网络与通信技术.pptx

会计学1网络与通信技术网络与通信技术2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.1 2.1.1 数据通信系统的组成数据通信系统的组成数据通信系统的组成数据通信系统的组成n n消息（Message）：是被交换的信息（或称数据）n n发送设备 n n接收设备 n n传输媒体 n n协议 第1页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.2 2.1.2 数据与信号数据与信号数据与信号数据与信号n n数据n n数据是信息的表示形式，它是计算机处理的对数据是信息的表示形式，它是计算机处理的对象。数据的类型有：文本、图像、音频和视频。象。数据的类型有：文本、图像、音频和视频。n n信号 n n信号是信息在媒体上的表示形式，它以电磁能信号是信息在媒体上的表示形式，它以电磁能量的方式在媒体上传输。在通信和网络中的信量的方式在媒体上传输。在通信和网络中的信号有电信号和光信号两类信号。信号也分为模号有电信号和光信号两类信号。信号也分为模拟信号和数字信号两种形式。拟信号和数字信号两种形式。n n信号在媒体上传输时由于信道上存在信号衰减、信号在媒体上传输时由于信道上存在信号衰减、信号失真、信号延迟及噪声和干扰对信号的影信号失真、信号延迟及噪声和干扰对信号的影响，最终表现为数据传输的错误和传输性能响，最终表现为数据传输的错误和传输性能（如传输速率）的下降。（如传输速率）的下降。第2页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.3 2.1.3 模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统和数字通信系统n n几个术语几个术语n n模拟信号，数字信号，模拟传输系统，数字传输系统。模拟信号，数字信号，模拟传输系统，数字传输系统。n n常见的通信系统有常见的通信系统有n n模拟数据模拟信号传输系统模拟数据模拟信号传输系统 （无线广播、传统的有线电视和电无线广播、传统的有线电视和电话话）n n模拟数据数字信号传输系统模拟数据数字信号传输系统 （电力系统通信，电力系统通信，PCMPCM编码编码）n n数字数据模拟信号传输数字数据模拟信号传输 （需要需要MODEMMODEM，如早期电话，有线电，如早期电话，有线电视，无线视，无线LANLAN）n n数字数据数字信号传输数字数据数字信号传输 （计算机网络计算机网络）n n基带传输：数字信号直接加到信道上，信号频谱未发生变化；基带传输：数字信号直接加到信道上，信号频谱未发生变化；n n频带传输：把数字信号调制到另一高频信号上，进行传输，在接频带传输：把数字信号调制到另一高频信号上，进行传输，在接收端，还要把数字信号解调出来，被传输的信号频谱发生了变化。收端，还要把数字信号解调出来，被传输的信号频谱发生了变化。第3页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.4 2.1.4 数据通信模式数据通信模式数据通信模式数据通信模式n n单工方式单工方式 n n通信是单方向的，一端只能发送数据，另一端只能接收数据。通信是单方向的，一端只能发送数据，另一端只能接收数据。如：无线广播、传统的有如：无线广播、传统的有线电视、线电视、GPSGPS等均是采用单工方式等均是采用单工方式。n n半双工方式：半双工方式：n n通信可以是双向的，通信的两端设备既可以发送数据，也可以接收数据，但不能同时进通信可以是双向的，通信的两端设备既可以发送数据，也可以接收数据，但不能同时进行双向数据传输，在任意一个时刻，信道上只有一个方向能传输数据，行双向数据传输，在任意一个时刻，信道上只有一个方向能传输数据，例如步话机例如步话机。n n全双工方式：全双工方式：n n同时在两个方向传输数据，同时在两个方向传输数据，如电话系统、计算机通信系统如电话系统、计算机通信系统等。等。第4页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.5 2.1.5 数据传送方式数据传送方式数据传送方式数据传送方式n n并行传送并行传送 n n并行传送效率高，一次传送多个比特数据，但要用多根数据线并行传送效率高，一次传送多个比特数据，但要用多根数据线并行连接，用在要求高数据传输速率，且两个设备相距不远的并行连接，用在要求高数据传输速率，且两个设备相距不远的场合。场合。n n串行传送串行传送 n n异步传送：异步方式是一次传送一个字节，在一字节的前面加异步传送：异步方式是一次传送一个字节，在一字节的前面加l l比特的比特的0 0作为起始位，在后面加作为起始位，在后面加1212比特的比特的1 1作为停止位，构成作为停止位，构成1010位至位至1111位比特长的数据块进行传送。收发设备之间不必有同步位比特长的数据块进行传送。收发设备之间不必有同步时钟信号，在传送的字节之间可以有任意的空闲，这时线路上时钟信号，在传送的字节之间可以有任意的空闲，这时线路上一直保持高电位一直保持高电位1 1，当下一字节到来时，线路出现低电位，当下一字节到来时，线路出现低电位0 0表示表示传送开始。传送开始。n n同步传送：在收发设备之间同步传送：在收发设备之间利用同步信号利用同步信号传送由传送由0 0和和1 1组成的比组成的比特序列数据，不加起始位和停止位到数据上。特序列数据，不加起始位和停止位到数据上。第5页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.6 2.1.6 数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标n n从两个方面：有效性和可靠性n n对于模拟信道n n有效性：用有效性：用“传输频带传输频带”来衡量来衡量n n可靠性：用接收端输出可靠性：用接收端输出“信噪比信噪比”来衡量来衡量n n对数字信道n n有效性：用有效性：用“数据传输率数据传输率”来衡量来衡量n n码元传输速率（波特率）码元传输速率（波特率）n n信息传输速率（比特率）信息传输速率（比特率）n n可靠性：用可靠性：用“差错率差错率”来衡量来衡量n n误码率误码率第6页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.6 2.1.6 数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标1.频带利用率n n在比较两个通信系统的效率时，只看他们的在比较两个通信系统的效率时，只看他们的信息传输速率信息传输速率是不是不够的，或者说，即使两个系统的传输速率相同，它们的效率也够的，或者说，即使两个系统的传输速率相同，它们的效率也可能不同，所以还要看可能不同，所以还要看传输信息所占的频带传输信息所占的频带。通信系统占用的。通信系统占用的频带愈宽，传输信息的能力应该愈大。频带愈宽，传输信息的能力应该愈大。n n在通常情况下，可以认为二者成比例，用单位频带内的码元速在通常情况下，可以认为二者成比例，用单位频带内的码元速率描述系统的传输效率，即每赫兹的波特数率描述系统的传输效率，即每赫兹的波特数第7页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.6 2.1.6 数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标2.数据传输率 n n波特率波特率n n比特率比特率n n两者的关系两者的关系第8页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.6 2.1.6 数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标n n无噪信道最大数据传输速率无噪信道最大数据传输速率 19241924年，年，Henry NyquistHenry Nyquist推导证明了在无噪声信道上的推导证明了在无噪声信道上的最大数据传输速率的计算公式，称为奈奎斯特速率。最大数据传输速率的计算公式，称为奈奎斯特速率。设信道的低通通带宽度为设信道的低通通带宽度为B B，若一个有，若一个有L L级电平的信级电平的信号通过该信道，则信道最大的数据传输速率为号通过该信道，则信道最大的数据传输速率为 n n有噪信道的最大数据传输速率有噪信道的最大数据传输速率 在实际应用中信道总是含有噪声的，尤其是对于无在实际应用中信道总是含有噪声的，尤其是对于无线信道，噪声绝不可忽略。线信道，噪声绝不可忽略。19441944年年Claude ShannonClaude Shannon推推导出一个公式。若信道的带宽为导出一个公式。若信道的带宽为B B，信道上的信号噪，信道上的信号噪声比为声比为S/NS/N，则信道最大数据速率为，则信道最大数据速率为 第9页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.6 2.1.6 数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标3.差错率n n差错率是一个统计平均值，因此，差错率是一个统计平均值，因此，在测试或统计时，总的发送比特在测试或统计时，总的发送比特（字符、码组）数应达到一定的（字符、码组）数应达到一定的数量，否则得出的结果将失去意数量，否则得出的结果将失去意义。义。第10页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.7 2.1.7 通信传输介质通信传输介质通信传输介质通信传输介质n n 双绞线：n n非屏蔽双绞线（非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted PairUnshielded Twisted Pair，UTPUTP）n n屏蔽双绞线（屏蔽双绞线（Shielded Twisted PairShielded Twisted Pair，STPSTP）第11页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.7 2.1.7 通信传输介质通信传输介质通信传输介质通信传输介质n n同轴电缆 第12页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.7 2.1.7 通信传输介质通信传输介质通信传输介质通信传输介质n n光纤n n光在光纤中传输的原理：依据光在两种不同介光在光纤中传输的原理：依据光在两种不同介质处，会产生折射这一原理实现的。质处，会产生折射这一原理实现的。第13页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.7 2.1.7 通信传输介质通信传输介质通信传输介质通信传输介质n n多模光纤和单模光纤n n多模光纤：纤芯直径多模光纤：纤芯直径50100um50100um，多次反射，多次反射-收收端，传输距离达几公里。端，传输距离达几公里。n n单模光纤：单模光纤：810um810um，细，以直线方式传播，细，以直线方式传播，传输距离达几十公里。传输距离达几十公里。第14页/共24页2.1 数字通信系统基础数字通信系统基础2.1.7 2.1.7 通信传输介质通信传输介质通信传输介质通信传输介质n n 非导向传输介质 n n是指信号的传输不需要物理的导体（如双绞线、是指信号的传输不需要物理的导体（如双绞线、同轴电缆和光纤），它是利用自由空间（也可同轴电缆和光纤），它是利用自由空间（也可以在真空中）传输电磁波或光波来实现信号传以在真空中）传输电磁波或光波来实现信号传输的。通常称之为无线通信。输的。通常称之为无线通信。n n电磁波的传输速度、频率和波长的关系为电磁波的传输速度、频率和波长的关系为第15页/共24页2.2 信号分析信号分析2.2.1 2.2.1 信号的分析方法信号的分析方法信号的分析方法信号的分析方法n n时域分析法时域分析法n n是关于时间的函数，绘出函数的图形，称为信号的波形。是关于时间的函数，绘出函数的图形，称为信号的波形。n n频域分析法频域分析法n n是关于频率的函数是关于频率的函数n n方法：傅里叶变换方法：傅里叶变换n n称为频谱分析称为频谱分析第16页/共24页2.2 信号分析信号分析2.2.2 2.2.2 信号的频谱分析信号的频谱分析信号的频谱分析信号的频谱分析n n傅里叶变换n nF(w)-频谱密度函数-频谱函数-频谱n nF(w)-w曲线为频谱图。n n下面分析典型的信号第17页/共24页2.2 信号分析信号分析2.2.2 2.2.2 信号的频谱分析信号的频谱分析信号的频谱分析信号的频谱分析n n冲激信号及频谱n n时域冲激信号：时域冲激信号：n n频域冲激信号：频域冲激信号：n n矩形脉冲信号第18页/共24页2.2 信号分析信号分析2.2.2 2.2.2 信号的频谱分析信号的频谱分析信号的频谱分析信号的频谱分析n n周期信号及频谱分析n n对周期信号对周期信号n nCnCn为傅里叶系数为傅里叶系数n n对于矩形周期信号，其频谱对于矩形周期信号，其频谱第19页/共24页2.2 信号分析信号分析2.2.3 2.2.3 信号通过线性系统信号通过线性系统信号通过线性系统信号通过线性系统n n信号通过通信系统传输时，系统的特性及信道的噪声特性会影响信号传输的质量。n n分析信号通过系统后输入与输出之间的关系：n n时域关系：时域关系：n n频域关系：频域关系：n n对于无失真传输系统的特性，应满足无失真传输条件：第20页/共24页2.2 信号分析信号分析2.2.4 2.2.4 信号带宽和信道容量信号带宽和信道容量信号带宽和信道容量信号带宽和信道容量n n系统带宽的定义：系统的带宽是指一个系统的幅频特性在给定的数值范围内分布的那段正频率期间。n n低通系统带宽低通系统带宽n n B=fmB=fmn n带通系统带宽带通系统带宽n n B=2fmB=2fm第21页/共24页2.2 信号分析信号分析2.2.4 2.2.4 信号带宽和信道容量信号带宽和信道容量信号带宽和信道容量信号带宽和信道容量n n3dB3dB带宽带宽n n定义为幅频特性在频带中心处取值的定义为幅频特性在频带中心处取值的0.7070.707倍以内倍以内（即（即3dB3dB内）的频率范围，也称作内）的频率范围，也称作3dB3dB带宽带宽 。n nB=f2-f1B=f2-f1第22页/共24页2.2 信号分析信号分析2.2.4 2.2.4 信号带宽和信道容量信号带宽和信道容量信号带宽和信道容量信号带宽和信道容量n n信道容量n n指信道中无差错传输信息的最大速率，分为指信道中无差错传输信息的最大速率，分为连连续信道的信道容量续信道的信道容量和和离散信道的信道容量离散信道的信道容量。n n连续信道的信道容量，即连续信道的信道容量，即Shannon Shannon 公式公式 n n对于离散信道的信道容量对于离散信道的信道容量 其中，其中，I I为信道输入和输出随机序列之间的互信息，为信道输入和输出随机序列之间的互信息，Q Q为输入分布。为输入分布。第23页/共24页