02.数据通讯基础

2.1数据通信的基本概念

通信的目的：传递信息。

信源：通信中产生和发送的信息的一端。

信宿：接收信息的一端。

信道：信源和信宿之间的通信线路。

2.2信道特性

2.2.1信道带宽

模拟信道

带宽W=f2-f1（单位：赫兹Hz）

f1是信道能通过的最低频率，f2是信道能通过的最高频率。

数字信道

一种离散信道，带宽决定信道最高数据传输速率（bps）。

比特率是指单位时间内传送的比特(bit)数。单位为bps(bit per second);比特率又称“二进制位速率”,俗称“码率”。

码元

一个数字脉冲称为一个码元。

一个时间间隔（时钟周期）（也叫码元宽度）发送的信号。

码元速率

每秒通过信道传送的码元个数。（单位：波特Baud）

如果码元宽度（时钟周期）为T秒，则码元速率为B=1/T。

例如：一个码元在1秒携带1bit，码元宽度就是1秒，码元速率就是B=1/1=1波特Baud

扩展阅读： 一个码元就是一个脉冲信号，一个脉冲信号有可能携带1bit数据，

也有可能携带2bit数据、4bit数据！

你发送一个脉冲信号，如果就可以携带4bit数据，肯定发送速率更快啊！

那么怎么实现一个脉冲信号就能携带多个bit数据呢？

就需要一定的技术了，比如设置模拟信号中信号的频率、相位、振幅啥的。

举个例子：把振幅分成四种，

低（00）、中（01）、高（10）、很高（11），

这样我发一个脉冲信号，它的振幅是低，

那就说明发送的是00（也就是2bit），

它的振幅是中（01），发送的就是01（也就是2bit）……

也就实现了一个脉冲信号，携带2bit的功能…

（举个不恰当的例子让大家理解而已，明白啥意思就行）

再说一次，一个码元就是一个脉冲信号！

波特率指的就是1秒能发送多少个码元，也就是1秒能发送多少个脉冲信号！

一个码元能携带1bit数据，那么比特率 = 波特率！

一个码元能携带2bit数据，那么比特率 = 2倍的波特率！

一个码元能携4bit数据，那么比特率 =4倍的波特率！

尼奎斯特采样定理

在一个没有噪声干扰的信道中，若信道带宽为W（Hz），则最大码元速率为：B=2W(Baud)，

其数据速率取决于1码元携带的比特数，这是由信道的物理特性决定的。

码元携带的信息量（比特数）n 与 码元种类（状态）N 的关系为：n=log2N（N=2n）

码元携带的比特数取决于调制技术

码元的种类：如果码元携带1bit（二进制1位），码元种类就有2个状态，0和1（正或负）。

如果码元携带2bit（二进制2位），码元种类就有4个状态。

如果码元携带3bit（二进制3位），码元种类就有8个状态。...

也就是2n=N（n=log2N）

极限数据速率：R(比特每秒bps)=Blog2N=2Wlog2N

R=Blog2N

=2Wlog2N

=2W*n

=B*n

结论就是极限数据速率R=最大码元速率B*一个码元携带的比特数n

香农定理

在一个噪声信道的极限数据速率和带宽之间的关系。

极限数据速率(bps)：C=Wlog2（1+S/N）

分贝与信噪比关系：dB=10log10S/N

例如:当 S/N=1000 时，信噪比为 30dB 。这个公式与信号取的离散值的个数无关，

也就是说，无论用什么方式调制，只要给定了信噪比，则单位时间内最大的信息传输量就确定了。

例如，信道带宽为 3000Hz, 信噪比为 30dB, 则最大数据速率为

C=3000log2(1+1000)≈3000X9.97≈30000bps

考试只会考书上这个例子，所以只需要记住这个例子就可以了。（信噪比为 30dB，S/N=1000）

公式关系

2.2.2误码率

Pc=Ne(出错的位数)/N（传送的总位数）

传输出错的码元数占传输总码元数的比例。

位数就是二进制数，误码率要求低于10-6（1/106）

2.2.3信道延迟

信号在信道中传输，从源端到达宿端需要一定的时间。（这个时间与源端和宿端的距离有关，也与具体信道中的信号传播速率有关）

信源到信宿的时间叫信道延迟。

源点到发送器的时间叫调制延迟。

两个加起来就是发送数据的总时间。

光速速度为300m/us（30万KM/S）

电缆中的传播速度一般为光速的77%，即200m/us（20万KM/S）

例如500m的同轴电缆的时延大约是2.5us,

而卫星信道的时延大约是270ms（0.27S双向延迟）。(卫星与地面的距离约为36000km)。

信道延迟=传输距离（M）/传输速度（M/S）。

调制延迟=数据帧大小（bit）/速率（bit/S）。

发送数据总时间=信道延迟+调制延迟。

2.3传输介质

2.3.1双绞线（了解）

由粗约1mm的互相绝缘的1对铜导线扭绞在一起组成，对称均匀的扭绞可以减少线对之间的电磁干扰。由4对双绞线组成，也就是一共8芯。

双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。

屏蔽双绞线外层由铝箔包裹，减少了衰减和噪音。

屏蔽双绞线比非屏蔽双绞线价格高一点，传输速率也高一点。

双绞线接水晶头有2种接法：EIA/TIA 568B 标准 和EIA/TIA 568A 标准。

 

直通线：两头都按EIA/TIA 568B 标准

交叉线：一头按EIA/TIA 568B 标准，一头按EIA/TIA 568A 标准。

如以下几种情况：

1.对等网：两台计算机网卡直接互连，采用交叉线接法，网线两端接法不同。

2.网卡与交换机/HUB：采用直通线接法，网线两端接法相同。

3.交换机与交换机/HUB极联：采用交叉线接法，网线两端接法不同。

另：

由于现在的设备都有自动识别直通线和交叉线的功能，所以只使用直通线就可以了。

计算机通讯只使用1326四根线，其他线可做它用，比如说电话、POE供电等。

2.3.2同轴电缆（了解）

已被淘汰，不做介绍。

2.3.3光缆

光缆由能传送光波的超细玻璃纤维/塑料制成，外包一层比玻璃折射率低的材料。

多模光纤：光波在光导纤维中以多种模式传播，光源是发光二极管（LED）。特点：直径大、速度慢、传输短、成本低。

单模光纤：光在其中无反射的沿直线传播，光源是：注入式激光二极管（ILD）。特点：直径小、速度快、传输长、成本高。

2.3.4无线信道（省略）