共七章,一二章为概念介绍,重点学习内容在三、四、五、六章
总体来说,和计算机网络的知识重叠性很高。
chapter1 数据通信的概念
数据通信 Data Communication
发生在人与机,机器与机器之间的数据传输,包括传输前后的而一些必要处理(如数据集中、交换等)。
数据 Data
能够用计算机处理数字、文字、符号等。模拟信号(analog)是连续量,数字信号(digital)是离散量。
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1.模拟通信和数字通信的区别
模拟通信 | 数字通信 |
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定义:利用正弦波的幅度,频率和相位的变化,或利用脉冲的幅度,宽度或位置变化来模拟原始信号,已达到通信的目的 | 用数字信号作为载体来传输信息,或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式 |
通信方式:信号中某个参量连续变化 | 信号中某个参量离散取值 |
通信要求:高保真地复现信息 | 正确判断离散值 |
质量准则:信噪比 | 错误率(差错率) |
基本问题:参数估值方法 | 统计判决理论 |
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2.数据通信的经典模型
信源 (消息)——> 发送设备(信号)——> 信道(信号)——> 接收设备(消息)——> 信宿
△从信源传出的是message(消息),经过发送设备之后就转换为了digital(信号)
△信道上会有噪声,也就是损耗和干扰。
信源: 消息的来源,消息的产生者,源于人或物;
信道: 传输喜好的物理通路,可以使模拟的或数字的。
①用以传输模拟信号的信道叫做 模拟信道 ;
②用以传输数字信号的信道叫 数字信道 。
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3.传输概念
报文:需要通信的信息(数据),包括文本、图片、声音等;
发送方:发送数据报文的设备,可以是计算机,工作站等;
接收方:接收数据报文的设备。
介质:报文从发送方传输到接收方的物理通路,包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等;
协议:控制数据通信的一套规则。
线路配置(Line Configuration):是两个或两个以上的通信设备连接到链路的方式;(点到点和多点)
链路(Link):是指数据从一个设备传输到另一个设备的物理路径。
连接(Connection):一个实实在在存在的连接;而链路是跑数据的过程。
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4.数字通信的优点
1)数字通信可以利用微电子和数据处理技术使得通信可行性提高;
2)便于得到计算机等设备的支持,利用这些设备的优点处理复杂的通信,实现比模拟电话网更强的多功能计算网;
3)利用数据传输的先进技术,如数字信号中的编码,调制,解调,解码等来改进信号的质量。可以采用时分、码分等多路复用技术(模拟信号只限于采用频分多路复用)从而更充分利用信道容量。也是ISDN的基础;
4)抗干扰能力增强(只要不是足够大即可出去),也就是信号传输的距离可以更远,尤其是数字信号通过中继器再生可以消除积累,理论上数字信号不可传送无限远;
5)实现远距离控制,如由雷达、导弹、数字通信及组成的自动化防空系统;
6)易于集成化,体积小,重量轻。
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5.模拟通信的优点
1)需要完整的频带(Frequency bandwidth),意思是模拟通信需要的带宽比数字通信要小得多。
数字通信要克服这一问题,则需要:
①采用高带宽信道,比如光纤;
②采用频带压缩技术等。
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6.模拟通信与数字通信的优缺点比较
模拟通信 | 数字通信 |
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优点:直观,容易实现 | 保密性强、抗干扰能力强、信道容量利用率高、易于集成化、实现远程控制和构建综合数字通信网 |
缺点:保密性差,抗干扰能力弱 | 占用频带较宽;技术要求复杂,尤其是同步技术要求精度很高;进行模拟或数字信号转换时会带来量化误差 |
数字通信既可以传输数字信号也可以传输模拟信号;
模拟通信只能传输模拟信号。
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chapter2 信号
1.数据传输的标准量
**频谱:**信号所包含的所有频率分量的集合,指的是带宽内的元素,通过频域图表示;
**带宽:**信号频谱的宽度,信号所包含的频率分量的范围;
**数据传输率:**它是衡量系统传输能力的主要指标。一般来说,一个消息的不确性越大,则它的信息量就越大。
公式:
I=log2M
【M是信号的取值数。】
Information——二进制信息(信号);
Message——信息;
举例:
信息为天气“阴、晴、雨、雪、雾、霜、雹、云”
则M,也就是Message,具有八种状态,则当要用二进制表示这八种情况的时候,
I= log2M =3 ,也就是可以用000,001,010,……,111来表示这八种状态,用三位就可以表示八种状态。
数据传输率有以下几种不同的定义:
Code rate——码元速率或调制速率;
单位时间内通过传输频道的码元脉冲数量(携带数据较多的信号单元),记做RB(B 为角标),单位为波特Bd(d为脚标),简称为波特率。
BIt rate——比特率(传输率)
单位时间内通过传输新到的位数,记做:rb
RB与rb不同,但存在如下关系:
r = RI = Rlog2M (当M=2时,比特率与码元速率一样)
**频带利用率:**单位频带内允许的最大比特传输率;
数据系统的有效性:
传递:系统必须能将数据传输到正确的目的地;
准确:系统必须能准确地传递数据;
及时:系统必须能及时地传递数据。
2.如何定义可靠?
码元差错率(Pe)
Pe = 误码数 / 码元总数
误码数——ne;码元总数——ng
比特差错率
在传输的比特总数中发生差错的比特数所占的比例(平均值),在二进制中,以上连个属性相等。
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3.信号的定义
广义上,信号是随时间变化的某种物理量;严格来说,信号是消息的表现形式与传送载体。
4.信号类型的划分
根据时间函数取值是否连续,可以分为连续信号(模拟信号)和离散信号(数字信号)。
离散信号:仅在规定的离散时间里定义,通常以f[k]来定义。
简单信号:不能分解为更简单的模拟信号,比如正弦波;
复合信号:可以分解为多个正弦波。
结论: 为了接收数字信号的精确副本,所有频率的分量都必须通过介质传输;如果部分分量没有通过介质传输过来,就会接收端信号的变形。
数字信号是复合信号,如果不能全部传送过来,就无法还原出原来的信息。
数字信号可以被分解为无穷多个不同的谐波,这意味着我们在传输介质上发送数字信号时,其实是在发送无穷多的简单信号(谐波)。
只要送前十次就可以了。
傅里叶级数
一个任意的周期信号,可以用此表示为无穷多个谐波之和。
若s(t) = s(t+ T)
【T为周期】
这个证明式子叫做sine - cosine
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5.正弦波
描述正弦波的三个要素:振幅,最大振幅。
周期:单位是秒。
相位:描述了波形中相对于时间零点的位置,以度或弧度为单位。
比特间隔:发送一比特需要的时间;
比特率:一秒钟内的比特间隔数,常用bps做单位。
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在基波频率没变而三次谐波被衰减了,则要使信号波形在传输过程中不失真,则必须要保证:
1)幅-频特性是均匀的(无衰减);
2)相-频特性是现性的。
在实际信道中:
1)具有低通性;
2)其相频特征亦非直线;
3)距离越长,损耗越大,因此经常加入中继器来再生波。
结论:
在保证允许的失真条件下,信道的频带越宽,能够得到的最大的数据传输率就越高,传输的有效信号越好。
即:信道传输率与频道带宽成正比;
数据传输率越高,能通过的谐波数就越少,少于十次谐波的时候就不能还原信息了,所以用电话线传输,为保证能识别出信号,要取2400b/s的数据传输率。
(如果是四进制信号,则速率最大可达到4800bps;如果是八进制信号,则速率最大可达到9600bps)
可以证明,通过十次谐波后,基本上就能识别出原来的信号了。
(也就是说不用传输无穷多信号,传输十次即可。)
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生词
生词 | 解释 |
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infinite number of | 无穷多个 |
harmonic | 谐波(简单波,简单信号) |