定内（自）同步：同步信息从波形中提取（2）、传送单位（字符或数据块）保持同步：i)、异步传输：也叫群同步，以字符为传送单位，只需要保持每个字符的起始点同步，群内按约定的频率进行位的接收。字符间的间隔是任意的。控制简单，对时钟频率的精确度要求不高，编码效率低传输一个字符的格式： 1位起始位，固定为逻辑“0” 58位数据位 01位奇/偶校验位 12位停止位，固定为逻辑“1”，用作字符间的间隔ii)、同步传输：要在传送单位之前、之后加上标志，长度理论上没有限制，实际应用中有个范围。包括面向字符和面向比特两种。6、关于4B/5B编码在实际应用中，NRZ已经成为一种主流的编码，但NRZ有一个致命的缺点：连续出现若干个1或0时，对同步时钟的要求很高，为了解决这个问题，引入了二级编码：第一级先进行预编码，使连续出现若干个1或0的情况不要出现，再进行NRZ编码。7、传输媒体实际传送信息的载体 双绞线：非屏蔽、屏蔽 在100米内100Mbps同轴电缆：基带、宽带 在1公里内可达10Mbps （细缆、粗缆） 光纤：多模光纤（短距离传送）、单模光纤（远距离传送）无线传输：微波（受天气影响）、红外、激光卫星通信：长距离通信8、多路复用技术把多个信号组合起来在一条物理电缆上传输。（1）、频分多路复用FDM模拟信道，带宽比单路信号所需带宽大，采用频谱搬移技术，让多路信号占用不同的频率范围。P65 图2.161路话频信道带宽为4kHz，12路为1群，5个群为1超群，超群又可以复用为更宽的主群。电话网：市话用模拟传送，长途用数字传送。（2）、时分多路复用TDM数字信道，传输速率快，多路信号享用不同时间片T1标准（北美）：125微秒传输193（8*24+1）位 T2=T1*4 T3=T2*6E1标准（欧洲、中国）：125微秒传输256（8*32）位（3）、波分复用WDM在光信道上的频分复用四、物理层接口标准1、 EIA-RS-232C（1）、EIA(Electronic Industry Association)RS(Recommended Standard)232：表示号码C：该推荐标准已被修改过的次数（2）、功能特点连接DTEDCE 或 DTEDTE 25芯、9芯连接器采用负逻辑：用电平-15到-5表示1，用5到15表示0TTL则为5(与TTL的转换P70图)通信最大距离：15米最高速率：20Kbps连接方法：2、 EIA-RS-449包括两个电气特性标准RS-422、RS-423RS-232：单端发送、单端接收RS-422：平衡发送、差动接收 10m可达10Mbps 1000m可达100bpsRS-423：单端发送、差动接收 10m可达100Kbps 100m可达10Kbps平衡发送：传送一个信号用两条线，接收端根据两条线的电平差差动接收：接收两个电平，根据电平差判断逻辑0和逻辑13、 CCITT X.21DTE和数字化的DCE连接（访问公用数据网）8