数据通信基础知识
数据通信基础知识
首先让我们先来看一个利用电话系统来通信的模型: 问题:一个n比特的信号是被同时传输出去,还是一个比特 一个比特传输的呢?一条线路上可以同时传输几路信号呢? 从信源到信宿既有模拟通信又有数字通信,信号有时如何转 换的呢?等等。一个电话通信系统集成了很多的通信技术, 我们分以下一步一步阐述
首先让我们先来看一个利用电话系统来通信的模型： 问题：一个n比特的信号是被同时传输出去，还是一个比特 一个比特传输的呢？一条线路上可以同时传输几路信号呢？ 从信源到信宿既有模拟通信又有数字通信，信号有时如何转 换的呢？等等。一个电话通信系统集成了很多的通信技术， 我们分以下一步一步阐述
本节讨论4个问题 1、通信的方式; 2、多路复用技术 3、数据的分类; 4、数据的编码;
本节讨论4个问题 1、通信的方式； 2、多路复用技术； 3、数据的分类； 4、数据的编码；
数据通信是两个实体之间数据的传输和交换。 数据传输是传播处理信号的过程,将原站的数据 编码成信号,沿传播介质传播至目的站。 数据通信模型 源系统 目的系统 传输 发送器 系统 接收器 目的站 (a)通倌甍型 十牛 工作站调制 调制 解调器公共电话网解调器服务器 (b)通信系统实例 图2.1简单的通信模型
数据通信是两个实体之间数据的传输和交换。 数据传输是传播处理信号的过程，将原站的数据 编码成信号，沿传播介质传播至目的站。 数据通信模型
这个模型中关键的部分: 源:产生要发送的数据的设备; 发送器:对信号进行转换或编码以产生能在特定的传输 系统中传输的电磁信号 传输系统:连接源和目的地的传输线或复杂的网络; 接收器:从传输系统接收信号并转换成目的站设备能处 理的信号; 目的站;从接收器输入数据的设备
这个模型中关键的部分： 源： 产生要发送的数据的设备； 发送器： 对信号进行转换或编码以产生能在特定的传输 系统中传输的电磁信号 传输系统：连接源和目的地的传输线或复杂的网络； 接收器： 从传输系统接收信号并转换成目的站设备能处 理的信号； 目的站； 从接收器输入数据的设备
通信系统模型: 信息源一发送器→传输介质一接收器→受信者 噪声源 数据通信的基本概念 数据 信号:分连续信号与离散信号;随机信号与确定信号 信息 噪声 信源 信道:如电话线、光纤等 信号带宽 信道带宽
通信系统模型： 数据通信的基本概念： 数据 信号：分连续信号与离散信号；随机信号与确定信号 信息 噪声 信源 信道：如电话线、光纤等 信号带宽 信道带宽 信息源 传输介质 接收器 受信者 噪声源 发送器 传输介质
术语的解释 1)数据一有意义的实体。数据可分为模拟数据和数 字数据。模拟数据是在某区间内连续变化的值;数字数 据是离散的值 2)信号一是数据的电子或电磁编码。信号可分为模 拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化的电流、 电压或电磁波;数字信号则是一系列离散的电脉冲。可 选择适当的参量来表示要传输的数据 4)信源一通信过程中产生和发送信息的设备或计算 机机 )信宿一通信过程中接收和处理信息的设备或计算 6)信道一信源和信宿之间的通信线路
术语的解释 1)数据－有意义的实体。数据可分为模拟数据和数 字数据。模拟数据是在某区间内连续变化的值；数字数 据是离散的值。 2)信号－是数据的电子或电磁编码。信号可分为模 拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化的电流、 电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。可 选择适当的参量来表示要传输的数据。 3)信息－是数据的内容和解释。 4)信源－通信过程中产生和发送信息的设备或计算 机。 5)信宿－通信过程中接收和处理信息的设备或计算 机。 6)信道－信源和信宿之间的通信线路
7、信道带竞:信道上传输的是电磁波信号,某个信道能 够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。数据通 4信系统的信道传输的是电磁波包括无线电、微波、光波 等),带宽就是它所能传输电磁波的最大有效频率与最小 有效频率之差。 8、信道容量:信道的传输能力是有一定限制的,某个信 道传输数据的速率有一个上限,叫作信道的最大传输速率 即信道容量。信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联 系的。 9、奈奎斯特定理:1924年,奈奎斯特( Nyquist)就发现 了信道传输速率有上限,并且给出了有限带宽、无噪声信 道的最大传输速率公式: 无噪声信道最大传输速率=2Blog2v(bps) B代表信道的带宽。V是信号有效状态的数量。 bps=bit/second
7、信道带宽：信道上传输的是电磁波信号，某个信道能 够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。数据通 信系统的信道传输的是电磁波(包括无线电、微波、光波 等)，带宽就是它所能传输电磁波的最大有效频率与最小 有效频率之差。 8、信道容量：信道的传输能力是有一定限制的，某个信 道传输数据的速率有一个上限，叫作信道的最大传输速率， 即信道容量。信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联 系的。 9、奈奎斯特定理：1924年，奈奎斯特(Nyquist)就发现 了信道传输速率有上限，并且给出了有限带宽、无噪声信 道的最大传输速率公式： 无噪声信道最大传输速率=2Blog2V(bps) B代表信道的带宽。V是信号有效状态的数量。 bps=bit/second
对于二进制的数据信号,信号仅有两种有效状态,分别代表 0和“1”,所以V=2,此时,无噪声信道的最大传输速 率=2B(bp.如果我们使用模拟电话系统传输二进制信号, 即使用话音级信道,带宽3000Hz,那么最大传输速率为 6000bps。现在大多数电话拨号上网用户采用的就是模拟电话 系统,即利用3000Hz的话音级信道,来传输计算机信息,实 际上现在一般拨号上网的速率都在14000bp以上,这又是怎 么回事呢?这是因为采用了特殊的编码方法,将V的值增大 自然就提高了数据传输速率。那么,是不是可以无限增大V的 值,从而提高数据传输速率呢?当然不是,下面介绍的香农定「 理将会回答这个问题
对于二进制的数据信号，信号仅有两种有效状态，分别代表 “0”和“1”，所以V=2，此时，无噪声信道的最大传输速 率=2B (bps)。如果我们使用模拟电话系统传输二进制信号， 即使用话音级信道，带宽3000Hz，那么最大传输速率为 6000bps。现在大多数电话拨号上网用户采用的就是模拟电话 系统，即利用3000Hz的话音级信道，来传输计算机信息，实 际上现在一般拨号上网的速率都在14000bps以上，这又是怎 么回事呢？这是因为采用了特殊的编码方法，将V的值增大， 自然就提高了数据传输速率。那么，是不是可以无限增大V的 值，从而提高数据传输速率呢？当然不是，下面介绍的香农定 理将会回答这个问题
10、信道容量定理(香农( Shannon)定理) 香农在二十世纪四十年代初奠定了通信的数字理论基础。他的 信道容量定理”指出,可以找到这样一种技术,当数据传输速率 小于或等于某个最大传输速率(信道容量)时,通过它可以以任意 小的错误概率传送信息。相反,如果大于这个上限,则不论采用什 么编码技术,错误概率都将无法忍受。 香农给出了有噪声信道的最大传输速率与带宽的关系,因为实际 信道不可能没有噪声,所以香农定理比奈奎斯特定理更进了一步。 C=Blog2(1+S/N)(B/s) c表示信道容量(最大传输速率),B代表信道的带宽。 S是信号能量,N是噪声能量 S/N是信噪比,用来描述信道的质量,噪声小的系统信噪比大,反之则小 (1)信道传输速率R≤C,一定存在一种编码,使信息源能以任意小的差错率通过信道 进行传输;反之是不可能的;
10、信道容量定理（香农（Shannon）定理） 香农在二十世纪四十年代初奠定了通信的数字理论基础。他的 “信道容量定理”指出，可以找到这样一种技术，当数据传输速率 小于或等于某个最大传输速率（信道容量）时，通过它可以以任意 小的错误概率传送信息。相反，如果大于这个上限，则不论采用什 么编码技术，错误概率都将无法忍受。 香农给出了有噪声信道的最大传输速率与带宽的关系，因为实际 信道不可能没有噪声，所以香农定理比奈奎斯特定理更进了一步。 C=Blog2(1+S/N) （B/s） C表示信道容量(最大传输速率），B代表信道的带宽。 S是信号能量，N是噪声能量 S/N是信噪比，用来描述信道的质量，噪声小的系统信噪比大，反之则小。 （1）信道传输速率R≦C，一定存在一种编码，使信息源能以任意小的差错率通过信道 进行传输；反之是不可能的；