计算机网络与通信原理_黄传河_第二章数据通信与物理层

异步方式问题：存在时间漂移（计时不准）
2.同步方式



适用：面向字符与面向位，当成数据块对待 方法： 方法1:收发双方的时钟完全同步 方法2:允许接收者确定数据块的起始和结束 过程： 对面向字符方式：字符串前加起始字符，后 面加结束字符 对面向位串方式：位串前加起始位串，位串 后加结束位串（通常与起始位串相同）——统 称为同步位串
衰减 信号强度随传输距离的增长而逐渐减弱。 结论1:衰减量是距离的函数 有线介质：通常可用对数表示，分贝/单位长度 无线介质：非常复杂（距离、大气环境） 结论2: 衰减与频率有关：频率越高，衰减越严重
1.
克服衰减的影响的措施： ①加大信号功率，保证收到的信号有足够的强度 ②保持高信躁比 ③高频补偿
2.延迟失真
三、数据通信速率
2.Shannon定理
在带宽为W（Hz）的有噪声信道上传输信号，假 定信躁比为S/N(功率比）, 则信道的极限数据率 为 W*log2（1+S/N）（bps） 另一种情况：信道具有无限带宽，信号带宽为W， 则传输该信号的极限数据率为 W*log2（1+S/N）（bps）
数据率例子
数据元素——比特/位 信号元素——脉冲/波形 结论：数据率增加，则误码率增加 S/N增加，则误码率减小 带宽增加，则数据率增加 一、数字数据编码为数字信号 1.非归零码（NRZ） 编码规则：用一种电平表示1,另一种电平表示0,在 一位的周期内维持电平不变。
缺点：同步能力差
2.非归零1码（NRZI）
信号带宽：信号所占据的频率范围。如声音： 300~3400Hz 信道带宽：允许通过的频率范围。 6. 数据率：数据传送速率，单位时间内传送的数 据量，由每位时间宽度确定。如？Mbps 7. 传播速度：信号在传输介质上单位时间内通过 的距离。如在电缆上一般为2/3C 8. 信道容量：信道的最大数据率（极限参数）
2.数字信号、模拟信号
数字信号：离散变化的电压脉冲序列（通常在有 线介质上传输） 模拟信号：在各种介质上传输的连续变化的电磁 波。 3.数字数据、模拟数据 数字数据：在某区间产生离散值的数据 模拟数据：在某区间产生连续值的数据 4. 信道：能传送信号的一条通路，由线路及附属 设备组成。
5. 带宽
四、同步控制方式
目的：使发、收双方确切知道每位的起始时刻和 持续时间。 1. 异步方式（异步起止方式） 方法：每次传送一个字符，在字符的前面加一 个起始位，在字符的后面加1个或不加校验位， 加1、1.5或2个停止位，每个字符用5~8位表 示。 过程：不发数据时发送停止位（高），发数据 时首先发起始位（低），再发数据。接收方判 断起始位（高低）后，开始接收。 适用：面向字符传输 优点：简单，实现成本低 缺点：开销大，效率低
二、传输代码
1.
2.
3. 4. 5. 6.
ASCII UNICODE（Uuencode） BASE64(MIME） HZ GB BIG5
1.Nyquist准则 在带宽为W（Hz）的无噪声信道上传输信号，假 定每个信号取V个离散电平值，则信道的极限数 据率(比特率）为 2W*log2V（bps） 另一种情况：无噪声信道具有无限带宽，信号带 宽为W，假定每个信号取V个离散电平值，则传 输该信号的极限数据率为 2W*log2V（bps） 波特率——单位时间内传送的信号数，值为2W （Nyquist信号速率） 二者关系：log2V倍
10. MLT－3
适于100BaseT、双绞线FDDI 规则： 基于NRZ； 如果下一位是0，则输出值与前面的相同； 如果下一位是1，则输出值必须跳变； 如果前一位的输出值为＋或－，则下一个 输出0； 如果前一位的输出值为0，则下一个输出非 0，且与上一个非0值符号相反。
11.8B6T
将8位块映射到6位的三进制码组
5. 曼彻斯特编码 编码规则：每位中间必有跳变，既作为信号取值， 又作为时钟信号。 规定：从低高跳变表示1，从高低跳变表示 0
6. 微分曼彻斯特编码
编码规则：每位中间必有跳变，只作为时钟信号。 每位前沿的跳变作为信号的取值。 规定：前沿无跳变表示1，前沿有跳变表示0
曼彻斯特/微分曼彻斯特编码的优点 自同步 没有直流成分 可用于信号级差错检测
• 调制噪声
不同频率的信号共享介质时产生的、频率为原信 号频率和或频率差的信号 原因：非线性设备产生

串扰：多路信号（信道）耦合产生的信号

冲激（脉冲）噪声：不规则的脉冲或噪声尖峰 （突发性） 危害：难以预测，主要影响数字信号
2.2 数据通信系统
一、数据通信系统模型 1.定义 凡是将计算机或终端与数据传输线路连接起来， 达到数据传输、收集、分配、存储、处理目的 的系统——数据通信系统 2. 模型

1 2
绝对强度——dBmV

定义1mV＝0dBmV为参考值 V（dBmV）＝20log（V（mV）)
二、数字传输、模拟传输
数字传输：传输数字信号的方法，与数字信号所代表的数 据形式无关 模拟传输：传输模拟信号的方法，与模拟信号所代表的数 据形式无关 数字数据（二进制序列） 编码为数字信号数字传输 数字数据（二进制序列） 调制为模拟信号（MODEM）模拟传输 模拟数据（连续值） 编码为数字信号（CODEC）数字传输 模拟数据（二进制序列） 调制为模拟信号模拟传输
带宽为3KHz的信道， 无噪声，传输二进制信号，极限数据率为6Kbps 信躁比为30dB，即10lg(S/N)=30，S/N=1000, 极限数据率为3K×log2(1+1000)≈30Kbps 原因：①都是极限数据率，不能达到 ②无噪声时只考虑二进制，有噪声时考虑 最大可能情况
3.数据率、带宽与信号质量
正弦波合成
正弦波合成
15.信号强度
通常用对数形式表示，分贝——dB 在级联的信道上，增益或损耗可以直接加减 NdB＝10log P P P1、P2 为功率值 例如：10mW的信号到达目的地时为5mW，损耗 为NdB＝10log（5/10)＝－3dB 电压值表示：NdB＝10log（V12/V22) ＝20log（V1/V2) 绝对强度—dBW 定义1W为参考值，其值为0dBW P（dBW）＝10log（P)
编码规则：在一位期间电平恒定不变，其取值看 前沿有无跳变。有跳变表示1,无跳变表示0 3. 双极AMI 编码规则：没有信号时表示二进制0,交替的正负 脉冲表示二进制1(一个正脉冲或一个负脉冲各 表示一个1)
4. 伪三进制码
编码规则：没有信号时表示二进制1,交替的正负 脉冲表示二进制0(一个正脉冲或一个负脉冲各 表示一个0)
缺点：效率较低，适于近距离通信
编码图例
7.B8ZS（北美采用的远程通信编码体制）
编码规则： 以双极AMI为基础； 对连续的8个0,如果之前脉冲为正，则8个0 的编码为 000+－0－+；如果之前脉冲为负，则8个0 的编码为 000－+0+－（使用违例编码） 8.HDB3(日、欧采用的远程通信编码） 编码规则： 以双极AMI为基础；用1~2个违例脉冲代替连续的4个0。 自上次替换后1的数目为 正在处理脉冲的极性 奇数 偶数 － 000－ +00+ ＋ 000+ －00－
模型功能

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源站：产生待传输的数据 发送器：格式转换、编码成适合传输的信号 传输系统：传输线路（可能是一条线路，也可 能是一个网络系统） 接收器：接收信号并转换为目的设备可识别的 数据格式 目的站：接收数据并对其进行所需要的处理
3.传输系统（信道）的连接方式



点——点 分枝/交换 集线
9. 误码率：二进位被传错的概率。
p=Ne/N 10. 延迟：从发送第一位起到最后一位被收到为止 的时间长度 影响因素：数据率、传播速度、介质长度、数 据量 11. 吞吐量：网络或信道在单位时间内成功传送的 总信息量
12. 时域
信号是时间的函数——连续或离散 特例：周期信号 s(t+T)=s(t),T为常量（周期） 例：正弦波 s(t)=Asin(2 π ft+φ) 13. 频域：信号是频率的函数——信号由多个频率 组成 其它频率都为某个频率的整数倍时，最小的频 率称为基频 整个信号的周期（频率）等于基频的周期（频 率） 任何信号都可看成是由各种频率成分组成的， 每个频率成分都是正弦波 14.频谱：信号的频率组成（分布）
B8ZS 与HDB3图例
9. nBmB
规则：用m位的NRZI编码表示n位, 效率为n/m 特例： 4B/5B:用32种编码中的16种分别表示 0000~1111 （每个编码中至少有两次跳变，不超过3个0） （100BaseX、FDDI） 5B6B（100VG－AnyLAN） 8B/10B(光纤，1G以太网） 64B/66B
结论


没有足够的带宽就不可能保证所需要的信号质 量 如果数字信号的数据率要求为Wbps，则带宽 为2WHz时可以完全满足信号质量要求 （Nyquist第一定理）
4.数据率与信号能量
假定：每比特信号的能量与每赫兹噪声功率密度 的比值为 Eb/N0，信号以比特率R传输二进制数 据。每个比特的能量为Eb=STb, S为信号功率， Tb为信号周期，R＝1/Tb， Eb/N0＝（S/R)/N0=S/kTR, T为温度 用分贝表示得到： Eb/N0＝S-10logR+228.6dBW-10logT
增大传输距离的方法
数字传输：中继方式（中继器） 模拟传输：放大方式（放大器） 数字传输现在还不能用于卫星通信。 数字传输的优点： ①设备简单：只需处理0、1,优化信道设计 ②传输质量高，出错率低 ③增大通信能力 ④便于统一多种网络
三、基带传输与频带传输
基带传输 基带：未经调制变换的信号所占的频带。 基带信号：高限频率与低限频率之比远大于 1 的信号。 基带传输：不搬移基带信号频谱的传输方式
有线介质上的特有现象 原因：信号传播速度随频率改变，中心频率传播 速度快，两端频率传播慢 对高速、数字信号影响更大

3.噪声
无用的信号，影响传输系统性能的最主要因素 噪声种类： 热噪声 △ 电子的热运动产生的，所有电子设备和传输 介质上都存在 △ 均匀分布在整个频率范围内 △ 噪声值为温度的函数：N=kTW 其中k为常数（1.3803*10-23J/oK) T为温度 W为带宽
• 同步位串
常用：01111110 避免与数据冲突的方法：位填充技术——发送 方在发数据时，连续5个1之后无条件插入1个0 接收方收到5个1后判断下一位？0——去掉， 1——结束 同步字符 与数据字符不同，万一可能重复时，加转义字 符 优点：效率高 缺点：实现稍难，更易收时钟漂移的影响


2.3 数据调制与编码
二、数字数据调制为模拟信号
思想： 选取某一频率的正弦信号作为载波用以 运载所要传送的数字数据。用待传送的数字数 据改变载波的幅值、频率、或相位，到达目的 地后进行分离。 调制——把数字数据加到载波上去的过程 解调——从载波上取出数字数据的过程 1. 幅移键控（ASK） 用待传数据改变载波的幅值。 特点：简单，抗干扰性能差
第2章 数据通信基础与物理层
本章要点： 1. 数据通信的概念 2.数据通信系统 3.数据调制与编码 4.多路复用技术 5.数据交换方式 6.传输介质 7.差错控制 8.SDH网络简介 9.物理层
第2章 数据通信基础与物理层
2.1 数据通信的概念 一、基本概念与术语 1.数据、信息、信号 数据：原始事实的集合，涉及事物的形式。分模 拟数据和数字数据 信息：按特定方式组织在一起的事实的集合，是 数据所代表的内容及其解释，包括实体、属性、 数值三部分。更高层的抽象概念。 信号：数据的电磁编码，是数据在传输过程中的 存在形式——动态
1.


基带数字信号的频谱从0开始。 为了经济地利用频带，通常需要作一些 码型变换。
2.频带传输
改变原始信号的频带，使其在适合的通频带上传 输的传输方式 频带传输系统基本结构：
解释
2——7完成基带信号的频谱搬移和恢复 对调相和调频系统，一般没有1,将其合并到3中
四、传输损害（Transmission Impairments）