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第2章物理层——2.数据通信基础知识-创新互联

一.数据通信系统模型

一个通信系统可以划分为三大部分: 源系统(发送端),传输系统(传输网络),目的系统(接收端)
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①源点: 该设备主要产生传输的数据(数字比特流),
②发送器: 将源点产生的数据进行编码,发送

2.目标系统

①接收器: 接收传输系统发送的信号,将其解压为可以被目的机读取的数字比特流
②终点: 接收接收器转换好的比特流,输出

3.术语

消息: 客观物质运动+主观意志活动
数据: 运输消息的实体
信号: 数据的电气或电磁表现
信源: 产生发送数据的源头
信宿: 接收数据的终点
信道: 信号传输的通道,既传输媒体

4.根据代表参数的不同划分信号

模拟信号(连续信号): 代表信息的参数取值连续
数字信号(离散信号): 代表信息的参数取值离散

5.信道类型

依照信息交换方式可划分:

  • 单向信道(单工通信): 只能有一个方向的通信
  • 双向交替信号(双半工通信): 通信双方可以发送信息,不能同时发送/接收信息
  • 双向同时信号(全半工通信): 通信双方可以同时发送/接收信息
二.调制 1.概念

基带信号: 发送端直接发送的数据
调制原因: 由于基带信号包含较多的低频成分,甚至有直流成分,不能在大多数信道中传播。

2.调制两大类:

①基带调制(编码): 对基带信号的波形进行变换,就是将数字信号转换为另一种数字信号

②带通调制: 把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换模拟信号

2.常用编码(基带调制)的方式

①不归零制: 正电平代表1,负电平代表0
②归零制: 正脉冲代表1,负脉冲代表0
③曼彻斯特编码: 位于周期中心的向上跳为1,向下跳为0
④差分曼彻斯特编码: 位于开始边界没有跳动为1,挑动为0

3.基本的带通调制方式

①调幅(AM): 0无载波输出,1有载波输出
②调频(FM): 0为低频,1为高频
③调相(PM): 1的始端,终端改变180°,0不变动

三.限制信道传播的因素 1.信道能通过的频率范围

受频率范围的限制,高频分量在传输时衰减,许多高频分量无法通过信道。
码间串扰: 信号在过长距离的传播后信号失真严重,从而无法识别

奈式准则(信道上限)定义:

  • 理想状态下: 带宽为W(Hz)的底通道信道中,码元最高传输速率2W(码元/秒)。若传输率超过2W,会出现严重的码间串扰
2.信噪比

信噪比定义: 噪音会相对干扰接收端对码元的判断,信号平均功率高于噪音则噪音影响小,反之大
信 噪 比 = l o g 10 S ( 信 号 平 均 功 率 ) N ( 噪 音 平 均 功 率 ) 信噪比=log_{10}\frac{ S(信号平均功率) }{N(噪音平均功率)} 信噪比=log10​N(噪音平均功率)S(信号平均功率)​
香农公式: 信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率就越大。

  • 意义: 信道传输速率低于信道极限传输速率就有办法达到无差错传输
    C ( 极 限 信 息 传 输 速 率 ) = W ( 信 道 带 宽 ) l o g 2 ( 1 + S ( 信 号 平 均 功 率 ) N ( 噪 音 平 均 功 率 ) ) C(极限信息传输速率)=W(信道带宽)log_2(1+\frac{S(信号平均功率)}{N(噪音平均功率)}) C(极限信息传输速率)=W(信道带宽)log2​(1+N(噪音平均功率)S(信号平均功率)​)
3.码元加密与解码

针对香农公式中,C无法改变的情况:让一码元含有多个信息(码元加密与解码)
示例:
100 / 010 / 011 / 101 = φ   4   φ   2   φ   3   φ   5   100/010/011/101=φ~4~φ~2~φ~3~φ~5~ 100/010/011/101=φ 4 φ 2 φ 3 φ 5 
加 密 信 息 含 量 = 3 ∗ 直 接 传 送 信 息 含 量 加密信息含量=3*直接传送信息含量 加密信息含量=3∗直接传送信息含量
优点: 码元可以传输多个信息
缺点: 在有噪声干扰的信号中,信号的损失比重高于无加密方式

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