数据通信基础

常见数据通信术语

信源: 将消息转换为信号的设备
发送设备: 将信源产生的信号进行适当的变换装置, 使之适合于在信道中传输, 主要包括编码和调制
信道: 信号传输通道, 如物理介质
噪声: 自然界和通信设备中所产生的干扰
接收设备: 完成发送设备反变换, 还原原始发送信号
信宿: 信号终点, 将信号转换为供人们能识别的消息
数据: 传送消息的实体
信号: 数据的电气的或电磁的表示 y ( t ) = A s i n ( ω t + θ ) y(t)=Asin(\omega t+\theta) y(t)=Asin(ωt+θ)
模拟的: 参数的取值是连续的
数字的: 参数的取值是离散的
码元: 信号基本波形, 信号的基本单元
频带: 信号频率范围
带宽: 有效带宽
数据通信方式: 单工, 半双工, 全双工

信源编码
使信源产生的模拟数据在数字通信系统中传输
典型新原编码: PCM
PCM三个步骤:

采样: 目的就是要用一系列在时间上离散的采样值, 代替时间上连续的模拟数据, 即实现时间上的离散化
量化: 就是使采样值在取值上离散化
编码: 就是将量化后的采样值用一定位数的二进制数码来表示

物理介质

导引型传输介质

架空明线, 易受天气和外界电磁干扰, 对外界噪声敏感, 带宽有限
双绞线, 主要用于基带传输
同轴电缆, 主要用于频带传输
光纤, 基本原理光的全反射, 分为多模光纤和单模光纤两类

非导引型传输介质

自由空间, 无线电传输途径, 不同频段具有不同传播特性
地波传播, 频率较低的电磁波趋于沿地球表面传播, 有一定的绕射能力, 在低频和甚低频段, 地波传播距离可超过数百米或数千公里
天波传播, 电离层, 频率较高的电磁波会被电离层反射, 电离层的密度和厚度随时间随机变化, 电磁波可以传播一万千米以上, 随参信道
视线传播, 频率高于30MHz的电磁波将穿透电离层, 不会被反射回来, 沿地面绕射能力也很弱, 通常采用视线无障碍的点对点直线传播, 可以设立地面中继站或卫星中继站进行接力传输

信道与信道容量

狭义上的信道: 信号传输介质
广义上的信道: 包括信号传播介质和通信系统的一些变换装置, 比如发送设备, 接收设备, 天线, 调制器等
恒参信道传输特性

各种有线信道和部分无线信道, 如微波视线传播链路和卫星链路等
理想的恒参信道是一个理想的无失真传输信道
对信号幅值产生固定的衰减
对信号输出产生固定的时延

随参信道传输特性

许多无线信道都是随参信道
信号的传输衰减随时间随机变化
信号的传输时延随时间随机变化
存在多径传播现象

信道容量: 信道无差错传输信息的最大平均信息速率
奈奎斯特(Nyquist)信道容量公式: 理想无噪声信道的信道极限容量 C = 2 B l o g 2 M C=2Blog_2M C=2Blog2M

C为信道容量, 单位b/s; B为信道带宽, 单位为Hz; M为进制数, 即信号状态数

香农(Shannon)信道容量公式: 有噪声信道的信道容量 C = B l o g 2 ( 1 + S / N ) C=Blog_2(1+S/N) C=Blog2(1+S/N)

S/N为信噪比, 即信号能量与噪声能量之比, 单位分贝(dB)

基带传输基础

基带信号: 信源发出的原始电信号, 往往包含有较多的低频成分, 甚至有直流成分
基带传输: 直接在信道中传送基带信号
基带信号比较适合在具有低通特性的有线信道中传输, 通常不适合在无线信道中直接传输
典型数字基带信号码型

单极不归零码, 易于产生, 不适合长距离传输
双极不归零码
单极归零码
双极归零码
差分码, 又称相对码
AMI码, 信号交替反转码
双相码, 又称曼彻斯特码
nBmB码

频带传输基础

许多带通信道(如无线信道)不具有低通特性, 因此不能在这些信道中直接传输基带信号, 只能利用基带信号去调制与对应信道传播特性相匹配的载波信号
利用模拟基带信号调制载波, 称为模拟调制, 利用数字基带信号调制载波, 称为数字调制
频带传输系统通常选择正弦波信号作为载波
二进制数字调制

二进制幅移键控(2ASK)
二进制频移键控(2FSK)
二进制相移键控(2PSK)
二进制差分相移键控(2DPSK)

频带利用率: 2ASK, 2PSK及2DPSK的频带利用率相同, 2FSK的频带利用率最低
误码率: 相同信噪比下, 2PSK最低, 2ASK最高
对信道特性的敏感性: 2ASK对信道特性变化比较敏感, 性能最差, 2FSK与2PSK不敏感

物理层接口规程

机械特性: 指明接口所用接线器的形状和尺寸, 引线数目和排列, 固定和锁定装置等等
电气特性: 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
功能特性: 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
过程特性: 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

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