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[TOC]
1 数据通信基本概念
1.1 信源
- 信源,是产生各类信息的实体。信源给出的符号是不确定的,可用随机变量及其统计特性描述。
1.2 信道
- 通信的通道
1.3 信宿
- 信息接收者指在信息传递过程中,发出信息一方称发信息者,接受信息的一方称信息接受者,又称受信息或信宿。
1.4 数字信号
- 数字信号是信息用于若干个明确定义的离散值表示的时间离散星火
1.5 模拟信号
- 模拟信号是在一段连续的时间间隔内,其代表信息的特征量可以在任意瞬间程序为任意数值的信号
1.6 模拟通信
- 利用正弦波的幅度、频率或相位的变化,或利用脉冲的幅度、宽度或位置变化来模拟原始信号,以达到通信的目的
1.7 数字通信
- 用数值信号作为载体来传输消息,或用数字信号对载波就行数字调制后再传输的通信方式
2 数据通信计算
2.1 模拟信道带宽计算
W=f2−f1
- 其中 f1 是低频,f2 是高频
2.2 尼奎斯特定理
最大数据速率 = 2W \log_2 N=B \log_2 N
- 其中,W 表示带宽,B 表示波特率,N 是码元总的种类数
2.3 信息量 n 与码元种类 N 的关系
n =\log_2 N
2.4 香农公式
极限数据速率 = 带宽 \times \log_2 (1+S/N)
- 其中,S 为信号功率,N 为噪声功率
2.5 误码率
- 指接收到的错误码元数在总传送码元数中所占的比例
P_C = 错误码元数 / 码元总数
2.6 信噪比
信噪比 = 信号功率 / 噪声功率 = S/N
2.7 码元速率(波特率)
- 即单位时间内载波参数(相位、振幅、频率等)变化的次数,单位为波特,符号
Baud
,简写B
2.8 比特率(信息传输速率、信息速率)
- 指单位时间内在信道上传达的数据量(即比特数),单位为比特每秒(
bit/s
),简写b/s
或bps
2.9 波特率与比特率的关系
比特率 = 波特率 \times 单个调制状态对应的二进制位数 = 波特率 \times\log_2 N
2.10 分贝数与信噪比的关系
dB =10 \lg (S/N)
2.11 公式总结
3 常用考试数据
3.1 单位换算
- 通信换算进制 1000 1G=1000M
- 存储换算进制 1024 1G=1024M
3.2 信道延迟
-
总延迟时间:
T_{总延迟}=T_1+T_2
其中
T_1
为发送延迟,T_2
为传输延迟 - 电缆信道延迟:200m/us(200km/ms、200000km/s)为光速的 2/3
- 卫星信道延迟:270ms
- 双绞线分为 非屏蔽双绞线 UTP , 屏蔽双绞线 STP。
- 100 米可达到 100MB/s
4 双绞线
4.1 屏蔽双绞线
- 三类线 —— 带宽 10Mbps—cat3
- 五类线 —— 带宽 100Mbps—cat5
- 超五类线 —— 带宽 100Mbps—cat5e
- 六类线 —— 带宽 250Mbps—cat6
4.2 非屏蔽双绞线
- 三类线 —— 带宽 16Mbps—cat3
- 五类线 —— 带宽 100Mbps—cat5
- 超五类线 —— 带宽 100Mbps—cat5e
4.3 双绞线线序标准
- 分为 T568A 与 T568B
T568A–交叉线
绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕
T568B–直通线
橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕
4.4 交叉线与直通线的适用范围
线缆连接设备情况 | 采用的线缆种类 |
---|---|
计算机 —— 计算机 | 交叉线 |
计算机 —— 交换机 | 直通线 |
计算机 —— 路由器 | 交叉线 |
交换机 —— 交换机 | 交叉线 |
交换机 —— 路由器 | 直通线 |
路由器 —— 路由器 | 交叉线 |
5 同轴电缆
-
分为粗同轴电缆与细同轴电缆。 传送距离长,信号稳定的特点,常用于电监控、音响设备
-
由里到外分别是:中心铜线,塑料绝缘体,网状导电层和电线外皮
-
优点是传送距离长,信号稳定
-
同轴电缆分为 RG-58(基带),RG-59(宽带)
6 光纤
-
分为单模光纤 SMF 与多模光纤 MMF,黄色为单模,橙色水蓝色为多模
6.1 单模光纤与多模光纤的对比
项目 | 单模光纤 | 单模光纤 |
---|---|---|
距离 | 长 | 短 |
速率 | 高 | 低 |
光源 | 激光 | 发光二极管 |
直径 | 小 | 大 |
端接 | 较难 | 较易 |
造价 | 高 | 低 |
7 无线信道
-
分为 无线电波 和 红外光波
-
无线电波
- 长波
- 中波
- 短波
- 超短波
- 微波
- 地面微波
- 卫星微波
-
红外光波
- 近红外线
- 中红外线
- 远红外线
8 模拟信道调制
-
分为 调幅 ASK、 调频 FSK、 调相 PSK、 正交调幅 QAM
9 数字信道编码
- 分为采样、量化、编码三步骤
10 调制技术与码元数
调制技术 | 名称 | 码元种类 N | 比特位 n |
---|---|---|---|
ASK | 幅度键控 | 2 | 1 |
FSK | 频移键控 | 2 | 1 |
PSK | 相移键控 | 2 | 1 |
DPSK | 4 相键控 | 4 | 2 |
QPSK | 正交相移键控 | 4 | 2 |
参考视频:https://www.bilibili.com/video/BV1n441117x5?from=search&seid=10487131280885074075
11 极性编码
-
分为单极性、极性、双极性
- 单极性码
- 只有 一个极性,正电平为 0,零电平为 1
- 极性码
- 两个极性,正电平为 0,零电平为 1
- 双极性码
- 零电平为 0,正负电平交替翻转表示 1,这种编码不能定时,需要引入时钟
- 单极性码
12 归零性编码
-
分为归零码、不归零码、双相码
- 归零码
- 码元中间 信号回归到零电平,正电平到零电平转换变为 0,负点平到零电平转换变为 1,这种码元自定时
- 通过 “归零” 这一步骤,相当于代替时钟信号编码在数据中,即可做到同步
- 该编码效率较低
- 不归零码
- 码元中间信号不归零,1 表示电平翻转,0 不翻转,正电为 1,负电为 0
- 因存在同步问题,计算机网络不使用该类编码
- 双相码
- 低到高表示 0,高到低表示 1,这种编码抗干扰性好,实现自同步
- 归零码
13 曼彻斯特码与差分曼码
-
曼彻斯特码降 0 升 1,降 1 升 0,效率 50%
-
差分曼码折 0 平 1,效率 50%
- 曼彻斯特码
- 低到高表示 0,高到低表示 1,码元中间电平转换既表示数据,又做定时信号
- 使用在 10Mb/s 的传统以太网中,跳变时刻即表示数据,也表示时钟
- 差分曼彻斯特码
- 每一位开始处是否有电平翻转,有着表示 0,没有则表示 1
- 跳变仅表示时钟,码元开始处才表示数据的变化
- 曼彻斯特码
练习例题
-
设信道带宽为 4000Hz,信噪比为 30dB,按照香农定理,信道容量为 。
- 4Kb/s
- 1.6Kb/s
- 40Kb/s
- 120Kb/s
- 使用香农公式 C = W $log2(1+S/N)\log_2 (1+S/N)$log2(1+S/N) , 和公式 dB = 10 $lg10(S/N)\lg_10 (S/N)$lg10(S/N), 由 30dB 得到 S/N = 1000;于是 C = 4000 $log2(1+1000)\log_2 (1+1000)$log2(1+1000) = 40000b/s;除以进率 1000,换算为 Kb/s 等于 40Kb/s
-
所谓正交幅度调制是把两个 的模拟信号合为一个载波信号。
- 幅度相同相位相差 90°
- 幅度相同相位相差 180°
- 频率相同相位相差 90°
- 频率相同相位相差 180°
-
地面上相距 2000km 的两地之间通过电缆传输 4000bit 长的数据包,数据速率为 64Kb/s,从喀什发送到接收完成需要花费的时间为 。
- 48ms
- 640ms
- 32.5ms
- 72.5ms
- 一个数据包从开始发送到接收完成的总时间 = 发送时间 + 传播延迟时间;传播延迟时间 = 2000km/(200km/ms)=10ms; 发送时间 = 4000b/(6400b/s)=0.065s=62.5ms; 总时间 = 62.5+10=72.5ms
-
PCM 编码是把模拟信号数字化的过程,通常模拟话音信道的带宽为 4000Hz,则在数字化采用频率至少 次 / 秒。
- 2000
- 4000
- 8000
- 16000
-
在异步通信中,每个字符包含一位起始位、7 位数据位、1 位奇偶位和 1 位终止位,每秒钟传送 200 个字符,采用 DPSK 调制,则码元速率为 B。
- 200
- 500
- 1000
- 2000
- R=200*(1+7+1+1)=2000bps,根据 DPSK 默认是 2DPSK,也就是 2 相 N=2,带入 R=B$log2(N)\log_2 (N)$log2(N),数值为:2000=B$log2(2)\log_2 (2)$log2(2),得出波特率 B=2000
-
设信道带宽为 4000Hz,采用 PCM 编码,采用周期为 125us,每个样本量化为 128 个等级,则信道的数据速率为 Kb/s。
- 10
- 16
- 56
- 64
- 128 个等级即 2^7=128,需要 yong7 位来表示,125us 的周期是每秒变化 8000 次,则有 7*8000=56000b/s=56Kb/s