第6章_物理层及数据通信技术祥解.ppt

6.1 数据通信基础 信息、数据与信号 信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。 数据是指把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。 信号是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述，如电压、磁场强度等。 数据是信息的载体，它是信息的表示形式，可以是数字、字符、符号等。 信息一般是用数据来表示的，而表示信息的数据通常要转变为信号来进行传递。 模拟信号与数字信号 模拟信号是指信号的波形和频率（每秒的波数）是连续变化，如电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号等。简单地说，就是连续的信号。 数字信号是指信号的波形不是连续的，而是突变的，如计算机内部的信号都是数字信号。数字信号在通信线路上传输时要借助电信号的状态来表示二进制代码的值。因为电信号可呈现两种状态，可以分别表示“0”和“1”。简单的说，就是离散的信号。 模拟信号与数字信号 信源、信宿与信道 信源是信息或信息序列的产生源，它泛指一切发送的声音、数据、文字、图像等电信号。信源发出的信息可以是连续的，也可以是离散的。 信宿是通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。 信源和信宿之间要有通信线路才能互相通信。信道是传输数据的通道，是信号传输的必经之路，包括传输介质和通信设备。 信源、信宿与信道 信源和信宿之间是通过信道进行信息交换的。信息在传输过程中可能会受到外界的干扰，把这种干扰称为噪声。 信道可以分为数字信道与模拟信道。 数字信道是在信道上只能传输数字信号的信道，是用来传输离散数字信号的。模拟信道传输的是在幅度和时间上都连续变化的模拟信号。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。 通信常用指标 码元是一个固定时长的信号波形。而时间间隔被称为码元长度。 速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。单位是比特/秒（bps）。 带宽是指信号具有的频率宽度，单位是赫兹（Hz）。由于带宽与数据率存在数值上的关系，因此，常用带宽指数据率，表示在一段特定的时间内网络所能传送的比特数。 信道容量。信道传输数据速率的上限，称为信道的容量。 奈奎斯特定理 理想条件下（无噪声的、有限带宽）信道的极限速率是： C =2×W×log2M（bps） 其中，W是信道的带宽，单位为赫兹，M表示每个码元离散电平的数目。极限速率的单位是bps。 由于码元的传输速率受到奈奎斯特定理的限制，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量，这就需要采用多元制的调制方法。 香农定理 香农定理考虑了有噪声信道的极限数据率： C = W×log2（1+S/N）（bps） 其中，W是信道的带宽，单位为赫兹，S表示信道内信号的平均功率，N表示信道内噪声的功率。 为了方便起见，一般用10log10（S/N）来表示信噪比，单位是分贝（dB）。S/N的值越高，表示信道的质量越好。 例如，S/N为1000，其信噪比为30dB。 数据通信系统结构 数据通信系统是由数据传输系统和数据处理系统两部分组成的。 数据传输系统也称作通信子网，其主要任务是实现不同数据终端设备之间的数据传输。 数据处理系统也称为资源子网，它由许多数据终端设备组成，这些终端设备作为信息的源和宿，其中的计算机主要用于数据的收集和处理。 数据通系统的模型 单工、半双工和全双工通信 并行通信与串行通信 多路复用技术 多路复用是指将来自若干信息源的信号进行合并，然后将合并后的信号经单一的线路和传输设备进行传输，在接收方，有专用的设备将合成信号分离成各个单路信号。复用的方法有：时分多路复用、频分多路复用、波分多路复用、码分多路复用。 多路复用技术的实质是：发送方将多个用户的数据通过复用器汇集，并将汇集的数据通过一条物理线路传送到接收方。接收方通过分用器将数据分离成各个单独的数据，然后分发给接收方的多个用户。 多路复用系统结构 时分多路复用 时分多路复用TDM（Time Division Multiplexer）是以信道传输时间作为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用。 时分多路复用可分为：同步时分多路复用、异步时分多路复用。 同步时分多路复用将时间片预先分配给各个信道，时间片固定不变，并且时间片序号与信道号之间存在固定的对应关系，各个信道的发送与接收必须同步进行。 异步时分多路复用时间片序号与信道号之间不再存在固定的对应关系。这种方法可以避免通信线路资源的浪费，但由于信道号与时间片序号无固定对应关系，因此接收端要有识别信号的能力。 同步时分复用与异步时分复用 频分多路复用 频分多路复用 FDM（Frequency Division Multiplexing）主要用于模拟信号。多路复用器接收来自多个源的模拟