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知识汇总系列!数据通信基础

知识汇总系列!数据通信基础

本帖最后由 best1538 于 2018-1-15 12:37 编辑

一.基础概念
1.信号(signal)
信息(information)是事物现象及其属性标识的集合,它是对不确定性的消除。数据(data)是携带信息的载体。信号(signal)是数据的物理表现,如电气或电磁。
根据信号中代表消息的参数的取值方式不同,信号可以分为两大类:
(1)模拟信号:连续信号,代表消息的参数的取值是连续的。
(2)数字信号:离散信号,代表消息的参数的取值是离散的。
2.频率(frequency)
物理学中的频率是单位时间内完成振动的次数,是描述振动物体往复运动频繁程度的量。信号通信中的频率往往是描述周期性循环信号在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量。频率常用符号f或v表示,单位为赫兹(秒-1)。常用单位换算:1kHz=1000Hz,1MHz=1000kHz,1GHz=1000MHz。
人耳听觉的频率范围约为20~20000Hz,超声波不为人耳所觉察;人的视觉停留大概是1/24秒,故影视帧率一般为24~30fps;中国电源是50Hz的正弦交流电,即一秒钟内做了50次周期性变化;GSM(全球移动通信系统)系统包括 GSM 900:900MHz、GSM1800:1800MHz 及 GSM1900:1900MHz等几个频段;WiFi(802.11b/g)和蓝牙(bluetooth)的工作频段为2.4GHz。
3.信号带宽(Signal Bandwidth)
信号带宽即信号频谱的宽度,它是指信号中包含的频率范围,取值为信号的最高频率与最低频率之差。例如对绞铜线为传统的模拟电话提供300~3400Hz的频带,即电话信号带宽为3400-300=3100Hz。
4.数据通信系统(Data Communication System)
数据通信系统实现信息的传递,一个完整的数据通信系统可划分为三大组成部分:
(1)信源(源系统:发送端、发送方)
(2)信道(传输系统:传输网络)
(3)信宿(目的系统:接收端、接收方)
5.信道带宽(Channel Bandwidth)
信道是指通信系统中传输信号的通道,信道包括通信线路和传输设备。根据信道使用的传输介质可分为有线信道和无线信道;根据适合传输的信号类型可分为模拟信道和数字信道。
信道带宽是指信道上允许传输电磁波的有效频率范围。模拟信道的带宽等于信道可以传输的信号频率上限和下限之差,单位是Hz。数字信道的带宽一般用信道容量表示,信道容量是信道允许的最大数据传输速率,单位是比特/秒(bit/s,bps),单位换算:1kbps=1000bps,1Mbps=1000kbps。
(1)数据传输速率
数据传输速率即单位时间内传输的bit位数:R = log2N/T。
R—数据传输速率
T—信号码元周期(秒)
N—信号码元状态数,也称相位数,log2N为需要的编码所需bit位数。
1/T称为波特率,也称为调制速率,是单位时间内信号码元的变换数,单位是波特(Baud)。
例:在一个频带传输的数据通信系统中采用16相位调制编码,信号码元周期长度为1/3200s,求该系统的数据传输速率?
解:16相位调制编码,意即有16种码元状态,需要log216=4bit进行编码(即8421BCD码)。信号码元周期长度为1/3200s,波特率为3200,即每秒调制3200个码元,故数据传输速率为3200*4=12800kbps。
(2)信道容量遵循香农定理:C = B·log2(1+S/N)(bps)
C为信道容量
B为信道频带宽
S为平均信号功率
N为平均噪声功率
S/N为信道的信噪功率比,信噪比一般用10log10(S/N)表示,单位为分贝(dB)。
例:求传统电话调制解调的数据传输速率。
解:电话连接支持的频率范围为300~3300Hz,则B=3300Hz-300Hz=3000Hz,而一般链路的典型信噪比是30dB,即S/N=1000,因此有C=3000×log2(1001),近似等于30Kbps,实测调制解调速率极限一般为28.8Kbps左右。
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