1數據通信與計算機網絡

（第4版）

1數據通信與計算機網絡

（第4版）

2數據通信與計算機網絡

第2章數據通信基礎知識2數據通信與計算機網絡

第2章數據通信基礎知識3第2章數據通信基礎知識教學目的通過本章學習，要求掌握數據通信的必備知識和常用術語學習內容信息、數據和信號傳輸方式和傳輸速率傳輸損傷和傳輸質量通信編碼傳輸信道及傳輸媒體3第2章數據通信基礎知識教學目的學習內容4第2

章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.2傳輸方式和傳輸速率2.3傳輸損傷和傳輸質量2.4通信編碼2.5傳輸信道及傳輸媒體4第2章：內容提綱2.1信息、數據和信號52.1

信息、數據和信號

2.1.1信息在通信科學建立初期，對信息并沒有公認、完整、統一的定義。1975年有人曾對信息的定義做過統計，共有39種。通信是在源點與終點之間傳遞信息。信息和消息是兩個不同概念的名詞。消息是指能向人們表達客觀物質運動和主觀思維活動的文字、符號、數據、語音和圖像等。它具有兩個特點為：①能被通信雙方所理解；②可以相互傳遞。信息是指包含在消息中對通信者有意義的內容。消息是信息的載體，消息中可能包含有信息。52.1信息、數據和信號

2.1.1信息在通信科學62.1.1信息(續1)如何衡量消息中所包含的信息呢？消息中包含信息量與接收者在收到此消息前對某事件存在的不確定性有關。1948年，香農在《通信的數學理論》論文中給出了關于信息的度量公式，他把信息定義為熵的減少，即“用來消除不確定性的東西”。根據香農理論，一條消息包含信息的多少稱為信息量。信息量的大小與消息所描述事件的出現概率有關。如消息表示的事件是必然事件(概率為1)，則該消息不含有任何信息量；如消息表示的事件根本不可能發生(概率為0)，則該消息含有無窮的信息量。62.1.1信息(續1)如何衡量消息中所包含的信息呢？72.1.1信息(續2)香農規定，一條消息所荷載的信息量等于它所表示的事件發生的概率P的倒數的對數。(2-1)對于一條含有m個符號的消息，每個符號出現的概率不同。當m很大，若第i個符號出現的概率為Pi，共出現了n次，則它具有的信息量是72.1.1信息(續2)香農規定，一條消息所荷載的信息82.1.1信息(續3)整條消息所具有的信息量是所有這樣的信息量在不同的i值時之總和。(2-2)每個符號包含的平均信息量是(2-3)平均信息量是每個符號所含信息量的統計平均值，其單位為比特/符號。平均信息量又稱為熵。82.1.1信息(續3)整條消息所具有的信息量是所有這92.1.2數據數據是對某一事實的不經解釋并賦予一定含義的數字、字母、文字等符號及其組合的原始表達。是消息的一種表示形式，是傳達某種意義或信息的實體。當信息被表示為數據時，數據中就包含了信息。因此，信息可以通過解釋數據來產生。信息強調“處理”和“使用”兩個方面，尤其是“使用”。一份資料在使用之前其中的內容隸屬于數制范疇，僅當它被使用之后才轉化為信息。數據分為模擬數據和數字數據。模擬數據在一段時間內具有連續的值(如聲音等)，而數字數據則具有離散的值(如文本等)。92.1.2數據數據是對某一事實的不經解釋并賦予一定含102.1.3信號1、信號的分類信號是數據的具體表示形式。目前常用的是電信號。對數據通信有用的幾種分類：

⑴連續信號與離散信號

⑵隨機信號與確定信號

⑶周期信號與非周期信號

⑷模擬信號與數字信號102.1.3信號1、信號的分類112.1.3信號(續1)2、信號的特性信號的特性表現在時間特性和頻率特性兩個方面。時間特性主要指信號隨時間變化的特性。信號隨時間變化的表現包含了信號的全部信息量。頻率特性是指信號可用頻譜函數來表示的特性。頻譜函數表征信號的各頻率成分，以及各頻率成分的振幅和相位。112.1.3信號(續1)2、信號的特性122.1.3信號(續2)在分析通信系統時，把輸入信號稱為激勵，輸出信號稱為響應。通信系統的功能和特性是通過怎樣的激勵而產生怎樣的響應來體現的。信號分析的兩種方法：時域分析法是利用信號的時間特性，把激勵和響應看成是時間函數的分析方法。頻域分析法是利用信號的頻率特性，把激勵和響應經過傅立葉變換，將時間變量變換為頻率變量進行分析的分析方法。122.1.3信號(續2)在分析通信系統時，把輸入信號132.1.3信號(續3)3、信號的帶寬絕對帶寬B——指信號頻譜正頻譜非零部分所對應的頻率范圍。零點帶寬——指信號在0～的頻率范圍。fbP(f)f0-fbBP(f)f0

fb132.1.3信號(續3)3、信號的帶寬fbP(f)f142.1.3信號(續4)百分比帶寬——指在給定頻率范圍0～內，信號功率占總功率的比值為%，定義0～為百分比帶寬。通常取%為90%、96%和99%等。半功率帶寬——設信號頻譜在處為最大值，而，且，定義～的頻率范圍為半功率帶寬。注意：信號的帶寬與傳輸系統的帶寬是兩個概念。傳輸系統的帶寬通常是指系統的頻率響應曲線保持在中心處取值的0.707倍以內的頻率區間。142.1.3信號(續4)百分比帶寬——指在給定頻率范152.1.3信號(續3)4、數據與信號通信系統中的電信號有模擬信號和數字信號，而數據又有模擬數據和數字數據。無論是模擬數據還是數字數據都能編碼成模擬信號或數字信號。選擇何種編碼方式取決于需滿足的要求和可能提供的傳輸媒體和通信設施。數據和信號的四種組合：

(1)數字數據，數字信號(如0/1→一個/另一個電平)(2)數字數據，模擬信號(如ASK、FSK和PSK)(3)模擬數據，數字信號(如話音信號的PCM調制)(4)模擬數據，模擬信號(如AM、FM和PM)152.1.3信號(續3)4、數據與信號16第2

章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.2傳輸方式和傳輸速率2.3傳輸損傷和傳輸質量2.4通信編碼2.5傳輸信道及傳輸媒體16第2章：內容提綱2.1信息、數據和信號172.2

傳輸方式和傳輸速率

2.2.1

傳輸方式1、基帶傳輸和頻帶傳輸按照傳輸系統在傳輸數據信號過程中是否搬移其頻譜，傳輸方式可分兩類：基帶傳輸指不搬移信號頻譜的傳輸體制。頻帶傳輸指利用調制解調器搬移信號頻譜的傳輸體制。搬移頻譜的目的是為了適應信道的頻率特性。172.2傳輸方式和傳輸速率

2.2.1傳輸方式1、182.2.1

傳輸方式(續1)2、串行傳輸和并行傳輸按照傳輸數據的時空順序，傳輸方式可分為兩類：串行傳輸指數據在一個信道上按位依次傳輸的方式。其特點是：①所需線路數少，投資省，線路利用率高；②在發送和接收端需要分別進行并/串和串/并轉換；③收發之間必須實施同步。適用于遠距離數據傳輸。

并行傳輸指數據在多個信道上同時傳輸的方式。其特點是：①在終端裝置和線路之間不需要對傳輸代碼作時序變換；②需要n條信道的傳輸設施，故其成本較高。適用于要求傳輸速率高的短距離數據傳輸。

182.2.1傳輸方式(續1)2、串行傳輸和并行傳輸192.2.1

傳輸方式(續2)串行傳輸

接收端

發送端01001010并/串轉換串/并轉換01001100并行傳輸發送端接收端192.2.1傳輸方式(續2)串行傳輸接發01001202.2.1

傳輸方式(續3)3、異步傳輸和同步傳輸按照發/收兩端實現同步的方法，傳輸方式可分為兩類：異步傳輸被傳送的每一個字符一般都附加有1個起始位和1個停止位，起始位與停止位的極性不同。為了保證正確接收，利用一個頻率為傳輸比特率的n(=16)倍的時鐘，在每一個比特周期的中心采樣。01010010起始位停止位線路空閑1個字符傳送方向202.2.1傳輸方式(續3)3、異步傳輸和同步傳輸01212.2.1

傳輸方式(續4)同步傳輸每一個字符使用起止位按位進行傳送，數據塊以幀作為整體傳輸，并做到：①發/收之間的位同步；②每一幀建立同步標志，建立幀同步。┅同步標志幀信息傳送方向幀信息同步標志┅區別：異步傳輸的發送器的接收器的時鐘是不同步的，而同步傳輸兩者的時鐘是同步的。212.2.1傳輸方式(續4)同步傳輸每一個字符222.2.1

傳輸方式(續5)4、單工、半雙工和全雙工按照數據信號在信道上的傳送方向與時間的關系，傳輸方式可分為三類：單工指兩個站之間只能沿一個指定的方向傳送數據信號。半雙工指兩個站之間可以在兩個方向上傳送數據信號，但不能同時進行。又稱“雙向交替”模式。發/收之間的轉向時間為20～50ms。全雙工指兩個站之間可以在兩個方向上同時傳送數據信號。222.2.1傳輸方式(續5)4、單工、半雙工和全雙工232.2.1

傳輸方式(續6)單工、半雙工和全雙工

(a)單工(b)半雙工(c)全雙工A站A站A站B站B站B站232.2.1傳輸方式(續6)單工、半雙工和全雙工242.2.2

傳輸速率傳輸速率指單位時間內傳送的信息量，是衡量數據通信系統傳輸能力的一個重要指標。常用的傳輸速率有兩種：調制速率(或波特率、碼元速率)指單位時間內調制信號波形的變換次數。其單位是波特。數據信號速率(或傳信率、比特率)指單位時間內通過信道的信息量。其單位是比特/秒。(b/s)(Baud)(2-7)(2-8)242.2.2傳輸速率傳輸速率指單位時間內傳送的252.2.2

傳輸速率(續1)注意：

(1)上式中，m為并行傳輸的通路數；Ti為第

i

路單位調制信號波的時間長度(秒)；Ni為第i路調制信號波的狀態數。

(2)常用的數據信號速率的單位還有

1kb/s＝1000b/s，1Mb/s＝1000kb/s，

1Gb/s＝1000Mb/s，1Tb/s＝1000Gb/s。調制速率與數據信號速率的關系：

252.2.2傳輸速率(續1)注意：262.2.3頻帶利用率頻帶利用率指單位傳輸帶寬所能實現的傳輸速率。頻帶利用率是描述數據傳輸速率與帶寬之間關系的一個指標。在衡量數據通信系統的效率時，既要考慮到傳輸速率，又要考慮到傳輸信號所占用頻帶寬度。因此，真正衡量數據傳輸系統信息傳輸效率的是頻帶利用率。(Bd/Hz)(bps/Hz)或(2-9)262.2.3頻帶利用率頻帶利用率指單位傳輸帶27第2

章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.2傳輸方式和傳輸速率2.3傳輸損傷和傳輸質量2.4通信編碼2.5傳輸信道及傳輸媒體27第2章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.3傳輸損傷和傳輸質量

2.3.1傳輸損傷數據信號在數據通信系統的端到端連接的每個環節都可能受到傷害，ITU稱之為傳輸損傷。并推薦用誤碼、抖動、漂移、滑動和時延來表示。誤碼(Error)。指信號在傳輸過程中碼元發生的差錯，即接收與發送數字信號的單個數字之間的差異。抖動(Jitter)。指碼元出現的時刻隨時間頻繁地變化，也就是各有效瞬間相對于理想時間位置的短時間偏移。漂移(Wander)。指碼元各有效瞬間相對于理想時間位置的長期緩慢偏移。282.3傳輸損傷和傳輸質量

2.3.1傳輸損傷數據2.3.1傳輸損傷(續1)滑動(Slip)。指一個信號序列在傳輸過程中，不可恢復地丟失或增加若干碼元。時延(Delay)。指信號的各有效瞬間相對于理想時間位置的滯后或推遲。傳輸損傷的成因：

⑴

源于外界環境干擾(溫、濕度，電氣和機械突發干擾)和設備內部的技術缺陷(時鐘提取、復接等，設備反常和調節不佳等)。⑵來自傳輸損傷之間的相互影響或轉化。292.3.1傳輸損傷(續1)滑動(Slip)。指一個信號2.3.1傳輸損傷(續2)各種傳輸損傷的產生來源及相互影響30時延中斷交換設備復接設備傳輸系統抖動誤碼滑動漂移幀失步時延失真丟失2.3.1傳輸損傷(續2)各種傳輸損傷的產生來源及相互312.3.2傳輸質量1、衰減與增益衰減當信號沿傳輸媒體傳播時，其部分能量轉換成熱能或被傳輸媒體所吸收，而導致信號強度不斷減弱的現象。（dB）注意：分貝是相對差別的度量。系統中某些點的功率電平可用絕對功率來表示，其單位是dBm。m表示以1mW為參考的功率單位。信號功率電平也可用相對于某個基準點的電平來表示，其單位是dBr。r表示相對的意思。312.3.2傳輸質量1、衰減與增益（dB）注意：分貝322.3.2傳輸質量(續1)2、失真信號通過傳輸系統時，其波形可能發生畸變的現象稱為失真。衰減失真(或振幅失真)由衰減隨頻率的變化而引起的失真。衰減失真來源于電纜及系統中的濾波器。相位失真(或群延時失真)由線路的相位-頻率特性的非線性或不同頻率分量的傳播速度不一致所引起的失真。上述失真對數據傳輸的主要影響是使得碼元信號波形展寬，從而引起碼間串擾現象。322.3.2傳輸質量(續1)2、失真332.3.2傳輸質量(續2)3、畸變數據信號畸變有兩種：規則畸變和不規則畸變。規則畸變信號波形按一定的法則有規律地發生代碼畸變。

⑴偏畸變正偏—使“1”時間伸長，而“0”時間縮短。負偏—使“1”時間縮短，而“0”時間伸長。

⑵特性畸變正特性畸變—使短“1”和短“0”兩者都伸長。負特性畸變—使短“1”和短“0”兩者都縮短。不規則畸變信號波形無規律地發生代碼畸變。引起信號波形畸變的主因是衰減和失真。332.3.2傳輸質量(續2)3、畸變342.3.2傳輸質量(續3)各種類型畸變的圖示342.3.2傳輸質量(續3)各種類型畸變的圖示352.3.2傳輸質量(續4)4、噪聲和干擾噪聲在數據信號的傳輸過程中，所引入的一些額外的非期望信號。噪聲有四種類型：

(1)熱噪聲由帶電粒子在導電媒體中的布朗運動引起的噪聲。在１Hz帶寬內，從熱噪聲源所得的噪聲功率稱為噪聲密度。

若認為噪聲與頻率無關，在系統帶寬(Hz)內，熱噪聲功率可表示為

(2-12)(W)(2-13)(dBW)(2-14)352.3.2傳輸質量(續4)4、噪聲和干擾若認為噪聲362.3.2傳輸質量(續5)(2)交調噪聲由多個不同頻率的輸入信號共用同一傳輸媒體，而引起輸入信號的頻率和或差，以及這些頻率的多倍數的組合的信號。交調噪聲源于通信系統的非線性。

(3)串音一條信號通路中的信號在另一條信號通路上產生的干擾信號。串音是由通信線路之間存在耦合現象所致。

(4)脈沖噪聲一種突發的振幅很大且持續時間很短，被耦合到信號通路中的非連續的尖峰脈沖引起的干擾信號。脈沖噪聲來源于各種自然的和人為的電火花。脈沖噪聲對話音通信的危害并不十分顯著，然而它卻是數據通信差錯的主要根源。362.3.2傳輸質量(續5)(2)交調噪聲372.3.2傳輸質量(續6)噪聲對數據信號傳輸的影響372.3.2傳輸質量(續6)噪聲對數據信號傳輸的影響2.3.2傳輸質量(續7)干擾⑴環境干擾

指大氣干擾(如雷電、電離層閃爍等)、城區人為干擾(如工業干擾、汽車干擾等)和非惡意的鄰道干擾等；⑵人為惡意干擾指帶有惡意或敵意的人為干擾。382.3.2傳輸質量(續7)干擾38392.3.2傳輸質量(續8)5、信噪比

信噪比SNR指信號通路某一點上的信號功率與混在信號中的噪聲功率之比值。用來描述信號在傳輸過程中受到噪聲影響的度量。(dB)(2-16)信噪比一般是在接收端測量。392.3.2傳輸質量(續8)5、信噪比(dB402.3.2傳輸質量(續9)6、誤碼率平均誤碼率指單位時間內接收到的出錯碼元數占總碼元數的比例。平均誤碼率與所選擇的測量時間的分布和長短有關。在日常維護測試中，ITU規定測試時間為15min。對于二進制傳輸而言，因碼元與比特等價，所以誤碼率又稱誤比特率。但多進制傳輸時，兩者不等。（2-17）402.3.2傳輸質量(續9)6、誤碼率平均誤碼率與所412.3.2傳輸質量(續10)誤碼秒平均時間百分數

ITU-T建議用一個相當長的時間(TL)內確定的平均誤碼率超過某一誤碼閾值(BERth)和各個時間間隔(T0)

的平均百分數來度量誤碼損傷的嚴重程度。其中，TL的建議值為一個月。若取T0=1s，BERth=0，當BER＞BERth時，則稱為誤碼秒。ITU要求誤碼秒平均時間百分數不得超過8%。若取T0=1s，BERth=1×10-3，當BER＞BERth時，則稱為嚴重誤碼秒。ITU要求嚴重誤碼秒平均時間百分數低于0.2%。412.3.2傳輸質量(續10)誤碼秒平均時間百分數42第2

章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.2傳輸方式和傳輸速率2.3傳輸損傷和傳輸質量2.4通信編碼2.5傳輸信道及傳輸媒體42第2章：內容提綱2.1信息、數據和信號432.4通信編碼通信編碼指數據通信系統的內部信息(二進制數)與各種圖形字符、操作控制字符以及識別報文組成和格式控制字符等的外部信息之間的對應關系所作的統一規定。常用的通信編碼：國際5號碼IA5(即ASCII碼，詳見表2-1)

、EBCDIC碼和國際電報2號碼ITA2。我國漢字編碼的國家標準是“信息交換用漢字編碼字符集(GB2312-80)”。漢字轉換成二進制編碼分“外碼”和“內碼”。漢字的內碼一般由兩個字節表示，把兩個字節的最高位b8置成1，以便區別于ASCⅡ碼。432.4通信編碼通信編碼指數據通信系統的內部44第2

章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.2傳輸方式和傳輸速率2.3傳輸損傷和傳輸質量2.4通信編碼2.5傳輸信道及傳輸媒體44第2章：內容提綱2.1信息、數據和信號452.5傳輸信道及傳輸媒體

2.5.1信道概述廣義信道指將傳輸媒體和完成各種形式的變換功能的設備都包含在內的信道。根據具體的研究對象和關心的問題，可定義不同類型的廣義信道。如調制信道、編碼信道等。狹義信道僅指傳輸信號的任何抽象或具體的通路。廣義信道（編碼信道）傳輸系統源點編碼器調制器載波機載波機解碼器解調器終點狹義信道廣義信道（調制信道）452.5傳輸信道及傳輸媒體

2.5.1信道概述廣462.5.1信道概述(續1)信道功能的兩面性：它既為信號提供傳輸通路，又對信號造成損害。這種損害具體反映在信號波形的衰減和畸變上，導致通信出現差錯現象。信道和電路是兩個不同的概念。信道用來表示某一個方向傳送信息的媒體，因此一條通信電路往往包含一條發送信道和一條接收信道。信道是電路的邏輯部件。462.5.1信道概述(續1)信道功能的兩面性：它既為信472.5.1信道概述(續2)信道的分類1、模擬信道和數字信道

按照信道上傳輸信號的類型，可分為模擬信道允許傳輸波形連續變化的模擬信號的信道。其傳輸特性可用等效的四端網絡傳輸函數來表示。模擬信道又可分為恒參信道和變參信道。其質量可用失真和輸出信噪比來描述。數字信道只允許傳輸離散取值的數字信號的信道。其質量可用差錯率和差錯序列的統計特性來描述。472.5.1信道概述(續2)信道的分類482.5.1信道概述(續3)2、單工、半雙工和全雙工信道按照信道上信號傳送方向與時間的關系分為：單工信道半雙工信道全雙工信道3、專(租)用信道和公用信道按照使用信道的方法分為：專用信道公用信道482.5.1信道概述(續3)2、單工、半雙工和全雙工信492.5.1信道概述(續4)4、有線信道和無線信道按照信道采用傳輸媒體的不同分為有線信道以有形的導向傳輸媒體(如雙絞線、同軸電纜、電力線、光纜)為傳輸媒體的信道。無線信道以非導向傳輸媒體(如宇宙空間)為傳輸媒體的信道。利用現有信道來實現數據傳輸是一種既經濟又可行的方案，但必須了解現有信道的特點，以及它對傳輸數據信號的影響和限制。492.5.1信道概述(續4)4、有線信道和無線信道502.5.2信道容量的計算1、模擬信道容量的計算對于給定的信道環境，傳輸速率與誤碼率有何關系？或者說，在一定的誤碼率條件下，傳輸速率是否存在一個極限值？信息論證明了這個極限值的存在，并稱其為信道容量。信道容量對于給定的信道環境，在傳輸差錯率(即誤碼率)趨近于零的情況下，單位時間內可以傳輸的信息量。或者信道容量是信道在單位時間里所能傳輸的最大速率。其單位是比特/秒(b/s)。502.5.2信道容量的計算1、模擬信道容量的計算512.5.2信道容量的計算香農定律指出：在信號平均功率受限的高斯白噪聲信道中，計算信道容量的理論公式為(2-19)(b/s)香農定律指出：式中，B是信道帶寬(單位為Hz)，S/N是平均信號噪聲功率比,S為信號功率，N為噪聲功率(指正態分布的加性高斯白噪聲)。高斯白噪聲在整個頻域具有均勻分布的功率譜密度及噪聲的概率密度函數服從高斯分布(正態分布)。512.5.2信道容量的計算香農定律指出：在信號平均功率522.5.2信道容量的計算(續1)香農公式的重要結論：⑴任何一條信道都有其信道容量。如信源的傳輸速率小于或等于信道容量，則理論上就存在一種編碼方法，使得進行無差錯傳輸。⑵信道容量與帶寬和信噪比有關。這意味著增加帶寬可以提高信道容量，從而改善通信質量。這就是常用的帶寬互換功率的方法。編碼和調制是實現帶寬與信噪比互換的手段。⑶如果B→∞，則信道容量并不會趨向于無限大，而是趨于常數。這里為單位頻帶內的噪聲功率。⑷如考慮到信道容量是傳輸的信息量與傳輸時間之比，則香農公式可改寫為。說明B和T之間也存在某種互換關系。

522.5.2信道容量的計算(續1)香農公式的重要結論：532.5.2信道容量的計算2、數字信道容量的計算奈奎斯特認為，即使是理想信道（無噪聲、無碼間干擾），它的傳輸能力也是有限的。對于一條有限帶寬、無噪聲的理想信道信道容量的計算公式此式表明，對于給定的帶寬可以通過增加信號取值的狀態數來提高信道容量。但這將會加重接收器的負擔。也即在每個信號碼元時間內，必須從M個可能的狀態中區分出一個來。同時，傳輸線上的噪聲和其他損傷也將會限制M的實際取值。(2-22)(b/s)532.5.2信道容量的計算2、數字信道容量的計算此式表542.5.3傳輸媒體傳輸媒體是指發送器與接收器之間的物理通路。可分兩大類：導向傳輸媒體和非導向傳輸媒體。導向傳輸媒體

指電磁波被導向沿著某一媒體傳播，包括雙絞線、同軸電纜、電力線和光纜。非導向傳輸媒體指電磁波在大氣層、外層空間或海洋中進行的無線傳播。包括短波傳輸、地面微波、衛星微波和光波傳輸等。542.5.3傳輸媒體傳輸媒體是指發送器與接收器之間的物552.5.3傳輸媒體(續1)電信領域使用的電磁波的頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛星地面微波調幅無線電調頻無線電海事無線電光纖電視(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移動無線電552.5.3傳輸媒體(續1)電信領域使用的電磁波的頻譜562.5.3傳輸媒體(續2)1、導向傳輸媒體⑴雙絞線把兩根具有絕緣保護層的銅導線按一定密度互樫絞纏在一起形成的線對。雙絞線的絞合密度、扭絞方向和絕緣材料直接影響著它的特性阻抗、衰減和近端串擾。通常把多根雙絞線再絞合成電纜狀。雙絞線既可用于模擬傳輸，也可用于數據傳輸。其通信距離一般為幾到十幾公里。商用建筑物電信布線標準EIA/TIA-568-A規定了用于室內傳送數據的無屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線的標準。常用3類線和5類線。其主要區別在于單位長度的絞合次數不同。562.5.3傳輸媒體(續2)1、導向傳輸媒體572.5.3傳輸媒體(續3)雙絞電纜的種類UTP無屏蔽雙絞纜 FTP屏蔽雙絞纜SFTP屏蔽金屬箔雙絞電纜 STP屏蔽雙絞電纜572.5.3傳輸媒體(續3)雙絞電纜的種類UTP582.5.3傳輸媒體(續4)雙絞線的的物理模型是平行輸線，它的傳輸特性可用一次參數(R、L、C和G)和二次參數(特性阻抗和始末端電壓或電流之比值)來表示。近端串擾(指線對間的耦合干擾)是衡量雙絞線性能的重要指標。無論是哪種類別的線，衰減都隨頻率的升高而增大。使用更粗的導線可以降低衰減，但卻增加了導線的價格和重量。使用更大的和更精確的絞合度，就可以獲得更高的帶寬。582.5.3傳輸媒體(續4)雙絞線的的物理模型是平行輸592.5.3傳輸媒體(續5)常用的絞合線的典型應用類別帶寬(MHz)典型應用316低速網絡，如模擬電話網420短距離的以太網，如10BASE-T510010BASE-T以太網某些100BASE-T快速以太網5E(超5類)100100BASE-T快速以太網某些1000BASE-T吉比特以太網62501000BASE-T吉比特以太網ATM網絡7600可用于10吉比特以太網592.5.3傳輸媒體(續5)常用的絞合線的典型應用類別602.5.3傳輸媒體(續6)⑵同軸電纜同軸電纜是一種對地不對稱的同軸管。由一個金屬園管(外導體)和一根位于金屬園管中心的導線(內導體)構成。內導體采用半硬銅線，外導體采用軟銅帶或鋁帶縱包而成。內外導體間用介質填充，介質可以是空氣或聚乙烯等塑料制成的絕緣材料。

同軸電纜具有壽命長、容量大、傳輸穩定、外界干擾小、維護方便等優點。

602.5.3傳輸媒體(續6)⑵同軸電纜612.5.3傳輸媒體(續7)同軸電纜的結構612.5.3傳輸媒體(續7)同軸電纜的結構622.5.3傳輸媒體(續8)同軸電纜的特性同軸電纜應用于較高頻率范圍時，它的一次參數和二次參數可近似計算。特性阻抗

衰減常數

傳輸速度

為內導體半徑，為外導體半徑，是介質的相對介電常數

622.5.3傳輸媒體(續8)同軸電纜的特性為內導體632.5.3傳輸媒體(續9)同軸電纜的分類有兩種：一種是按內、外導體尺寸a、b不同，分為中、小和微三種規格。另一種是按特性阻抗的不同，分為基帶同軸電纜(50Ω)和寬帶同軸電纜(75Ω)。前者用來傳送基帶信號，其距離可達1km，傳輸速率為10Mb/s。后者可作為有線電視的標準傳輸電纜，傳送頻分復用的寬帶信號。其信號頻率可高達300-400MHz，而距離可達100km。

在局域網發展初期曾廣泛地使用同軸電纜作為傳輸媒體。目前基本上都是采用雙絞線。同軸電纜主要用在有線電視網的居民小區。其帶寬取決于電纜的質量。632.5.3傳輸媒體(續9)同軸電纜的分類有兩種：一2.5.3傳輸媒體(續10)⑶電力線電力線是指輸送電能的電力線路。按結構形式的不同，輸電線路分架空輸電線路和電纜線路。前者則由線路桿塔和電力線組成。電力線通信的全稱是電力線載波通信，是指利用高壓電力線(指35kV及以上)、中壓電力線(指10kV)或低壓配電線(380/220V)作為信息傳輸媒體進行話音或數據傳輸的一種特殊通信方式。由于輸電線路有十分牢固的支撐結構，并架設3條以上的導體(3根導線及1或2根架空地線)，所以在輸送工頻電流的同時，也傳送載波信號，既經濟又可靠。642.5.3傳輸媒體(續10)⑶電力線642.5.3傳輸媒體(續11)電力線通信的特點是投資少、連接方便、傳輸速率高、安全性好和使用范圍廣。但目前還存在無法提供高質量的數據傳輸業務，以及可能發生一些不可預知的麻煩（如家庭電器產生的電磁波干擾）。隨著技術的進步，這些問題將會逐步得到解決。652.5.3傳輸媒體(續11)電力線通信的特點是投資少、連662.5.3傳輸媒體(續12)護套包層(d<125m)

纖芯(d=2-120m)

⑷光纜在通信領域，信息的傳輸速率相當于每10年提高100倍。光纖通信已成為現代通信技術中的一個十分重要的領域。光纖是一種新型的光波導。其結構一般是雙層或多層的同心園柱體，由纖芯、包層和護套組成。

662.5.3傳輸媒體(續12)護套包層(d<125m672.5.3傳輸媒體(續13)光線在光纖中的折射

纖芯（直徑只有2至120m（1m=10–6m）高折射率的媒體）

折射角入射角

包層（低折射率的媒體）包層纖芯由于纖芯折射率大于包層的折射率，使得折射角大于入射角。當入射角足夠大時，就會引起全反射，光線重新折回纖芯，從而不斷向前傳播。672.5.3傳輸媒體(續13)光線在光纖中的折射682.5.3傳輸媒體(續14)三種實用光纖多模突變光纖(又稱階躍光纖)指光纖的纖芯和包層的折射率沿光纖的徑向分布是均勻的，而在兩者的交界面上發生突變。此類光纖的帶寬較窄，適用于小容量短距離通信。多模漸變光纖指纖芯的折射率是其半徑r的函數n(r)，沿著徑向隨r的增加而逐漸減小，直到達到包層的折射率值為止，而包層內的折射率又是均勻的。此類光纖帶寬較寬，適用于中容量中距離通信。單模光纖指纖芯中僅傳輸一種最低模式的光波，由于纖芯直徑很小(通常為1～10μm)，制作工藝難度大。其折射率分布屬于突變型。單模光纖的帶寬極寬，適用于大容量遠距離通信。

682.5.3傳輸媒體(續14)三種實用光纖692.5.3傳輸媒體(續15)實用光纖的傳輸模式692.5.3傳輸媒體(續15)實用光纖的傳輸模式702.5.3傳輸媒體(續16)光纖通信系統的光源發光二極管LED

價格較低，工作溫度也較寬，使用壽命長。注入激光二極管發光效率高，可支持較高的傳輸速率。光纖的接收端采用光敏二極管。當遇到光照射時，它會產生一個電脈沖。由于光敏二極管的典型響應時間為1ns，因而限制傳輸速率在1Gb/s左右。702.5.3傳輸媒體(續16)光纖通信系統的光源712.5.3傳輸媒體(續17)影響光纖傳輸質量的因素損耗特性表示光能在光纖中傳輸所受到衰減程度。(dB/km)(3-12)光纖損耗分為固有損耗和非固有損耗。固有損耗指光纖材料的性質和微觀結構引起的吸收損耗和瑞利散射損耗。非固有損耗指雜質吸收、結構不規則引起的散射和彎曲幅射損耗等。712.5.3傳輸媒體(續17)影響光纖傳輸質量的因素(72光纖損耗與波長的關系2.5.3傳輸媒體(續18)在光纖通信中常用的三個波段的中心分別位于0.85，1.30和1.55m，這三個波段具有25000-30000GHz的帶寬。72光纖損耗與波長的關系2.5.3傳輸媒體(續18)在光732.5.3傳輸媒體(續19)光纖的頻帶特性頻帶特性直接影響傳輸波形的失真情況和傳輸容量。通常以兆赫千米(MHz·km)來表示。

頻帶特性與光纖傳光時的色散性能有關。光纖傳輸的模式理論指出：光能是由若干模式的電磁波傳送的，不同模式的電磁波在光纖中的傳送速度是不同的。傳送速度隨模式、波長或材料變化的性質稱為光纖的色散特性。色散有兩種：模間色散和模內色散。多模光纖中兩種色散都有，但以模間色散為主。單模光纖只存在模內色散。色散對傳輸質量的影響體現在傳輸波形的畸變(時延差和脈沖展寬)。光纖通信無中繼最大距離受傳輸損耗和時延失真的限制。732.5.3傳輸媒體(續19)光纖的頻帶特性742.5.3傳輸媒體(續20)光纖通信的優點：可供利用的頻帶寬，理論上為微波通信的104～105倍。

傳輸衰耗很小。在很寬的運用頻帶范圍內，因衰減與頻率無關，接收端無需采取均衡措施。防竊聽，保密性好。制造原料豐富，且用料極省。易施工和擴容。光纖通信的缺點：連接需用專用設備。目前光電接口較貴，但價格在逐年下降。742.5.3傳輸媒體(續20)光纖通信的優點：752.5.3傳輸媒體(續21)除上述三種導向傳輸媒體外，20世紀初曾采用架空明線(銅線和鋁線)。其優點是線路損耗低，架設簡單。缺點是對外界噪聲和干擾較敏感，易受自然條件影響和人為破壞。目前，許多國家都已停止使用，我國也只在農村或邊遠地區采用，市內明線已被雙絞電纜所取代，長途線路則讓位于同軸電纜或光纜。752.5.3傳輸媒體(續21)除上述三種導向傳輸媒體外762.5.3傳輸媒體(續22)2、無線傳輸導向傳輸媒體的不足：施工困難、路遠代價大，無動中通。利用自由空間的非導向傳輸媒體，是以自由空間為傳輸電磁波的手段，通常稱為“無線傳輸”。特別是移動通信方式適用于信息時代的通信需要。無線傳輸使用的工作頻段很廣，目前所用的有無線電、微波、紅外線以及可見光幾個頻段(見圖2-13)。762.5.3傳輸媒體(續22)2、無線傳輸772.5.3傳輸媒體(續23)⑴短波傳輸短波是指以波長為100m～10m(或頻率為3～30MHz)的電磁波。實用短波是1.5～30MHz。短波既可沿地球表面以地波形式傳播，也能依靠大氣層中的電離層反射，以天波的形式傳播。

電離層是離地面高度60～450km，受太陽紫外線和X射線作用而存在的由離子、自由電子和中性分子、原子組成的一個區域。據實測，電離層由環繞地球處于不同高度的四個導電層組成：D、E、F1和F2。對短波傳輸起主要作用的是F層，且選用夜間工作頻率低于白天的工作頻率。772.5.3傳輸媒體(續23)⑴短波傳輸782.5.3傳輸媒體(續24)電離層的構成782.5.3傳輸媒體(續24)電離層的構成792.5.3傳輸媒體(續25)衡量短波通信的主要指標是通信質量和可通率。通信質量可用信噪比和差錯率來表示。模擬通信用信噪比，而數字通信則用差錯率。可通率(又稱線路利用率)指通信線路接收端的信噪比高于可接受的最低信噪比的時間百分比。如何正確選擇短波通信頻率？在一定的電離層條件下，存在一個最高可用頻率MUF(指實際通信中能被電離層反射回地面的電波最高頻率)。(2-25)(＝0)(≠0)入射角臨界頻率792.5.3傳輸媒體(續25)衡量短波通信的主要指標是802.5.3傳輸媒體(續26)MUF是電波返回地面或剛穿出電離層的臨界值。考慮電離層結構的變化和保證長期穩定接收，實際選用的短波最佳工作頻率是FOT=(85%)MUF。此時可通率達90%。多徑傳播短波電波通過若干條路徑或者不同的傳播模式由發信點到達收信點的長度不同，而引起由發信點到達收信點的時間不同的現象。多徑時散指不同路徑的時延差。它與路徑長度、工作頻率、晝夜、季節等因素有關。802.5.3傳輸媒體(續26)MUF是電波返回地面或剛812.5.3傳輸媒體(續27)多徑時散對數據通信的影響主要體現在碼間干擾上。為了保證傳輸質量，往往采用限制數據傳輸速率的措施。引起多徑時散的幾種主要因素

812.5.3傳輸媒體(續27)多徑時散對數據通信的影響822.5.3傳輸媒體(續28)衰落指在短波傳輸過程中，收信電平出現忽高忽低隨機變化的現象。衰落按其持續時間的長短分為快衰落(信號起伏持續時間僅幾分之一秒)與慢衰落(持續時間可達一小時或更長)。除自由空間傳播損耗外，還有電離層吸收損耗、地面反射損耗和系統額外損耗等附加損耗。吸收損耗主要在D、E層，通常吸收損耗為6～25dB。地面反射損耗與地面狀況、電波入射角和工作頻率有關，工程計算常取一次地面反射，損耗為20dB。系統額外損耗是指一些尚未被人們完全認識和難以計算的損耗，常用統計方法得到。如中緯度地區系統額外損耗可取15～18dB。822.5.3傳輸媒體(續28)衰落指在短波傳輸過832.5.3傳輸媒體(續28)短波通信的主要缺點是傳輸最引人注意的是可靠性低、通信質量差。但值得注意的是進行遠距離通信僅需要不大的發射功率和適中的設備費用，且具有抗毀性強的中繼系統(指電離層)和較高的機動性，因而在軍事通信和移動通信中有著重要的實用價值。

832.5.3傳輸媒體(續28)短波通信的主要缺點是傳輸842.5.3傳輸媒體(續29)⑵地面微波微波指在對流層的視距范圍內，以波長為1m～1mm(或頻率為300MHz～300GHz)的電磁波進行信息傳輸的一種通信方式。842.5.3傳輸媒體(續29)⑵地面微波852.5.3傳輸媒體(續30)地面微波傳輸采用多路復用的工作方式，且工作于射頻的微波頻段(常用1～40GHz)。因受地形和天線高度的限制，兩通信站之間的距離一般在40～60km。遠距離通信則采用中繼方式。因此，多路復用、射頻工作和中繼接力是地面微波傳輸的三個最基本的工作特點。視距傳播的兩個中繼站天線之間的最大距離為(km)(2-26)K是折射引起的調整系數，經驗值為4/3852.5.3傳輸媒體(續30)地面微波傳輸采用多路復用862.5.3傳輸媒體(續31)自然環境對微波通信的影響⑴地形對電波傳播的影響⑵大氣對電波傳播的影響⑶傳播損耗和電波衰落862.5.3傳輸媒體(續31)自然環境對微波通信的影響872.5.3傳輸媒體(續32)地形對電波傳播的影響地形對微波傳播帶來的影響主要表現在電波的反射、繞射和地面散射等方面。反射的影響是指光滑地面或水面可將天線發射的部分信號能量反射到接收天線處，對主波信號產生干涉。繞射的影響是指地面障礙物（山峰、森林、建筑物等）可能阻擋一部分電波射線，使收信點的接收電平降低。地面散射通常呈亂反射狀，這對主波信號影響較小，可以忽略不計。872.5.3傳輸媒體(續32)地形對電波傳播的影響882.5.3傳輸媒體(續33)大氣對電波傳播的影響對流層是指地面以上大約10km范圍內的低空大氣層。對流層對電波傳播的影響，主要表現在氣體分子對電波的共振吸收、雨霧中水滴對電波的散射損耗，以及對流層結構的不均勻性使電波產生折射、反射、散射等現象，其中尤以大氣折射的影響最為顯著。882.5.3傳輸媒體(續33)大氣對電波傳播的影響892.5.3傳輸媒體(續34)不同大氣折射的電波傳播軌跡

892.5.3傳輸媒體(續34)不同大氣折射的電波傳播軌902.5.3傳輸媒體(續35)傳播損耗和電波衰落地面微波在對流層傳播，因受到對流、平流、湍流及雨、霧、雪等因素的影響，再加上少量的地面反射波，收信點的場強會產生隨機性的起伏變化，這種現象稱為衰落。引起衰落的原因是多方面的，但其主要原因還在于氣象條件的變化和地面效應的影響。其中包括：

①吸收衰耗。因為任何物質的分子都是由具有固有諧振頻率的帶電粒子組成的。

902.5.3傳輸媒體(續35)傳播損耗和電波衰落912.5.3傳輸媒體(續36)②雨霧引起的散射衰耗。雨霧中的水滴表面對電波的散射會引起散射衰耗。這種衰耗隨波長的縮短，雨霧量的增大而增加。③K型衰落。這是多徑傳播引起的干涉型衰落。其衰落深度隨時間而變化。K型衰落除地面效應外，大氣中有時會出現大氣折射率的突變層，從而使電波產生反射或散射，造成電波的多徑傳播。還有地面上空的溫度受晝夜、季節等影響也會周期性地構成大氣逆變層，出現超折射現象，此時也極易發生電波的多徑傳播。912.5.3傳輸媒體(續36)②雨霧引922.5.3傳輸媒體(續37)

④湍流引起的散射衰落。對流層中往往有一些具有不同溫度、濕度和壓強的空氣團(低空氣團的大小一般在60m以下)作無規則地漩渦運動，這就是大氣湍流。當電波穿過這些氣團時，因使其中的水分子受到激勵引起電波向四周散射，形成了散射衰落。這種衰落持續時間較短，一般不會中斷通信。為了對付上述衰落現象對微波通信帶來的影響，除了提高發射功率、增加天線高度及選擇有利地形等措施外，采用分集接收技術和抗衰落天線也是克服多徑衰落的最有效的方法。922.5.3傳輸媒體(續37)④湍流引起932.5.3傳輸媒體(續38)微波通信的優缺點優點：①頻帶寬、容量大。②受外界干擾小，可靠性和穩定性好。③易制成高增益、方向性強的天線，通信效果較好。④點-點通信，具有較大的靈活性。⑤投資省、見效快。

缺點：①中繼站選點較復雜，對施工、維護帶來不便。②易受自然環境的影響。③屬于暴露式通信，易被截獲竊聽，通信保密性差。932.5.3傳輸媒體(續38)微波通信的優缺點942.5.3傳輸媒體(續39)⑶衛星微波衛星通信是在地面微波中繼通信和空間技術基礎上發展起來的一種新的通信方式。因采用的是微波波段，俗稱衛星微波。目前衛星微波在多種通信領域得到了廣泛的應用。衛星通信的兩種方式：即發式通信和存儲式通信。衛星通信選擇工作頻段的因素：

①電波應能穿越電離層，盡可能減少傳播損耗和外加噪聲；②應有較寬的頻帶，以便增大通信容量；③盡量避免與其他通信業務間的干擾；

④充分利用和發揮現代通信與電子技術。942.5.3傳輸媒體(續39)⑶衛星微波2.5.3傳輸媒體(續40)衛星通信的工作頻段

應選擇在電波能穿越電離層的特高頻或微波頻段，它的最佳頻段范圍為1GHz～10GHz。ITU-T為衛星用戶分配的工作頻段見表2-3。衛星通信的特點①傳播時延長，從一個地球站經衛星到另一個地球站的電波傳播傳播時間約需240～280ms(一般取270ms)。②傳播損耗大，達200dB左右。③受大氣層的影響大。④“面覆蓋”式的傳播信道。952.5.3傳輸媒體(續40)衛星通信的工作頻段95962.5.3傳輸媒體(續40)地球同步衛星的配置

962.5.3傳輸媒體(續40)地球同步衛星的配置972.5.3傳輸媒體(續41)甚小孔徑地球站VSAT衛星通信領域的新發展是建立一種低成本的具有高度軟件控制功能的微型站VSAT。VSAT有兩個特點：①地球站通信設備結構緊湊牢固，全固態化，尺寸小、功耗低，安裝方便；②組網方式靈活多樣。目前已被廣泛應用于多種領域以及邊遠地區的通信。972.5.3傳輸媒體(續41)甚小孔徑地球站VSAT982.5.3傳輸媒體(續43)⑷光波傳輸紫外線、可見光和紅外線都屬于光波的范疇。光波的波長在3×102～60×104m

，頻率在3×1012～5×1016Hz，其電磁頻譜的分布情況見圖2-13。光波通信目前有三種分類：①按照光源特性的不同，分為激光通信和非激光通信。②按照傳輸媒體的不同，分為大氣激光通信和光纖通信。③按照傳輸波段的不同，光波通信分為可見光通信、紅外線(光)通信和紫外線(光)通信。982.5.3傳輸媒體(續43)⑷光波傳輸992.5.3傳輸媒體(續44)大氣激光通信可傳輸語音、文字、數據、圖像等信息。它具有抗干擾性好、設備輕便、保密性強、機動性等優點，但使用時收、發天線相互對準較為困難，通信距離限于視距(XXm)范圍，易受氣候影響，尤其在惡劣氣候條件下會造成通信中斷。不同波長的激光在大氣中有不同的衰減，必須合理地選擇工作波長。紅外線和紫外線被廣泛用于短距離通信。它具有方向性、便宜和易于制造的優點。但不能穿透固體物質是紅外應用上的一個特點。紅外和紫外幅射都存在工作窗口(如1～3m、3～5m和8～14m)，只有選擇此窗口波段才能使大氣吸收最小。

992.5.3傳輸媒體(續44)大氣激光通信可傳輸語音、2.5.3傳輸媒體(續45)3、傳輸媒體的選擇(見表2-4)網絡類型指不同的傳輸媒體適用于不同網絡。

傳輸速率通常雙絞線和同軸電纜的傳輸速率為1～100Mb/s，光纜為100Mb/s～10Gb/s，紅外線、地面微波和衛星微波可支持1～50Mb/s。

傳輸距離通常雙絞線只能傳輸100～300m，同軸電纜和紅外線通常只能傳輸200～500m。一般光纜可以傳輸120km，新型光纜可達960km。

差錯率無線傳輸易受干擾，差錯率最高。安全性導向媒體的安全性比無線傳輸好。價格1002.5.3傳輸媒體(續45)3、傳輸媒體的選擇(見表2-101第2

章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.2傳輸方式和傳輸速率2.3傳輸損傷和傳輸質量2.4通信編碼2.5傳輸信道及傳輸媒體101第2章：內容提綱2.1信息、數據和信號102謝謝大家AnyQuestion?102謝謝大家103數據通信與計算機網絡

（第4版）

1數據通信與計算機網絡

（第4版）

104數據通信與計算機網絡

第2章數據通信基礎知識2數據通信與計算機網絡

第2章數據通信基礎知識105第2章數據通信基礎知識教學目的通過本章學習，要求掌握數據通信的必備知識和常用術語學習內容信息、數據和信號傳輸方式和傳輸速率傳輸損傷和傳輸質量通信編碼傳輸信道及傳輸媒體3第2章數據通信基礎知識教學目的學習內容106第2

章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.2傳輸方式和傳輸速率2.3傳輸損傷和傳輸質量2.4通信編碼2.5傳輸信道及傳輸媒體4第2章：內容提綱2.1信息、數據和信號1072.1

信息、數據和信號

2.1.1信息在通信科學建立初期，對信息并沒有公認、完整、統一的定義。1975年有人曾對信息的定義做過統計，共有39種。通信是在源點與終點之間傳遞信息。信息和消息是兩個不同概念的名詞。消息是指能向人們表達客觀物質運動和主觀思維活動的文字、符號、數據、語音和圖像等。它具有兩個特點為：①能被通信雙方所理解；②可以相互傳遞。信息是指包含在消息中對通信者有意義的內容。消息是信息的載體，消息中可能包含有信息。52.1信息、數據和信號

2.1.1信息在通信科學1082.1.1信息(續1)如何衡量消息中所包含的信息呢？消息中包含信息量與接收者在收到此消息前對某事件存在的不確定性有關。1948年，香農在《通信的數學理論》論文中給出了關于信息的度量公式，他把信息定義為熵的減少，即“用來消除不確定性的東西”。根據香農理論，一條消息包含信息的多少稱為信息量。信息量的大小與消息所描述事件的出現概率有關。如消息表示的事件是必然事件(概率為1)，則該消息不含有任何信息量；如消息表示的事件根本不可能發生(概率為0)，則該消息含有無窮的信息量。62.1.1信息(續1)如何衡量消息中所包含的信息呢？1092.1.1信息(續2)香農規定，一條消息所荷載的信息量等于它所表示的事件發生的概率P的倒數的對數。(2-1)對于一條含有m個符號的消息，每個符號出現的概率不同。當m很大，若第i個符號出現的概率為Pi，共出現了n次，則它具有的信息量是72.1.1信息(續2)香農規定，一條消息所荷載的信息1102.1.1信息(續3)整條消息所具有的信息量是所有這樣的信息量在不同的i值時之總和。(2-2)每個符號包含的平均信息量是(2-3)平均信息量是每個符號所含信息量的統計平均值，其單位為比特/符號。平均信息量又稱為熵。82.1.1信息(續3)整條消息所具有的信息量是所有這1112.1.2數據數據是對某一事實的不經解釋并賦予一定含義的數字、字母、文字等符號及其組合的原始表達。是消息的一種表示形式，是傳達某種意義或信息的實體。當信息被表示為數據時，數據中就包含了信息。因此，信息可以通過解釋數據來產生。信息強調“處理”和“使用”兩個方面，尤其是“使用”。一份資料在使用之前其中的內容隸屬于數制范疇，僅當它被使用之后才轉化為信息。數據分為模擬數據和數字數據。模擬數據在一段時間內具有連續的值(如聲音等)，而數字數據則具有離散的值(如文本等)。92.1.2數據數據是對某一事實的不經解釋并賦予一定含1122.1.3信號1、信號的分類信號是數據的具體表示形式。目前常用的是電信號。對數據通信有用的幾種分類：

⑴連續信號與離散信號

⑵隨機信號與確定信號

⑶周期信號與非周期信號

⑷模擬信號與數字信號102.1.3信號1、信號的分類1132.1.3信號(續1)2、信號的特性信號的特性表現在時間特性和頻率特性兩個方面。時間特性主要指信號隨時間變化的特性。信號隨時間變化的表現包含了信號的全部信息量。頻率特性是指信號可用頻譜函數來表示的特性。頻譜函數表征信號的各頻率成分，以及各頻率成分的振幅和相位。112.1.3信號(續1)2、信號的特性1142.1.3信號(續2)在分析通信系統時，把輸入信號稱為激勵，輸出信號稱為響應。通信系統的功能和特性是通過怎樣的激勵而產生怎樣的響應來體現的。信號分析的兩種方法：時域分析法是利用信號的時間特性，把激勵和響應看成是時間函數的分析方法。頻域分析法是利用信號的頻率特性，把激勵和響應經過傅立葉變換，將時間變量變換為頻率變量進行分析的分析方法。122.1.3信號(續2)在分析通信系統時，把輸入信號1152.1.3信號(續3)3、信號的帶寬絕對帶寬B——指信號頻譜正頻譜非零部分所對應的頻率范圍。零點帶寬——指信號在0～的頻率范圍。fbP(f)f0-fbBP(f)f0

fb132.1.3信號(續3)3、信號的帶寬fbP(f)f1162.1.3信號(續4)百分比帶寬——指在給定頻率范圍0～內，信號功率占總功率的比值為%，定義0～為百分比帶寬。通常取%為90%、96%和99%等。半功率帶寬——設信號頻譜在處為最大值，而，且，定義～的頻率范圍為半功率帶寬。注意：信號的帶寬與傳輸系統的帶寬是兩個概念。傳輸系統的帶寬通常是指系統的頻率響應曲線保持在中心處取值的0.707倍以內的頻率區間。142.1.3信號(續4)百分比帶寬——指在給定頻率范1172.1.3信號(續3)4、數據與信號通信系統中的電信號有模擬信號和數字信號，而數據又有模擬數據和數字數據。無論是模擬數據還是數字數據都能編碼成模擬信號或數字信號。選擇何種編碼方式取決于需滿足的要求和可能提供的傳輸媒體和通信設施。數據和信號的四種組合：

(1)數字數據，數字信號(如0/1→一個/另一個電平)(2)數字數據，模擬信號(如ASK、FSK和PSK)(3)模擬數據，數字信號(如話音信號的PCM調制)(4)模擬數據，模擬信號(如AM、FM和PM)152.1.3信號(續3)4、數據與信號118第2

章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.2傳輸方式和傳輸速率2.3傳輸損傷和傳輸質量2.4通信編碼2.5傳輸信道及傳輸媒體16第2章：內容提綱2.1信息、數據和信號1192.2

傳輸方式和傳輸速率

2.2.1

傳輸方式1、基帶傳輸和頻帶傳輸按照傳輸系統在傳輸數據信號過程中是否搬移其頻譜，傳輸方式可分兩類：基帶傳輸指不搬移信號頻譜的傳輸體制。頻帶傳輸指利用調制解調器搬移信號頻譜的傳輸體制。搬移頻譜的目的是為了適應信道的頻率特性。172.2傳輸方式和傳輸速率

2.2.1傳輸方式1、1202.2.1

傳輸方式(續1)2、串行傳輸和并行傳輸按照傳輸數據的時空順序，傳輸方式可分為兩類：串行傳輸指數據在一個信道上按位依次傳輸的方式。其特點是：①所需線路數少，投資省，線路利用率高；②在發送和接收端需要分別進行并/串和串/并轉換；③收發之間必須實施同步。適用于遠距離數據傳輸。

并行傳輸指數據在多個信道上同時傳輸的方式。其特點是：①在終端裝置和線路之間不需要對傳輸代碼作時序變換；②需要n條信道的傳輸設施，故其成本較高。適用于要求傳輸速率高的短距離數據傳輸。

182.2.1傳輸方式(續1)2、串行傳輸和并行傳輸1212.2.1

傳輸方式(續2)串行傳輸

接收端

發送端01001010并/串轉換串/并轉換01001100并行傳輸發送端接收端192.2.1傳輸方式(續2)串行傳輸接發010011222.2.1

傳輸方式(續3)3、異步傳輸和同步傳輸按照發/收兩端實現同步的方法，傳輸方式可分為兩類：異步傳輸被傳送的每一個字符一般都附加有1個起始位和1個停止位，起始位與停止位的極性不同。為了保證正確接收，利用一個頻率為傳輸比特率的n(=16)倍的時鐘，在每一個比特周期的中心采樣。01010010起始位停止位線路空閑1個字符傳送方向202.2.1傳輸方式(續3)3、異步傳輸和同步傳輸011232.2.1

傳輸方式(續4)同步傳輸每一個字符使用起止位按位進行傳送，數據塊以幀作為整體傳輸，并做到：①發/收之間的位同步；②每一幀建立同步標志，建立幀同步。┅同步標志幀信息傳送方向幀信息同步標志┅區別：異步傳輸的發送器的接收器的時鐘是不同步的，而同步傳輸兩者的時鐘是同步的。212.2.1傳輸方式(續4)同步傳輸每一個字符1242.2.1

傳輸方式(續5)4、單工、半雙工和全雙工按照數據信號在信道上的傳送方向與時間的關系，傳輸方式可分為三類：單工指兩個站之間只能沿一個指定的方向傳送數據信號。半雙工指兩個站之間可以在兩個方向上傳送數據信號，但不能同時進行。又稱“雙向交替”模式。發/收之間的轉向時間為20～50ms。全雙工指兩個站之間可以在兩個方向上同時傳送數據信號。222.2.1傳輸方式(續5)4、單工、半雙工和全雙工1252.2.1

傳輸方式(續6)單工、半雙工和全雙工

(a)單工(b)半雙工(c)全雙工A站A站A站B站B站B站232.2.1傳輸方式(續6)單工、半雙工和全雙工1262.2.2

傳輸速率傳輸速率指單位時間內傳送的信息量，是衡量數據通信系統傳輸能力的一個重要指標。常用的傳輸速率有兩種：調制速率(或波特率、碼元速率)指單位時間內調制信號波形的變換次數。其單位是波特。數據信號速率(或傳信率、比特率)指單位時間內通過信道的信息量。其單位是比特/秒。(b/s)(Baud)(2-7)(2-8)242.2.2傳輸速率傳輸速率指單位時間內傳送的1272.2.2

傳輸速率(續1)注意：

(1)上式中，m為并行傳輸的通路數；Ti為第

i

路單位調制信號波的時間長度(秒)；Ni為第i路調制信號波的狀態數。

(2)常用的數據信號速率的單位還有

1kb/s＝1000b/s，1Mb/s＝1000kb/s，

1Gb/s＝1000Mb/s，1Tb/s＝1000Gb/s。調制速率與數據信號速率的關系：

252.2.2傳輸速率(續1)注意：1282.2.3頻帶利用率頻帶利用率指單位傳輸帶寬所能實現的傳輸速率。頻帶利用率是描述數據傳輸速率與帶寬之間關系的一個指標。在衡量數據通信系統的效率時，既要考慮到傳輸速率，又要考慮到傳輸信號所占用頻帶寬度。因此，真正衡量數據傳輸系統信息傳輸效率的是頻帶利用率。(Bd/Hz)(bps/Hz)或(2-9)262.2.3頻帶利用率頻帶利用率指單位傳輸帶129第2

章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.2傳輸方式和傳輸速率2.3傳輸損傷和傳輸質量2.4通信編碼2.5傳輸信道及傳輸媒體27第2章：內容提綱2.1信息、數據和信號2.3傳輸損傷和傳輸質量

2.3.1傳輸損傷數據信號在數據通信系統的端到端連接的每個環節