數(shù)據(jù)通信技術(shù)與應(yīng)用

數(shù)據(jù)通信技術(shù)與應(yīng)用第一章緒論OUTLINE1.1通信系統(tǒng)的基本概念1.2數(shù)據(jù)通信及系統(tǒng)組成1.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的主要性能指標(biāo)1.1通信系統(tǒng)的基本概念通信的目的：傳遞消息中所包含的信息。消息：物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映，如：語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等。信息：消息中包含的有效內(nèi)容。信息化通信：信息的傳輸和交換，或是信息的有效傳輸通信手段：非電的：如旌旗、烽火臺電的：如電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通信等通信的定義利用電子技術(shù)等手段，借助電信號（含光信號）實(shí)現(xiàn)從一地向另一地進(jìn)行信息的有效傳遞和交換稱為通信。在電通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過電信號來實(shí)現(xiàn)的。電信發(fā)明史：1837年，莫爾斯發(fā)明有線電報(bào)1876年，貝爾發(fā)明有線電話1918年，調(diào)幅無線電廣播、超外差接收機(jī)問世1936年，商業(yè)電視廣播開播電通信通信系統(tǒng)的組成（1）通信系統(tǒng)的一般模型信源：信息的發(fā)出者，作用是把各種信息轉(zhuǎn)換為原始電信號。模擬信源、數(shù)字信源（離散信源）一切信息理論上都可以變換成離散信號，這是數(shù)字通信技術(shù)得到迅速發(fā)展的一個(gè)重要原因。通信系統(tǒng)的組成（2）發(fā)送設(shè)備

將信源和傳輸介質(zhì)連接起來，將信源輸出的信號變換為適合于介質(zhì)輸出的信號形式。傳輸介質(zhì)又稱信道，將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接受設(shè)備的物理介質(zhì)。

分為有線信道和無線信道。通信系統(tǒng)的組成（3）噪聲源集中表示信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)中其他各處的噪聲。接受設(shè)備

從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號信宿:把原始電信號還愿成相應(yīng)的消息通信系統(tǒng)的分類（1）（1）按通信業(yè)務(wù)分類（2）按調(diào)制方式分類（3）按信號特征分類（

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）（4）按傳輸介質(zhì)分類（5）按工作波段分類（6）按信號復(fù)用方式分類通信系統(tǒng)的分類(2)（1）按通信業(yè)務(wù)分類

電話通信系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

圖像通信系統(tǒng)。。。（2）按調(diào)制方式分類基帶傳輸

將未經(jīng)調(diào)制的信號直接發(fā)送頻帶傳輸（調(diào)制傳輸）

將各種信號調(diào)制后傳輸，常見調(diào)制方式P5表1-1通信系統(tǒng)的分類(3)（3）按信號特征分類（

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）（4）按傳輸介質(zhì)分類有線通信系統(tǒng)

導(dǎo)線、雙絞線、同軸電纜、光纖無線通信系統(tǒng)

電磁波（短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼）（5）按工作波段分類

長波通信

中波通信

短波通信

微波通信

遠(yuǎn)紅外線通信

工作波長與頻率的關(guān)系:λ=c/f=3*108/fP6表1-2通信波段與常用傳輸媒介光速（m/s）通信系統(tǒng)的分類(4)（6）按信號復(fù)用方式分類

頻分復(fù)用（FDMA）

不同信號占用不同頻率范圍，傳統(tǒng)的模擬通信時(shí)分復(fù)用（TDMA）

不同信號占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間碼分復(fù)用（CDMA）

使用正交脈沖序列分別攜帶不同信號

移動(dòng)通信，空間通信波分復(fù)用（WDMA）

將不同波長的激光用不同的數(shù)據(jù)流調(diào)制，再將調(diào)制后的光波疊加在一起，用一條光纖傳輸。通信系統(tǒng)的分類(5)（3）按信號特征分類（

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）模擬信號和數(shù)字信號

模擬信號：代表消息的信號參量取值連續(xù)，如麥克風(fēng)電壓

圖：模擬信號數(shù)字信號：代表消息的信號參量取值為有限個(gè)，例如電報(bào)信號、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號通信系統(tǒng)的分類(6)數(shù)字信號圖數(shù)字信號按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為：模擬通信系統(tǒng)

利用連續(xù)的模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。

數(shù)字通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的分類(7)模擬通信系統(tǒng)

利用連續(xù)的模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。

兩種變換模擬消息

原始電信號（基帶信號）基帶信號已調(diào)信號（帶通信號）模擬通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：通過信道的信號頻譜比較窄，因此信道利用率高缺點(diǎn)：抗干擾能力差，不易保密，設(shè)備是模擬電路不易大規(guī)模集成化，不適用于計(jì)算機(jī)通信的要求通信系統(tǒng)的分類(8)數(shù)字通信系統(tǒng)

。

信源編碼信道編碼信源譯碼信道譯碼通信系統(tǒng)的分類(8)數(shù)字通信系統(tǒng)

信源編碼與譯碼目的：提高信息傳輸?shù)挠行酝瓿赡?shù)轉(zhuǎn)換信道編碼與譯碼目的：增強(qiáng)抗干擾能力加密與解密目的：保證所傳信息安全數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的：形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘柾ㄐ畔到y(tǒng)的分類(8)數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不累積可靠性高（二次編碼，即差錯(cuò)控制編碼）遠(yuǎn)距離控制組建現(xiàn)代數(shù)字通信網(wǎng)保密性好易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕缺點(diǎn)

需要較大的傳輸帶寬對同步要求高第一章緒論OUTLINE1.1通信系統(tǒng)的基本概念1.2數(shù)據(jù)通信及系統(tǒng)組成1.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的主要性能指標(biāo)1.2數(shù)據(jù)通信及系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)通信主要內(nèi)容是計(jì)算機(jī)通信，是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合組成硬件部分：

數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備、通信線路軟件部分

支持硬件的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)通信的產(chǎn)生20世紀(jì)40年代，電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)改變了人們加工處理數(shù)據(jù)和信息的方式。計(jì)算機(jī)通信提高了計(jì)算機(jī)的利用率，擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)相結(jié)合，大大發(fā)揮通信的作用，促進(jìn)通信技術(shù)的發(fā)展和變革。數(shù)據(jù)通信的發(fā)展（1）4個(gè)階段（1）具有通信功能的單機(jī)聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)（2）具有通信功能的多處理機(jī)聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)（3）計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)（4）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的發(fā)展（2）（1）具有通信功能的單機(jī)聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)20世紀(jì)60年代中期以前，計(jì)算機(jī)主機(jī)昂貴，而通信線路和通信設(shè)備相對便宜。單計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）主機(jī)負(fù)荷重、效率低（通信+數(shù)據(jù)處理）（2）通信線路的利用率低（3）屬于集中控制方式，可靠性低數(shù)據(jù)通信的發(fā)展（3）單機(jī)聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)的改進(jìn)：設(shè)置前端處理機(jī)處理與終端的通信數(shù)據(jù)通信的發(fā)展（4）（2）具有通信功能的多處理機(jī)聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)20世紀(jì)60年代中期到70年代中期數(shù)據(jù)處理+通信數(shù)據(jù)通信的發(fā)展（5）（3）計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)

通信控制處理器（CommunicationControlProcessor，CCP）數(shù)據(jù)通信的發(fā)展（6）公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的發(fā)展（7）（4）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵區(qū)別：在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)中，用戶要參與管理計(jì)算機(jī)資源在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，其資源是由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行管理數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用城市智能交通管理系統(tǒng)氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)軍事指揮自動(dòng)化系統(tǒng)其他系統(tǒng)（農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、動(dòng)力工程、地質(zhì)勘探、災(zāi)情預(yù)報(bào)及控制等）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成（1）以校園網(wǎng)為例數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成（2）路由器和交換機(jī)

Catalyst5000,Catalyst4000,Cisco7010,Cisco2511,集線器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器Internet服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，文件服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議高層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP低層傳輸協(xié)議IEEE802.3主干線標(biāo)準(zhǔn)：SONET/SOH的OC/STM標(biāo)準(zhǔn)路由器支持協(xié)議PPP,FrameRelay，X.25,ISDN數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成（3）連網(wǎng)技術(shù)主干網(wǎng)：交換式1000M以太網(wǎng)連網(wǎng)技術(shù)，全連接拓?fù)錁莾?nèi)局域網(wǎng)：快速交換式以太網(wǎng)（10/100M）,星型拓?fù)涞谝徽戮w論OUTLINE1.1通信系統(tǒng)的基本概念1.2數(shù)據(jù)通信及系統(tǒng)組成1.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的主要性能指標(biāo)1.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的主要性能指標(biāo)有效性指標(biāo)

數(shù)據(jù)的傳輸速率可靠性指標(biāo)數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)率抗干擾能力指標(biāo)信噪比有效性指標(biāo)(1)用傳輸速率和頻帶利用率來衡量碼元傳輸速率RB:單位時(shí)間（秒，s）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud）,簡記為B。RB=（B）

其中T-碼元的持續(xù)時(shí)間（秒）

信息傳輸速率Rb:單位時(shí)間（秒，s）傳送的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，記為b/s,或bps。1—T有效性指標(biāo)(2)碼元傳輸速率RB和信息傳輸速率Rb之間的關(guān)系 Rb=RBlog2M（b/s）或

Rb=（B）對于二進(jìn)制數(shù)字信號：M=2，碼元傳輸速率和信息傳輸速率在數(shù)量上相等。對于多進(jìn)制，如8進(jìn)制（M=8），如碼元傳輸速率為1200B,則信息傳輸速率為3600b/s。RB———log2M有效性指標(biāo)(2)頻帶利用率：單位帶寬（1赫茲）內(nèi)的傳輸速率

η=（B/Hz）或

ηb=b/s?HzRB———BRb———B可靠性指標(biāo)常用誤碼率和誤信率（誤比特率）表示誤碼率Pe=誤信率

Pb=在二進(jìn)制中，Pe=Pb

傳錯(cuò)碼元的個(gè)數(shù)—————————

傳輸碼元的總數(shù)

傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)—————————

傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)抗干擾能力指標(biāo)使用信噪比來表示信噪比：信號平均功率與噪聲的平均功率之比。

S/N=Ps/Pn其中Ps-信號的平均功率Pn-噪聲的平均功率為了使用方便，采用分貝（dB）為單位來表示信噪比，轉(zhuǎn)換公式為

（S/N）dB=10lg(Ps/Pn)=10lg(S/N)本章小結(jié)基本概念計(jì)算碼元速率，信息速率，頻帶利用率的計(jì)算分貝分貝-形容聲音大小的物理量分貝（decibel）dB分貝是以美國發(fā)明家亞歷山大·格雷厄姆·貝爾命名的，他因發(fā)明電話而聞名于世。因?yàn)樨悹柕膯挝惶致远荒艹浞钟脕砻枋鑫覀儗β曇舻母杏X，因此前面加了“分”字，代表十分之一。一貝爾等于十分貝。聲學(xué)領(lǐng)域中，分貝的定義是聲源功率與基準(zhǔn)聲功率比值的對數(shù)乘以10的數(shù)值。用于形容聲音的響度。分貝decibel;dB表示一種單位，即兩種電或聲功率之比或兩種電壓或電流值或類似聲量之比；定義：以兩功率或兩個(gè)場量之比的常用對數(shù)再乘以10的形式表示該比的單位分貝還是一種測量聲音相對響度的單位。大約等于人耳通?？捎X察響度差別的最小值；人耳對響度差別能察覺的范圍，大約包括以最微弱的可聞聲為1而開始的標(biāo)度上的130分貝對頻率的定義分貝響亮度是聲音或噪音的另一個(gè)特性。強(qiáng)的噪音通常有較大的壓力變化，弱的噪音壓力變化則較小。壓力和壓力變化的量度單位為帕斯卡，縮寫為Pa。其定義為牛頓/平方米(N/m2)。人類的耳朵能感應(yīng)聲壓的范圍很大。正常的人耳能夠聽到最微弱的聲音叫作「聽覺閾」，為20個(gè)微巴斯卡(縮寫為μPa)的壓力變化，即20x10-6Pa(“百萬分之二十巴斯卡”)。另一方面，非常噪吵的情況能產(chǎn)生很大的壓力變化，例如一架太空穿梭機(jī)在發(fā)出最大馬力時(shí)能在近距離產(chǎn)生大約2,000Pa或2x10^9μPa的噪音。分貝如用巴斯卡(Pa)來表達(dá)聲音或噪音，須處理小至20，大至2,000,000,000的數(shù)字。較簡單的做法是用一個(gè)對數(shù)標(biāo)度(logarithmicscale)來表達(dá)聲音或噪音的響亮度，以10作為基數(shù)。為避免以巴斯卡(Pa)來表達(dá)聲音或噪音（以防處理難以操縱的數(shù)字），故使用分貝(dB)這個(gè)標(biāo)度。該標(biāo)度以「聽覺閾」，20μPa或20x10-6Pa作為參考聲壓值，并定義這聲壓水平為0分貝(dB)。聲壓級，縮寫通常為SPL或者Lp，其單位為分貝(dB)，可經(jīng)由以下算式求得：

SPL=10LOG(10)[p(e)/p(ref)]

p(e)為待測聲壓有效值，p(ref)為參考聲壓。分貝用