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1、,*,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,是指在兩點或多點之間通過通信系統(tǒng)以某種數(shù)據(jù)形式進行信息交換的過程，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)通信是伴隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展以及兩者之間的相互滲透與結合而發(fā)展起來的一種,新的通信方式,，它是,計算機技術與通信技術相結合的產物,，數(shù)據(jù)通信有著廣泛的應用領域以及廣闊的發(fā)展前景。,1,.,1,通信基

2、本概念,1,.,1,.,1,消息、信息、信息量、數(shù)據(jù)與信號,通信,就是對消息或信息進行傳輸。,消息,是對于客觀世界發(fā)生變化的描述或報道。,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。對客觀世界的變化，人類常用語言、文字、相片、圖像、數(shù)字來進行描述。因此，語言、文字、相片、圖像、數(shù)字等就成為消息的表現(xiàn)形式。,信息,就是表達消息中的內容，是對客觀物質的反映。,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,來度量，它用該消息中所含內容發(fā)生的可能性(即發(fā)生概率,P),的倒數(shù)的對數(shù)表達，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

3、對數(shù)取2作為底，這時信息量,I,的單位為比特(,bit)(,不同于二進制的位)；當在上面的公式中對數(shù)取,e,作為底時，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、數(shù)字、字母和符號。數(shù)據(jù)可分為,模擬數(shù)據(jù),和,數(shù)字數(shù)據(jù),兩種形式,。,信號,是消息或者說是信息的攜帶者，是數(shù)據(jù)的具體表現(xiàn)形式。信號在形式上是一種具有變化的物理現(xiàn)象。,在通信技術中，一般使用電、光信號來傳輸信息。根據(jù)利用不同的電、光信號來作為信號實現(xiàn)的通信方法

4、，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。,所以說信號是數(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?shù)男问皆诮橘|上傳輸。,第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,1,.,1,.,2,信號的分類,信號根據(jù)載體的不同，可以是電、磁、聲、光、熱等的各種信號。對于同一種信號，又可以從不同角度進行分類。,連續(xù)時間信號和離散時間信號,：如果信號的時間變量是連續(xù)的，則稱為,連續(xù)時間信號,，若幅度也是連續(xù)的，則稱為,模擬信號,，如圖1.1所示；如果時間變量是離散數(shù)值，則稱為,離散時間信號,，若幅度也是離散的，則稱為,數(shù)字信號,，見圖1.2所示。,第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,圖1.1

5、 模擬信號圖 圖1.2 數(shù)字信號,(1)確定信號和隨機信號,：如果信號在任意時刻的取值都能夠確定，則稱為,確定信號,，即給定某個時間值，就可以確定相應的函數(shù)值；如果信號的取值是隨機的，在某個時刻，它的取值是不確定的，則稱為,隨機信號,。,(2)周期信號和非周期信號,：如果信號滿足,x(t)=x(t+kT)，,其中，,T,為信號周期，,k,為正整數(shù)，則稱為周期信號；否則是非周期信號。,(3)一維信號和多維信號,：信號的變量可以是時間、頻率或其他物理量，如果信號是一個變量(如時間)的函數(shù)，則稱為一維信號；若信號是兩個變量的函數(shù)，則稱為二維信號；如果信號是多個變量的函數(shù)，則稱為多維變量。,第1章 數(shù)

6、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,信源提供的語音、數(shù)據(jù)、圖像等待傳遞信息由發(fā)信終端設備變換成適合于在傳輸媒介上傳送的通信信號發(fā)送到傳輸媒介上傳輸，當該信號經(jīng)傳輸媒介進行傳輸時，被疊加上了各種噪聲干擾，收信終端將收到的信號經(jīng)解調等逆變換，恢復成信宿適用的信息形式，這一過程就是對通信系統(tǒng)工作原理的簡單描述。,通信系統(tǒng),分為,模擬通信,和,數(shù)字通信,，以模擬信號來傳送信息

7、的通信方式稱為模擬通信，以數(shù)字信號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經(jīng)調制器進行頻譜搬移，使其適合傳輸媒體的特性，再送入傳輸信道傳輸。在接收端，解調器對收到的信號進行解調，使其恢復成調制前的信號形式，傳送給信宿。模擬通信的傳輸信號的頻帶占用比較窄，信道的利用率較高。但是模擬通信的缺點也很突出，如抗干擾能力差、保密性差、設備不易大規(guī)模集成，不適應計算機通信的需要。,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

8、編碼器的作用是將信源發(fā)出的模擬信號變換為數(shù)字信號，稱為模/數(shù)(,A/D),轉換，經(jīng)過,A/D,轉換后的數(shù)字信號稱為,信源碼,。信源編碼器的另一個功能是實現(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)過信道編碼器進行碼型變換，形成,信道碼,，以提高傳輸?shù)挠行约翱煽啃?。在接收端，信道譯碼器對收到的信號進行糾錯，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)字信號還原為原始的模擬信號稱為數(shù)/模(,D/A),轉換，提供給信宿使用。當然數(shù)字信號也可采取頻帶傳輸方式，這時需用調制器和解調器對數(shù)字信號進行調制，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

9、進行傳輸。,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)相對模擬通信系統(tǒng)具有以下,特點,：,(1)抗干擾能力強、無噪聲積累。,在模擬通信中，為了提高信噪比，需要在信號傳輸過程中及時對衰減的傳輸信號進行放大，信號在傳輸過程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時放大，隨著傳輸距離的增加，噪聲累積越來越多，以致使傳輸質量嚴重惡化。,對于數(shù)字通信，由于數(shù)字信號的幅值為有限個離散值(通常取兩個幅值)，在傳輸過程中雖然也受到噪聲的干擾，但在適當?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有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號，所以可實現(xiàn)高質量的傳輸。,(2)便于加密

10、處理。,信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹碓街匾?，?shù)字通信的加密處理比模擬通信容易得多，以話音信號為例，經(jīng)過數(shù)字變換后的信號可用簡單的數(shù)字邏輯運算進行加密、解密處理。,(3)便于存儲、處理和交換。,數(shù)字通信的信號形式和計算機所用信號一致，都是二進制代碼，因此便于與計算機聯(lián)網(wǎng)，也便于用計算機對數(shù)字信號進行存儲、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理和維護實現(xiàn)自動化、智能化。,第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,(4)設備便于集成化、微型化。,數(shù)字通信采用時分多路復用，不需要體積較大的濾波器。設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)模集成電路實現(xiàn)，因此體積小、重量輕、功耗低。,(5)便于構成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務數(shù)字

11、網(wǎng)。,采用數(shù)字傳輸方式，可以通過程控數(shù)字交換設備進行數(shù)字交換，以實現(xiàn)傳輸和交換的綜合。另外，電話業(yè)務和各種非話業(yè)務都可以實現(xiàn)數(shù)字化，構成綜合業(yè)務數(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(一對光纜可以開通幾千路電話)以及數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，帶寬問題已不是主要問題了。,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(模擬傳輸或數(shù)字傳輸)在兩個功能單元之間傳遞信息。數(shù)據(jù)通信離不開計算機技術，從某種意義上說，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)包括兩方面內容,：一

12、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)結構,數(shù)據(jù)通信領域經(jīng)常用到的一些設備名詞,數(shù)據(jù)終端設備,DTE,(Data Terminating Equipment)：,能生成并向數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信息的設備，起著實現(xiàn)人與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)之間的聯(lián)系的作用，是人機之間的接口，在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡中，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,。常見的,DTE,有終端機、

13、,POS,機(電子收款機)、,PC,機等。,數(shù)據(jù)電路終端設備,DCE,(Data Circuit-Terminating Equipment)：,連接數(shù)據(jù)終端設備與傳輸信道，將原始數(shù)據(jù)信號轉換成特殊的電信號使其適合于在信道上進行傳輸?shù)脑O備。它提供信號的變換和編碼，建立、保持和釋放線路連接等功能。,通信控制器,：完成中央處理機與數(shù)據(jù)通信組網(wǎng)設備之間進行數(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/并轉換等任務。,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,有線信道和無線信道,頻分信道和時分信道,數(shù)據(jù)電路終端設備,DCE,的作用,對

14、于模擬信道：,DCE,的作用是將,DTE,送來的數(shù)據(jù)信號變換為模擬信號再送往信道，或者反過來，將信道送來的模擬信號變換成數(shù)據(jù)信號再送到,DTE。,對于數(shù)字信道,：,DCE,的作用是實現(xiàn)信號碼型與電平的轉換、信道特性的均衡、收發(fā)時鐘的形成與供給，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,信號的時域分析與頻域分析,1,.,3,.,1,信號的時域分析,在信號分析過程中，如果不經(jīng)過任何變換，所涉及的變量都是時間，這種分析方法稱為,時域分析法,。,1,.,3,.,2,信

15、號的頻域分析,傅立葉分析證明：,信號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),內可以表示成若干頻率的正弦或余弦函數(shù)之和。將信號由時域變量變換為頻域變量進行分析，稱為,頻域分析法,。,n,信號的頻譜概念,組成一個非正弦信號的所有頻率分量的集合稱為該信號的“,頻譜,”，其占據(jù)的頻率空間稱為“,頻帶寬度,”，簡稱“,帶寬,”。,為了能夠既簡單又清楚的表示一個信號函數(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的線段組成的，線段的長度表示各次諧波的振幅(見示意圖1.7)。,第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,圖1,.

16、,7,頻譜圖,由頻譜圖可看出：信號的頻譜是由不連續(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的頻率成分，為信號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”：,“,基本頻帶,”（“,基帶,”）：未經(jīng)處理的原始信號所占據(jù)的頻率范圍（固有的）。這種原始信號稱為“,基帶信號,”,“,基帶傳輸,”：,在信道中,直接,傳輸“基帶信號”（未作處理的原始信號）稱為“,基帶傳輸,”,“基帶傳輸”的,優(yōu)點,：信道簡單，成本低。,缺點,：基帶傳輸占據(jù)信道的全部帶寬，任何時候只能傳輸一路基帶信號，信道利用率低。,n,“寬帶傳輸”,：,通過調制技術將多路基帶信號遷移到不同頻帶，從而使信道同時傳送多路信號。這樣,的通信稱為“,寬帶傳輸,”。,第1章 數(shù)據(jù)通信基本概念,