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《计算机网络》第三章（1） 清华大学信息网络工程研究中心 第二章 数据通信基础 2.1 通信系统和数据通信系统 2.2 数据通信方式 2.3 传输介质 2.4 数据编码技术 2.5 数据复用技术 2.6 数据交换技术 2.7 数据通信服务 课件网址 /docs/network 数据通信概述 数据data 有意义的实体。数据是事物的形式，信息是数据的内容。 信号 signal 数据的载体，一般为电磁波或电脉冲。可分为模拟信息与数据信号。 信源与信宿 信源：数据源，发出待传送信息的设备； 信宿：接收传输信息的设备 数据通信概述 发送设备 使信源与信道相匹配的信号变换设备 接收设备 完成发送设备的反变换（解调/译码/解密） 信道 Channel 传送信息的媒体。（干扰/噪声/衰减） 分为数字信道和模拟信道 通信系统概念模型 通信系统分类 模拟通信系统 / 数字通信系统 基带传输系统 / 调制传输系统 PCM：Pulse Code Modulation, 脉冲编码调制 数据通信系统 除利用模拟信号传输模拟数据的通信方式的其它数据通信系统 数字信号的模拟传输 / 数字信号的数字传输 / 模拟信号的数字传输 数据通信举例 数据通信定义 将携带信息的数据从信源（发送方）传输到信宿（接收方）。 在发送方将数据处理成适于信道传输的信号 在信道中传输信号 可靠性 快速性 必威体育官网网址性 在接收方从信号中恢复数据 4 通信系统的性能指标 1 有效性：使用信息速率和码元速率表示。 比特率(bps)与波特率(baud)的关系 2 可靠性：传输信息的质量 模拟通信系统用信噪比衡量(信噪比：db 分贝） 数据通信系统用错误率衡量 误比特率 Pb : 错误比特数/传输总比特数 误码元率P s : 错误码元数 / 传输总码元数 3 适应性：使用时的环境条件 4 经济性：分摊到每一个用户的成本（铱星系统） 5 必威体育官网网址性：系统对所传信号的加密措施 6 标准性：接口、结构及协议合乎国家、国际标准 7 维护性：是否维修方便 8 工艺性：各种工艺要求 2.2 通信系统的性能指标 数字信道和模拟信道 模拟信号 振幅：波形信号强度的度量 频率：波形重复的频度 相位：该波形相对于参照波形信号的位置关系 数字信号 信道分类 模拟信道 适于模拟信号传输 模拟信号：时间和幅度连续 数字信道 适于数字信号传输 数字信号：时间和幅度离散 3.1.3 信道容量 信道带宽：信道所能传送电磁波的有效频率范围。 人耳 20 ~ 20 000 Hz 数据传输速率：信道每秒能传输的二进制位数，bps(比特每秒) ，Kbps Mbps Gbps 信道最大传输速率（信道容量） 与信道的带宽有直接联系 傅里叶变换与频谱分析 信道上传输的电磁波信号可将其表示成若干个正弦/余弦函数之和的形式。 其频率为f, 2f , 3f , . . . , mf 信道的带宽限制,只能传输f,2f,3f,...., nf的频率 当m n 时只有部分谐波通过，高于nf的频率被丢弃。 带宽和数据率的关系 信道带宽一定的情况下： 数据传输速率越高, f 越大, 信道所能通过的谐波数就越少，信号失真就大，直到信息无法识别为止 奈奎斯特(Nyquist)抽样定理 定义 在理想的无噪声信道，若 f 是传输媒体的最大传输频率, 采样频率为2*f 时，接收方才可以从采样脉冲信号中完全 恢复原信号 对有限带宽（截止频率为） fc 的信号进行时间抽样，如果采样频率 fs 的选择满足以下条件： fs ? 2 fc 则此抽样信号可以唯一恢复。 无噪音信道的最大传输速率 由抽样定理： fs ? 2 fc 由信道对信号的限制： fc ? B 信号频率大于B的成分会被信道过滤掉 选择 fs ? 2B无意义 信道带宽B： B = fs 信道容量C ： C = 2B log2 V (bps) 注: lb 表示 log2 香农(Shannon)定理有噪音信道的最大传输速率 不论信号的电平V是多少，当考虑信道噪声干扰时，信道的最大传输速率由信道的带宽和信噪比决定。 Shannon公式 Cmax = B log2 V（1 + S/N） (bps) S/N是信号与噪声的功率之比，单位dB。 采用 10 lg S/N 单位为分贝 3.2 数据通信方式 并行与串行传输 异步传输与同步传输 连接方式 基带与频带传输 通信线路的连接方式 点到点连接方式 分支连接方式 集线连接方式 并行与串行传输 信道的通信方式 据信号在通信线路上的传方向，数据通信方式有： 单工通信 半双工通信 全双工通信 单工（simplex） 半双工（half-duplex） 全双工（d