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数据通信基础知识
1 基本概念及数据通信基础理论
2 传输介质
3 多路复用
4 数据交换技术
1 基本概念
1、信号
信号-是数据的电子或电磁编码。信号可分为模拟信号和数字信号。
模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波;
数字信号则是一系列离散的电脉冲。可以互相转化。
2、信号频率f
信号每秒钟振动的次数,记作 f,单位为Hz.
3、信道:传送信号的介质。
信号传输速率B -- 每秒传输的码元数,单位为波特,记作 Baud。
计算公式: B=1/T (Baud)    ...... ⑴
式中 T为信号码元的宽度,单位为秒.
信号传输速率也称波特率。
数据传输速率R --每秒传输二进制信息的位数,单位为位/秒,记作bps。计算公式: R=1/T * log 2 N (bps) ...... ⑵
式中 T为一个码元信号的宽度,单位为秒;
N为对一个码元编码采样的离散值的个数;
log 2 N为每个码元的bit数。
数据传输速率也称比特率。
4、波特率与比特率
t
码元1
码元2
码元3
码元4
码元5
信号
码元(Code cell):时间轴上一个信号的编码单元。
T
例:脉冲编码采样
return
假设信号的幅度为:- ~,采样后用8个值对采样结果进行量化,量化间隔为:(+)/8 = , 可用3~ - 4 对信号进行量化,8个数可用3bit二进制进行编码。

-
波特率与比特率的关系
由⑴、⑵式得:
R = B*log2 N (bps) ......⑶
或 B = R / log2 N (Baud) ......⑷
[例1]采用四相调制方式,即N=4,且一个数字脉冲信号的宽度T=833x10-6秒,则:
(1) f = 1/(833*10-6 )= 1200 Hz
(2)R=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400 (bps)(3)B=1/T=1/(833x10-6)=1200 (Baud)
*
4、信道容量(信道最大数据传输速率)
信道容量:一个信道的最大数据传输速率,单位:位/秒(bps)
信道容量与数据传输速率的区别:
信道容量表示信道的最大数据传输速率,是信道传输数据能力的极限;
数据传输速率是实际的数据传输速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。
影响信道容量的主要因素是噪音。
(2)有噪声下的信道容量(山农定理)
Shannon证明,对于带宽为B,信噪比为S/N的有噪声信道,其最大数据传输率Rmax为
Rmax = B*log 2 (1 + S/N) (bps) ......⑹
其中S/N为信号功率与噪声功率的比,称为信噪比(Signal-to-Noise Ratio);我们一般使用数值10*log10S/N ---分贝(dB)来表示信噪比。
[例3]已知信噪比为30dB,带宽为3kHz,求信道的最大数据传输速率。
∵ 10log10(S/N)=30  ∴S/N=10(30/10)=1000
∴Rmax=3k log2(1+1000)≈30kbps
‘S/N’是一个符号
Nyquist公式和Shannon公式的比较
C = 2B log2N
用于理想信道
数据传输率随信号抽样的离散值个数增加而增加。
C = B log2(1+S/N)
用于有噪声信道(实际的信道总是有噪声!)
无论信号抽样的离散值个数增加到多少,此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。
原因:噪声的存在将使抽样的离散值个数不可能无限增加。
5. 误码率--二进制数据位传输时出错的概率

它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输
可靠性的指标。在计算机网络中,一般要求误码
率低于10-6,若误码率达不到这个指标,可通过
差错控制方法检错和纠错。误码率公式: Pe=Ne/N ......(7) 式中 Ne为其中出错的位数; N 为传输的数据总数。