Ch2 数据通信基础知识

数字信号通过实际的信道
• 失真不严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输入信号波形
• 失真严重 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输出信号波形 (失真不严重)
输入信号波形
输出信号波形 (失真严重)
2.1.3 传输
• 传输是指将信号从发送传到接收端，并且在接收 端进行恢复
• 模拟传输和数字传输 • 数字传输优点
PCM 编码器
模拟信号 数字信号
数字数据 数字数据
调制器
数字 发送器
模拟信号 数字信号
通信的基本要求
• 通信的双方完成一次通信需要满足三个基 本要求：
–一是双方有通信的愿望 –二是通信的双方之间有信息传递的信道，也即
是说通信要经过传输介质以及有关的传输设备 –三是通信双方要遵循通信的规则和约定，即通
双绞线图示
无屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
聚氯乙烯 套层
绝缘层 铜线
聚氯乙烯 套层
屏蔽层 绝缘层
铜线
双绞线图示及UTP-5的线序
2.3.2 同轴电缆
• 基带电缆（10 Mbps）
– 粗缆
• 非中继传输距离500米 • 需要使用收发器和收发电缆 • AUI接口
– 细缆（便宜的同轴电缆）
• 非中继传输距离185米 • BNC接口
• 数字数据
– 计算机存储的文本文件（例如：*.doc） – 编解码后的多媒体文件（例如：*.mp3）
2.1.2 信号
• 信号
–信号是数据的电子或电磁编码，数据必须经过 编码转换为电信号后才能在传输介质中传输
– 模拟信号与数字信号
模拟信号和数字信号
模拟的和数字的数据、信号
模拟数据 模拟数据
放大器 调制器
2.1 概念和术语
2.1.1 数据 2.1.2 信号 2.1.3 传输 2.1.4 传输方式
2.1.1 数据
• 信息：客观事物属性和相互关系的表征
• 数据：信息的表现
信息是在人们之间传递的知识，数据是信息的具 体表现形式，其本身是各种各样的物理符号或它 们的组合
• 模拟数据
– 音频（例如：无线广播） – 视频（例如：电视）
• 计算机网络中信号的速率涉及三种：
– 传播速率；调制速率；数据传输率
• 信号的传播速率是常量
– 传播速率，是一个常量，与光速联系
• 调制速率也称为码元速率、波形速率或信号速率
– 指的是每秒种发送信号的数目，单位为波特(baud)
• 数据传输率为每秒种发送的二进制位数
– 单位为bps，读作每秒位。
• 调制速率与数据传输率之间的关系为： C = B log2 N (bps)
位
线路空闲
一个字符
下一字符
• 单工通信——只能有一个 方向的通信而没有反方向 的交互。
• 半双工通信——通信的双 方都可以发送信息，但不 能双方同时发送(当然也 就不能同时接收)。
• 全双工通信——通信的双 方可以同时发送和接收信 息。
2.2 数据通信基础理论
• 话音信号
– 话音信号的标准带宽为300Hz～3400Hz
信双方按照通信协议传输信息，并能理解这些 通信协议
信道
• 信道与电路并不等同，信道表示信号的通路，一 般是用来表示向某一个方向传输信息的媒体
–一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道
• 信道与传输介质也是有区别的
–传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传 输线路
• 通信信道建立在传输介质之上
– 数字器件的体积和价格的降低 – 数据转发器，减少错误累计 – 多路复用简单、高效 – 安全和保密 – 综合性
2.1.4 传输方式
• 并行传输和串行传输
– 串行（serial）通讯，每个字 符的二进制位按位排列进行传 输，速度慢，但传输距离相对 较远，鼠标口和USB口都是串 行端口；
– 并行（parallel）通讯，每个 字符的二进制位使用多条数据 线同时进行传输，传输速度相 对要快些，但传输距离相对不 能太远，计算机内部数据传输 一般都是采用这种方法，标准 打印口是属并行端口
• 宽带电缆（CATV电缆）
– Cable Modem（宽带接入）
带宽(broad width)与信道可以允许通过的信号的最高频 率与最低频率有关
2.3 传输介质
2.3.1 双绞线 2.3.2 同轴电缆 2.3.3 光纤 2.3.4 无线介质
2.3.1 双绞线
• 屏蔽双绞线STP（IBM） • 非屏蔽双绞线UTP（ EIA/TIA）
– 1类——用于电话通信，一般不适合传输数据。 – 2类——可用于传输数据，最大数据率为4Mbps。 – 3类——用于以太网，最大数据率为10Mbps。 – 4类——用于令牌环网，最大数据率为16Mbps。 – 5类——用于快速以太网，最大数据率为100Mbps。 – 6类——用于吉比特以太网，最大数据率为1Gbps。
• 音乐信号（CD音质）
– 要求的带宽是20Hz ~ 20KHz
• 电视信号(PAL或NTSC制式)
– 电视信号的带宽约为4.2MHz
• 二进制信号(数字信号)
– 一般说来，任何数字信号都具有无限带宽，但它们不得不 被近为有限带宽信号
– 数字信号的带宽依赖于“0”、“1”序列以及编码方式
计算机网络中的速率
• 异步方式和同步方式
– 异步传输以字符为独立的传输单位。
– 同步传输时，数据块以稳定的比特流的形式传输
异步传输举例
字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立传输， 字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每个字符。 传输效率较低
线路空闲
起
终
起
始
止
始
位 1 1 1 0 1 0 1 0位
– 其中：C为数据传输率； – B为调制速率； – N为一个信号可能取值的个数
计算机网络的带宽
• 计算机网络的带宽是指网络可通过的最 高数据率，即每秒多少比特。
• 描述带宽也常常把“比特/秒”省略。
– 例如，带宽是 10 M，实际上是 10 Mb/s。 – 这里的 M 是 106。
信道带宽的描述
–包括传输介质和通信设备
差错率/误码率
由于噪声的影响和信道带宽的限制，信号可能 发生失真.
差错率/误码率：传输比特总数与其中出错比 特数的比值 Pe = 出错比特数传输/比特总数 例： 传输10000bit, 有2bit出错，
Pe ＝ 2/10000 差错率越高表示信道的质量越差
信道的差错率与信号的传输速率和传输距离成正比