第二章 数据通信基础

一、信道特性

通信中产生和发送消息的一端称之为信源 ,接收消息的一端是信宿 ,信源和信宿之间的通信线路则称为信道

(一)信道带宽W

模拟信道带宽W = f2 - f1(f2和f1分别表示信道能通过的最高/最低频率,单位赫兹Hz)

数字信道带宽:数字信道是离散信道,带宽为信道能够达到的最大数据传输速率,单位是bit/s。

(二)码元和码元速率

码元:一个数字脉冲就是一个码元(可以理解为一个时钟周期的信号)。

码元速率:单位时间内信道传送的码元个数。如果码元宽度(脉冲周期)为T,则:

**码元速率(波特率)**B = 1 / T,单位是波特Baud。

一个码元携带信息量n(位)与码元种类数(N)的关系:

(三)奈奎斯特定理(理想)

奈奎斯特定理 :理想信道中(无噪声),若信道带宽为W,最大码元速率为:

B = 2 W(Baud)

极限数据传输速率

(四)香农定理(有噪声)

香农定理:在一个噪声信道环境下,极限数据速率和带宽之间的关系。

极限数据速率:

分贝与信噪比关系:

其中,W为带宽,S为信号平均功率,N为噪声平均功率,S/N为信噪比。

(五)带宽/码元速率/数据速率关系梳理

(六)误码率

误码率:表示传输二进制位出现差错的概率。误码率公式:

计算机网络通信中,误码率一般要求低于10的-6次方,即1M位才允许错1位。

二、信道延迟

信道延迟 = 发送延迟 + 线路延迟

发送延迟 = 数据帧大小 / 速率 (排队上车时间)。如100M线路,发送1000字节数据,延迟为:

线路延迟 = 传输距离 / 传播速度(跑上路的时间)。如1000米电缆,延时为5us。

(一)卫星信道延迟

(二)星链为什么延迟低

(三)星链和4G/5G对比

三、传输介质

传输介质指的是两个终端之间通信的承载设备。

有线传输介质:同轴电缆、双绞线、光纤。

无线传输介质:微波、红外线、激光。

(一)同轴电缆

基带 VS 宽带 同轴电缆

基带同轴电缆:用于传输数字信号

宽带同轴电缆:用于传输模拟信号

宽带系统优点:传输距离远,可达几十千米,可同时提供多个信道。这是因为模拟信号比数字脉冲受噪声和衰减的影响更小。

宽带系统缺点:维护成本高,设备价更高。

(二)双绞线

(三)光纤

四、数据编码

(一)曼彻斯特编码

用途:以太网

定义:双相码、编码自定义(高电平和低电平)。

(二)差分曼彻斯特编码

用途:令牌网

定义:双相码、有跳表示0、无跳表示1。

(三)两种曼彻斯特编码特点

1、都是双相码,一高一低,必须翻转;

2、两种编码都具有自定时和检测错误的功能;

3、将时钟和数据包含在信号流 中,故也称为同步码

4、编码效率均为50%

5、两种曼彻斯特编码数据速率是码元速率的一半,当数据传输速率为100Mbps,码元速率为200M Buad。

五、数字调制技术

数字调制:用数字数据调制模拟信号就叫做数字调制

​​幅度键控 (ASK )​​: ​​A​​mplitude ​​S​​hift ​​K​​eying,不同振幅 表示0和1。

频移键控 (FSK )​​:​​F​​requency ​​S​​hift ​​K​​eying,不同频率 表示0和1。

相移键控 (PSK )​​: ​​P​​hase ​​S​​hift ​​K​​eying,起始相位 变化表示0和1。

正交幅度调制 (QAM )​​: ​​Q​​uadrature ​​A​​mplitude ​​M​​odulation,幅度相同但相位相差90°(点阵图)

(一)4G和5G调制技术对比

六、脉冲编码调制PCM

七、通信与交换方式

(一)按通信方向分

单工通信:信息只能向一个方向发送(如电视、广播)。

半双工通信:信息可以双向发送,但不能同时发送(如对讲机)。

全双工通信:信息可以双向同时发送(如电话)。

(二)按同步方式分

(三)数据交换方式

八、多路复用技术

(一)频分复用

(二)时分复用

(三)波分复用

(四)数字传输系统E1/T1

(五)SONET多路复用速率

九、差错控制-奇偶校验

十、差错控制-CRC

十一、差错控制-海明码