第三章:数据通信基础

港控/mmm° 2023-10-04 12:54 59阅读 0赞

### 1.基本概念 ###

**数据**:传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。  
**信号:** 数据的电磁/电气的表现，是数据在传输过程中存在的形式。  
通常分成两种:  
![在这里插入图片描述][20210509151639271.png]  
**信源**:产生和发送数据的源头  
**信宿**:接收数据的终点  
**信道**:信号的传输媒介  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTc5NjI5_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**码元**:指一个固定长度的信号波形（数字脉冲），**一个码元可以携带多个bit，如果是二进制码元（它的离散值为0和1两个），那么一个码元携带的bit数就是1个bit,如果是四进制码元（它的离散值种数有00，01，10，11四个），那么一个码元携带的bit数就是2个bit。**

**信号传输速率**：表示在单位时间内所传数据量的多少。可分为**码元传输速率**和**数据传输速率**。  
码元传输速率：  
1baud（波特）=码元/s;//表示1波特能传多少码元  
![在这里插入图片描述][20210509153147358.png]  
**数据传输速率(有些书上叫信息传输速率)**:指单位时间内传输的信息量，单位为b/s  
![在这里插入图片描述][20210509161208856.png]  
在传输二进制码元个数（码元只能表示0和1），1个码元就等于1个比特，这时候**码元传输速率才等于数据传输速率**。  
码元传输速率和数据传输速率之间的关系:若一个码元携带n bit的信息量，那么M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率（数据传输速率）为 M x n bit/s

练习题：![在这里插入图片描述][20210509162014657.png]  
**分析**：码元传输速率表示在1秒内传输码元个数，单位是baud。  
而信息传输速率（数据传输速率）表示在1秒内传输的bit数，单位为b/s，也就是1个码元携带多少个bit决定  
而码元为4进制码元，表示有4种不同的码元，也就是4种不同的波形。而4种不同的离散值求出每个码元携带多少个bit数，通过log2（N）

答：第一个通信系统：  
码元传输速率：8000/4=2000baud  
信息传输速率:2000 x log2(4)=4000个

第二个通信系统：  
码元传输速率：7200/6=1200baud  
信息传输速率:1200 x log2(16)=4800个

所以可以得出：**16进制码元通信系统传输更快。**

### 基带信号和宽带信号 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTc5NjI5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
（简单来说：我们发送方发送基带信号然后通过调制载波，也就是对基带信号进行加强，然后可以防止信号到达目的地不会出现失真的情况）

### 调制的方法（调幅，调频，调相） ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTc5NjI5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### 奈氏准则（重点） ###

首先，我们需要明白什么是码间串扰？  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTc5NjI5_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
1号不能通过是因为：实际上在电话线种传输过程中，受到一些损耗，导致失真。  
4号不能通过是因为:信号频率太快，导致**码间串扰**，使码间之间无法识别界限。  
![在这里插入图片描述][2021050917085046.png]

所以才有奈氏准则：（注意：只有在奈氏准则和香农公式中的带宽才是Hz单位）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTc5NjI5_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

> 在奈氏准则中，理想信道下的极限数据传输速率=2Wlog2（N）；

N：几种码元/码元不同的离散值

**例题:**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTc5NjI5_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
分析：采用4种相位，并且每种相位有4种振幅，就可以求出有多少种不同码元  
而带宽为3Khz，就可以算出最大数据传输率为多少了

答：4 x 4=16（种不同的码元）  
采用奈氏准则： 2x 3000 x log2(16)=24000b/s

### 香农公式（重点） ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTc5NjI5_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
**(对于信噪比，在题目中一定要看清楚给的是一个信噪比，还是只是一个S/N的比值)**

什么时候用香农公式去求最大数据传输率？  
在宽带有限并且有噪声的信道中，为了不产生误差，我们就使用**香农公式**，求最大的数据传输率。  
（而奈氏准则是**没有噪声**且**宽带也要受限**）

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTc5NjI5_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

例题：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTc5NjI5_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

分析：题目给出信噪比是30db， 那么我们可以求出S/N是多少  
然后通过香农公式：C=Wlog2(1+S/N)求出信道的数据传输速率

答: S/N=10^(30/10)=1000  
C=3000x log2(1+1000)≈3000x9.97≈30000b/s

如何区分是用奈氏准则和香农公式？  
奈氏准则侧重是在没有信噪比的情况下，并且给出了多少种不同的码元/码元不同的离散值，那么就是用奈氏准则求信道的最大数据的传输速率。  
而香农公式侧重是在有信噪比的情况下，求信道的最大数据传输速率。  
而如果即给出了不同的码元/码元不同的离散值，也给出了信噪比，那么就需要两个都求出来。

例题：  
![在这里插入图片描述][20210509182421632.png]  
Nice:2wlog2(2)=2 x 4000 x1=8000b/s  
香农：wlog2(1+127/1)=4000 x log2(128)=28000b/s

在两个速率中，选择较小的那个速率就是实际上最大的数据速率。所以为8000b/s

[20210509151639271.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210509151639271.png
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