数据通信的基本原理课件

书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难23 六月 2024数据通信的基本原理数据通信的基本原理书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第一章：数据通信概论第一章：数据通信概论第一节：通信系统模型第一节：通信系统模型一、通信系统模型一、通信系统模型信息源发信机输入数据d或信号d(t)图 1-1 通信系统模型传输媒质发送信号s(t)收信机接收信号r(t)受信者输出数据d或信号d(t)噪声源噪声N(t)书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难二、模拟通信、数字通信和数据通信二、模拟通信、数字通信和数据通信通信所传输消息由多种形式：符号、文字、数据、语音、图形、图象等。通信所传输消息的类型：连续、离散。模拟信号、数字信号、模拟传输、数字传输1模拟通信：是以模拟信号方式传送消息的通信方式。基带模拟通信、调制模拟通信。模拟通信优点：信道利用率高。模拟通信缺点：抗干扰能力弱、保密性差等。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难信息源调制器(发信机)传输媒质噪声源受信者解调器(收信机)图 1-3 模拟通信系统模型书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难2数字通信：是以数字信号方式传送消息的通信方式。(图1-4)信息源信源编码器信道编码器调制器传输媒质噪声源解调器信道译码器信源译码器受信者书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难数字通信的优点：抗干扰性强、保密性好。数字通信的缺点：信道频带比模拟信道宽，信道利用率低。3数据通信：依据通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递信息。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第二节：数据通信研究的内容第二节：数据通信研究的内容一、传输一、传输研究传输通路和所适应的信号形式。二、通信接口二、通信接口 研究把发送端的信号变换为适合传输通路的信号；把接收端的信号变换为终端设备可接收的形式。三、通信处理三、通信处理通讯处理可分为三类 1编辑：差错控制、格式化处理和编辑 2转换：速度转换和代码转换 3控制：网络控制、查询和路由书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第三节：数据通信系统的组成第三节：数据通信系统的组成图 1-5 数据通讯系统的组成书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难一、终端设备子系统（数据的转换）一、终端设备子系统（数据的转换）二、数据传输子系统二、数据传输子系统三、数据处理子系统三、数据处理子系统书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第四节：数据通信网第四节：数据通信网TTHHHH交换节点图 1-6 数据通信网数据通信网数据通信网终端计算机书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 一一、按网络拓扑结构分类按网络拓扑结构分类书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 1交换网络电路交换：要求输入线与输出线建立一条物理通道。空分制电路交换：二二、按传输技术分类按传输技术分类123n.图 1-8 空分电路交换示意图123n入出.书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 时分制电路交换：t1t2tn12n入t1t2tn12n出图 1-9 时分电路交换示意图输入控制门输出控制门公用通信线路书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难存储转换交换：把待传信息存储起来，等到输出线路空闲时再转发出去。报文交换：发送端将发往收信端的报文正文，连同地址等辅助信息构成完整的报文，先发送给本地交换局存储起来。MMMMN1N2N3N4N5N6HSHD图 1-10 报文交换示意图 书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 分组交换：分组交换又称包交换。在分组交换系统中，报文被分割成若干个定长的分组，并在每个分组前都加上报头报尾。报头中含有地址和分组号等，报尾是该分组的校验码。这些分组可以在网络内沿不同的路径并行进行传输。N1N2N3N4N5N6HSHDMM图 1-11 分组交换示意图 P3P3P3P1P1P1P2P2P2书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 2广播网络：没有设置用于路径选择的中间交换结点。每个通信站都设有一台与其它通信站共享同一传输媒体进行通信的收/发信机。任一通信站以广播式发送信号，可被其它所有通信站接收。由于各通信站共享同一传输媒体的原故，所以在同一时刻只许其中的一个通信站进行发送。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第五节：数据通信系统的质量指标第五节：数据通信系统的质量指标一、传输速率：单位时间内传输信息单元一、传输速率：单位时间内传输信息单元的数量。可有两种表示形式的数量。可有两种表示形式二、差错率二、差错率:误码率误码率=接收出现差错的比特接收出现差错的比特数数/传输全部的比特数传输全部的比特数三、可靠性：三、可靠性：=（正常工作时间（正常工作时间/总工作时总工作时间）间）*100四、适应性：四、适应性：书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难五、使用维护性：五、使用维护性：六、经济性：六、经济性：七、标准化程度：七、标准化程度：八、通信建立时间：八、通信建立时间：书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第六节：通信与网络标准的指定机构第六节：通信与网络标准的指定机构一、制定标准的意义：一、制定标准的意义：二、制定标准的不利因素：二、制定标准的不利因素：三、制定标准的机构三、制定标准的机构书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第七节：数据通信的应用及发展前景第七节：数据通信的应用及发展前景一、数据通信的应用一、数据通信的应用二、数据通信的发展前景二、数据通信的发展前景 1远程信息业务远程信息业务 2消息处理系统消息处理系统 3分组无线网分组无线网PRNET及分组卫星网及分组卫星网PSNET 4综合业务数字网综合业务数字网ISDN 5利用各种通信网络的消息系统利用各种通信网络的消息系统 6应用于计算机综合制造（应用于计算机综合制造（CIM）书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识第一节第一节 信息、数据和信号信息、数据和信号一、一、信息信息信息：是人们通过施加于数据的一些规定而赋予数据的特定含义（ISO定义）。通信就是在信源和信宿之间传递信息。信息和消息的关系：消息中包含信息，消息不等于信息。消息所包含信息的多少，与在收到消息前对某事件存在的不确定性有关。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 信息量的度量：香农规定，一个消息所荷载信息量I，等于它所表示事件发生的概率P的倒数的对数。信息量的计算公式：I=log2(1/P)=-log2(P)信息量的单位：如果对数以2为底，单位为比特（B）。如果对数以e为底，单位为奈特（nat)。如 果 对 数 以 10为 底，单 位 为 哈 特 莱（Hartley）。事件发生的概率越高，信息量越少。不可混淆信息量单位与2进制的位。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难二、二、数据数据数据：是任何描述物体、概念、情况、形式的事实、数字、字母和符号。数据可以在物理介质上记录或传输并通过外围设备被计算机接受，经过处理而得到结果。数据是信息的载体，用来表示信息。信息交换就是访问数据及传输数据。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难三、信号三、信号数据是借助信号来传输的，是通信中传输的主体，是数是数据的具体表现形式。据的具体表现形式。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难四、信号的频率、频谱和带宽四、信号的频率、频谱和带宽1.信号时间范畴的概念连续信号和离散信号信号是确定的时间函数。如果在某一时间间隔内，对一切的时间值，除若干不连续的点外，该函数都给出确定的函数值，这种信号就称为连续信号。离散信号的时间函数只在某些不连续的瞬间给出函数值。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难随机信号和确定信号随机信号是指在它出现以前，总有某种程度的不确定性的一种信号。确定信号是一种没有不确定值的信号。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难周期信号和非周期信号如果用时间函数表示的信号s(t)满足s(t+T)=s(t)则该信号为周期信号。T 为信号的周期。如不满足s(t+T)=s(t)则该信号为非周期信号。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难重要特征：信号的幅值、频率、相位。幅值是信号各个时刻的瞬时值。频率是周期的倒数，用赫兹来表示。相位是描述周期信号在时间轴上的相对位置，用弧度表示。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难2.信号的频率范围概念信号也可以看成是频率的函数（如图2-4）。根据傅氏分析，满足一定条件的周期函数g(t),可以用若干正弦和余弦函数的和表示。若函数的周期为T，其倒数称为函数的基波频率，用符号f1表，则f1=1/T。上式中的an和bn分别为第n次谐波的正弦及余弦函数的幅值。1/2C为直流分量。这一分解称为傅氏级数。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难频谱：是一个信号所含有的频率范围。周期信号频谱：其频谱由离散的频率成分，即基波和谐波构成。非周期信号频谱：（图2-5）信号的频率范围为无穷大。根据信号能量衰减的程度来确定其频谱，当频率上升或下降到某一极限频率而使信号能量降低为信号能量最大值一半时，该频率就是频谱的边界。信号的带宽：频谱的宽度（包含信号大部分功率的那部分频谱的宽度）书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第二节第二节 传输系统的带宽对传输性能的影响传输系统的带宽对传输性能的影响带宽是描述信号的一个重要参数，带宽同时也是描述传输系统的一个重要参数，信号的带宽是指信号含有的频带宽度，传输系统的带宽是指该系统不失真传输信号的频率范围。如传输系统的带宽超过传输信号的频带宽度，在传输过程中就不会引起信号失真。信号的数据率越高，信号的带宽也就越宽。如果信号的传输率为X比特/秒（即X bps）,传输系统的带宽应大于2XHz。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第三节第三节 衰减、增益和失真衰减、增益和失真衰耗：信号电能经过传输系统传输后，系统输出的电功率小于输入端的电功率。增益：信号电能经过传输系统传输后，系统输出的电功率大于输入端的电功率。通常用分贝来表示衰耗和增益。分贝是两个功率电平差别的度量，是无量纲的量。D=10lg(p2/p1)dB D=10lg(p出/p入)dB书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难例:如果10mW功率的信号加到传输线上，而在某距离上测得的功率是5mW则在这段线路上的衰减为Loss=10lg(5/10)=10(-0.3)=-3 dB分贝有时也用来度量电压或电流的差别因为有P=V2/R 或 P=I2R则有D=10lg(P2/P1)=20lg(V2/V1)=20lg(I2/I1)使用分贝可方便计算整个系统的衰耗或增益整个传输线路上的衰减或增益等于各分段线路上的衰减与增益的代数和。