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1、9908035 邹全勇邹全勇9808030 肖志辉肖志辉9908065 徐光徐光9908058 严景严景9908055 李禹李禹9908079 吕鹏吕鹏9908046 欧阳图欧阳图9908095 陈斌斌陈斌斌9908019 肖鹏肖鹏9908037 吴鹏吴鹏9908042 肖南肖南9908033 沈坚沈坚9908088 孙熙孙熙9908078 赵礴赵礴9908102 杨璐杨璐9908089 杨长喜杨长喜9908077 孙宏涛孙宏涛9908049 山峻山峻9908064 杨婵君杨婵君9908041 徐丹徐丹9908013 郑冉郑冉9901197 邓林邓林9908031 王刚王刚021J39 丘秋丘
2、秋021J36 陈慧超陈慧超021J37 崔阳崔阳021J40 宋？非宋？非已经选课的同学名单已经选课的同学名单掌握数据通信的基本概念掌握数据通信的基本概念熟练掌握数据编码技术熟练掌握数据编码技术熟练掌握常用拓扑和媒体熟练掌握常用拓扑和媒体了解物理层协议的基本功能了解物理层协议的基本功能数据通信与物理层数据通信与物理层阅读：阅读：1.5 1.6 2.1 2.4第四讲第四讲 数据通信概述数据通信概述一一.通信系统的模型通信系统的模型通信通信电信电信QoS正正确确快快速速、安安全全可可靠靠性性和经济有效性等方面。和经济有效性等方面。通常指远距离通常指远距离的信息传送。的信息传送。两个相距两地的人借
3、助于电话系统进行通信。两个相距两地的人借助于电话系统进行通信。源源发送器发送器接收器接收器目标目标源系统源系统目标系统目标系统传输系统传输系统一一.通信系统的模型通信系统的模型1.1.模型中的关键元素模型中的关键元素通信源通信源通信宿通信宿传输系统传输系统发送器发送器接收器接收器接接收收来来自自接接收收器的入境数据器的入境数据产生要传输产生要传输数据的设备数据的设备 将信息进行交换将信息进行交换和编码的设备和编码的设备一条传输线路或一个复杂网络。一条传输线路或一个复杂网络。接受来自传输系统的信接受来自传输系统的信号并将其转换成目的设号并将其转换成目的设备能处理的形式。备能处理的形式。一一.通信
4、系统的模型通信系统的模型2.直接数据通信直接数据通信源源发送器发送器接收器接收器目标目标Text(1)输入信息输入信息 m(2)输入数据输入数据 g(t)(3)传输信号传输信号 s(t)(4)接收信号接收信号 r(t)(5)输出数据输出数据 g(t)(6)输出信息输出信息 m数据通信发生在两个通过某种点数据通信发生在两个通过某种点点传输媒体直接连接的设备之上。点传输媒体直接连接的设备之上。传输媒体传输媒体(1)(2)(3)(4)(5)(6)一一.通信系统的模型通信系统的模型3.包含子网的数据通信包含子网的数据通信传输传输系统系统源源发送器发送器源系统源系统接收器接收器目标目标目标系统目标系统L
5、ANWAN802.3802.4802.5FDDIPSDNATMISDNDDN一一.通信系统的模型通信系统的模型3.包含子网的数据通信包含子网的数据通信电路交换电路交换远距离计算机通过公共电话交换机连接远距离计算机通过公共电话交换机连接目标目标modem将模将模拟信号恢复成数拟信号恢复成数字信号；字信号；源源modem在将数字信号传在将数字信号传输到电话线上之前先将其输到电话线上之前先将其转换成模拟信号；转换成模拟信号；PSTN一一.通信系统的模型通信系统的模型3.包含子网的数据通信包含子网的数据通信包交换和帧中继包交换和帧中继通信是共享的通信是共享的专为传输数据设计专为传输数据设计LANLAN
6、X.25 帧中继帧中继一一.通信系统的模型通信系统的模型3.包含子网的数据通信包含子网的数据通信ATM一一.通信系统的模型通信系统的模型3.包含子网的数据通信包含子网的数据通信综合业务数字网综合业务数字网ISDNISDN是专为在数字线路上传输音频、视频和数据而设计的是专为在数字线路上传输音频、视频和数据而设计的NTE基本速率：基本速率：2B+D (144kbps)主速率：主速率：23B+D (1.544Mbps)NTENTENTE一一.通信系统的模型通信系统的模型3.包含子网的数据通信包含子网的数据通信租用线路租用线路租用线路租用线路租用公共电路连接不同站点租用公共电路连接不同站点通信信道是专
7、用的通信信道是专用的LANLANLANVoiceVoiceVoiceLANLANLAN一一.通信系统的模型通信系统的模型3.包含子网的数据通信包含子网的数据通信LANHub RouterServer 地理区域有限地理区域有限统一管理统一管理数据速率高数据速率高Hub Hub 二.信号、数据与传输信号、数据与传输数据数据 信号信号传输传输信令或传信号信令或传信号(signaling)通过信号的传播和处理而进行数据通信。通过信号的传播和处理而进行数据通信。涉及事物的形式，定义为携带有意义的实体。涉及事物的形式，定义为携带有意义的实体。信号是数据的电信号是数据的电子或电磁编码。子或电磁编码。例如语音
8、或例如语音或ASCII。沿着适当媒体传播信沿着适当媒体传播信号的动作。号的动作。二.信号、数据与传输信号、数据与传输1.数据数据模拟数据模拟数据数字数据数字数据指在某个时间间隔内指在某个时间间隔内具有连续值的数据。具有连续值的数据。例如语音和图像例如语音和图像是连续变化的。是连续变化的。Morse代码代码ASCII每个字符用七位表示。共有每个字符用七位表示。共有128(27)个个字符；控制字符用一些固定模式表示。字符；控制字符用一些固定模式表示。指具有离散的值。指具有离散的值。例如文本或数据。例如文本或数据。ASCII字字符符集集控制字符控制字符图形字符图形字符二.信号、数据与传输信号、数据与
9、传输2.信号信号连续信号连续信号离散信号离散信号由连续可变的电压表示。由连续可变的电压表示。由一串特定的电压表示。由一串特定的电压表示。时间时间时间时间振幅振幅振幅振幅二.信号、数据与传输信号、数据与传输2.信号信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号时间时间时间时间振幅振幅振幅振幅lim s(t)=s(a)t afor all of alim s(t)=s(a)t afor some of 二.信号、数据与传输信号、数据与传输2.信号信号周期信号周期信号s(t+T)=s(t)t+常量常量T是信号的周期是信号的周期T1/fT1/f时间时间T：周期周期f：频率频率振幅振幅振幅振幅二.信号、数据与传输
10、信号、数据与传输2.信号信号周期信号的三个重要特征周期信号的三个重要特征振幅振幅(amplitude)周期周期/频率频率(periodic/frequency)相位相位(Phase)相位涉及到多个波形，代表计时开始时一个波相位涉及到多个波形，代表计时开始时一个波形的相对状态。形的相对状态。振幅表示信号的强度或者波形的高度。振幅表示信号的强度或者波形的高度。周期代表波形完成一次循环所需的时间。周期代表波形完成一次循环所需的时间。频率代表单位时间内能完成的周期数，即循环次数。频率代表单位时间内能完成的周期数，即循环次数。电压电压 +-周期周期振幅振幅时间时间9002700ABC相位相位1800振幅
11、振幅周期周期/频频率率相位相位二.信号、数据与传输信号、数据与传输2.信号信号信号的强度信号的强度信号的衰耗信号的衰耗信号的增益信号的增益信号的能量经传输系信号的能量经传输系统后，若输出电功率统后，若输出电功率小于输入电功率，就小于输入电功率，就说信号在传输系统中说信号在传输系统中遭到衰耗。遭到衰耗。信号的能量经传输系信号的能量经传输系统后，若输出电功率统后，若输出电功率大于输入电功率，就大于输入电功率，就说信号在传输系统中说信号在传输系统中得到增益。得到增益。传输系统传输系统P2P二.信号、数据与传输信号、数据与传输2.信号信号信号的强度信号的强度分贝分贝例如，具有例如，具有10mW功率的信
12、号加在传输系统上，而在某功率的信号加在传输系统上，而在某距离点上测得的功率为距离点上测得的功率为5mW，则这段线路上的则这段线路上的衰耗为衰耗为 D=10log10(5/10)=10*(-0.3)=-3(db)用来度量电路中不同点上功率的相对大小。用来度量电路中不同点上功率的相对大小。D=10log10(p1/p2)在传输途径的不同地点加入在传输途径的不同地点加入放大器以增加信号的强度放大器以增加信号的强度二.信号、数据与传输信号、数据与传输3.数据传输数据传输引导性的媒体引导性的媒体(有线媒体有线媒体)点点点点非引导性媒体（无线媒体）非引导性媒体（无线媒体）电波被引导在一条物理路径上传输。电
13、波被引导在一条物理路径上传输。电磁波的传输不需引导。电磁波的传输不需引导。多于两个设备多于两个设备共享媒体。共享媒体。只有两个设备只有两个设备共享该媒体。共享该媒体。多点传送多点传送二.信号、数据与传输信号、数据与传输3.数据传输数据传输媒体媒体媒体媒体放大器或放大器或中继器中继器点点-点点多点传送多点传送发送器发送器/接收器接收器媒体媒体发送器发送器/接收器接收器媒体媒体发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器放大器或放大器或中继器中继器二.信号、数据与传输信号、数据与传输3.数据传输数据传输模拟信号表示数据模拟信号表示数据Te
14、lephone Modem Analog signal Analog signal（调制在载波频率）调制在载波频率）Analog data（声波）声波）Digital data（二进制电压脉冲）二进制电压脉冲）二.信号、数据与传输信号、数据与传输3.数据传输数据传输数字信号表示数据数字信号表示数据CODECDigital signalDigital signalAnalog dataDigital dataDigital 二.信号、数据与传输信号、数据与传输3.数据传输数据传输传输系统分类传输系统分类模拟传输模拟传输指媒体上传输的是模拟信号。指媒体上传输的是模拟信号。是一种不考虑其内容的是一种
15、不考虑其内容的模拟信号传输方式。模拟信号传输方式。采用放大器。采用放大器。数字传输数字传输指媒体传输的是数字信号。指媒体传输的是数字信号。它涉及信号的内容。它涉及信号的内容。采用中继器。采用中继器。二.信号、数据与传输信号、数据与传输3.数据传输数据传输传输系统分类传输系统分类信号与模拟数据信号与模拟数据 占据相同的频谱占据相同的频谱模拟数据被编码模拟数据被编码 到不同的频谱到不同的频谱用用modem对数字对数字数据编码，产生模数据编码，产生模拟信号。拟信号。用用codec对模拟数对模拟数据编码，产生一据编码，产生一数字位流。数字位流。两个电压级代两个电压级代 表两个二进制表两个二进制编码产生
16、具有特编码产生具有特 定性质的信号定性质的信号模拟信号模拟信号 数字信号数字信号模拟数据模拟数据数字数据数字数据一一.传输减损传输减损1.衰减衰减信号衰减信号衰减P1 wattsP2 wattsdb loss 衰减衰减 10log10(p2/p1)dB强度强度 10log10(p1/p2)dB发送器发送器接收器接收器 信号幅度的降低就称为信号衰减。信号幅度的降低就称为信号衰减。一一.传输减损传输减损2.延迟失真延迟失真延迟失真延迟失真噪声噪声噪声的危害噪声的危害噪声的度量噪声的度量信号波形的畸变称为失真。信号波形的畸变称为失真。噪声是实际通信系统中客观存在的干扰源。噪声是实际通信系统中客观存在
17、的干扰源。信号变形失真、信号强度衰减信号变形失真、信号强度衰减信噪比信噪比(signal-to-noise ratio)RS/N=10log10(S/N)其中：其中：S为平均信号功率；为平均信号功率；N为噪声功率；为噪声功率；传输的数据传输的数据 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 接收的数据接收的数据 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 噪声噪声信号信号+噪声噪声Bit errorBit 一一.传输减损传输减损3.信道容量信道容量数据速率数据速率(data rate)带宽带宽(bandwidth)被传信号所占频带的宽度。被传信号所占频带的宽度。以每秒多少个周期表示或赫兹以每秒多少个周
18、期表示或赫兹Hz。指数据通信的速率，以每秒多少个二进制位表示指数据通信的速率，以每秒多少个二进制位表示(bps)。传输媒体的带宽有限传输媒体的带宽有限数字信号具有无限带宽数字信号具有无限带宽媒体的选择取决于投资成本和被传信号的质量媒体的选择取决于投资成本和被传信号的质量一一.传输减损传输减损3.信道容量信道容量数据传输速数据传输速率与带宽率与带宽传输前的信号传输前的信号比特率：比特率：2 Kbps不同带宽传不同带宽传输后的信号输后的信号带宽带宽:500Hz带宽带宽:2.5 KHz带宽带宽:4 KH一一.传输减损传输减损3.信道容量信道容量比特率与波特率比特率与波特率比特率比特率波特率波特率表示
19、数据的传输速率，定义为单位时间内传送的表示数据的传输速率，定义为单位时间内传送的比特数，单位为比特比特数，单位为比特/秒秒(bit/s)或简写为或简写为bps。表示信号速率，一般称为调制速率。定义为单位表示信号速率，一般称为调制速率。定义为单位时间内所传输的波形个数。单位为波特时间内所传输的波形个数。单位为波特(baud)。设一个波形的持继时间为设一个波形的持继时间为T，则波特率则波特率 Dbaud=1/T一一.传输减损传输减损3.信道容量信道容量(b)用一个波形代表二个代码用一个波形代表二个代码3210-1-2-3001111100100(a)用一个波形代表一个代码用一个波形代表一个代码假假
20、设设一一个个信信号号波波形形有有L个个电电平平，如如果果信信号号波波形形的的持持续续时时间间为为T，则则单单位位时时间间内内传传送送的的比比特特数为数为:Rbit=log2 L/T=Dbaud log2 L一一.传输减损传输减损3.信道容量信道容量信道容量信道容量模拟信道的信道容量模拟信道的信道容量指给定条件下信道上的数据传输率，单位为指给定条件下信道上的数据传输率，单位为bps。在信号平均功率有限的白噪声在信号平均功率有限的白噪声(指通信系统内部本身产生指通信系统内部本身产生的噪声的噪声)信道中，信道的极限数据传输率信道中，信道的极限数据传输率(即信道容量即信道容量)为为 C=Wlog2(1
21、+S/N)S/N为平均信噪比；为平均信噪比；S表示信号功率；表示信号功率；N表示噪声功率；表示噪声功率；W为信道带宽；为信道带宽；C为信道容量；为信道容量；香侬香侬(Shannon)定律定律一一.传输减损传输减损3.信道容量信道容量例例1：考虑语音信道带宽为：考虑语音信道带宽为3100赫兹，信噪比为赫兹，信噪比为30分贝。分贝。30=10 log10(S/N)S/N=1000 C=Wlog2(1+S/N)=3100*log2(1+1000)=30894bps求：该信道的容量？求：该信道的容量？已知：已知：W3100Hz，RS/N=30dB一一.传输减损传输减损3.信道容量信道容量数字信道的信道容量数字信道的信道容量离离散散无无噪噪声声的的数数字字信信道道信道容量为：信道容量为：C=2Wlog2 LW为信道的带宽为信道的带宽(Hz)L为代码采用的进制数为代码采用的进制数奈斯特奈斯特(Nyquist)准则准则平稳、对称、无记忆的二进制信道的数字模型。平稳、对称、无记忆的二进制信道的数字模型。0101qqPePe发送发送接收接收思考题思考题1.6 1.7 1.81.13 1.15 1.17 1.23 2.33 2.3439