数据通信基
础
总复习
分值说明：网络工程师考4-10分
目 录
1.1 基本概念 ........................................................................................................................................................
1.1.1 模拟和数字信号 ..................................................................................................................................1.1.2码元速率和比特率 ...............................................................................................................................1.1.3 介质带宽 ..............................................................................................................................................1.1.4传输模式 ...............................................................................................................................................1.2 数据通信理论基础 ........................................................................................................................................
1.2.1 信道的容量 ..........................................................................................................................................即信号的平均功率和噪声的平均功率之比。 ............................................................................................1.2.2尼奎斯特定理 .......................................................................................................................................1.2.3 香农公式 ..............................................................................................................................................1.3传输介质 .........................................................................................................................................................
1.3.1 有线介质 ..............................................................................................................................................1.3.2 无线介质 ..............................................................................................................................................1.3.3 信道延迟 ..............................................................................................................................................1.4 编码 ................................................................................................................................................................
1.4.1 数字—数字编码 ..................................................................................................................................1.4.2 数字—模拟编码 ..................................................................................................................................1.4.3 模拟—数字编码 ..................................................................................................................................1.4.4 模拟—模拟编码 ..................................................................................................................................1.5 传输技术 ........................................................................................................................................................
1.5.1信道复用技术 .......................................................................................................................................1.6 差错控制技术 ................................................................................................................................................
1.6.1 奇偶校验码 ..........................................................................................................................................1.6.2海明码 ...................................................................................................................................................1.6.3 CRC码（循环冗余校验码） .............................................................................................................1.7 物理层接口协议 .............................................................................................................................................1.8习题 ..................................................................................................................................................................
1.1 基本概念
数据通信系统的模型
图1-1 数据通信系统的模型
? 数据(data)——运送消息的实体。 ? 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。
1.1.1 模拟和数字信号
1. 模拟信号：是一种随时间推移而平滑变化的连续波形式，由三个要素来描述：振幅、周期（或频率）和相位。
图 模拟信号的三要素
振幅A：波形上的点到达水平轴的最大距离。反映了信号的强弱。
周期T：信号完成一个完整波形重复所经历的时间，与频率f互为倒数。
相 位：用于描述起始信号时间点相对于时间轴零点的位置，不同的相位反映了波信号在时间轴上移动的距离。
2. 数字信号：是离散的物理量，只包含有限数目的固定值，从一个值到另一个值的变化是瞬时发生的。
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图 数字信号的表现形式
如图，高电平表示1，低电平表示0，垂直线表示信号从一个值到另一个值的瞬时变化。
1.1.2码元速率和比特率
码 元： 在数字信号中，一个数字脉冲称为一个码元，一次脉冲的持续时间称为码元的宽度，在模拟信号中为一个完整的波形。
码元速率：单位时间内信号波形的最大变换次数，即单位时间内通过信道的码元个数，单位叫波特，所以码元速率也叫波特率，单位B/S。
比特率： 单位时间内在信道上传送的数据量（即位数），其单位为bps或b/s。 一个码元如果有两种状态或两种离散值，则它可以表示0，1这两个数，即它可以携带1个比特，因为1个比特也只有这两种可能，0和1；一个码元如果有四种状态或四种离散值，则它可以表示00，01，10，11这四个数，即它可以携带2个比特，因为2个比特也只有这四种可能，00，01，10，11。由此可以推出：
一码元携带比特数＝LOG2（状态数或离散数）
当一码元携带一比特时：比特率＝波特率 当一码元携带n比特时：比特率＝n×波特率
图 每码元携带2bit数据示意图
1.1.3 介质带宽
介质带宽：传输介质在传送信号时传送信号的频率范围，是介质的物理特性。 基带信号：来自信源的信号，即基本频带信号。
带通信号：使用调制方式把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，以便在信道中
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传输的信号，即仅在一段频率范围内能够通过信道的信号。
1.1.4传输模式
1. 单向通信： 又称单工通信，即只能向一个方向的通信而没有反方向的交互。 2. 双向交替通信：又称半双工通信，通信双方都可以发送信息，但不能同时发送或接收，
3. 双向同时通信：全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。 1.2 数据通信理论基础 1.2.1 信道的容量
图 数字信号通过实际的信道：
（a）有失真但可以识别 （b）是失真大无法识别
限制码元在信道上的传输速率因素有以下两个： （1）信道能够通过的频率范围
具体的信道所能通过的频率范围总是有限的，信号中一些高频分类往往不能通过信道，如上图(b)，发送端的信号是一种典型的含有丰富高频分量的方波，在接收端收到的波形前沿和后沿变得不那么陡峭了，每一个码元所占的时间也变得模糊，这种现象叫码间串扰。
（2）信噪比
即信号的平均功率和噪声的平均功率之比。 1.2.2奈奎斯特定理
奈奎斯特定理是指为了避免码间串扰，理想条件下（即无噪声）有限带宽信道的极限波特率。
若模拟信道的带宽为W，单位为HZ，若数字信道的带宽W：bps，则奈奎斯特定理指出的最大码元速率为：
B=2W(Baud)
1.2.3 香农公式
香农公式非理想条件下的公式,即有噪声信道的无差错的极限数据速率计算方法。 信道的极限信息传输速率 C 可表达为：
C = W log2(1+S/N) b/s
W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；S 为信道内所传信号的平均功率；N 为信道内部的噪声平均功率。
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