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• 误码率：信道传输可靠性指标，是一个概率值。 • 信息编码：将信息用二进制数表示的方法。
例如：ASCII编码、BCD编码等
• 数据编码：将数据用物理量表示的方法。
例如：字符‘A’的ASCII编码为01000001，其数据 编码可能为
0 1 0 0 0 0 0 1 t
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• 带宽（Band width，BW） 信道传输能力的度量。在传统的通信工程中： • BW ≈ fmax－ fmin 单位：赫兹（Hz）
同步脉冲频率 数据从什么时候开பைடு நூலகம்，什么时候结束 位边界 数据块边界
• 数据通信中需要在三个层次上实现同步：
位——位同步 字符——字符同步 帧(Frame)——帧同步
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位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与 发送端保持同步，2种同步方法：
• 外同步——发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接 收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。
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Nyquist公式和Shannon公式的比较
C = 2W log2M
• 用于理想信道（这样的信道存在吗？） • 数据传输率随信号编码级数增加而增加。
C = W log2（1+S/N）
• 用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！） • 无论信号编码级数增加到多少，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：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。
C = 2W log2 M
C = 数据传输率，单位b/s W = 带宽，单位Hz M = 信号编码级数
Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高数 据传输速率提供了依据。
• 例如，话音级线路的带 宽约为3.1kHz，根据上 式计算的信道最大数据 传输率如右表所示
M 2 4 8 16 32 最大数据率 6200 b/s 12400 b/s 18600 b/s 24800 b/s 31000 b/s
上式中： M-信号的编码级数，Rbit-比特率，Rbaud-波特率
一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定 的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句 话说，一个码元中可以传送多个比特。 • 例如：当波特率为9600时 若M=2，数据传输率为9600b/s 若M=16，数据传输率为38.4kb/s
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2. 数据通信系统的构成
数据传输系统 • 传输线路
有线介质、无线介质
DTE DCE
DTE DCE
• 传输设备
调制解调器、中继器、多路复用器、交换机等
• 调制解调器等网络接入设备也称为DCE（Data Circuit Equipment） 数据处理系统：计算机、终端等 • 又分为：
发送站 同步信号 接收站 接收的同步信号 数据 接收站收到的数据 锁定后的同步信号 数据
• 自同步——通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号 中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自 己的时钟脉冲频率。
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字符同步：找到正确的字符边界。
• 常用的为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字 符的传输需要：
若让刘翔来传送1盘10GB的磁带，在110米内其传输速率是多少？
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*注意，并不是所有的数据通信都需要全部5个阶段。
2.2 信道及其主要特征
1. 数字信道和模拟信道 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号） 传输数据的信道。
• 计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输 • ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网
模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据 的信道。
• 两个含义： • 数据能正确送达 • 数据能有序送达（当采用分组交换时）
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1. 数据通信的一般概念
通信的三个要素：信源、信宿和信道
信源 发送器 信道 接收器 信宿
源系统
噪声
目的系统
任何信道都不是完美无缺的，因此会对传输的信 号产生干扰，称为“噪声”。
外界：闪电、串扰、电气设备 内部：介质特性（衰减、延迟－与频率有关）
• 周期信号
信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）
• 非周期信号
信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）。
t
周 期 信 号 T T T t 非 周 期 信 号
t
t
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T
T
T
数字通信与模拟通信
• 数字通信
在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输
• 模拟通信
在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输
在计算机网络中，一般用每秒允许传输的二进制位 数作为带宽的计量单位。主要单位： b/s ，kb/s， Mb/s，Gb/s。 • 例如：传统以太网理论上每秒可以传输1千万比特，它的
带宽为10Mb/s。
• 时延（Delay）：信息从网络的一端传送到另一端所需 的时间。
• 时延=处理时延+排队时延 +发送时延+传播时延 • 处理时延=对数据进行处理和错误校验所需的时间 • 排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间 • 发送时延=数据位数/信道带宽 • 传播时延=d/s d:距离，s:介质中信号传播速度(≈0.7c)
例如：以太网（局域网）
• 频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再 传送，接收方需要解调。
例如：通过电话网络传输数据
• 宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ到几 百MHZ的模拟信号后再传送，接收方需要解调。
例如：闭路电视的信号传输
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数据同步方式
• 目的是使接收端与发送端在时间基准上一致：
数字通信的优点
• • • • • • 抗噪声（干扰）能力强 可以控制差错，提高了传输质量 便于用计算机进行处理 易于加密、保密性强 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活
计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信， 如通过电话线拨号上网。
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2. 信道的最大数据传输率
Nyquist公式：用于无噪声理想低通信道
模拟信号、数字信号 基带（Base band）、宽带（Broad band）
• 信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）。 • 比特（bit）：即一个二进制位。比特率为每秒传输的 比特数（即数据传送速率）。 • 码元（Code cell）：时间轴上的一个信号编码单元。
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码元1 信号
1个起始位、5～8个数据位、1、1.5或2个停止位
• 采用这种同步方式的通信也称“异步通信”。 • 起止式的优缺点：
频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步； 每两个字符之间的间隔时间不固定； 增加了辅助位，所以传输效率低； • 例如，采用1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其传输效
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3. 通信网络中站点的连接方式
交换机
点-点连接 主站
交换连接
集中器 中心站 次站 次站 次站 集线式连接
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多点连接
4. 数据传输方式
单/双工通信——单/双向传输
• 单工：数据单向传输（例：无线电广播） • 半双工：数据可以双向交替传输，但不能在同 一时刻双向传输（例：对讲机） • 全双工：数据可以双向同时传输（例：电话）
• 源系统（信源＋发送器）：发出数据的计算机 • 目的系统（信宿＋接收器）：接收数据的计算机
• 计算机、终端等设备也称为DTE（Data Terminal Equipment ）
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数据通信基本过程
5个阶段 包含两项内容：数据传输和通信控制
• • • • • 过程 建立物理连接 建立逻辑连接 数据传输 断开逻辑连接 断开物理连接 与打电话比较 拨号，拨通对方 互相确认身份 互相通话 互相确认要结束通话 双方挂机
W: 带宽，单位Hz S/N: 信噪比
例：信道带宽W=3.1kHz，S/N=2000，则 C = 3100×log2（1+2000）≈ 34kb/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于34kb/s。
信噪比的单位也可用分贝(dB)表示： S/NdB=10log10 S/N 所以，若S/NdB=30dB ，则S/N=1000。
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信息通过数据通信系统的传输过程
• 把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地 • 信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输
‘A’ 01000001 01000001 ‘A’
信道 信息→数据→信号→在信道上传输→信号→数据→信息 数据编码 调制 解调 数据解码
• • • •
编码：数据→适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错 调制：数字信号→适合传输的形式——按频率、幅度、相位 解调：接收波形→数字信号 解码：数字信号→原始数据
需要具有两条物理上独立的传输线路； 或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用 于不同方向的信号传输。
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单工方式：
发送器
不可同时
接收器
半双工方式： 发送器/ 接收器
可同时
发送器/ 接收器
全双工方式： 发送器/ 接收器
发送器/ 接收器
A站
B站
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基带/频带/宽带传输
• 基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号 直接在信道上传送。
率为8/11≈73％
字符间隔不固定
1个字符时间
逻辑 “0” 逻辑 “1”
起始位
数据位
停止位
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帧同步：识别一个帧的起始和结束。
帧（Frame）：数据链路中的传输单位——包含数据和 控制信息的数据块 • 面向字符的——以同步字符（SYN，16H）来标识一 个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧
• 面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110） 来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧