第一节 数据通信基础

一、数据通信基本概念

1. 消息：人类能够感知的描述称为消息。

2. 信息：信息是对事物状态或存在方式的不确定性表述，。

3. 通信：本质就是在一点精确或近似地再生出另一点的信息。

4. 通信系统：能够实现通信功能的各种技术、设备和方法的总体。

5. 信号：通信系统中，在传输通道中传播的。

6. 数据：对客观事物的性质以及相互关系等进行记载的及其组合。

7. 信道：信道是以传输介质为基础的信号通道。

（数据是以符号进行记载，在输过程要把符号转为信号进行传输）

二、数据通信系统模型

1. 通信系统的构成

    信源、发送设备、信道、接收设备、信宿和噪声源等部分。

    信源：产生数据

    信宿：接收数据

    发送设备：将数据进行编码、调制转换成特定形式的信号。

    接收设备：将接收的信号解调、解码还原成原来的数据，再发送给信宿。

2. 模拟通信

    模拟信号：信号的因变量是的。

3. 数字通信

    数字信号：因变量是的。

a)为模拟信号     b)数字信号

4. 数据通信方式

    1）单向通信（单工）、双向交替通信（半双工）和双向同时通信（全双工）；

    2）并行通信和串行通信；

    3）异步通信和同步通信。

5. 数据通信系统的功能

    1）信道利用；

    2）接口及信号产生；

    3）同步；（对发送方和接收方来说）

    4）差错检测与纠正；

    5）寻址与路由；（主要在数据链路上）

    6）网络管理；

    7）安全保证。

第二节 物理介质

一、导引型传输介质（）

1. 架空明线

    架空明线是指平行且相互分离或绝缘的，通常采用铜线或铝线等金属导线。

2. 双绞线

    两根相互绝缘的铜线并排绞合在一起，减小对相邻导线的电磁干扰。

    屏蔽双绞线STP：屏蔽层可以防止外界的电磁干扰

    非屏蔽双绞线UTP：成本低，所以以太网用得比较多

屏蔽双绞线STP                                                      非屏蔽双绞线UTP

    【问题】为什么双绞线会减少电磁的干扰？

    由物理学的电磁感应原理：电流的变化会导致磁场的变化，磁场的变化会产生电流导致电流的变化。双绞线是两根铜线绞合在一起，一根导线上的电流变化会产生磁场，而磁场可能会发生变化，磁场的变化会引起另一根导线产生感应电流，从而影响另一根导线的电流传输。所以两个导线缠绕在一起，虽然会还有电磁感应，但电磁感应产生的电流有正有反可以互相抵消。

    优点：传输率较高

    缺点：抗电磁干扰能力差

3. 同轴电缆

    抗电磁干扰性好。

    现主要用于频带传输，如有线电视。

4. 光纤

    基本原理是利用。

    优点：通信容量大、距离远、抗电磁干扰性能好、保密性好。

    缺点：因为用的是玻璃纤维，所以比较脆，使用过程容易断裂；使用的接头和安装需要专门的设备和技术

    多模光纤和单模光纤。

    多模光纤性能差，因为入射角度的不同反射的路劲可能不同，所以到达接收端的光是发散的，有多种模式，所以性能差；当光纤的直径细到一定程度时，就不再全反射前进，而是沿着直线传输，接收端收到的信号就比较集中，所以单模光纤性能较好。

二、非导引型传输介质（）

1. 地波传播

    低频信号，沿地球表面传播。如广播。

2. 天波传播

    较高频信号，利用电离层的反射传播。

3. 视线传播

    高频信号，点对点直线传播，中继传输。

第三节 信道与信道容量

一、信道分类与模型

狭义信道：信道传输介质

广义信道：信号传输介质和通信系统的一些变换装置。

1. 调制信道：信号从调制器的输出端传输到解调器的输入端经过的部分。

2. 编码信道：数字信号由编码器输出端传输到译码器输入端经过的部分。

二、信道传输特性

1. 恒参信道：各种有线信道和部分无线信道，传输特性变化小、缓慢，如微波视线传播链路和卫星链路等。

    1）对信号幅值产生固定的衰减；

    2）对信号输出产生固定的时延。

2. 随参信道：传输特性随时间随机快速变化。

    1）信号的传输衰减随时间随机变化；

    2）信号的传输时延随时间随机变化；

    3）存在多径传播现象。

三、信道容量

信道容量是指信道无差错传输信息的最大平均信息速率。

1. 连续信道容量

    理想无噪声信道的信道容量，奈奎斯特公式：

    ：带宽

    ：信号码源的状态数

    有噪声连续信道的信道容量，:

    ：信号的功率

    ：噪声的功率

    ：信噪比

    【例题】已知某信道带宽为8kHz，信噪比为30dB，试求该信道的信道容量C。

    【答案】约80kbps。

    【解析】用分贝（dB）作为度量单位时：

        本题中也就是：

        则，代入香农公式得：

2. 离散信道容量

第四节 基带传输

一、基带传输基本概念

模拟基带信号：模拟信源发出的原始电信号。

数字基带信号：数字信源发出的基带信号。

模拟基带信号可以通过信源编码转换为数字基带信号。

基带传输：直接在信道中传送基带信号。

数字基带传输系统：

二、数字基带传输编码

信号码型：

    1. 单机不归零码

    2. 双击不归零码

    3. 单机归零码

    4. 双击归零码

    5. 差分码（1. 如果信号是1的话，前一个是0电平，那么1就是正电平；若前一个是1的话就产生跳变，前一个1为正电平，后一个1就0电平；2. 如果信号是0的话就和前面保持一致）

基带传输码型：

    1. AMI码——信号交替反转码

        零电平编码二进制信息0，二进制信息1（传号）则交替用正电平和负电平表示。

        （1信号交替，如第一个1是正电平，即使中间是0，第二个1就为负电平）

    2. 双相码——曼彻斯特码

        正（高）电平跳到负（低）电平表示1，负电平跳到正电平表示0.

    3. 米勒码

    4. CMI码

    5. nBmB码

    6. nBmT码

    【例题】用双相码和差分双相码对进行编码。

    【答案】双相码：1（正到负），0（负到正）

    差分双相码：1（起始跳变），0（起始无跳变）

第五节 频带传输

一、频带传输基本概念

1. 数字调制

    利用数字基带信号控制载波信号的某些特征参量，使载波信号的这些参量的变化反映数字基带信号的信息，进而将数字基带信号变换为数字通带信号的过程。

2. 键控法

利用两种不同的幅值、频率或相位来分别表示0或1。

二、频带传输中的三种调制方式

1. 二进制数字调制

    1）二进制键控

    2）二进制键控

    3）二进制键控

    4）二进制键控

2. 多进制数字调制

3. 正交幅值调制QAM

二进制键控：载波信号幅值随基带信号变化

二进制键控：随基带信号变化而选择不同频率载波信号，1：选取高频率的载波   0：选取低频率的载波

二进制键控：载波信号相位随基带信号变化，1：相位变化   0：相位不变

二进制键控：基带信号控制相邻码元载波相对相位是否变化，1：相对相位改变    0：相对相位不变（相位是相对于前一组信号）

第六节 物理层接口规程

一、物理层接口概述

物理层接口的四大特性，分别为机械特性、电气特性、功能特性以及规程特性。

物理层接口规范定义DTE和DCE之间的接口特性。

：数据终端设备

：数据电路端设备

二、物理层接口特性

1. 机械特性

    通信实体间硬件连接接口的机械特点。

2. 电气特性

    在物理连接上，导线的电气连接及有关电路的特性。

3. 功能特性

    物理接口各条信号线的用途

4. 规程特性

    通信协议，指明利用接口传输比特流的全过程，以及各项用于传输的事件发生的合法顺序。

小结

本文主要介绍了物理层功能、数据通信概念及系统模型、物理介质、信道与信道容量、基带传输、频带传输、物理接口规程等内容。

回顾：

1. 信道容量；

2. 基带传输编码；

3. 频带传输与调制技术。