【正文】 《數(shù)據(jù)通信原理》復習資料授課老師：凌建華復習資料說明： 復習資料主要講解《數(shù)據(jù)通信原理》第二、三、四章的內(nèi)容。其它章節(jié)的考點，學員可以參照《綜合練習習題與解答》中的習題進行復習，其中打“*”號的作業(yè)題為重點。 標有 “%”的內(nèi)容為重點內(nèi)容 在復習資料中，部分知識點與《綜合練習習題與解答》中的習題相對應。請學員們在復習時要注意結(jié)合起來。第二章 概論 第二節(jié) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠端的數(shù)據(jù)終端設備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成 （參見教材P39圖21）%（要求能畫出這個圖） 典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成： 數(shù)據(jù)終端設備 數(shù)據(jù)電路 中央計算機系統(tǒng) 數(shù)據(jù)終端設備（DTE）數(shù)據(jù)輸入、輸出設備——數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)信號傳輸控制器——主要執(zhí)行與通信網(wǎng)絡之間的通信過程控制（即傳輸控制），包括差錯控制、終端的接續(xù)控制、傳輸順序控制和切斷控制等（完成這些控制要遵照通信協(xié)議）。數(shù)據(jù)電路傳輸信道——為數(shù)據(jù)通信提供傳輸通道數(shù)據(jù)電路終接設備（DCE）（《綜合練習習題與解答》簡答題第2題）——是DTE與傳輸信道之間的接口設備，其主要作用是將來自DTE的數(shù)據(jù)信號進行變換，使之適合信道傳輸。 當傳輸信道為模擬信道時，DCE是調(diào)制解調(diào)器（MODEM），發(fā)送方將DTE送來的數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制，將其頻帶搬移到話音頻帶上（同時變成模擬信號）再送往信道上傳，收端進行相反的變換。當傳輸信道是數(shù)字信道時，DCE是數(shù)字接口適配器，其中包含數(shù)據(jù)服務單元與信道服務單元。前者執(zhí)行碼型和電平轉(zhuǎn)換、定時、信號再生和同步等功能；后者則執(zhí)行信道均衡、信號整形等功能。中央計算機系統(tǒng)主機——進行數(shù)據(jù)處理通信控制器（又稱前置處理機）——用于管理與數(shù)據(jù)終端相連接的所有通信線路, 其作用與傳輸控制器相同。l 數(shù)據(jù)電路與數(shù)據(jù)鏈路的關(guān)系——數(shù)據(jù)鏈路由數(shù)據(jù)電路及兩端的傳輸控制器組成。l 只有建立了數(shù)據(jù)鏈路通信雙方才能有效、可靠地進行數(shù)據(jù)通信。 第三節(jié) 傳輸代碼常用的傳輸代碼有：國際5號碼IA5（7單位代碼）——ASCII碼（常在后面加1位奇偶校驗碼） 國際電報2號碼ITA2（5單位代碼） EBCDIC碼（8單位代碼）信息交換用漢字代碼（7單位代碼） 第四節(jié) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標一、 工作速率——衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通信能力1．調(diào)制速率（又稱符號速率或碼元速率）（或） 定義——每秒傳輸信號碼元的個數(shù)，單位為波特（）。公式： （為符號間隔） [注：《數(shù)據(jù)通信原理》中習慣用表示符號間隔；而在《數(shù)字通信原理》中的 則為抽樣周期。請不要混淆。]2．數(shù)據(jù)傳信速率（簡稱傳信率）（或）（《綜合練習習題與解答》計算題第1題）%定義——每秒傳輸?shù)男畔⒘浚幢忍貍€數(shù)或二進制碼元的個數(shù)），單位為bit／s等。l 數(shù)據(jù)傳信速率與調(diào)制速率之間的關(guān)系為 例：設信號碼元時間長度為，當采用4電平傳輸時，求數(shù)據(jù)傳信速率和調(diào)制速率。解：調(diào)制速率為 數(shù)據(jù)傳信速率為 3．數(shù)據(jù)傳送速率 定義——單位時間內(nèi)在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的相應設備之間實際傳送的平均數(shù)據(jù)量，又稱有效數(shù)據(jù)傳輸速率。單位為比特／秒（bit／s）、字符／秒或碼組／秒。l 實際的有效數(shù)據(jù)傳送速率是小于數(shù)據(jù)傳信速率的。二、有效性指標——頻帶利用率定義——＝系統(tǒng)的傳輸速率／系統(tǒng)的頻帶寬度（） （23） 即 三、 可靠性指標——傳輸?shù)牟铄e率常用的有誤碼率、誤字符率、誤碼組率等。它們的定義分別為： 誤碼率＝接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)／總的發(fā)送比特數(shù) （21）誤字符（碼組）率=接收出現(xiàn)差錯的字符（碼組）數(shù)／總的發(fā)送字符（碼組）數(shù) （22）例：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制速率為1200，采用8電平傳輸，假設100秒誤了1個比特，①求誤碼率。②設系統(tǒng)的帶寬為600Hz,求頻帶利用率為多少。解：①數(shù)據(jù)傳信速率為 誤碼率＝接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)／總的發(fā)送比特數(shù) ② 第五節(jié) 數(shù)據(jù)傳輸方式一、 并行傳輸與串行傳輸（按代碼傳輸?shù)捻樞蚍郑┎⑿袀鬏敻拍睢⑿袀鬏斨傅氖菙?shù)據(jù)以成組的方式，在多條并行信道上同時進行傳輸。優(yōu)缺點 優(yōu)點——不需要額外的措施來實現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步。缺點——必須有多條并行信道，成本比較高，不適宜遠距離傳輸。適用場合——計算機等設備內(nèi)部或兩個設備之間距離比較近時的外線上采用。串行傳輸概念——串行傳輸指的是組成字符的若干位二進制碼排列成數(shù)據(jù)流以串行的方式在一條信道上傳輸。優(yōu)缺點 優(yōu)點——只需要一條傳輸信道，易于實現(xiàn)。缺點——要采取措施實現(xiàn)字符同步。適用場合——是目前外線上主要采用的一種傳輸方式。二、異步傳輸和同步傳輸（按同步方式分）（《綜合練習習題與解答》簡答題第3題）異步傳輸概念——異步傳輸方式一般以字符為單位傳輸，每個字符的起始時刻可以是任意的。為了正確地區(qū)分一個個字符，不論字符所采用的代碼為多少位，在發(fā)送每一個字符時，都要在前面加上一個起始位，長度為一個碼元長度，極性為“0”，表示一個字符的開始；后面加上一個終止位，長度為1，1．5或2個碼元長度，極性為“1”，表示一個字符的結(jié)束。 參見教材P46圖26（a）以國際5號碼為例：1 1∽2 （起始位）（信息碼） (終止位）優(yōu)缺點 優(yōu)點——實現(xiàn)字符同步比較簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不需要嚴格同步。 缺點——對每個字符都需加入起始位和終止位，因而信息傳輸效率低。例：如字符采用國際5號碼，終止位為1位，并采用1位奇偶校驗位，求傳輸效率。解：傳輸效率為7／（7＋1＋1＋1）＝70％。同步傳輸概念——同步傳輸是以固定的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的，因此在一個串行數(shù)據(jù)流中，各信號碼元之間的相對位置是固定的（即同步）。優(yōu)缺點 優(yōu)點——傳輸效率較高。 缺點——接收方為了從接收到的數(shù)據(jù)流中正確地區(qū)分一個個信號碼元，必須建立準確的時鐘同步等，實現(xiàn)起來比較復雜。三、單工、半雙工和全雙工傳輸（按數(shù)據(jù)電路的傳輸能力分） 單工傳輸——傳輸系統(tǒng)的兩端數(shù)據(jù)只能沿單一方向發(fā)送和接收。 半雙工傳輸——系統(tǒng)兩端可以在兩個方向上進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，但兩個方向的傳輸不能同時進行，當其中一端發(fā)送時，另一端只能接收，反之亦然。 全雙工傳輸——系統(tǒng)兩端可以在兩個方向上同時進行數(shù)據(jù)傳輸，即兩端都可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 參見教材P46圖27第三章 數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)谝还?jié) 數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)幕靖拍钜弧?shù)據(jù)信號及特性描述 數(shù)據(jù)序列的電信號表示 參見教材P48 圖31 （注：圖（f）中的差分信號是“1”——電平改變，“0”——電平不變，其規(guī)則也可以相反。）例1：已知二進制數(shù)據(jù)序列為1010110，以矩形脈沖為例，畫出雙極性歸零信號的波形圖（設τ=T/2）。解： 例2：已知二進制數(shù)據(jù)序列為1100101，以矩形脈沖為例，畫出差分信號的波形圖（假設“1”——電平改變，“0”—— 電平不變；初始電平為0）解： 二、傳輸信道及數(shù)據(jù)信號的基本傳輸方法 基帶傳輸 頻帶傳輸（或稱調(diào)制傳輸） 數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸三、信道容量（《綜合練習習題與解答》計算題第2題）%定義——指信道在單位時間內(nèi)所能傳送的最大信息量，即指信道的最大傳信速率。模擬信道的信道容量 模擬信道的信道容量可以根據(jù)香農(nóng)（Shannon）定理來計算。香農(nóng)定理指出：在信號平均功率受限的加性高斯白噪聲信道中，信道的極限信息傳輸速率即信道容量為 （bit/s） （37）式中，為信道帶寬，信號功率與噪聲功率之比。l 加性高斯白噪聲（噪聲的相關(guān)內(nèi)容可參見本書第一章）高斯噪聲——噪聲的任意n維概率密度函數(shù)都服從高斯分布（正態(tài)分布）白噪聲——噪聲的功率譜密度在整個頻率范圍內(nèi)均為常數(shù)。高斯白噪聲——當噪聲既是高斯噪聲，又是白噪聲則稱為高斯白噪聲。加性噪聲——可直接疊加（相加）在信號上。l 例1：有一個經(jīng)調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)信號的電話網(wǎng)信道，該信道帶寬為，信道噪聲為加性高斯白噪聲，其信噪比為，求該信道的信道容量。解： 例2：，其信號噪聲功率比為30，求此模擬信道的帶寬為多少？解： 數(shù)字信道的信道容量根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）準則，帶寬為的信道所能傳送的信號最高碼元