数据通信与计算机网络(第4版)[杨心强,陈国友][电子教案]第2章 数据通信基础知识
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数据通信与计算机网络
第 2 章 数据通信基础知识
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第 2 章 数据通信基础知识
教学目的
通过本章学习，要 求掌握数据通信的 必备知识和常用术 语
学习内容
信息、数据和信号 传输方式和传输速率 传输损伤和传输质量 通信编码 传输信道及传输媒体
4
第 2 章：内容提纲
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 信息、数据和信号 传输方式和传输速率 传输损伤和传输质量 通信编码 传输信道及传输媒体
12
2.1.3 信号(续2)
在分析通信系统时，把输入信号称为激励，输出 信号称为响应。通信系统的功能和特性是通过怎 样的激励而产生怎样的响应来体现的。 信号分析的两种方法：
时域分析法是利用信号的时间特性，把激励和响应看 成是时间函数的分析方法。 频域分析法是利用信号的频率特性，把激励和响应经 过傅立叶变换，将时间变量变换为频率变量进行分析 的分析方法。
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2.1.1 信息(续2)
香农规定，一条消息所荷载的信息量等于它所表 示的事件发生的概率P的倒数的对数。
1 I = log a = − log a p p
(2-1)
对于一条含有m个符号的消息，每个符号出现的 概率不同。当m很大，若第i个符号出现的概率 为Pi，共出现了n次，则它具有的信息量是
I i = − nPi log Pi
8
2.1.1 信息(续3)
整条消息所具有的信息量是所有这样的信息量在 不同的 i 值时之总和。
I = ∑ − npi log pi = −n∑ pi log pi
i =0 i =0 m −1 m −1
(2-2)
每个符号包含的平均信息量是
H = ∑ − npi log pi / n = −∑ pi log pi
γ
注意：信号的带宽与传输系统的带宽是两个概念。 传输系统的带宽通常是指系统的频率响应曲线保 持在中心处取值的0.707倍以内的频率区间。
15
2.1.3 信号(续3) 4、数据与信号
通信系统中的电信号有模拟信号和数字信号，而 数据又有模拟数据和数字数据。 无论是模拟数据还是数字数据都能编码成模拟信 号或数字信号。选择何种编码方式取决于需满足 的要求和可能提供的传输媒体和通信设施。 数据和信号的四种组合：
10
2.1.3 信号 1、信号的分类
信号是数据的具体表示形式。目前常用的是电信号。 对数据通信有用的几种分类： ⑴ 连续信号与离散信号 ⑵ 随机信号与确定信号 ⑶ 周期信号与非周期信号 ⑷ 模拟信号与数字信号
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2.1.3 信号(续1) 2、信号的特性
信号的特性表现在时间特性和频率特性两个方面。 时间特性主要指信号随时间变化的特性。信号随时 间变化的表现包含了信号的全部信息量。 频率特性是指信号可用频谱函数来表示的特性。频 谱函数表征信号的各频率成分，以及各频率成分的 振幅和相位。
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2.1.1 信息(续1)
如何衡量消息中所包含的信息呢？消息中包含信 息量与接收者在收到此消息前对某事件存在的不 确定性有关。 1948年，香农在《通信的数学理论》论文中给出 了关于信息的度量公式，他把信息定义为熵的减 少，即“用来消除不确定性的东西”。 根据香农理论，一条消息包含信息的多少称为信 息量。信息量的大小与消息所描述事件的出现概 率有关。如消息表示的事件是必然事件(概率为1)， 则该消息不含有任何信息量；如消息表示的事件 根本不可能发生(概率为0) ，则该消息含有无穷 的信息量。
数据通信与计算机网络
（第 4 版）
杨心强
陈国友编著
电子工业出版社
2012 年 5 月
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课件制作人声明
本课件是《数据通信与计算机网络》(第4版) 的教辅材料，共12个 Powerpoint 文件(每章一 个)。任课教师可根据教学的实际需要，自行修 改或增删其内容，但不能自行出版销售。 对于课件中存在的缺点和错误，欢迎读者提出 宝贵意见，以便及时修订。 课件制作人 杨心强 2012年5月
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2.1 信息、数据和信号
2.1.1 信息
在通信科学建立初期，对信息并没有公认、完整、 统一的定义。1975年有人曾对信息的定义做过统 计，共有39种。 通信是在源点与终点之间传递信息。信息和消息是 两个不同概念的名词。 消息是指能向人们表达客观物质运动和主观思维活 动的文字、符号、数据、语音和图像等。它具有两 个特点为：①能被通信双方所理解； ②可以相互 传递。 信息是指包含在消息中对通信者有意义的内容。消 息是信息的载体，消息中可能包含有信息。 6
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2.1.3 信号(续3) 3、信号的带宽
绝对带宽B——指信号频谱正频谱非零部分所对应 的频率范围。 零点带宽——指信号在0～ f b 的频率范围。
P(f) P(f)
- fb
0
B
fb
f
0
fb
f
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2.1.3 信号(续4)
百分比带宽——指在给定频率范围0～ f γ 内，信号 功率占总功率的比值为 γ %，定义0～ f γ 为百分比 f 带宽。通常取 γ %为90%、96%和99% 等。 半功率带宽——设信号频谱在 处为最大值， 而 f 0 ∈ ( f1 , f 2 ) ，且 P( f1 ) = P( f 2 ) = 0.5P( f 0 ) ，定义 f 1 ～ f 2的频率范围为半功率带宽。
i =0 i =0 m −1 m −1
(2-3)
平均信息量是每个符号所含信息量的统计平均值， 其单位为比特/符号。平均信息量又称为熵。
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2.1.2 数据
数据是对某一事实的不经解释并赋予一定含义的数 字、字母、文字等符号及其组合的原始表达。是消 息的一种表示形式，是传达某种意义或信息的实体。 当信息被表示为数据时，数据中就包含了信息。因 此，信息可以通过解释数据来产生。 信息强调“处理”和“使用”两个方面，尤其是 “使用”。一份资料在使用之前其中的内容隶属于 数制范畴，仅当它被使用之后才转化为信息。 数据分为模拟数据和数字数据。模拟数据在一段时 间内具有连续的值(如声音等)，而数字数据则具有 离散的值(如文本等)。
数据通信与计算机网络
第 2 章 数据通信基础知识
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第 2 章 数据通信基础知识
教学目的
通过本章学习，要 求掌握数据通信的 必备知识和常用术 语
学习内容
信息、数据和信号 传输方式和传输速率 传输损伤和传输质量 通信编码 传输信道及传输媒体
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第 2 章：内容提纲
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 信息、数据和信号 传输方式和传输速率 传输损伤和传输质量 通信编码 传输信道及传输媒体
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2.1.3 信号(续2)
在分析通信系统时，把输入信号称为激励，输出 信号称为响应。通信系统的功能和特性是通过怎 样的激励而产生怎样的响应来体现的。 信号分析的两种方法：
时域分析法是利用信号的时间特性，把激励和响应看 成是时间函数的分析方法。 频域分析法是利用信号的频率特性，把激励和响应经 过傅立叶变换，将时间变量变换为频率变量进行分析 的分析方法。
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2.1.1 信息(续2)
香农规定，一条消息所荷载的信息量等于它所表 示的事件发生的概率P的倒数的对数。
1 I = log a = − log a p p
(2-1)
对于一条含有m个符号的消息，每个符号出现的 概率不同。当m很大，若第i个符号出现的概率 为Pi，共出现了n次，则它具有的信息量是
I i = − nPi log Pi
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2.1.1 信息(续3)
整条消息所具有的信息量是所有这样的信息量在 不同的 i 值时之总和。
I = ∑ − npi log pi = −n∑ pi log pi
i =0 i =0 m −1 m −1
(2-2)
每个符号包含的平均信息量是
H = ∑ − npi log pi / n = −∑ pi log pi
γ
注意：信号的带宽与传输系统的带宽是两个概念。 传输系统的带宽通常是指系统的频率响应曲线保 持在中心处取值的0.707倍以内的频率区间。
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2.1.3 信号(续3) 4、数据与信号
通信系统中的电信号有模拟信号和数字信号，而 数据又有模拟数据和数字数据。 无论是模拟数据还是数字数据都能编码成模拟信 号或数字信号。选择何种编码方式取决于需满足 的要求和可能提供的传输媒体和通信设施。 数据和信号的四种组合：
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2.1.3 信号 1、信号的分类
信号是数据的具体表示形式。目前常用的是电信号。 对数据通信有用的几种分类： ⑴ 连续信号与离散信号 ⑵ 随机信号与确定信号 ⑶ 周期信号与非周期信号 ⑷ 模拟信号与数字信号
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2.1.3 信号(续1) 2、信号的特性
信号的特性表现在时间特性和频率特性两个方面。 时间特性主要指信号随时间变化的特性。信号随时 间变化的表现包含了信号的全部信息量。 频率特性是指信号可用频谱函数来表示的特性。频 谱函数表征信号的各频率成分，以及各频率成分的 振幅和相位。
Βιβλιοθήκη Baidu
2.1.1 信息(续1)
如何衡量消息中所包含的信息呢？消息中包含信 息量与接收者在收到此消息前对某事件存在的不 确定性有关。 1948年，香农在《通信的数学理论》论文中给出 了关于信息的度量公式，他把信息定义为熵的减 少，即“用来消除不确定性的东西”。 根据香农理论，一条消息包含信息的多少称为信 息量。信息量的大小与消息所描述事件的出现概 率有关。如消息表示的事件是必然事件(概率为1)， 则该消息不含有任何信息量；如消息表示的事件 根本不可能发生(概率为0) ，则该消息含有无穷 的信息量。
数据通信与计算机网络
（第 4 版）
杨心强
陈国友编著
电子工业出版社
2012 年 5 月
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课件制作人声明
本课件是《数据通信与计算机网络》(第4版) 的教辅材料，共12个 Powerpoint 文件(每章一 个)。任课教师可根据教学的实际需要，自行修 改或增删其内容，但不能自行出版销售。 对于课件中存在的缺点和错误，欢迎读者提出 宝贵意见，以便及时修订。 课件制作人 杨心强 2012年5月
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2.1 信息、数据和信号
2.1.1 信息
在通信科学建立初期，对信息并没有公认、完整、 统一的定义。1975年有人曾对信息的定义做过统 计，共有39种。 通信是在源点与终点之间传递信息。信息和消息是 两个不同概念的名词。 消息是指能向人们表达客观物质运动和主观思维活 动的文字、符号、数据、语音和图像等。它具有两 个特点为：①能被通信双方所理解； ②可以相互 传递。 信息是指包含在消息中对通信者有意义的内容。消 息是信息的载体，消息中可能包含有信息。 6
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2.1.3 信号(续3) 3、信号的带宽
绝对带宽B——指信号频谱正频谱非零部分所对应 的频率范围。 零点带宽——指信号在0～ f b 的频率范围。
P(f) P(f)
- fb
0
B
fb
f
0
fb
f
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2.1.3 信号(续4)
百分比带宽——指在给定频率范围0～ f γ 内，信号 功率占总功率的比值为 γ %，定义0～ f γ 为百分比 f 带宽。通常取 γ %为90%、96%和99% 等。 半功率带宽——设信号频谱在 处为最大值， 而 f 0 ∈ ( f1 , f 2 ) ，且 P( f1 ) = P( f 2 ) = 0.5P( f 0 ) ，定义 f 1 ～ f 2的频率范围为半功率带宽。
i =0 i =0 m −1 m −1
(2-3)
平均信息量是每个符号所含信息量的统计平均值， 其单位为比特/符号。平均信息量又称为熵。
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2.1.2 数据
数据是对某一事实的不经解释并赋予一定含义的数 字、字母、文字等符号及其组合的原始表达。是消 息的一种表示形式，是传达某种意义或信息的实体。 当信息被表示为数据时，数据中就包含了信息。因 此，信息可以通过解释数据来产生。 信息强调“处理”和“使用”两个方面，尤其是 “使用”。一份资料在使用之前其中的内容隶属于 数制范畴，仅当它被使用之后才转化为信息。 数据分为模拟数据和数字数据。模拟数据在一段时 间内具有连续的值(如声音等)，而数字数据则具有 离散的值(如文本等)。