漫谈数据通信

漫谈数据通信段九州信息工程大学电子技术学院第一讲通信经典理论与技术3一、信息论的创立•早期：20年代Nyquist和Hartley开始研究通信系统传输信息的能力，研究度量信息容量的办法•1948年和1949年，Shannon接连发表：1.Amathematicaltheoryofcommunication.2.Communicationinthepresenceofnoise.此两篇著述奠定了信息论的基础。4信息论研究范畴•信源与信道特性:信息量,信道容量…•噪声理论：有噪时的信道容量，速率…•信号滤波与预测：匹配滤波，错情预测…•调制与信息处理：调制理论，频带压缩…•广义的信息论还包括:自动控制、模式识别、生物学、心理学等内容5二、信号分析理论•时域：卷积/相关函数；冲激/阶跃响应优点——直观，容易观察•频域：富里叶变换优点——物理概念清楚•复频域：拉普拉斯变换优点——解决具体问题更方便6例：线性系统的分析线性系统vivo(t)(t)H(f)h(t)OV(f)(f)Vi7线性系统的分析•当时域输入vi(t)为单位冲激函数：则输出为Vo(f)=Vi(f)H(f)=H(f)•利用冲激分析系统的输出信号和系统特性更方便。8富氏变换与频域分析•对非周期信号，用富氏变换分析信号的频谱函数；•对周期信号，用富氏变换的特例——富氏级数分析信号的频率成分；9例：一个周期性方波序列的频谱ωVn?Aτ2π/τ4π/τ-2π/τ-4π/τ-6π/τ6π/τωO10-2-1.5-1-0.500.511.52-0.200.20.40.60.811.2n=1n=0x(t)11•信号分析理论使人们从时域和频域两个方面加深了对信号的理解，它为以后通信技术的发展乃至整个信息技术的发展奠定了理论基础。12三、调制解调技术•幅度调制——AM、DSB、SSB、VSB•角度调制——FM、PM•由上述演变出数字调制：——ASK、FSK、PSK131、幅度调制特点•AM：用调制信号去改变载波的幅度——电路简单，容易用分离元件实现——标准幅度调制以后的带宽为调制信号带宽的2倍——抑制掉载波，形成DSB—节约发射功率，减少对强放管的功率要求——去掉一个边带，形成SSB以减少带宽142、角度调制的特点•FM：用调制信号改变载波的频率•PM：用调制信号改变载波的相位——角度调制波的幅度恒定，有利于放大后限幅处理，有利于干扰的滤除——PM的带宽与调制信号的最高频率成正比关系，同样情况下比FM的带宽大1500.10.20.30.40.50.60.70.80.91-101AM/FM/PM波形比较S(t)00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-202AM00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-101FM00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-101PMt163、数字调制•数字调制：用数字信号作为调制信号，载波仍为正弦波；•已调波属于模拟信号；•带宽计算原则与模拟调制相同；•数字调制后的带宽大于模拟调制的带宽；•三种调制：数字调幅ASK(AmplitudeShiftKeying)数字调频FSK(FrequencyShiftKeying)数字调相PSK(PhaseShiftKeying)17二进制数字调幅ASKt101118二进制数字调频FSK信码t1110010t0001101反相信码000载频fi1输出载频fi2输出tt0t0t0t0载频输出fO1合路后输出f0载频输出f020019二进制数字调相PSKt101120ASK信号FSK信号PSK信号基带信号g(t)1100214、PCM•脉冲编码调制PCM是A/D转换技术•PCM的过程是抽样、量化、编码•PCM已经成为应用最广泛的信源处理技术•从抽样到量化，完成A/D转换过程22tooTs(a)(b)信号幅值量化幅值76543217654321t23从量化到编码=多进制到二进制t000001010011100110111111110101101to(b)量化幅值765432124•调制技术使人们找到了利用各种不同的信道传送各种不同形式的信号的方法。25第二讲数据通信26一、数据通信的研究内容1.数据传输研究信号形式与信道之间匹配和适应的问题，以及各种传输设备。2.通信接口介绍接口的功能、过程、电气和机械特性，涉及到怎样把发端的信号变换为适合于信道传输的形式，以及通信的协议等。3.信道涉及各种信道的工作特点等内容4.通信处理包括检错和纠错、格式化、速度变换、编码变换、流控等内容。27一、数据通信的研究内容（续）5.交换对于网络通信，要涉及到有关交换和路由等内容。6.多路复用为了提高通信线路的利用率，需要研究多路复用的问题。7.同步研究收发双方相互“协调一致”，以便正确接收的问题。8.质量指标数据通信主要有速率和差错率等质量指标。28二、由计算机网络谈数据通信从计算机网络的定义看◆以实现远程通信为目的，一些互连的、独立的计算机集合。◆按照网络协议，以共享资源为目的，将地理上分散且独立的计算机互连的集合。◆计算机网络是通信子网和资源子网的有机结合：节点上的通信处理机和它们之间互连的通信线路构成通信子网;通过通信子网互联的主机向网络用户提供所享的硬、软件资源,构成了资源子网。29建立计算机网络的根本目的在于实现数据通信和资源共享。数据通信技术是实现计算机网络功能的基础。30二、从网络体系结构看通信通信技术是计算机网络的基础技术。一个计算机网络是由若干个利用通信传输介质互连的节点组成的。这些节点之间要实现数据传输，需要遵守一些事先约定的规则，即网络协议(Protocol）。为了简化协议的复杂度，往往要把协议分成若干层（Layer）。31网络协议的分层通信网络协议一般是按功能进行分级（LEVEL）或分层（LAYER），最低层为传输介质层或称物理层。层与层之间有规定的接口，下层为上层提供服务。物理介质层接口层协议层协议和接口32ISO的OSI为了使网络协议具有互连性、互操作性和可移植性，国际标准化组织ISO会同原国际电报电话咨询委员会CCITT，发布了开放系统互连参考模型OSI/RM,定义了七层框架协议。协议分层的好处：可以使网络的低层通信为应用程序提供方便的高层接口。33数据通信在计算机网络中所起的作用，相当于OSI模型中低三层的作用。它是解决模型中如何实现通信子网功能的一门技术。应用层表示层会话层网络层数据链路层物理层传输层面向信息处理的层次面向通信的层次面向端机层次面向通信子网的层次传输层在OSI参考模型中的地位34三、数据通信的研究内容数字终端数字交换信源编码多路复用通信接口基带传输频带传输差错控制同步技术数字传输电路交换报文交换分组交换35数据通信的地位在现代网络技术中，计算机网络的支撑平台是通信子网，数据通信正是研究通信子网如何正常工作的技术。