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第2章 数据通信基础知识 学习目标 ●　了解数据通信的基本概念 ●　掌握数据通信中信号的传输和编码方法 ●　了解数据交换技术和多路复用技术 ●　掌握差错控制方法和差错控制编码技术 任务1：了解数据通信系统 计算机之间的通信是资源共享的基础，计算机通信网络的核心是数据通信设施。网络中的信息交换和共享意味着一个计算机系统中的信号通过网络传输到另一个计算机系统中去进行处理和使用。如何传输不同计算机系统中的信号是数据通信技术要解决的问题。 数据通信系统是指以计算机为中心，用通信线路连接分布在各地的数据终端设备以执行数据传输功能的系统。本任务将学习数据通信系统的组成、基本概念和数据通信的主要技术指标。 1.1.1 数据通信系统模型 1．通信系统的基本组成 通信系统必须具备3个基本要素：信源、传输介质和信宿。 通信系统的一般模型如图所示，包括信源、发送设备、信道、噪声源、接收设备和信宿6个部分。 模型中各部分的功能 （1）信源： 信息的来源，作用是将原始信息转换为相应的信号（通常称为基带信号）。电话机的话筒、摄像机等都属于信源。 （2）发送设备： 对基带信号进行各种变换和处理，如放大、调制等，使其适合在信道中传输。 （3）信道： 发送设备和接收设备之间用于传输信号的介质。 （4）接收设备： 功能与发送设备相反，对接收信号进行必要的处理和变换后，恢复为相应的基带信号。 模型中各部分的功能 （5）信宿： 信息的接收者，与信源相对应，将恢复的基带信号转换成相应的原始信息。电话机的听筒、耳机以及显示器等都属于信宿。 （6）噪声源： 信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处噪声的集中表现。 在图2-1所示的模型中，如果通信距离较远，则必须加上中继器，以对衰减的信号进行放大或再生，然后再传送。 模型中各部分的功能 信道根据传输介质的种类可分为： 有线信道：由有线传输介质构成的信道。 无线信道：由无线传输介质构成的信道。 信道根据传输的信号种类又可分为： 数字信道：可直接传输二进制信号或经过编码的二进制数据的信道。 模拟信道：可传输连续变化的信号或二进制数据经过调制后得到的模拟信号的信道。 模型中各部分的功能 通信系统的一般模型也可表示为： 信号变换器在信源端就是发送设备，在信宿端就是接收设备。 模型中各部分的功能 信号变换器 作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上可靠传输的信号。 对应不同的信源和信道，信号变换器有不同的组成和变换功能。 发送端的信号变换器可以是编码器或调制器，接收端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。 模型中各部分的功能 信号变换器 编码器：把输入的信号（二进制数字）作相应的变换，使之成为其他形式的数字信号或不同形式的模拟信号，以便在信道中传输或在接收端正确识别信号。 调制器：把信源或编码器输出的二进制脉冲信号变换（调制）成模拟信号，以便在模拟信道上进行远距离传输。 译码器和解调器分别相应地做编码器和调制器的逆向工作 译码器：是在接收端完成编码的反过程。 解调器：反调制，将接收端接收的模拟信号还原为二进制脉冲数字信号。 编码器与译码器合并，称为编码/译码器。 调制器宇解调器合并，称为调制/解调器。 模型中各部分的功能 信号变换器 数据通信中有两类编码：信源编码和信道编码。 信源编码：目的是将来自信源的信号作相应的编码变换后，便于在信到上传输。 信道编码：目的是将要传输到信道上的信号编码变换后降低误码率，提高传输质量。 2．通信系统的性能指标 有效性指的是传输信息的效率。 可靠性指的是接收信息的准确度。 （1）模拟通信系统的性能指标 模拟通信系统的有效性用有效传输频带来度量。信道的传输频带越宽，能够容纳的信息量越大。 模拟通信的可靠性用接收端输出的信噪比来度量。 信噪比指输出信号的平均功率和输出噪声的平均功率之比，常记为S/N，并用分贝（dB）值作为衡量的单位，即 信噪比（dB）=10log10S/N （dB）。 例如：当S/N=10时，信噪比为10dB，而当S/N=1000时，信噪比为30dB。 信噪比越大，通信质量越好。 2．通信系统的性能指标 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。 信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = W log2(1+S/N) b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； S 为信道内所传信号的平均功率； N 为信道内部的高斯噪声功率。 香农公式表明：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。 假定要用3KHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示。） 2．通信系统的性能指标 （2）数字通信