第四讲

1. 第四讲

2. 4.数据通信的主要技术指标 数据通信的主要技术指标有数据传输速率、传输延迟、信道带宽、信道容量、数据传输的误码率等，这些指标是衡量数据传输的有效性和可靠性的参数。 有效性主要由数据传输速率、传输延迟、信道带宽和信道容量等指标来衡量。 可靠性一般用数据传输的误码率指标来衡量。

3. (1) 数据传输速率 数据传输速率是指单位时间内传输信息量的多少。它是衡量数据传输有效性的主要指标。 数据传输速率通常用波特率和比特率来表示。

4. 波特率: 是指单位时间内传输码元的个数，单位为波特(Baud)。每个码元表示一个波形或一个电平。波特率又叫调制速率、码元速率。调制速率是指信号经过调制后的传输速率，表示调制后信号每秒钟变化的次数。若用T(秒)表示调制周期，则波特率为： Rs＝1/T (Baud) 可见，1 波特表示每秒钟传送一个码元

5. 比特率：指单位时间内传输二进制码的位数(记为b/s或bps)，也叫信息速率。比特率：指单位时间内传输二进制码的位数(记为b/s或bps)，也叫信息速率。 比特率公式： Rb＝(1/T)log2N (bps) 式中T为传输的脉冲信号周期，N为脉冲信号所有可能的状态数，Rb为比特率。

6. 当信号的状态数N＝2时，则每个电信号脉冲只传送1位二进制数据，此时比特率与波特率相同，为：当信号的状态数N＝2时，则每个电信号脉冲只传送1位二进制数据，此时比特率与波特率相同，为： Rb＝1/T (bps) 由以上分析知，比特率和波特率的关系为： Rb＝ Rslog2N (bps) 在数值上“比特”单位等于“波特”的log2N倍。

7. 例1．在传输语音或图象信息的64Kbps 的数字信道上，若传真机将每英寸数字化为300个像素，每个像素用4比特表示，问该信道以传真方式传输一幅8*10英寸的图像需要多少时间？ t=8*10*300*4/64k

8. 误码率：二进制码在传输过程中出现错误的概率。它是衡量通信系统在正常情况下传输可靠性的指标。误码率：二进制码在传输过程中出现错误的概率。它是衡量通信系统在正常情况下传输可靠性的指标。 误码率计算公式为： Pe＝ Ne/N 式中Ne表示被传错的码元数，N表示传输的二进制总码元数，Pe为误码率，即错误接收的码元数在所传输的总码元数中所占的比例。

9. 传输延迟：是指由于各种原因的影响，而使系统信息在传输过程中存在着不同程度的延误或滞后的现象。传输延迟：是指由于各种原因的影响，而使系统信息在传输过程中存在着不同程度的延误或滞后的现象。 信息的传输延迟时间包括发送和接收处理时间、电信号响应时间、中间转发时间和信道传输时间等。

10. 传输时延：发送一组信息所用的时间，该时间与信息传输速率和信息格式有关。传输时延：发送一组信息所用的时间，该时间与信息传输速率和信息格式有关。 传播时延：信号在物理媒体中传输一定距离所用的时间，它与信号传播速度和距离有关。(电磁波在光纤、微波信道中的传播速度为每秒300,000km，而在一般电缆中的速度约为光速的2/3)

11. 例2．在相隔1000km的两地间传输3kbits的数据，可以通过电缆以20kbps的速率传输或通过卫星信道以60kbps的速率传输，问用那种方式从发送方开始发送到接收方接收完全部数据的时间最短? (假定信息在电缆中传输速度是200,000km/s，而在卫星信道中的传输速度是300,000km/s)

12. 传输时延：电缆 3/20=150ms 卫星 3/60=50ms 传播时延：电缆 1000/(2*105)=5ms 卫星 36000*2/(3*105)=240ms 使用电缆的总时延：150+5=155ms 使用卫星的总时延：50+240=290ms

13. (2) 信道带宽和信道容量 ① 信道带宽是指通信系统传输信息的信道的最大频率范围。 ② 信道容量是指单位时间内信道所能传输的最大信息量，它表征信道的传输能力。 信道容量有时也表示为单位时间内最多可传输的二进制数的位数(b/s)

14. 一般情况下，信道带宽越宽，则信道容量就越大，单位时间内信道上传输的信息量就越多，传输效率也就越高。信号传输速率受信道带宽的限制。一般情况下，信道带宽越宽，则信道容量就越大，单位时间内信道上传输的信息量就越多，传输效率也就越高。信号传输速率受信道带宽的限制。 以下两个定理，分别从不同角度描述了这种限制：

15. ③ 奈奎斯特准则 在理想信道情况下，信道的容量为： C＝2 F log2N 式中F为信道带宽，N为信号的状态个数，C为信道容量(最大传输速率)，即每秒所能传输的最大比特数为： C＝2 F log2N (bps)

16. ④ 香农定理： 在随机噪声(高斯白噪声)干扰的信道中传输数字信号，信道容量为： C＝F log2(1＋S/N) 香农定理描述了在有限带宽、随机噪声分布的信道中，最大的数据传输速率与信道带宽的关系。

17. 奈奎斯特定理和香农定理给出的是信道容量，即信道的最大传输速率的极限值，实际上很难达到该值。奈奎斯特定理和香农定理给出的是信道容量，即信道的最大传输速率的极限值，实际上很难达到该值。 例3．电视信道带宽为6MHZ，理想情况下，如果数字信号取4种离散值，那么可获得的最大传输速率是多少？ C= 2*6M*log24=24Mbps

18. 例4．带宽为4KHZ，如果有8种不同的物理状态表示数据，信噪比为30dB。那么按奈氏准则和香农定理计算，分别计算其最大限制的数据传输速率。例4．带宽为4KHZ，如果有8种不同的物理状态表示数据，信噪比为30dB。那么按奈氏准则和香农定理计算，分别计算其最大限制的数据传输速率。 ① C＝2 F log2N=2*4K*log28=24Kbps ② 分贝（dB）的计算是：10lgS/N 即 本题为：10lgS/N=30 则：S/N=103 C＝F log2(1＋S/N)= 4K*log21001=40Kbps

19. 5. 通信方式 (1)单工通信、半双工通信和全双工通信 • 数据在通信线路上传输是有方向的。根据数据在线路上的传输方向和特点，有单工通信、半双工通信和全双工通信三种通信方式。

20. 单工通信：在通信线路上，数据只可按一个固定的方向传送而不能进行相反方向传送的通信方式。例如广播、遥控通信。单工通信：在通信线路上，数据只可按一个固定的方向传送而不能进行相反方向传送的通信方式。例如广播、遥控通信。 • 半双工通信：数据可以双向传输，但不能同时进行，在任一时刻只允许在一个方向上传输主信息的通信方式。 • 全双工通信：可同时双向传输数据的通信方式。

21. 数据流 发送设备 发送设备 (a)单工通信 数据流 数据流 发送设备 发送设备 接收设备 接收设备 (b)半双工通信 数据流 发送设备 接收设备 接收设备 发送设备 数据流 (c)全双工通信 信息传输方向不同的三种通信方式

22. (2) 并行通信和串行通信 • 在计算机内部各部件之间、计算机与各种外部设备之间、计算机与计算机之间，按信息传输的时空顺序不同存在两种通信方式：并行通信和串行通信。

23. 并行通信：通常用于计算机内部各部件之间或近距离设备之间的数据传输。并行通信：通常用于计算机内部各部件之间或近距离设备之间的数据传输。 • 串行通信：常用于计算机与计算机或计算机与终端之间远距离的数据传输。

24. 01101001 01101001 发 送 设 备 0 1 1 0 1 0 0 1 接 收 设 备 发 送 设 备 接 收 设 备 01101001 并行通信 串行通信

25. (3) 点到点通信和广播式通信 • 在数据通信系统中，根据发送端和接收端的连接方式及信息传输信道区分，相应地有点到点通信和广播式通信的通信方式。

26. 点到点通信：是由一条通信线路把两个 DTE连接起来构成的通信方式，也叫端到端式通信。 • 广播式通信：是指系统中多个端点共享一个通信信道，一个端点发出信息，其他端点接收信息的通信方式。该通信方式中的信息是单向传输的。

27. 6. 数据通信过程 ① 通信线路的建立阶段 ② 数据传输链路的建立阶段 ③ 数据及控制信息的传输阶段 ④ 数据传输链路的拆除阶段 ⑤ 通信线路的拆除阶段

28. 2. 2 数据传输1. 基带传输、频带传输和宽带传输 （1）基带传输 • 基带信号：由计算机或终端等数字设备产生的、未经调制的数字数据相对应的原始信号(方波脉冲)。基带信号通常呈矩形波形式，它所占据的频率范围通常从直流到高频的频谱，范围宽。

29. 基带：基带信号所占有的频率范围 • 基带信道：与基带信号频谱相适应的信道 • 基带传输：在基带信道中直接传输这种基带信号的传输方式。 • 基带传输的特点：基带通信是一种最简单、最基本的传输方式，它适合于传输各种速率要求的数据。基带传输过程简单，设备费用低，适合于近距离传输。

30. (2) 频带传输： • 频带信号：基带信号变换(调制)成的便于在模拟信道中传输的、具有较高频率的信道信号。 • 频带传输：在信道中传输频带信号的传输方式。 • 在远距离传输中通常不采用基带传输而采用频带传输方式。

31. (3) 宽带传输 • 宽带是指比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。利用宽带进行的传输称为宽带传输。 • 宽带传输系统可以是模拟或数字传输系统，它能够在同一信道上进行数字信息和模拟信息传输。宽带传输系统可容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。

32. 在局域网中，存在基带传输和宽带传输两种方式。在局域网中，存在基带传输和宽带传输两种方式。 • 基带传输的数据速率比宽带传输速率低。一个宽带信道可以被划分为多个逻辑基带信道。 • 宽带传输能把声音、图像、数据等信息综合到一个物理信道上进行传输。宽带传输采用的是频带传输技术，但频带传输不一定是宽带传输。

33. 2. 信源编码 信源编码是把从信源或其他设备输出的数据作相应的变换，其目的就是使之便于在相应的信道上有效地传输。模拟数据可以用模拟信号载荷，也可以用数字信号载荷；同样，数字数据可以用数据信号载荷，也可以用模拟信号载荷。

34. 这样就构成了四种方式，所对应的四种数据信息编码为：这样就构成了四种方式，所对应的四种数据信息编码为： 模拟数据的模拟信号编码 数字数据的模拟信号编码 数字数据的数字信号编码 模拟数据的数字信号编码

35. (1) 数字数据的模拟信号编码 前面提到，在计算机网络的远程通信中通常采用频带传输。若要将基带信号进行远程传输，要先将其变换为频带信号（即模拟信号），再在模拟信道上传输。这个变换就是数字数据的模拟信号编码过程（即调制过程）。

36. 调制：就是利用基带信号对模拟载波信号的某些参量进行控制，使这些参量随基带信号的变化而变化的过程。调制：就是利用基带信号对模拟载波信号的某些参量进行控制，使这些参量随基带信号的变化而变化的过程。 • 解调：调制的逆过程(把从信道上接受到的模拟信号变换为数字数据)。 • 调制后的信号叫已调信号，它包含了调制信号的所有信息。

37. 通常采用的调制方式有三种： 1）幅度调制AM(或幅移键控ASK) 2）频率调制FM(或频移键控FSK) 3）相位调制PM(或相移键控PSK) • 设载波信号为正弦交流信号f(t)＝Asin(t+)。此处A是幅度， 是角频率， 是相位。

38. ASK（幅移键控）：就是利用基带脉冲信号对模拟载波信号的幅度进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化，频率和相位均不变。ASK（幅移键控）：就是利用基带脉冲信号对模拟载波信号的幅度进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化，频率和相位均不变。 • 其实现方法有：乘法器和键控开关。 • ASK技术简单，实现容易，但抗干扰能力较差。

39. 基带脉冲 载波 ASK 载波信号、基带脉冲及ASK调制波形

40. FSK(频移键控)：利用基带脉冲信号对模拟载波信号的频率进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化(通过改变载波信号的角频率来表示数字信号中的“1”和“0”)，幅度和相位均不变。FSK(频移键控)：利用基带脉冲信号对模拟载波信号的频率进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化(通过改变载波信号的角频率来表示数字信号中的“1”和“0”)，幅度和相位均不变。 • FSK由键控方法实现，利用数字信号控制开关对两个不同的独立载波频率源进行选通。 • FSK技术较简单，实现较容易，抗干扰能力较强。是目前较常用的调制方法。

41. 1 0 1 1 0 0 1 0 基带脉冲 载波 FSK 载波信号、基带脉冲及频率调制波形

42. PSK(相移键控)：利用基带脉冲信号对模拟载波信号的相位进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化(通过改变载波信号的相位值来表示数字信号中的“1”和“0”) ，幅度和频率均不变。相移键控又有绝对相移键控和相对相移键控，在模拟通信中，为了提高数据传输速率，常采用多相调制方法。

43. 1 0 1 1 0 0 1 0 基带脉冲 载波 PSK 载波信号、基带脉冲及相位调制波形

44. (2) 数字数据的数字信号编码 • 数字数据的数字信号编码问题就是要解决数字数据的数字信号表示问题。数字数据可以由多种不同形式的脉冲信号的波形来表示。主要形式有单极性全宽码和归零码、双极性全宽码和归零码、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码。

45. 判决门限 判决门限 取样时间 取样时间 (a)单极性全宽码 (b)单极性归零码 单极性全宽码和归零码 单极性全宽码和归零码

46. 判决 门限 判决 门限 取样时间 取样时间 (a) 双极性全宽码 (b) 双极性归零码 双极性全宽码和归零码 双极性全宽码和归零码

47. 曼彻斯特编码 曼彻斯特编码的规律是：在每一个码元时间间隔内，电平都有一次跃变：当发送信息“0”时，在间隔的中间时刻电平从高向低跃变；当发信息“1”时，在间隔的中间时刻电平从低向高跃变。该跃变既可作为时钟信号，又可作为数据信号。

48. 1 0 1 0 0 1 1 0 曼彻斯特编码

49. 差分曼彻斯特编码 差分曼彻斯特码的规律是：在每一个码元的中间时刻，电平都有一次跃变：发送信息“1”时，间隔开始时刻不跃变；发送信息“0”时，间隔开始时刻有跃变。该跃变仅作为时钟信号。

50. 0 1 0 1 1 0 0 1 差分曼彻斯特编码