数据与计算机通信讲义.docx

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1、通信模型1-2 (发送系统sourse system)3-5(接受系统destination system)信源(Source)：信息产生的源头，可以是人或设备。其发出的信息也可以是多种多样的，如 语音、文字、图像、数据等。这些信息可以是离散的，也可以是连续的。发送器(Transmitter )：种类及其功能多样化，如编码、调制、放大、滤波、发射等。发 送器含有与传输线路匹配的接口，其基本作用是将信源发出的信息转换成便于传输的某种信 号。模拟与数字通信系统两者的发送器功能有很大差异。信道(Transmission System )：信息传输通道，也是传递物质信号的媒体。可以是明线、 电缆、波导

2、、光纤、无线电波等。噪声源：是整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道中传输时遭受的干扰情况。 在任何通信系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的主要因素。接收器(Receiver )：其作用主要是接受信道中的信号，并转换成发送前相同表示形式的信 息传递给新宿，与发送器功能正好相反。对接收器的要求是尽可能地从受干扰的信号中精确 的提取和还原来自信源的信息。信宿(Destination )：信息传输的目的地，即接受消息的人或机器。同步：狭义的讲，是信息在通信系统传输过程中，其数据信号在系统各部分的收发时序上保 持一致，包括比特同步、帧同步、网同步。更广的意义是信息在通信系统中保持时间、空

3、间、 内容以及它们之间的同步。通信主要任务(1)传输系统的利用(Transmissionsystem utilization )在多个通信设备之间充分合理利用阐述设施；复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力(频分/时分/统计时分/码分/空分)拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载；(2)接口 (Interfacing)设备与传输系统之间的连接；(3)信号的产生(Signal generation)按某种格式产生具有一定强度的电磁波信号；能够在传输系统上传播；能够被接收器转换为数据；(4)同步(synchronization)在发送器与接收器之间达成某种同步(时序同步，帧同步等)；接

4、收器能够判断信号的起始、结束和信号单元的持续时间；(5)交互的管理(exchange management)通信双方为交换数据而建立连接；通信双方数据处理设备的其它协商工作：差错控制：检测或纠正信号失真或信道噪声等原因而产生的传输差错；流量控制：保证信宿设备不会因信源设备发送太快以至无法及时接受和处理这些数据 而导致超载；(6)寻址(addressing)当传输设备被两个以上设备共享时，信源必须给出信宿的标识；(7)路由选择(routing)当传输系统是不止一条路径的网络时需要确定路由：选择合适路由；保证正确路由；(8)恢复(recovery)信息交换过程中因通信系统某处出现故障而致使传输中断

5、，需要从中断处恢复工作，或者把系统被设计部分恢复到数据交换开始之前的状态；(9)报文格式化(message formatting)数据交换双方必须就传输的数据格式达成一致协议；数据压缩、加密，减少带宽占用；(10)安全措施(security)发送方希望确保只有它期望的接受者接受到数据；接收方希望保证收到的数据来自正确的发送方，且数据在传输过程中未被改变；鉴权/认证，只有合法发送方才能使用；(11)网络管理(network management)数据通信设施是一个复杂系统，需要合理地规划和配置，需要对系统运行状态进行监控，并 处理拥塞、死锁、故障等印发的问题；(12)差错检测和纠正(Error

6、detection and correction )(13)流量控制(Flow control )数据通信及计算机通信数据通信是指信源产生的数据，按一定通信协议，通过模拟传输信道或者数字传输信道，形 成数据流传送到新宿的过程；数据通信是为了实现计算机与计算机之间或者终端与计算机之间的信息交互而产生的一种通 信技术；从某种意义上讲，数据通信是计算机通信的组成部分，数据通信着重于数据的传输，而不涉 及数据所表示的原始信息，而计算机通信则着重于信息的交互；目前数据通信与计算机通信界定日益模糊。数据通信与其他通信的区别语音通信：电话；图像通信：传真、静态图像；视频通信：电视；数据通信：计算机数据（包括

7、数字化的多媒体信息）语音等其他通信可以允许适当范围的误差，数据通信要求传输完全正确；数据通信最基本要求：迅速和可靠（快与对）。数字通信与模拟通信数字通信系统：数字设备，数字基带传输（数字-数字编码）（基带编码器）数字设备，模拟频带传输（数字-模拟编码）（低通滤波器）模拟设备，数字基带传输（模拟-数字编码）（模数转换器）模拟通信系统模拟信号以固有频率基带传输（传统电话）模拟信号频谱搬移后频带传输（模拟-模拟编码）（IG （TACS900MHZ） /电视）混合系统同一系统中包含模拟通信和数字通信数据通信网络两个通信设备点对点直接连接的不实际性两个设备之间距离很远；大批设备需要的连接线难以估量（全连

8、通N个结点N （N-1） /2条线路）；设备组中的每个设备都可能需要在不同的时间与不同的设备连接；数据通信网：在一定范围内以数据通信设备与交换设备为点以传输链路为线，点线按一定顺序相连，将地理分散的数 据终端设备连接起来，可以完成多用户间多对多的数据通信；解决办法：数据通信网络一一局域网LAN,广域网WAN,域域网MAN； 网络连接术语结点(node):网络中通信线路连接的计算机和交换机；链路(link):建立在相邻结点物理连接上的逻辑信道；交换(switching)：交换节点建立、保持和改变数据传输通路的过程：路由选择(routing):交换接书中选择传输路径的功能；端结点(end node

9、)：位于网络边缘连接源或目的站点的交换设备；路由节点(route node)：网络中间的交换设备；传输中继/传输网(relay transmission)：接入线/接入网(access network)：由用户-网络接口(UNI)到业务节点接口(SNI)之间的 一系列传送实体所组成的全部设施。电路(circuit)：电路是通过已有媒介建立的发送端与接收端之间、或者网络中任两点 或多点之间的端到端的信息传输通路。接入电路：是从用户到电信公司网络的电路传输电路：用于网络中或网络之间的长途传输单工电路：单向传输双工电路：双向传输。双向不能同时传输半双工双向可以同时传输全双工交换电路：电路交换网中灵活

10、通过一台或多台中间交换设备临时建立的电路连接；虚电路：在分组交换网络中由软件路由表定义的端到端的数据分组传输通路，它是 逻辑上而非物理上的电路；永久虚电路(PVC)：长期定义在路由表中的逻辑电路；交换虚电路(SVC)：在要求通信时据网络状况选择最佳路径而临时建立在路由表中的 逻辑电路；线路(line):节点间通信的物理连接，可以是端到端也可以是点到点；接入线：连接用户设备到网络的这段线路；中继线：是指能提供汇接和多路复接能力、实现多个用户共享的一段线路；接入中继：终端到交换点的中继线；传输中继：交换点到交换点之间的中继线；中继线是有方向的，可以是单向出中继、单向入中继或双向中继。信道(info

11、rmation channels)：在正式标准术语中，信道是指发送器与接收器之间的单 向连接，即单向电路或信息传输通路；在一般用法中，信道是在物理电路上用于支持单一会话的逻辑连接。可以 用某种方式构成物理电路，以支持一个或多个逻辑对话；交换（exchange）：交换就是在用户间有目的地传递信息，数据交换就是数据转接；交换设备建立、保持和改变物理电路上的逻辑连接；用户小交换机（PBX）和中心交换机（CO或COE）提供电路交换功能，电路交换 按要求在可用状态下建立电路之间或链路之间的连接。电路交换虽然研制的初衷是持语音通信的，但它可以支持数据等任何形式信息的传输；分组交换、帧交换和信元交换在较先进

12、网络中发展起来，主要支持数据和图像传输；端局交换机位于网络边缘，用户通过接入链路接入到端局交换机；中心交换机也称汇接交换机，是一种高容量的交换机，位于网络中心，用于互联端局 交换机；网络（network）：网络是工作在一起用语支持信息传输的各台设备单元构成的集合；广义的讲，网络包括从发送器到接收器之间的所有设备：所有链路和所有相关的交换 机以及其它中间设备；广域网常被描述成云状：千变万化，难以看见，透明性概念，一端进一端出； 数据和计算机通信网的类型1.根据采用的传输技术的不同，可分为：（1）交换式网络：电路交换：两个站点在会话期间需建立专用的通信路径；数据通过专用通信路径由源站发送到目的站；

13、通过网络节点（端结点和路由节点）和连接节点的一连串链路构成；特点：独占性，实时性；Eg： telephone network；存储-转发（报文交换、分组交换）：传送的数据成为报文（message,消息），可以是文件，表格，图片；以整个报文为单位传送成为报文交换（message switching）；报文分成若干块，每次传送一小块（packets,包或报文分组），即分组交换；为什么将报文分块：为了方便发送和接收，出错后不用全部重发；分组交换中，报文的数据可以不按序发送；源站点和目的站点之间传送的分组，经过一个个交换节点，穿越整个网络；常用于终端-计算机通信或计算机-计算机通信；X.25典型的工种

14、分组交换数据网标准（ITU-T）帧中继: FR-Frame Relay分组交换机制中各交换节点为纠正差错需要大量额外开销； 当今电信系统越越来越可靠，交换节点不必进行差错控制； 差错主要发生在端系统，差错控制完全可以只由端系统实现；帧中继是在分组交换的基础上发展起来的，大多数用于差错控制的额外开销被抛 弃，因此传输速率大幅度提高；（64Kps-2Mbps）信元中继；（2）广播式网络：有限通道（总线型、环型）；无线通道（蜂窝、微波、卫星）；补：异步传输模式（ATM-Asynchronous Transfer Mode）某个特定用户信息并不一定在信道上周期性出现；FR的演进，分组交换与电路交换的结

15、合；乎没有差错控制的额外开销；固定的分组（称为信元，cell）长度；各种通信业务工作速率范围十Mbps到几百Mbps；使用分组交换技术能提供恒定数据速率的通路；每条通路的数据速率又可以按需动态定义；2.根据网络规模及所覆盖地域范围大小，可分为：（1）局域网：是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。PAN - Personal Area Network （个人局域网）LAN - Local Area Network （局域网）CAN - Campus Area Network （园区网、校园网）覆盖范围较小，互联设备少：一栋楼或一小片楼群；相连接的设备属于同一组织：大量资金用于采购和维护；

16、网管完全用户负责；比WAN更高的数据率；交换局域网：交换以太局域网：一个交换机；多个互连交换机；无线局域网：移动性；安装配置的简易性；（2）域域网:MAN - Metropolitan Area Network(3)广域网：一种用来实现不同地区的局域网或城域网的互连，可提供不同地区、城市和国 家之间的计算机通信的远程计算机网。WAN - Wide Area Network (广域网)GAN - Global Area Network (全球局域网)覆盖地理范围大；穿越公众设施；依靠公共电信运营公司建立的电路；广域网建立所采用的技术：电路交换(Circuit switching)分组交换(Pac

17、ket switching)帧中继(Frame relay)异步传递方式ATM (Asynchronous Transfer Mode )补：Internet：从ARPANET发展而来；第一种可运营的分组网络；可应用到无线或者卫星通信；互联的需求导致了 TCP/IP出现。第二章协议体系结构的必要性L数据交换引起复杂的过程：一个例子：传送文件源点系统必须激活直接连接的数据通信通道，或者告诉网络终点系统标识；源点系统确定终点系统准备好接收数据；文件发送应用程序确定终点系统的文件管理程序准备好接收并存储文；源点系统还需进行文件格式转化；2 .任务分解成独立的子任务(subtasks)；3 .在垂直协

18、议层中分别实现：每层对高层提供通信服务；每层使用下层所提供的功能；4 .对等层通信采用一套规则称之为协议(protocol)；5 .实体用户应用程序、电子邮件设备、终端(任何能够发送和接收信息的东西都是实体);协议的内容L用于系统中的实体间通信；2 .通信必须有共同的语言：3 .互相可接受的协定：通信内容；通信方式；通信时序；4 .那些协定和相关的规则就被称为“协议”；协议的关键要素语法(Syntax)一通信内容：有关数据块的格式语义(Semantics)-通信方式：相互协调及差错处理的控制信息定时关系(Timing)-通信时序：速率匹配和数据排序协议体系结构通信过程包括三个要素：应用程序，计

19、算机和网络；通信任务划分为几个模块：比如文件传送可以使用三个模块：文件传送模块；通信服务模块；网络接入模块；网络接入层计算机/终端与所连网络之间的数据交换；发送方计算机提供目的计算机地址；调用网络提供的特殊服务，如优先级；使用的软件取决于所用网络类型：电路交换；分组交换；局域网等；网络类型独立于同一个上层的通信软件；运输层可靠的数据交换：到达目的地的应用程序与发送是的顺序一致；不依赖网络类型；不依赖应用程序类型；应用层支持不同的用户应用程序：如，电子邮件，文件传输；寻址请求(Addressing Requirements)1 .两级地址2 .每个计算机有唯一的网络地址：网络服务访问点(NSAP

20、)或者IP地址；3 .计算机的每个应用程序也有一个计算机内部的唯一地址：服务访问点(SAP)或者端口 (port)：上层访问下层所提供的服务；上层控制下层的行为是上下层之间的接口；协议数据单元(PDU)L用户数据是层层传送的2 .协议控制信息在每层中被加到用户数据中每个层添加不同的首部(目标SAP,序列号，插错检验码)3 .封装(Encapsulation)Data + header = PDU (Protocol Data Unit)每层都有个不同的PDU传输层PDU格式L传输层分割/重组用户数据通信网络数据块大小限制(以太网1526Bytes, ATM53Bytes)提供公平接入，防止大数

21、据块站点霸占共享媒体接收方需要更小的缓存提高差错控制效率并非数据块越小越好2 .每个数据块都有个运输首部目的SAP (destination SAP)序号(sequence number)差错检测代码(error-detection code)3 .这就是传输协议数据单元网络接入层PDU格式添加网络首部目的计算机地址(destination computer address,原计算机地址功能请求(facilities requests)优先级，生存时间HL标准化的协议体系结构通信需要设备运营商拥有更多的适销产品消费者要求设备的标准化两个标准：OSI七层参考模型：没有实现过标准的理想TCP/IP

22、协议族：使用最广的可通用体系结构IBM的系统网络体系结构结构（Systems Network Architecture, SNA）标准的关键元素协议规约（protocol specification）不同系统中的同一层的两个实体相互交互作用过程准确定义：如协议数据单元的格式字段含义可允许的PDU序号服务定义（service definition）定义向上层提供的标准化服务寻址（addressing）通过服务访问点SAP提供服务0SI的各层应用层：为用户提供到0SI环境的接入手段，同时提供分布式信息服务表示层：数据格式定义（如压缩数据和加密数据）会话层：为终端应用程序之间提供对话控制机制：会话规

23、则（全双工/半双工）、数据的编组、断点恢复重传传输层：端系统之间的数据交换确保数据无差错、按序的、没有丢失或重复的如何最佳使用网络服务并提供高层请求的服务质量并提供高层请求的服务质量（差错率，最大延时，优先级和安全性要求）网络层：多链路之间数据传送（交换或者路由）多网络互联特殊网络不需要网络层（802. 3系列局域网）数据链路层：提供差错检测和控制保证链路可靠并提供了激活、维持、释放链路的方法上层可通过该链路无差错的传输物理层：传输媒体与设备之间的物理接口，以及从一端向另一端传递比特所遵守的原则；机械的、电气的、功能的、过程的；服务原语和参数邻层之间的服务用原语(primitve)和参数(pa

24、rameter)表示原语定义的是执行的功能参数用于传递数据和控制信息四种类型的服务原语的定义Request, Indication, Response, and ConfirmTCP/IP协议体系结构各层物理层：数据传输设备与传输媒体或网络间的物理接口定义了传输媒体的特点、信号状态、数据率网络接入层：端系统与其连接网络之间的数据交换提供目的地址特别功能依赖于网络类型，如LAN, frame relay互联网层：实现数据跨越多个互连的网络提供路由选择功能，互联多个网络IP协议在端系统和路由器中实现运输层：可靠的交换数据数据到达的顺序与发送顺序一致应用层：包含用于支持各种不同的用户应用程序的逻辑如

25、http,文件传送程序FTPTCP和UDPTCP (Transmission Control Protocol)为数据传送提供可靠的链接即实体间临时性逻辑关TCP报文段(TCP PDU)包含源端口和目的端口连接持续期间，实体跟踪往返另一个实体间的TCP报文段UDP (User Datagram Protocol )不担保交付的正确性，不维护到达时的顺序性，不管是否重复到达通过最少的协议机制发送报文(无连接)IP上增加一个端口寻址能力E. g. SNMP (SimIPple Network Management Protocol) orVoIPUDP(User Datagram Protocol

26、)：用户数据报协议，它和TCP一样位于传输层，和IP协议配合 使用，提供无连接、不可靠、 无流量控制、不排序的服务，可高效率地传输数据，但不提 供数据报的重传，一般用于传输较短的文件。UDP是面向非连接的，所谓“面向非连接”，就是指在正式通信前不必与对方先建立连接，不 管对方状态就直接发送。TCP协议和UDP协议各有所长、各有所短，适用于不同要求的通信环境。TCP协议和UDP协议之 间的差别如下表所示。项目TCPUDP是否连接面向连接面向非连接传输可靠性可靠不可靠应用场合传输大量数据传输少量数据速度较慢快IP (Internet Layer )Internet协议族中最重要的协议就是IP协议。

27、它的主要功能有无连接数据报传送、数据报路 由选择和差错控制。IP将报文传送到目的主机后，不管传送正确与否，不进行校验，不回送 确认，也不保证分组的正确顺序，这些功能都由T CP来完成。IP协议充分体现了TCP/IP技术的包容性，使Internet互连异种网络成为可能。它一方面可以 支持各类数据业务，另一方面还能利用现有的各种传输方式和基础设施。TCP/IP应用程序TCP/IP、协传议输数层据、的网传络输层基、于接TCP/IP协议的四层结构：应用层、传输层、 网络层、接口层；TCP/IP协议族中包括上百个互为关联的协议，不同功能的协议分布在不同的协议层，下面是 几个常用协议：(1) TELNET

28、 (Remote Login)：提供远程登录功能，一台计算机用户可以登录到远程的另一台 计算机上，如同在远程主机上直接操作一样。(2) FTP (File Transfer Protocol)：远程文件传输协议，允许用户将远程主机上的文件拷贝 到自己的计算机上。(3) SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)：简单邮件传输协议，用于传输电子邮件。(4) SNMP (Simple Network Management Protocol)简单网管协议，提供了监视和控制网安 络设备以及管理诸如配置、统计、性能和安全的手段。(5) DNS (Domain Name Se

29、rvice)：域名系统协议，提供网络设备名字到IP地址的转换。第三章数据通信传输术语 发送器：Transmitter接收器:Receiver传输媒体：Transmission Medium导向媒体(guided media)：电磁波在导线引导下沿着某一物理路径前进：双绞线、同轴电缆 和光纤非导向媒体(ung uided media)：不引导电磁波的传播方向：空气、真空和海水直连链路(direct link)：没有中间设备存在点对点(point-to-point)：两设备之间的一条直连链路；仅被两设备共享多点(multipoint)：两个以上的设备共享同一传输媒体单工(simplex)：信号仅向

30、一个方向传输e. g. Television半双工(half-duplex)：都可以发送信号，但同一时间只一方发送e. g. police radio全双工(full-duplex)：可同时发送接收信号e. g. telephone信号的特性包括时间特性和频率特性对信号时间特性的分析在时域(Time Domain)上进行振幅、频率、相位是在时域上描述信号的主要参数在时域上表示信号的图象称为时域图对信号频率特性的分析在频域(Frequency Domain)上进行任一信号都可看成由某个频率范围内的频谱成分组成信号的频率特性对信号带宽和数据率等至关重要在频域上表示信号的图象称为频域图频域图有最大振

31、幅-频率和相位-频率两种图象在频域上进行信号分析通常比在时域上更重要频率、频谱和带宽时域(time domain)概念：在分析研究问题时，以时间作基本变量的范围。(频域)模拟信号：一段时间信号强度变化模式是平滑的数字信号：一段时间内信号强度保持某个常量值周期信号：一段时间内信号模式重复非周期信号：一段时间内信号没有重复 在时域上表示信号的图象称为时域图正弦波峰值振幅:Pea k Amplitude (A)一段时间内信号值的最大值单位伏一volts频率一 Frequency (f)信号循环的速度用Hertz (Hz)表示信号周期：信号重复一周所花的时间T=1 / f相位：Phase中(6)一个信

32、号周期内信号在不同时间点的相对位置波长信号循环一个习期所占的空间长度信号的两个连续周期上相位相同两点间的距离波长一入假设信号运动速度为一v入=V TX f = vC3*108 m/s (自由空间的光速)频域概念一个电磁信号是由多种频率组成的傅立叶分析的方法得出任何信号由不同正弦波的频率成分组成任何一个信号存在时域函数，也存在频域函数在频域上表示信号的图象称为频域图频谱&带宽频谱一Spectrum：信号包含的频率范围绝对带宽一Absolute bandwidth：频谱宽度有效带宽一Effective bandwidth：通常就叫带宽；信号的绝大部分能量都集中在相当窄的频 带范围直流成分一DC C

33、omponent：信号包含有频率为零的成分数据率和带宽之间的关系振幅为A的方波的频率表达式如卜.：“八 4*4* V sin(2 万 S)，7 k.kwdd 卜任何传输系统(transmitter plus medium plus receiver)都只能容纳有限频率范围系统限制了数据在传输媒体上传送的数据率方波有无限多个谐频成份和无限带宽，但是大部分能量集中在基频和开始几个谐频附近有限传输带宽导致失真数据率越高，所需的有效带宽越宽1 .数据率由基频决定T-脉冲周期，f-基波频率(二进制发送)R=2f=2/T bps(二进制脉冲持续时间为T/2)2 .如果一个数字信号的数据率是Wbps,那么当

34、传输系统带宽为2WHz时候，就可以很好的传输 此信号了3 .如果一个数字信号的数据率是Wbps,那么信号有效带宽大约WHz模拟和数字数据数据-Data：二传达某种意义或信息的实体模拟数据(Analog Data)：一段时间内具有连续的值，一般采用模拟信号(Analog Signal), e. g.声音，视频数字数据(Digital Data)：值是离散的，采用数字信号(Digital Signal), e. g.正文，数 字信号-Signals数据的电气或电磁表示方式模拟信号连续变化的电气信号或电磁波不同类型的媒体上传播双绞线，同轴电缆，光纤，大气或空间话音频谱范围在100Hz到7kHz之间电

35、话系统的话音信号频谱范围在300Hz到3400Hz间视频的带宽是4MHz左右二数字信号电压脉冲序列采用两个恒定电压值(de)传输-Transmission：用传播并处理信号的方式进行的数据通信的过程数据和信号模拟信号表示模拟数据数字信号表示数字数据数字数据可用模拟信号表示，如调制解调器一Modem模拟数据可用数字信号表示，如编解码器一Compact Disc audio模拟传输传输模拟信号的方法，传输信号不考虑信号的内容信号可能是模拟数据或数字数据传输一段距离后，信号会衰减使用放大器增强信号能量，同时也增强了噪声(对语音，数字数据)数字传输考虑信号号的内容数据的完整性受到衰减、噪声或其他损伤的

36、威胁使用转发器，转发器接收信号恢复为1,0模式重新传输新信号克服了衰减噪声也不累积数字传输的优势数字技术-Digital technology：低价的LSILSI技术数据完整性一Data integrity：远距离传输，较低线路质量要求容量利用率.Capacity utilization：经济的高带宽传输链路；数字技术的高级复用技术有效 利用其容量安全和保密-Securit r&Privacy：加密技术综合性;Integration：能类似处理模拟数据和数字数据，因此能综合话音视频和数字数据传输损伤接收到的信号与传输信号有差异模拟信号，损伤会降低信号质量对数字信号则导致比特差错重要的损伤：衰减

37、和衰减失真一Attenuation and attenuation distortion时延失真一Delay distortion噪声一Noise衰减信号强度距离增长而减弱衰减与传输媒体有关(guided media and unguided media)传输过程需要注意到三点：接收到的信号必须有足够的强度，接收电路才能检测到信号信号电平必须保持高于噪声电平某个程度以接收无差错的数据：用放大器，转发器衰减失真：频率越高，衰减越严重(即衰减是频率的递增函数)利用加感线圈(均衡器)改变线路某些电气特性对模拟信号影响大，对数字信号不是大问题时延失真delay distortion时延失真(guide

38、d media)在导向媒体中，信号传播速度随频率不同变化接收到的信号因其频率成分延迟的不同产生了失真靠近中心频率传播速度最快，两侧较慢导致不同频率之间的相移，和码间串扰(intersymbol interference)对数字信号影响比较大均衡技术何类信号对衰减与时延失真敏感？数字信号受衰减失真影响较小频率特定：绝大部分内容集中在基频附近幅度特性：二值判定数字信号受时延失真影响较大产生比特序列混乱模拟信号主要受衰减影响幅值连续变化，信息分布在整个频带噪声传送和接收之间的某个地方插入进来的无用信号为噪声热噪声一Thermal：导体内电子热运动造成的；均匀分布一白噪声互调噪声Intermodula

39、tion noise不同频率的信号共享同一传输媒体产生的（器件的非线性因素）串扰一rosstalk：在一条线路上获得其他线路的信号（电耦合）冲激噪声一Impulse noise不规则脉冲或尖峰，持续时间短，振幅较大外部电磁波干扰，e. g.雷电，系统本身的故障和缺陷热噪声的计算噪声分为随机噪声、冲激噪声或自然噪声（大气噪声）等随机噪声包括热噪声、交调噪声和串扰等，普遍存在且有着持续时间不断的影响，是信号传 输的基本研究对象Thermal热噪声（White noise or Gaussian noise）任何设备和导体中，IHz带宽存在热噪声值都是No=k T（W/Hz）No-噪声功率（谱）密度

40、，k 一玻尔兹曼常数=1. 38*10-23 J/K （负23次方）热力学温度（开尔文）B Hz带宽内的热噪声N= N0*B=kTB （W）信道容量信道上最大数据传输数率数据率一Data rate：比特每秒（bps）；数据能够通信的速率带宽一Bandwidth：用赫兹或每秒的周期表示；在发送器和传输媒体的特性限制下的带宽误码率一Error rate：差错发生率奈奎斯特带宽（Nyquist Bandwidth）前提一信道无噪声给定信道带宽为B,那么可承受的最大信号率就是2B.if the signal rate is 2B, then the channel can carry signalfr

41、equencies no greater than Bie. given bandwidth B, highest signal rate is 2Bfor binary signals, 2B bps needs bandwidth B Hz可以通过M种信号单元来提高数据率（M进制调制）奈奎斯特公式G =2B log2Mso increase rate by increasing signal levelsat cost of receiver complexitylimited by noise 8c other impairments香农公式在有噪声情况下，信噪比：SNR=S/N或SNR

42、db=10 logllO(S/N)S是信号功率(瓦)，N是噪声功率(瓦)。在被高斯白噪声干扰的信道中，传送的最大信息速率C由下述公式确定：C=B*log2(l+S/N) (b/s)该式通常称为香农公式。B是信道带宽(赫)香农定理指出，如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C,那么，在理论上存在一种 方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。该定理还指出：如果RG,则没有任何办法传递这样的信息。公式表明，信道带宽限制了比特率的增加，信道容量还取决于系统信噪比以及编码技术种类。第四章传输媒体内容概要传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通道数据通信的特点和通信质量取决于

43、传输媒体的性质以及传输信号特点导向媒体，主要取决媒体自身的性质非导向媒体，主要是发送天线生成的信号带宽设计数据传输系统主要考虑数据率和传输距离数据率越大，传输距离越远越好传输媒体设计因素一决定数据率和传输距禹带宽一Bandwidth：信号高带宽高数据率传输损伤一Transmission impairments：损伤限制传输距离干扰一Interference接收器数量一Number of receivers导向媒体中，构成点对点或者多个设备相连的链路多个设备相连共享中会有衰减和失真并限制传输距离和/或数据率传输媒体种类有线媒体Guided：双绞线Twisted Pair；同轴电缆Coaxial

44、Cable；光纤Optical Fiber无线媒体Unguided：无线电Radio；微波Microwa ve；卫星Satel 1 ite Microwave；红外Tnfrared双绞线(Twisted-pair)由两根互相绝缘的铜导线，用规则的方法扭绞起来构成(绞距515crn)双绞线一应用最常用的传输媒体电话网：楼层与本地电话交换局连接形成“用户环路”在一栋办公楼内：连接到专用小交换机(PBX)对于局域网(LAN)：数据率达到10Mbps或100Mbps双绞线一传输特性传输距离受到限制：衰减随频率增高迅速增高；回波损耗和串扰影响模拟传输：每5千米到6千米用一个放大器数字传输：使用数字或模拟

45、信号；每2千米到3千米用一个转发器对模拟信号，专输带宽可达到1MHz对数字信号，传输数据率可达到100Mbps (千兆以太网100m以内)容易受到干扰和噪声的影响无屏蔽和屏蔽双绞线无屏蔽双绞线一Unshielded Twisted Pair (UTP)普通电话线；最便宜；使用方便，安装简单，受外部电磁场干扰屏蔽双绞线-Shielded Twisted Pair (STP)用金属罩或护皮以减少干扰；在高数据率的情况下性能更好；价格贵；使用不方便无屏蔽双绞线种类(EIA-568-A)Cat 3：话音级电缆在大多数办公楼存在；传输特性可达16MHz；每绞长度有7. 5cm到10cmCat 4：传输特

46、性可达20 MHzCat 5：数据级电缆通常在新建的办公楼都预先铺设；传输特性可达100MHz；每绞长度有0. 6 cm到0. 85 cmUTP电缆的分类(EIA / TIA-568标准中定义了前五类)类别 用途1 语音或56kbps以下的低速数据，不用于局域网2 速率为1Mbps以下的数据传输和低速局域网3 数据率 16Mbps, 10BASE-T和4Mbps Token Ring4 数据率20Mbps, 10BASE-T和 16Mbps Token Ring5 数据率 100Mbps, 100BASE-T 和 FDDISe数据率350Mbps, 1000BASE-T和622Mbps ATM性能参数插入损耗