31数据通信的基础知识1
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❖ 两种数据、两种信号有四种类型的编码组合:
即数字数据分别编码成数字信号或模拟信号 模拟数据分别编码成模拟信号或数字信号
3.1.2 通信的基本要求
❖ 通信的双方完成一次通信需要满足三个基本 要求：
一是双方有通信的愿望 二是通信的双方之间有信息传递的信道，也即是
说通信要经过传输介质以及有关的传输设备 三是通信双方要遵循通信的规则和约定，即通信
其中：C为数据传输率； B为调制速率； L为一个信号可能取值的个数
每个信号有4种电平（状态）的情况
信号可能的取值个数 L=4，则调制速率B与 数据率C之间的关系 为：C=2B
3.1.4 信道的最大容量
❖ 任何实际的信道都不是理想的，在传输信 号时会产生各种失真以及带来多种干扰。
❖ 码元传输的速率越高，或信号传输的距离 越远，在信道的输出端的波形的失真就越 严重。
包括传输介质和通信设备
❖ 按信道中传输的是模拟信号还是数字信号，把 信道分为模拟信道和数字信道。
3.1.6 基带传输和频带传输
❖ 把基本频率分量对应的矩形脉冲信号称为基本频带， 简称为基带，对应的矩形脉冲信号称为基带信号(即 基本频带信号baseband) 。
❖ 像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信 号都属于基带信号。
信噪比
❖ 噪声存在于所有的电子设备中，它可以影响接 收端对码元的判决。如果信号较强则噪声的影 响就相对较小。
❖ 信噪比就是信号的平均功率与噪声的平均功率 之比，记为S/N。
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。
❖ 信噪比的度量单位是分贝（dB），其定义为：
信噪比（dB） = 10 log10(S/N) （dB） 例如，S/N=1000时，信噪比为30dB。
传播速率，是一个常量，与光速联系
❖ 调制速率也称为码元速率、波形速率或信号速率
指的是每秒种发送信号的数目，单位为波特(baud)
❖ 数据传输率为每秒种发送的二进制位数，单位为bps， 读作每秒位。
调制速率与数据传输率之间的关系
❖ 调制速率与数据传输率之间的关系为： C = B log2 L (bps)
数字信号通过实际的信道
❖ 有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
Βιβλιοθήκη Baidu
接收信号波形
❖ 失真大，无法识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
❖ 信道传输数据的能力是受到限制的，信道的 最大容量与信道的带宽有关。
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。
双方按照通信协议传输信息，并能理解这些通信 协议
信道
❖ 信道与电路并不等同，信道表示信号的通路，一般 是用来表示向某一个方向传输信息的媒体
一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道
❖ 信道与传输介质也是有区别的
传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传输 线路
❖ 通信信道建立在传输介质之上
能通过
0
H (Hz)
不能通过
频率(Hz)
❖ 将调制速率与数据率的关系带入，可得奈奎 斯特定理的公式为（理想信道）：
C = 2H log2 L (bps)
例：
❖ 假定一条线路每秒采样16次，传输信号共 有16种状态，则传输速率是
A、16bit/s B、 48bit/s C、 64bit/s D、 256bit/s
❖ 基带传输就是在数字信道上直接传送基带信号
❖ 频带传输是利用模拟信道传输数据信号，例如把 计算机设备输出的信号进行调制以后再放在传输 介质上传输。
频带传输有时也称为宽带传输
❖ 频带传输的目的是，把基带信号经过载波调制后， 将信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道 中传输。
信道的带宽
带宽(broad width)与信道可以允许通过的信号的最高频 率与最低频率有关，一个信道允许的信号的最大频率和最 低频率的差值，称为该信道的带宽。
信息涉及到数据的内容和解释
❖ 信号是数据的电子或电磁编码，数据必须经 过编码转换为电信号后才能在传输介质中传 输
❖ 数据和信号都有两种不同的形式
一种称为模拟数据和信号 另一种称为数字数据和信号
“模拟的”(analogous)：代表信号参数取值是连续 的。
“数字的”(digital)：代表信号参数取值是离散的。
3.1.3 数据通信传输系统模型
❖ 一个数据通信系统由
源系统、传输系统、目的系统三部分组成
输入 汉字
数字比特流 模拟信号
主机A 调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流
输出 汉字
调制解调器
主机B
3.1.4 计算机网络中的速率
❖ 计算机网络中信号的速率涉及三种：
传播速率；调制速率；数据传输率
❖ 信号的传播速率是常量
香农定理
❖ 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 = H log2(1+S/N) b/s
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。
奈氏(Nyquist)准则
❖ 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。
理想低通信道的最高码元传输速率 = 2H Baud H 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)
第3章 数据通信 技术基础
本章学习内容及要求
❖ 熟悉
数据通信的基本概念
❖ 掌握
信道复用技术、编码技术、交换技术和差错控制技术 的原理和实现方法
❖ 掌握
网络传输时延计算方法 以及网络传输介质的选用方法
3.1.1 信息、数据与信号
❖ 信息是在人们之间传递的知识，数据是信息 的具体表现形式，其本身是各种各样的物理 符号或它们的组合
练习
1. 一个带宽为3k的理想低通信道，其最高码元传输 速率是多少？若一个码元能携带3bit信息，则其最 高传输率是多少？
2. 设信号的脉冲周期为0.002s，脉冲信号有效值状 态个数为8，问
① 如果用二进制代码表示上述信号，一个脉冲信号需要用 几位二进制代码表示
② 用二进制代码表示上述信号，其数据率是多少？
即数字数据分别编码成数字信号或模拟信号 模拟数据分别编码成模拟信号或数字信号
3.1.2 通信的基本要求
❖ 通信的双方完成一次通信需要满足三个基本 要求：
一是双方有通信的愿望 二是通信的双方之间有信息传递的信道，也即是
说通信要经过传输介质以及有关的传输设备 三是通信双方要遵循通信的规则和约定，即通信
其中：C为数据传输率； B为调制速率； L为一个信号可能取值的个数
每个信号有4种电平（状态）的情况
信号可能的取值个数 L=4，则调制速率B与 数据率C之间的关系 为：C=2B
3.1.4 信道的最大容量
❖ 任何实际的信道都不是理想的，在传输信 号时会产生各种失真以及带来多种干扰。
❖ 码元传输的速率越高，或信号传输的距离 越远，在信道的输出端的波形的失真就越 严重。
包括传输介质和通信设备
❖ 按信道中传输的是模拟信号还是数字信号，把 信道分为模拟信道和数字信道。
3.1.6 基带传输和频带传输
❖ 把基本频率分量对应的矩形脉冲信号称为基本频带， 简称为基带，对应的矩形脉冲信号称为基带信号(即 基本频带信号baseband) 。
❖ 像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信 号都属于基带信号。
信噪比
❖ 噪声存在于所有的电子设备中，它可以影响接 收端对码元的判决。如果信号较强则噪声的影 响就相对较小。
❖ 信噪比就是信号的平均功率与噪声的平均功率 之比，记为S/N。
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。
❖ 信噪比的度量单位是分贝（dB），其定义为：
信噪比（dB） = 10 log10(S/N) （dB） 例如，S/N=1000时，信噪比为30dB。
传播速率，是一个常量，与光速联系
❖ 调制速率也称为码元速率、波形速率或信号速率
指的是每秒种发送信号的数目，单位为波特(baud)
❖ 数据传输率为每秒种发送的二进制位数，单位为bps， 读作每秒位。
调制速率与数据传输率之间的关系
❖ 调制速率与数据传输率之间的关系为： C = B log2 L (bps)
数字信号通过实际的信道
❖ 有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
Βιβλιοθήκη Baidu
接收信号波形
❖ 失真大，无法识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
❖ 信道传输数据的能力是受到限制的，信道的 最大容量与信道的带宽有关。
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。
双方按照通信协议传输信息，并能理解这些通信 协议
信道
❖ 信道与电路并不等同，信道表示信号的通路，一般 是用来表示向某一个方向传输信息的媒体
一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道
❖ 信道与传输介质也是有区别的
传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传输 线路
❖ 通信信道建立在传输介质之上
能通过
0
H (Hz)
不能通过
频率(Hz)
❖ 将调制速率与数据率的关系带入，可得奈奎 斯特定理的公式为（理想信道）：
C = 2H log2 L (bps)
例：
❖ 假定一条线路每秒采样16次，传输信号共 有16种状态，则传输速率是
A、16bit/s B、 48bit/s C、 64bit/s D、 256bit/s
❖ 基带传输就是在数字信道上直接传送基带信号
❖ 频带传输是利用模拟信道传输数据信号，例如把 计算机设备输出的信号进行调制以后再放在传输 介质上传输。
频带传输有时也称为宽带传输
❖ 频带传输的目的是，把基带信号经过载波调制后， 将信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道 中传输。
信道的带宽
带宽(broad width)与信道可以允许通过的信号的最高频 率与最低频率有关，一个信道允许的信号的最大频率和最 低频率的差值，称为该信道的带宽。
信息涉及到数据的内容和解释
❖ 信号是数据的电子或电磁编码，数据必须经 过编码转换为电信号后才能在传输介质中传 输
❖ 数据和信号都有两种不同的形式
一种称为模拟数据和信号 另一种称为数字数据和信号
“模拟的”(analogous)：代表信号参数取值是连续 的。
“数字的”(digital)：代表信号参数取值是离散的。
3.1.3 数据通信传输系统模型
❖ 一个数据通信系统由
源系统、传输系统、目的系统三部分组成
输入 汉字
数字比特流 模拟信号
主机A 调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流
输出 汉字
调制解调器
主机B
3.1.4 计算机网络中的速率
❖ 计算机网络中信号的速率涉及三种：
传播速率；调制速率；数据传输率
❖ 信号的传播速率是常量
香农定理
❖ 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 = H log2(1+S/N) b/s
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。
奈氏(Nyquist)准则
❖ 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。
理想低通信道的最高码元传输速率 = 2H Baud H 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)
第3章 数据通信 技术基础
本章学习内容及要求
❖ 熟悉
数据通信的基本概念
❖ 掌握
信道复用技术、编码技术、交换技术和差错控制技术 的原理和实现方法
❖ 掌握
网络传输时延计算方法 以及网络传输介质的选用方法
3.1.1 信息、数据与信号
❖ 信息是在人们之间传递的知识，数据是信息 的具体表现形式，其本身是各种各样的物理 符号或它们的组合
练习
1. 一个带宽为3k的理想低通信道，其最高码元传输 速率是多少？若一个码元能携带3bit信息，则其最 高传输率是多少？
2. 设信号的脉冲周期为0.002s，脉冲信号有效值状 态个数为8，问
① 如果用二进制代码表示上述信号，一个脉冲信号需要用 几位二进制代码表示
② 用二进制代码表示上述信号，其数据率是多少？