(通信企业管理)章物理层与数据通信基础精编

（通信企业管理）章物理层与数据通信基础

第2章物理层和数据通信基础

知识要点：

·基本概念：模拟、数字，数据、信号，数据通信模型，噪声。编码，调制/解调，MODEM 。信号传输速率，数据传输速率，信噪比，香农定理。衰减，失真，噪声，干扰，差错及其和传输距离和传输速率的关系。模拟传输系统和数字传输系统。全双工和半双工，基带传输和宽带传输，点到点连接和多点连接。

·传输介质：有线介质——双绞线、同轴电缆、光纤。无线介质——微波、卫星、蜂窝无线通信。

·信道复用技术：FDMA ，TDMA ，WDMA ，CDMA 。

·数据交换技术：电路交换，报文交换，报文分组交换。

·同步技术：比特同步，幀同步。

·差错和差错纠正：前向纠错和纠错码，自动重发纠错和检错码，CRC 。

·物理层标准举例：EIARS-232，EIARS-449，X.21。

2．1数据通信的基本概念

1、信息、数据、信号、通信及数据处理通信系统基本组成

数据是信息的形式表示。于计算机科学中，数据是信息的编码。

信号是数据的电子或电磁编码。

通信是将数据从源方传输到目的方，传输则是对信号的传送。

通信系统壹般组成模型方框图

通过模拟信道进行数据通信的模型

模拟数据：幅值连续变化且可取无限多中间值的数据。如语音、图象等。

数字信号数字信号模拟信号模拟信号

数字数据：幅值离散变化且不可取无限多中间值的数据。如整数、二进制数据等。

模拟信号：幅度随时间连续变化的电磁信号。如正弦交流信号。

数字信号：幅度随时间离散变化且固定的电磁信号。如矩形脉冲信号。

2、信号的频域和传输特性

信号频谱：将信号分解成多个正弦交流信号分量时，关联正弦交流信号之间的幅度、频率、相位关系。

信号的绝对频带：信号频谱中最高频率成份和最低频率成份之差。

信号的有效频带：为满足信号仍原需求而需要传输的信号频谱的最高频率成份和最低频率成份之差。

噪声和干扰：

差错及其和传输距离和传输速率的关系

中继和放大：为克服信号于传输过程中的衰减，增加信号传输距离，于通信线路中往往需要设置将信号增强或仍原的设备，于模拟通信中使用放大器，于数字通信中使用中继器。

信噪比：衡量热噪声对信号的干扰程度，其值=10ln(S/N)dB(分贝)

3、数据的表示和传输（四种组合）

●用模拟信号表示和传输模拟数据：将模拟数据用占有壹定频带的模拟信号来表示和传输，可使用信号转换器（或加调制解调器）实现。如语音通过电话系统的传输：将声音转换成频率范围为20Hz-20KHz的音频电信号；因其主要能量集中于300Hz-3400Hz的范围，故截取该范围的信号放入模拟信道传输。

●用模拟信号表示和传输数字数据：将数字数据调制到某壹频率的模拟电磁信号上，形成已调模拟信号后予以传输，使用调制/解制技术实现。

●用数字信号表示和传输模拟数据：通过CODEC（编码解码器）将模拟信号经采样-量

化-编码成数字信号后，再放入数字信道传输。如图像、语音的数字传输。

●用数字信号表示和传输数字数据：使用数字收发器将数字数据编码、变换成适合传输的数字信号后，再放入数字信道传输。

模拟传输和数字传输：用模拟信道传输信号。用数字信道传输信号。

模拟通信和数字通信：完全采用模拟通信技术传输模拟数据。采用数字化技术传输模拟和数字数据。

模拟传输和数字传输的主要比较

模拟信号传输和信号内容无关，所携带的能够是模拟数据，也能够是数字数据（通过MODEM调制的）；信号于传输过程中的衰减和干扰不会影响信号内容的完整性；其传输距离较远，成本较高。

数字信号传输和内容关联；信号传输过程中的衰减和干扰会影响信号内容的完整性；其传输距离较短，信号易衰减和失真，但成本较低，衰减和失真不累积、易消除，传输质量优于模拟传输。

4、信道和信道基本参数

信道：信号的传输通道，包括传输介质和控制信号传输的机制。

适合传输模拟信号的信道称为模拟信道，适合传输数字信号的信道称为数字信道。

反映信道特性的基本参数有：

信道带宽W：信道中允许有效通过的正弦交流信号的频率范围内。当频率从零到无穷连续变化的等幅正弦交流信号通过信道时，信道对不同频率的信号将产生不同的衰减，对应信号功率衰减到壹半（信号幅度相应衰减到最大值的0.707倍）有壹个高频率点和壹个低频率点，二者之差即该信道的带宽。

低通信道：信道带宽的下限=0

带通信道：信道带宽的下限>0

码元速率：信号每变化壹次对应壹个码元。单位时间内信号变化的次数称为码元传输速率，用波特（baud）为度量单位，故又称波特率。

数据传输速率：单位时间内于信道中通过的比特数，单位b/s。它和波特率的关系为：数据传输速率（b/s）=码元传输速率（baud）×log2(信号状态数)。

信道容量：信道的最大数据传输速率。

误码率：错码数和传送的位数之比。

数据传输时延=数据发送时间+信号传播时延

信道吞吐量：信道上单位时间所传送的数据量。

理想无噪音低通信道的最大码元速率=2W

理想无噪音带通信道的最大码元速率=W

香农公式：有噪音信道的最大数据传输速率（b/s）=Wlog2(1+S/N)

5、信道通信方式：

（1）传输方向

单工：A和B之间的通信只能单向进行。

半双工：A和B之间可于不同时间从任壹方向另壹方分时通欣。

全双工：A和B之间能够同时双向通信。

（2）信号变换

基带传输：不改变待发送信号的基本频率属性而直接于信道中传输。对于数字通信即将数字信号直接于信道中传输。

频带传输：用频率较高的模拟电磁信号作为载波，用待发送信号对载波调制后，由已调模拟信号携带着待发送信号于信道上传输。对于数字通信，即用数字信号对模拟电磁信号进