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《计算机网络与通信》 吴良海 3283125 第二章 物理层与数据通信基础 2007.03.12 驱动问题 2.1数据通信的基础知识 1、数据通信的相关概念 2、几个公式 2.2传输媒体 1、有哪些传输媒体？ 2、各自有什么特点？ 2.1 数据通信的基础知识 通信系统模型 带宽与傅里叶分析 信道的最大数据速率 1 通信系统模型 通信是通过某种媒体进行的信息传递。 【古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电，固话，手机，互联网甚至可视电话等各种通信方式。】 单工(Simplex) 通信 一端只发送，而另一端只接收 双工(Duplex) 通信 此时信源与信宿合为一体，变换器与反变换器也合为一体 全双工(Full Duplex) 半双工(Half Duplex) 模拟信号 例如电话线（信道）上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波就是一种连续变化的电信号 数字信号 计算机产生的电信号则是电脉冲序列串，每一瞬间的电压取值只可能是离散的有限个，比如说是+3v或0v两种不同的值 按照信道中传输的信号分类： 模拟信道 数字信道 数据通信：发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传送到数据接收方的过程。一般指数字计算机或其他数字终端装置间的通信。 数据通信系统由信源、信宿和信道三部分组成。 信源和信宿都是计算机或其它数字终端装置 DTE－－数据终端设备 DTE产生的是数字信号，接收的也是数字信号 。 DCE－－数据线路端接设备 DCE为DTE提供了入网的连接点，通常被认为是通信子网中的设备。 数据通信可以通过数字信道来实现，也可以通过模拟信道来实现。 调制 解调 2 带宽与傅里叶分析 若将数字信号不经调制直接放到模拟信道上进行传输，会引起信号的失真 任何实际的模拟信道所能传输的信号的频率都有一定的范围，称之为该信道通频带的宽度或称为带宽（bandwidth） 信道的带宽是由传输媒体和有关的附加设备与电路的频率特性综合决定的 一个低通信道，若对于从0到某个截止频率fc的信号通过时振幅不会衰减或衰减很小，而超过此截止频率的信号通过时就会大大衰减，则此信道的带宽为fc Hz。 一个具有有限持续时间的数字信号，可以看作为一个以此有限持续时间T为周期的周期阶梯函数 f(t)。此函数可展开成傅里叶（Fourier）级数。 图2.3（a）左边是八位二进制数位编数字信号波形，图2.3（a）右边是该波形函数按傅里叶级数展开后各次谐波的均方根振幅。 由图可见，信道的带宽越宽，则它传输数字信号时失真越小。反之，若信道的带宽是固定的，则用它来直接传输数字信号的数据速率越高则失真越大 。 假若信道的带宽为3 k Hz，用它来直接传输数据速率为9600 b/s的数字信号时，发送8比特的数据所需的时间为0.83ms，即T=0.83ms。其基波频率f = 1/T = 1200 Hz，即1.2 k Hz。3 k Hz带宽的信道仅能通过2次谐波，如图2.3中（c）所示，有较大的失真。 但是若用来直接传输数据速率为2400 b/s的数字信号，此时T = 3.33 ms, f = 300 Hz。3 k Hz带宽的信道就能通过10次谐波，比图2.3（e）所示的情况还要好，即失真较小。 3 信道的最大数据速率 奈奎斯特公式 奈奎斯特公式给出了无热噪声（热噪声是指由于信道中分子热运动引起的噪声，这里假定没有热噪声）时信道带宽对最大数据速率的限制，具体为 例如，若某信道带宽为4 k Hz，任何时刻数字信号可取0、1、2和3四种电平之一（即L＝4），则最大数据速率为 香农公式 进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况 例如，信噪比为30 dB、带宽为4000 Hz的信道最大的数据速率为 练习 2.6 对于带宽为4k Hz的信道，若有8种不同的物理状态来表示数据，信噪比为30 dB。问:按奈奎斯特定理，最大限制的数据速率是多少？按香农定理最大限制的数据速率是多少？ 码元速率 指的是每秒信号状态变化的次数，以波特(Baud）作为单位。码元速率B和数据速率C在数值上是不一定相等的，有如下关系： 例如，若B = 600波特，L ＝ 4，则数据速率为C ＝ 1200 b/s。 由于在许多场合下，通常信号只能取两种不同的状态（即L＝2），此时码元速率B和数据速率C数值就相等了。在这种情况下，波特和比特/秒这两个单位也就可以混用了。码元速率有时又称为调制速率 . 2.2 物理传输媒体 物理传输媒体 指的是通信中实际传送信息的物理载体，也叫介质。 物理传输媒体可分为 导向(guided)；有线 非导向(unguided) ；无线 本节介绍： 双绞线