數(shù)據(jù)通信基本概念

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,數(shù)據(jù)通信,是指在兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間通過(guò)通信系統(tǒng)以某種數(shù)據(jù)形式進(jìn)行信息交換的過(guò)程，它可以把信息從某一處安全可靠地傳送到另一處數(shù)據(jù)通信是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展以及兩者之間的相互滲透與結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一種,新的通信方式,，它是,計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,，數(shù)據(jù)通信有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域以及廣闊的發(fā)展前景1,.,1,通信基本概念,1,.,1,.,1,消息、信息、信息量、數(shù)據(jù)與信號(hào),通信,就是對(duì)消息或信息進(jìn)行傳輸消息,是對(duì)于客觀世界發(fā)生變化的描述或報(bào)道如，某地發(fā)生地震，世界氣候在變暖，人的平均壽命在增加等，這就是消息對(duì)客觀世界的變化，人類常用語(yǔ)言、文字、相片、圖像、數(shù)字來(lái)進(jìn)行描述因此，語(yǔ)言、文字、相片、圖像、數(shù)字等就成為消息的表現(xiàn)形式信息,就是表達(dá)消息中的內(nèi)容，是對(duì)客觀物質(zhì)的反映第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,一條消息中信息的大小用,信息量,來(lái)度量，它用該消息中所含內(nèi)容發(fā)生的可能性(即發(fā)生概率,P),的倒數(shù)的對(duì)數(shù)表達(dá)，即,I=log,(1/P),信息量,I,的單位有兩種，最常用的單位是在上面的公式中對(duì)數(shù)取2作為底，這時(shí)信息量,I,的單位為比特(,bit)(,不同于二進(jìn)制的位)；當(dāng)在上面的公式中對(duì)數(shù)取,e,作為底時(shí)，則信息量的單位為奈特(,nat)，,這種單位比較少用。

從公式中可知：,事件發(fā)生的概率越高，則信息量越少第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,數(shù)據(jù),是一種承載信息的實(shí)體，它涉及到事物的具體形式，是任何描述物體、概念、情況、形式的事實(shí)、數(shù)字、字母和符號(hào)數(shù)據(jù)可分為,模擬數(shù)據(jù),和,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),兩種形式,信號(hào),是消息或者說(shuō)是信息的攜帶者，是數(shù)據(jù)的具體表現(xiàn)形式信號(hào)在形式上是一種具有變化的物理現(xiàn)象在通信技術(shù)中，一般使用電、光信號(hào)來(lái)傳輸信息根據(jù)利用不同的電、光信號(hào)來(lái)作為信號(hào)實(shí)現(xiàn)的通信方法，就形成了不同的通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)中傳遞的是攜帶消息或信息的電、光信號(hào)所以說(shuō)信號(hào)是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，或稱數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，它能使數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸?shù)?章 數(shù)據(jù)通信基本概念,1,.,1,.,2,信號(hào)的分類,信號(hào)根據(jù)載體的不同，可以是電、磁、聲、光、熱等的各種信號(hào)對(duì)于同一種信號(hào)，又可以從不同角度進(jìn)行分類連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào),：如果信號(hào)的時(shí)間變量是連續(xù)的，則稱為,連續(xù)時(shí)間信號(hào),，若幅度也是連續(xù)的，則稱為,模擬信號(hào),，如圖1.1所示；如果時(shí)間變量是離散數(shù)值，則稱為,離散時(shí)間信號(hào),，若幅度也是離散的，則稱為,數(shù)字信號(hào),，見(jiàn)圖1.2所示第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,圖1.1 模擬信號(hào)圖 圖1.2 數(shù)字信號(hào),(1)確定信號(hào)和隨機(jī)信號(hào),：如果信號(hào)在任意時(shí)刻的取值都能夠確定，則稱為,確定信號(hào),，即給定某個(gè)時(shí)間值，就可以確定相應(yīng)的函數(shù)值；如果信號(hào)的取值是隨機(jī)的，在某個(gè)時(shí)刻，它的取值是不確定的，則稱為,隨機(jī)信號(hào),。

2)周期信號(hào)和非周期信號(hào),：如果信號(hào)滿足,x(t)=x(t+kT)，,其中，,T,為信號(hào)周期，,k,為正整數(shù)，則稱為周期信號(hào)；否則是非周期信號(hào)3)一維信號(hào)和多維信號(hào),：信號(hào)的變量可以是時(shí)間、頻率或其他物理量，如果信號(hào)是一個(gè)變量(如時(shí)間)的函數(shù)，則稱為一維信號(hào)；若信號(hào)是兩個(gè)變量的函數(shù)，則稱為二維信號(hào)；如果信號(hào)是多個(gè)變量的函數(shù)，則稱為多維變量第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),1.2.1 通信系統(tǒng)模型,通過(guò)任何媒體將信息從一地傳送到另一地都稱之為,通信,，,通信系統(tǒng),由信源、發(fā)信終端、傳輸媒介、收信終端和信宿組成圖1.3為,通信系統(tǒng)模型,組成框圖第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,圖1.3 通信系統(tǒng)模型,信源提供的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等待傳遞信息由發(fā)信終端設(shè)備變換成適合于在傳輸媒介上傳送的通信信號(hào)發(fā)送到傳輸媒介上傳輸，當(dāng)該信號(hào)經(jīng)傳輸媒介進(jìn)行傳輸時(shí)，被疊加上了各種噪聲干擾，收信終端將收到的信號(hào)經(jīng)解調(diào)等逆變換，恢復(fù)成信宿適用的信息形式，這一過(guò)程就是對(duì)通信系統(tǒng)工作原理的簡(jiǎn)單描述通信系統(tǒng),分為,模擬通信,和,數(shù)字通信,，以模擬信號(hào)來(lái)傳送信息的通信方式稱為模擬通信，以數(shù)字信號(hào)傳送信息的通信方式稱為數(shù)字通信。

第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,1.模擬通信系統(tǒng),模擬通信系統(tǒng)模型如圖1.4所示，模擬通信中，信源輸出的模擬信號(hào)經(jīng)調(diào)制器進(jìn)行頻譜搬移，使其適合傳輸媒體的特性，再送入傳輸信道傳輸在接收端，解調(diào)器對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，使其恢復(fù)成調(diào)制前的信號(hào)形式，傳送給信宿模擬通信的傳輸信號(hào)的頻帶占用比較窄，信道的利用率較高但是模擬通信的缺點(diǎn)也很突出，如抗干擾能力差、保密性差、設(shè)備不易大規(guī)模集成，不適應(yīng)計(jì)算機(jī)通信的需要第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,圖1,.,4,模擬通信系統(tǒng)模型框圖,2,.,數(shù)字通信系統(tǒng),圖1.5所示為數(shù)字通信系統(tǒng)組成框圖，圖中信源編碼器的作用是將信源發(fā)出的模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，稱為模/數(shù)(,A/D),轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò),A/D,轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)稱為,信源碼,信源編碼器的另一個(gè)功能是實(shí)現(xiàn)壓縮編碼，使信源碼占用的信道帶寬盡量小信源碼不適于在信道中直接傳輸，因此要經(jīng)過(guò)信道編碼器進(jìn)行碼型變換，形成,信道碼,，以提高傳輸?shù)挠行约翱煽啃栽诮邮斩?，信道譯碼器對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)，消除信道編碼器插入的多余碼元，信源譯碼器把得到的數(shù)字信號(hào)還原為原始的模擬信號(hào)稱為數(shù)/模(,D/A),轉(zhuǎn)換，提供給信宿使用當(dāng)然數(shù)字信號(hào)也可采取頻帶傳輸方式，這時(shí)需用調(diào)制器和解調(diào)器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將其頻帶搬移到光波或微波頻段上，利用光纖、微波、衛(wèi)星等信道進(jìn)行傳輸。

第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,圖1,.,5,數(shù)字通信系統(tǒng)模型框圖,數(shù)字通信系統(tǒng)相對(duì)模擬通信系統(tǒng)具有以下,特點(diǎn),：,(1)抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)噪聲積累在模擬通信中，為了提高信噪比，需要在信號(hào)傳輸過(guò)程中及時(shí)對(duì)衰減的傳輸信號(hào)進(jìn)行放大，信號(hào)在傳輸過(guò)程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時(shí)放大，隨著傳輸距離的增加，噪聲累積越來(lái)越多，以致使傳輸質(zhì)量嚴(yán)重惡化對(duì)于數(shù)字通信，由于數(shù)字信號(hào)的幅值為有限個(gè)離散值(通常取兩個(gè)幅值)，在傳輸過(guò)程中雖然也受到噪聲的干擾，但在適當(dāng)?shù)木嚯x采用判決再生的方法，可將疊加了噪聲和干擾的信道碼再生成沒(méi)有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號(hào)，所以可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的傳輸2)便于加密處理信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹?lái)越重要，數(shù)字通信的加密處理比模擬通信容易得多，以話音信號(hào)為例，經(jīng)過(guò)數(shù)字變換后的信號(hào)可用簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯運(yùn)算進(jìn)行加密、解密處理3)便于存儲(chǔ)、處理和交換數(shù)字通信的信號(hào)形式和計(jì)算機(jī)所用信號(hào)一致，都是二進(jìn)制代碼，因此便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也便于用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理和維護(hù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,(4)設(shè)備便于集成化、微型化數(shù)字通信采用時(shí)分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器。

設(shè)備中的大部分電路是數(shù)字電路，可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，因此體積小、重量輕、功耗低5)便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)采用數(shù)字傳輸方式，可以通過(guò)程控?cái)?shù)字交換設(shè)備進(jìn)行數(shù)字交換，以實(shí)現(xiàn)傳輸和交換的綜合另外，電話業(yè)務(wù)和各種非話業(yè)務(wù)都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)6)數(shù)字通信占用信道頻帶較寬，信道利用率低但隨著寬頻帶信道(光纜、數(shù)字微波)的大量使用(一對(duì)光纜可以開(kāi)通幾千路電話)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，帶寬問(wèn)題已不是主要問(wèn)題了第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,1,.,2,.,2,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)通信,是指依據(jù)通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)(模擬傳輸或數(shù)字傳輸)在兩個(gè)功能單元之間傳遞信息數(shù)據(jù)通信離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)，從某種意義上說(shuō)，數(shù)據(jù)通信可以看成是數(shù)字通信的特例研究數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括兩方面內(nèi)容,：一方面研究信道的組成、連接、控制及其使用；另一方面研究信號(hào)如何在信道上傳輸和控制數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),都是由,數(shù)據(jù)終端子系統(tǒng),、,數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng),和,數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng),三部分組成,的圖1.6是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,圖1,.,6,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域經(jīng)常用到的一些設(shè)備名詞,數(shù)據(jù)終端設(shè)備,DTE,(Data Terminating Equipment)：,能生成并向數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信息的設(shè)備，起著實(shí)現(xiàn)人與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)之間的聯(lián)系的作用，是人機(jī)之間的接口，在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，如果是信息的發(fā)出者稱為,信源,如果是信息的接收者稱為,信宿,。

常見(jiàn)的,DTE,有終端機(jī)、,POS,機(jī)(電子收款機(jī))、,PC,機(jī)等數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備,DCE,(Data Circuit-Terminating Equipment)：,連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備與傳輸信道，將原始數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成特殊的電信號(hào)使其適合于在信道上進(jìn)行傳輸?shù)脑O(shè)備它提供信號(hào)的變換和編碼，建立、保持和釋放線路連接等功能通信控制器,：完成中央處理機(jī)與數(shù)據(jù)通信組網(wǎng)設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換所必需的通信控制功能，如數(shù)據(jù)緩沖、速度匹配、串/并轉(zhuǎn)換等任務(wù)第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,傳輸信道類型(根據(jù)不同角度分類),模擬信道與數(shù)字信道,專用線路和交換線路,有線信道和無(wú)線信道,頻分信道和時(shí)分信道,數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備,DCE,的作用,對(duì)于模擬信道：,DCE,的作用是將,DTE,送來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)變換為模擬信號(hào)再送往信道，或者反過(guò)來(lái)，將信道送來(lái)的模擬信號(hào)變換成數(shù)據(jù)信號(hào)再送到,DTE對(duì)于數(shù)字信道,：,DCE,的作用是實(shí)現(xiàn)信號(hào)碼型與電平的轉(zhuǎn)換、信道特性的均衡、收發(fā)時(shí)鐘的形成與供給，以及線路接續(xù)控制等第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,數(shù)據(jù)鏈路(,Data Link),數(shù)據(jù)鏈路=數(shù)據(jù)電路+傳輸控制規(guī)程,目的：保證數(shù)據(jù)可靠傳輸,第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,1,.,3,信號(hào)的時(shí)域分析與頻域分析,1,.,3,.,1,信號(hào)的時(shí)域分析,在信號(hào)分析過(guò)程中，如果不經(jīng)過(guò)任何變換，所涉及的變量都是時(shí)間，這種分析方法稱為,時(shí)域分析法,。

1,.,3,.,2,信號(hào)的頻域分析,傅立葉分析證明：,信號(hào)可以看成是頻率的函數(shù)，滿足一定條件的周期函數(shù),f(t)，,在區(qū)間(,t1,t1+T),內(nèi)可以表示成若干頻率的正弦或余弦函數(shù)之和將信號(hào)由時(shí)域變量變換為頻域變量進(jìn)行分析，稱為,頻域分析法,n,信號(hào)的頻譜概念,組成一個(gè)非正弦信號(hào)的所有頻率分量的集合稱為該信號(hào)的“,頻譜,”，其占據(jù)的頻率空間稱為“,頻帶寬度,”，簡(jiǎn)稱“,帶寬,”為了能夠既簡(jiǎn)單又清楚的表示一個(gè)信號(hào)函數(shù)包含哪些頻率分量以及各分量所占比重，可以采用頻譜圖的方法頻譜圖,是由一系列按頻率高低排列起來(lái)的線段組成的，線段的長(zhǎng)度表示各次諧波的振幅(見(jiàn)示意圖1.7)第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,圖1,.,7,頻譜圖,由頻譜圖可看出：信號(hào)的頻譜是由不連續(xù)的線條組成的，稱為,離散頻譜,；每條譜線只出現(xiàn)在基波及各次諧波頻率上，即頻譜中不可能存在頻率為基波頻率非整數(shù)倍的分量；各條譜線的長(zhǎng)度（振幅）隨著諧波次數(shù)的增大而逐漸減小(,一般能量主要集中于低頻分量,)傅里葉變換可以很直觀地表示信號(hào)的頻率成分，為信號(hào)的研究工作提供了一種更加有效的手段第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,n,“,基帶”與“基帶信號(hào)”：,“,基本頻帶,”（“,基帶,”）：未經(jīng)處理的原始信號(hào)所占據(jù)的頻率范圍（固有的）。

這種原始信號(hào)稱為“,基帶信號(hào),”,“,基帶傳輸,”：,在信道中,直接,傳輸“基帶信號(hào)”（未作處理的原始信號(hào)）稱為“,基帶傳輸,”,“基帶傳輸”的,優(yōu)點(diǎn),：信道簡(jiǎn)單，成本低缺點(diǎn),：基帶傳輸占據(jù)信道的全部帶寬，任何時(shí)候只能傳輸一路基帶信號(hào)，信道利用率低n,“寬帶傳輸”,：,通過(guò)調(diào)制技術(shù)將多路基帶信號(hào)遷移到不同頻帶，從而使信道同時(shí)傳送多路信號(hào)這樣,的通信稱為“,寬帶傳輸,”第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,。