通信基础理论及试题

一概念：

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。

⏹DTE-数据终端设备

⏹DCE－数据连接（通信）设备

2 传输方式

基带传输：传输基带信号，基带信号多数是数字信号。如：LAN传输方式

频带传输：将数字信号转换为频率表示的模拟信号传输。如：使用MODEM上网

宽带传输：将信道分成几个子信道传输模拟信号。如：ADSL

3 码元与比特

（1）一个码元可以携带一个或多个比特：

※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）

（2）码元的传输速率：波特率（BAUD）

比特的传输速率：比特率(b/s，bps)也叫数据率，带宽

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

有关马元的计算：

例：已知使用QPSK（正交相移调制）或QAM（正交振幅调制）调制及波特率，求数据率：

QPSK:1码元带2比特

16－QAM：1码元带4比特

32－QAM: 1码元带5比特

4 奈奎斯特定理---理想条件下的定理【模拟信道的带宽单位：HZ 数字信道的带宽单位：bps】

⏹1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输

速率的上限值。

⏹在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

⏹如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。

有关奈奎斯特定理的计算：

例：已知无噪声（或理想）信道带宽为w Hz，求该信道能提供的极限波特率为多少？

解：对于无噪声信道，使用奈奎斯特定理B=2W （baud/s）

B是该信道能提供的极限波特率

5 香农公式---非理想条件下的公式

⏹香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。

⏹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 为信道内部的高斯噪声功率。

香农公式表明：

⏹信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

⏹只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。

⏹若信道带宽W 或信噪比S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率C 也就没有上限。

⏹实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。

有关香农公式的计算：

例1：已知信噪比为x分贝，传输模拟信道带宽为w HZ，求该信道的极限数据率。

解：对于有噪声信道，使用香农公式C=W*LOG2(1+S/N)

S/N是信噪比，即信号功率/噪声功率

由于通常情况下S/N很大，常用分贝表示，它们的关系如下：

1dB（分贝）＝10log10（S/N）

如：若某信道信噪比为30dB，求信噪比的值

解：30dB（分贝）＝10log10（S/N）则S/N＝103

真题：在一个带宽为 3KHZ、没有噪声的信道，传输二进制信号时能够达到的极限数据传输率为__(6)__。一个带宽为 3KHZ、信噪比为30dB 的信道，能够达到的极限数据传输率为__(7)__。上述结果表明，__(8)__。

(6)：A．3Kbps B．6Kbps C．56Kbps D．10Mbps

(7)：A．12Kbps B．30Kbps C．56Kbps D．10Mbps

(8)：A. 有噪声信道比无噪声信道具有更大的带宽

B．有噪声信道比无噪声信道可达到更高的极限数据传输率

C．有噪声信道与无噪声信道没有可比性

D．上述值都为极限值，条件不同，不能进行直接的比较

二传输介质：

1 双绞线：

UTP分为以下几个类型：

STP分为以下几个类型：

2 同轴电缆：

75欧同轴缆用于有线电视网络。

50欧同轴缆用于计算机网络的数字信号传输。

3 光纤

单模光纤与多模光纤相比：单模光纤有较高的传输率、较长的传输距离、较高的成本，较细的纤芯。且单模光纤的光源采用激光光源，多模的可以采用二极管作光源。

三编码，调制，复用

1 数字信号要在数字信道上传输，需经过编码，常见的编码有不归零编码，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码，4B/5B,8B/10B编码。

（图）

（1）曼码，差分曼码

曼码特点：

1）规定了每位中间有脉冲且1和0的脉冲方向相反，但是不规定1是向上还是向下脉冲，同样，也不规定0是向上还是向下脉冲；2）相邻两个相位边缘有翻转。编码效率50％，常用于10BASE-T,10BASE-F

差分曼码特点：规定每位中间有脉冲，0的位起始边缘有翻转。编码效率50％，常用于令牌环网。

（2）4B/5B ，用5位的编码代表4位的有效数据，编码效率80％。

2 模拟信号要在数字信道上传输，需经过脉冲编码（用编码译码器实现）常用的编码是：“脉冲编码调制PCM”（图）

※PCM过程：取样――量化――编码