數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)西南林學(xué)院計(jì)科系董躍宇本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l數(shù)據(jù)通信的基本概念l數(shù)據(jù)通信方式l數(shù)據(jù)通信傳輸介質(zhì)l數(shù)據(jù)編碼技術(shù)l數(shù)據(jù)傳輸速率l傳輸介質(zhì)l數(shù)據(jù)網(wǎng)簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念l數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字符、數(shù)字、語音、圖像的二進(jìn)制代碼0、1比特序列的過程。l按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)的類型，可以將數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)l信息的傳遞是通過通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。l通信系統(tǒng)的基本模型，如下圖所示：接收設(shè)備信道發(fā)送機(jī)接收機(jī)發(fā)送設(shè)備信息傳輸系統(tǒng)信息傳輸系統(tǒng)l數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中除去發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備的部分，也被稱為信息傳輸系統(tǒng)

2、信道發(fā)送機(jī)接收機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段通信系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段l第一階段：以電話的廣泛應(yīng)用為標(biāo)志，業(yè)務(wù)類型是語音，時(shí)間是19世紀(jì)80年代到20世紀(jì)50年代l第二階段：以脈碼調(diào)制為基礎(chǔ)的數(shù)字傳送和衛(wèi)星通信使這一階段的典型技術(shù)，業(yè)務(wù)類型是語音，時(shí)間是20世紀(jì)60年代通信系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段通信系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段l第三階段：以數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和分組交換技術(shù)為特征，業(yè)務(wù)類型以數(shù)據(jù)為主，時(shí)間是20世紀(jì)70年代l第四階段：以綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信為特征，業(yè)務(wù)類型覆蓋語音、數(shù)據(jù)、視頻、圖像等領(lǐng)域，時(shí)間開始于1980年信息和數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)l信息可以是語音、圖像、文字等各種形式，是人們通過通信系統(tǒng)傳遞的內(nèi)容；同時(shí)，信息

3、總是與一定的形式相聯(lián)系，這種形式實(shí)體就是數(shù)據(jù)l數(shù)據(jù)是傳遞信息的實(shí)體，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)l數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)l模擬數(shù)據(jù)的取值是連續(xù)的，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)只在有限個(gè)離散的點(diǎn)上取值l數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)比較容易存儲(chǔ)、處理和傳輸，模擬數(shù)據(jù)經(jīng)過處理可以很容易變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)l數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸存在系統(tǒng)龐大、設(shè)備復(fù)雜的問題，在需要簡(jiǎn)化設(shè)備的情況下，還會(huì)采用模擬數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)信號(hào)l在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，發(fā)送機(jī)的功能是將人或機(jī)器產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)換為適合在通信信道上傳輸?shù)碾娋幋a、電磁編碼或光編碼，這些在信道上傳輸?shù)木幋a叫做信號(hào)。信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的表示形式。模擬通信與數(shù)據(jù)通信模擬通信與數(shù)據(jù)通信l根

4、據(jù)信號(hào)的方式不同，通信可以分為模擬通信和數(shù)字通信l模擬通信以模擬信號(hào)作為載體傳輸信息，數(shù)字通信以數(shù)字信號(hào)作為載體傳輸信息模擬信號(hào)模擬信號(hào)l模擬信號(hào)是指信號(hào)的幅度隨時(shí)間作連續(xù)變化的信號(hào)。普通電視的圖像和語音信號(hào)是模擬信號(hào)。l模擬信號(hào)無論在時(shí)間上和幅值上均是連續(xù)變化的，它在一定范圍內(nèi)可能取任意值。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)l數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上是不連續(xù)的、離散性的信號(hào)，一般由脈沖電壓0和1兩種狀態(tài)組成。l數(shù)字脈沖在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)維持一個(gè)固定值，然后快速變換為另一個(gè)值。數(shù)字信號(hào)的每一個(gè)脈沖被稱作一個(gè)二進(jìn)制數(shù)或位。大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)字信號(hào)大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)字信號(hào)l由于模擬信號(hào)隨時(shí)間的變化而平滑的發(fā)生變化，因此

5、模擬信號(hào)比數(shù)字信號(hào)容易出錯(cuò)。模擬信號(hào)容易受到噪音、靜電和其他干擾源的干擾導(dǎo)致信號(hào)變形。同時(shí)隨著傳輸距離的增加會(huì)產(chǎn)生衰減，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)噪聲信號(hào)也被同時(shí)放大。l數(shù)字信號(hào)是以電平的高低來表示的，只要噪聲值不超過數(shù)字信號(hào)的門檻值，就可以保證數(shù)字信號(hào)的可靠性。隨著傳輸距離的增加數(shù)字信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生衰減，但是它采用再生中繼方式，再生的信號(hào)和原來的數(shù)字信號(hào)一樣并且能夠消除噪音，通信質(zhì)量受傳輸距離的影響比模擬信號(hào)要小信道信道l在通信系統(tǒng)中，信道是傳送信號(hào)的通路。l信道本身可以是模擬的或數(shù)字方式的，用以傳輸模擬信號(hào)的信道稱為模擬信道，用以傳輸數(shù)字信號(hào)的信道叫做數(shù)字信道通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類l根據(jù)信

6、號(hào)的不同，通信系統(tǒng)可以分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。l利用模擬信號(hào)傳遞信息的叫做模擬通信系統(tǒng)，利用數(shù)字信號(hào)傳遞信息的叫做數(shù)字通信系統(tǒng)l數(shù)字通信系統(tǒng)可分為數(shù)字電話通信系統(tǒng)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)字電話通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的關(guān)系l數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)可簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，它是通信系統(tǒng)的一個(gè)子集l數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要特征是其業(yè)務(wù)類型主要是提供數(shù)據(jù)服務(wù)，傳送的主要是數(shù)據(jù)信息，以數(shù)字信息為主。而通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型除了數(shù)據(jù)外，還有語音、圖像等數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)l數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，如下

7、圖所示：接收設(shè)備信道發(fā)送機(jī)接收機(jī)發(fā)送設(shè)備解碼器信道調(diào)制器解調(diào)器編碼器信息信息信息信息比特流比特流信號(hào)信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸類型數(shù)據(jù)傳輸類型l數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中是以離散的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)表示的，但在通信過程中，數(shù)據(jù)以何種方式表示，主要取決于選用的通信信道所允許傳輸?shù)男盘?hào)類型。l若選用的是模擬信道，它不能直接傳輸數(shù)字信號(hào)，需要在發(fā)送端將數(shù)字信號(hào)變換成模擬信號(hào)，在接收端再將模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)，也就是所謂的調(diào)制和解調(diào)數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式l討論的主要問題：并行傳輸與串行傳輸異步傳輸與同步傳輸數(shù)據(jù)傳輸方向連接方式基帶傳輸與頻帶傳輸并行傳輸與串行傳輸并行傳輸與串行傳輸l數(shù)據(jù)傳輸有并行和串行兩種方式l串行傳輸將待發(fā)送

8、數(shù)據(jù)的各個(gè)比特位，按一定順序依次發(fā)送l并行傳輸則將待發(fā)送數(shù)據(jù)的各個(gè)比特位使用多個(gè)信道同時(shí)發(fā)出串行傳輸示意圖串行傳輸示意圖發(fā)送端發(fā)送端b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0串行通信信道并行傳輸示意圖并行傳輸示意圖發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道并行傳輸與串行傳輸并行傳輸與串行傳輸l串行通信方式只需要在收發(fā)雙方之間建立一條通信信道，并行通信方式收發(fā)雙方必須建立多條并行的通信信道l在同樣的傳輸速率下，并行傳輸在單位時(shí)間內(nèi)傳送碼元數(shù)是串行傳輸?shù)膎倍l由于需要建立多個(gè)通信信道，并行通信方式造價(jià)較高，因此遠(yuǎn)程通信中通常采用串行傳輸方式異步傳輸

9、與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸l數(shù)據(jù)通信的一個(gè)基本要求是接收方必須知道他所接收的每一個(gè)比特位的開始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，這樣才能正確的接收發(fā)送方發(fā)送來的數(shù)據(jù)。l滿足上述要求有兩類辦法：異步傳輸和同步傳輸異步傳輸方式異步傳輸方式l異步傳輸方式的工作原理是：每個(gè)字節(jié)作為一個(gè)單元獨(dú)立傳輸，字節(jié)之間的傳輸間隔任意。但是為了標(biāo)志這一字節(jié)的開始和結(jié)尾，在這一字節(jié)之前加上1個(gè)起始位，在結(jié)尾處加上1-2位停止位。異步傳輸示意圖異步傳輸示意圖起始位 數(shù)據(jù)0停止位數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)2 數(shù)據(jù)3 數(shù)據(jù)4 數(shù)據(jù)5 數(shù)據(jù)6停止位校驗(yàn)位字符1字符1字符1任意間隔任意間隔異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)l每個(gè)字符前后的起始和停止位標(biāo)識(shí)字符的開

10、始和結(jié)束l起始和停止位兼作線路兩端的同步時(shí)鐘，不再需要額外的時(shí)鐘l字符間間隔任意l速率較低，適合于誤碼率高但是數(shù)據(jù)速率要求低的線路同步傳輸同步傳輸l同步傳輸方式不是對(duì)每個(gè)字符單獨(dú)進(jìn)行同步，而是對(duì)一組字符組成的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行同步。l同步的方法不是加起始位和停止位，而是在數(shù)據(jù)塊前加特殊模式的位組合，并通過位填充或字符填充技術(shù)，保證數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)不會(huì)與同步字符混淆 同步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)同步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)l開銷小、效率高l適合較高的速率傳輸數(shù)據(jù)l整個(gè)數(shù)據(jù)塊一旦有一位傳錯(cuò)，就必須重傳整個(gè)數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容數(shù)據(jù)傳輸方向數(shù)據(jù)傳輸方向l數(shù)據(jù)通信按照信號(hào)傳送方向與時(shí)間的關(guān)系，可分為三種：?jiǎn)喂ねㄐ虐腚p工通信全雙工通信單工通信單工通信

11、l單工通信方式中，信號(hào)只能向一個(gè)方向傳輸，任何時(shí)候都不能改變信號(hào)的傳送方向發(fā)送接收單向通道半雙工通信半雙工通信l在半雙工通信中，信號(hào)可以雙向傳送，但必須交替進(jìn)行，一個(gè)時(shí)刻只能向一個(gè)方向傳送發(fā)送接收發(fā)送接收雙向通道全雙工通信全雙工通信l在全雙工通信方式中，信號(hào)可以同時(shí)雙向傳送發(fā)送接收發(fā)送接收雙向通道連接方式連接方式l數(shù)據(jù)通信的連接方式有兩種：點(diǎn)到點(diǎn)連接方式多點(diǎn)連接方式點(diǎn)到點(diǎn)連接方式點(diǎn)到點(diǎn)連接方式l典型代表：使用調(diào)制解調(diào)器撥號(hào)上網(wǎng)l一旦撥通后，這條線路就被通信雙方占用，不會(huì)有第三方再插進(jìn)來多點(diǎn)連接方式多點(diǎn)連接方式l典型代表：多個(gè)通信終端共用一條通信線路l此種方式利于節(jié)省線路，缺點(diǎn)是需要解決線路爭(zhēng)用

12、問題頻帶、基帶傳輸頻帶、基帶傳輸l電信號(hào)也叫信號(hào)，信號(hào)的每秒鐘變化的次數(shù)叫頻率用赫茲（HZ）作單位，信號(hào)的頻率有 高有低就象聲音有高有低一樣，低頻到高頻的范圍叫頻帶，不同的信號(hào)有不同的頻帶 l基帶是指由消息直接轉(zhuǎn)換成的未經(jīng)調(diào)制變換的信號(hào)所占的頻帶，理論上基帶信號(hào)的頻譜是從0到無窮大，所以有時(shí)候把最高頻率和最低頻率之比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1的信號(hào)稱為基帶信號(hào) 寬帶傳輸寬帶傳輸l寬帶（Broadband）傳輸：在討論寬帶傳輸前，先要解釋一下什么是頻帶傳輸。當(dāng)采用模擬信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，往往只占用有限的頻帶，對(duì)應(yīng)基帶傳輸將其稱為頻帶傳輸。 通過借助頻帶傳輸，可以將鏈路容量分解成兩個(gè)或更多的信道，每個(gè)信道可以攜帶不同

13、的信號(hào)，這就是寬帶傳輸。寬帶傳輸中的所有信道都可以同時(shí)發(fā)送信號(hào)。如CATV、ISDN等。數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼技術(shù)l在計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)是以離散的二進(jìn)制比特序列方式表示的。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的數(shù)據(jù)編碼類型，主要取決于它采用的通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型l計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的通信信道分為兩類：模擬通信信道和數(shù)字通信信道，相應(yīng)的用于數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)編碼方式也分為兩類：模擬數(shù)據(jù)編碼和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中基本的數(shù)據(jù)編碼方式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中基本的數(shù)據(jù)編碼方式數(shù)據(jù)編碼方法模擬數(shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相非歸零碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼模擬數(shù)字編碼方法模擬數(shù)字編碼方法l模擬數(shù)據(jù)編碼方法，即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模

14、擬信號(hào)的編碼方法l電話通信信道是典型的模擬通信信道，但是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號(hào)設(shè)計(jì)的，只適合傳輸音頻范圍（300Hz3400Hz）的模擬信號(hào)，無法直接傳輸計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)。為了利用電話交換網(wǎng)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，必須先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)調(diào)制（調(diào)制（Modulation）與解調(diào)（）與解調(diào)（Demodulation）l將發(fā)送端的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為調(diào)制，進(jìn)行調(diào)制的設(shè)備成為調(diào)制器l將接收端的模擬數(shù)字信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為解調(diào)，進(jìn)行解調(diào)的設(shè)備稱為解調(diào)器l同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備，稱為調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制的原理調(diào)制的原理l首先選擇一個(gè)音頻范圍內(nèi)（以電話交換

15、網(wǎng)為例）的某一個(gè)角頻率的正（余）弦信號(hào)作為載波，可記為u(t)=Umsin(t+0)l改變載波中的三個(gè)可變的電參量振幅Um、角頻率、 相位0，來實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼調(diào)幅調(diào)幅l調(diào)幅又稱為振幅鍵控。該方法通過改變載波信號(hào)振幅來表示數(shù)字信號(hào)0、1l例如：可以用載波幅度Um表示數(shù)字1，用載波幅度為0表示數(shù)字0l調(diào)幅信號(hào)容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力較差調(diào)頻調(diào)頻l調(diào)頻又稱為移頻鍵控。該方法通過改變載波信號(hào)角頻率來表示數(shù)字信號(hào)1、0l調(diào)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力較強(qiáng)，是目前最常用的調(diào)制方法調(diào)相調(diào)相l(xiāng)調(diào)相又稱為移相鍵控。該方法通過改變載波信號(hào)的相位值來表示數(shù)字0、1l調(diào)相方法的抗干擾能力強(qiáng)，但

16、實(shí)現(xiàn)技術(shù)較為復(fù)雜數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法l數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法，即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)編碼的方法。l在數(shù)據(jù)通信技術(shù)中，將利用模擬通信信道通過調(diào)制解調(diào)器傳輸模擬信號(hào)的方法稱作頻帶傳輸，而利用數(shù)字通信信道來直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的方法稱為基帶傳輸l頻帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是可以利用目前覆蓋廣泛、普遍應(yīng)用的模擬語音通信信道，缺點(diǎn)是傳輸速率和系統(tǒng)效率較低。而基帶傳輸在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)頻帶的情況下直接傳輸數(shù)字信號(hào)，可以達(dá)到很高的傳輸速率與系統(tǒng)效率，因此基帶傳輸是目前迅速發(fā)展的數(shù)據(jù)通信方式數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法l在基帶傳輸中，常用的編碼方式主要有以下幾種：非歸零編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼非

17、歸零編碼非歸零編碼l以低電平表示邏輯0，以高電平表示邏輯1。l低電平信號(hào)不能是0電平，以區(qū)分信道上是邏輯0，還是沒有信號(hào)在傳輸l非歸零編碼的缺點(diǎn)是：需要額外傳輸同步時(shí)鐘信號(hào)“0”和“1”的個(gè)數(shù)不等時(shí)，會(huì)有直流分量曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼l此種方法在每個(gè)比特的中間有一次跳變，起到兩個(gè)作用：作為位同步方式的內(nèi)帶時(shí)鐘用于表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)l可以把“0”定義為由低電平到高電平的跳變，把“1”定義為由高電平到低電平的跳變l曼徹斯特編碼的優(yōu)點(diǎn)一是自帶時(shí)鐘信號(hào)；二是不含直流分量差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼l在曼徹斯特編碼的基礎(chǔ)上，將每比特中間的一次跳變只作為同步方式的內(nèi)帶時(shí)鐘，不表示數(shù)字信號(hào)。l“0”和

18、“1”是根據(jù)兩個(gè)比特間有沒有跳變來區(qū)分的脈沖編碼調(diào)制方法脈沖編碼調(diào)制方法l脈沖編碼調(diào)制方法，即模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的編碼方法l由于數(shù)字信號(hào)傳輸失真小、誤碼率低、數(shù)據(jù)傳輸效率高，因此語音、圖像信息的數(shù)字化已成發(fā)展的趨勢(shì)l脈沖編碼調(diào)制是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法脈沖編碼調(diào)制的基本過程脈沖編碼調(diào)制的基本過程l采樣l量化l編碼采樣采樣l模擬信號(hào)是電平連續(xù)變化的信號(hào)。l采樣是隔一定的時(shí)間間隔，將模擬信號(hào)的電平幅值取出作為樣本，讓其表示原來的信號(hào)l采樣頻率f、信道帶寬B、采樣周期T、信道允許的最高信號(hào)頻率fmax之間存在如下關(guān)系：f2B 或 1/T2Bl相關(guān)研究表明，如果以大于或等于信道帶寬2倍的速率定時(shí)

19、對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，其樣本基本可以包含足以重構(gòu)原模擬信號(hào)的所有信息量化量化l量化是將采樣樣本幅度按量化級(jí)決定取值的過程。l經(jīng)過量化后的樣本幅度為離散的量級(jí)值，已不是連續(xù)值編碼編碼l編碼就是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級(jí)。l如果量化后有K個(gè)量化級(jí)，則二進(jìn)制的位數(shù)為log2K數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率l無論是何種信號(hào)、采用何種編碼，信號(hào)必須在信道上進(jìn)行傳輸，為了滿足傳輸速度快和誤碼率低的要求，數(shù)據(jù)傳輸越來越多的采用基帶傳輸，而信道帶寬則是影響基帶傳輸速率最主要的因素。l此處討論的傳輸速率即指信道的基帶傳輸速率信道寬度信道寬度l某個(gè)信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就是該信道的帶寬數(shù)據(jù)傳輸

20、速率數(shù)據(jù)傳輸速率l數(shù)據(jù)傳輸速率是指信道每秒所能傳輸?shù)亩M(jìn)制比特?cái)?shù)信道最大傳輸速率信道最大傳輸速率l信道的傳輸能力是有一定限制的，某個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的速率有一個(gè)上限，叫做信道的最大傳輸速率（又叫信道容量）l理論分析表明，信道的最大傳輸速率是與信道寬度有直接聯(lián)系的信道最大傳輸速率的分析信道最大傳輸速率的分析l傅里葉分析l奈奎斯特定理l香農(nóng)定理傅里葉分析傅里葉分析l傅里葉分析指出，任何一個(gè)基頻為f的周期函數(shù)，都可以表示為無數(shù)個(gè)正弦函數(shù)和余弦函數(shù)之和，這些正弦函數(shù)/余弦函數(shù)的頻率分別為f,.,nf，n也被稱為諧波數(shù)l在信道帶寬一定的前提下，能通過的諧波數(shù)是有限的。通過的諧波數(shù)越多，信號(hào)失真越小l理論分析

21、證明，信道寬度一定的情況下，數(shù)據(jù)傳輸速率越高，基頻f的值越大，信道能夠通過的諧波數(shù)就會(huì)越少。所以信道的帶寬限制了數(shù)據(jù)的傳輸速率奈奎斯特定理奈奎斯特定理l信道傳輸速率有上限，并且無噪聲信道的最大傳輸速率滿足如下關(guān)系：2Blog2V其中B為信道帶寬，V是信號(hào)的有效狀態(tài)數(shù)l采用特殊的編碼方法，增大V的值，可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。但并不是可以無限增大V的值來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾氏戕r(nóng)（香農(nóng)（Shannon）定理）定理l信道容量定理：可以找到這樣一種技術(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率小于或等于某個(gè)最大傳輸速率（信道容量）時(shí)，通過該信道可以以任意小的錯(cuò)誤概率傳送信息。相反，如果大于這個(gè)上限，則不論采用什么編碼技術(shù)，錯(cuò)誤概率都

22、將無法忍受l香農(nóng)給出了有噪聲信道的最大傳輸速率與帶寬的關(guān)系：C=Blog2(1+S/N)，其中C表示信道容量，B表示信道的帶寬，S表示信號(hào)能量，N表示噪聲能量影響信道質(zhì)量的因素影響信道質(zhì)量的因素l信道帶寬和最大傳輸速率是影響信道質(zhì)量的最主要因素l其他因素還有：利用率延遲抖動(dòng)：延遲不是固定的，它的實(shí)時(shí)變化叫做抖動(dòng)差錯(cuò)率傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)l傳輸介質(zhì)分為有線和無線兩大類l有線介質(zhì)包括：雙絞線、同軸電纜和光纜l無線介質(zhì)嚴(yán)格地可分為無線電、微波、移動(dòng)通信等雙絞線雙絞線l無論對(duì)于數(shù)字信號(hào)還是模擬信號(hào)，無論對(duì)于廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)，雙絞線都是最常用的傳輸介質(zhì)l屏蔽雙絞線的最大傳輸距離可以達(dá)到十幾千米，非屏蔽雙絞線

23、的傳輸距離一般為100米l常用的非屏蔽雙絞線是3類線和5類線同軸電纜同軸電纜l同軸電纜的兩端需要有終結(jié)器（用電阻連接內(nèi)外導(dǎo)體），根據(jù)所用電阻的不同，常見的同軸電纜分為50和75兩種規(guī)格l根據(jù)帶寬和用途不同，同軸電纜可以分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜光纜光纜l光纖是網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)中目前性能最好、應(yīng)用前途最廣泛的一種l光波在光纜的纖芯上傳播，纖芯是一種直徑50100m的柔軟光導(dǎo)介質(zhì)，成份主要是二氧化硅l光纖分為單模和多模兩種。單模光纖較細(xì)，光信號(hào)只能與光纖軸成單個(gè)可辨認(rèn)角度傳播。多模光纖較粗，光信號(hào)與光纖軸成多個(gè)可辨認(rèn)角度傳播。單模光纖性能較好，但成本較高無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)l如果通信線路要通過一些

24、高山或島嶼，有時(shí)很難施工，這時(shí)使用無線傳輸介質(zhì)進(jìn)行通信就成為必然l無線傳輸介質(zhì)包括紅外線、無線電、微波、衛(wèi)星、移動(dòng)通信等，各種介質(zhì)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的電磁波譜范圍移動(dòng)通信移動(dòng)通信l移動(dòng)物體與固定物體、移動(dòng)物體與移動(dòng)物體之間的通信都屬于移動(dòng)通信l移動(dòng)物體之間的通信只能依靠無線通信手段，主要有：無線通信系統(tǒng)微波通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)介紹數(shù)據(jù)通信網(wǎng)介紹l計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有時(shí)需要借助電信部門的公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為它的通信鏈路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信l通信網(wǎng)提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)，它是由電信部門或公司向大眾提供的公用服務(wù)，一般是有償性的電話撥號(hào)網(wǎng)電話撥號(hào)網(wǎng)l使用公用交換電話網(wǎng)作為通信線路，借助調(diào)制解調(diào)器，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程連接公用分組交換網(wǎng)公用分組交換網(wǎng)(X.25)lX.25是國際電報(bào)和電話顧問委員會(huì)提出的關(guān)于公用分組交換網(wǎng)的建議，它往往是對(duì)X.25標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信服務(wù)的代稱l總的來說，X.25是一種比較老式的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，它主要應(yīng)用在線路質(zhì)量不可靠的模擬電話線路上。l中國的公用分