2.1 通信的基本概念

信道、带宽、低通信道与带通信道、基带信号与通带信号、基带传输与通带传输

时延(发送时延、传播时延等)、误码率

单工通信、双工通信、半双工通信、同步传输与异步传输等基本概念

2.2 数据通信的理论基础

有限带宽信号、信道的最大数据传输速率分析,包括奈奎斯特准则、香农定理。

数据传输速率的计算(注意区分含义与应用条件)

(1) 奈奎斯特准则: 有限带宽无噪声信道的最大数据传输速率 = 2Blog2V(bps)

(2) 香农定理:有噪声信道的最大数据传输速率 = Blog2(1+S/N)(bps)

(3) 码元速率 (调制速率、采样速率)=1/T, 数据传输速率 = 码元速率 ×log2V

采样定理

(奈奎斯特–香农采样定理):采样率应是信号最高频率的至少两倍。

混杂:采样频率不够导致反推出错:

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$$ 采样率 = 2 信号频率 $$

而一个信号如果用 2 种电平,就可以传输 1 个 bit。

用 V 种电平,就可以传输 $\log_2V$ 个 bit。

所以无噪声时:

$$ R_{\max} = 2W \log_2V $$

$R_\max$ 最大传输比特率 b/s。

$W$ 信号频率(带宽)Hz

$V$ 离散电平数

香农定理

信息:不确定性的消除。

信息量:$\log_2 (1/p)$,$p$ 是概率

信噪比:$S/N$(Signal over noise)

信噪比(dB):$10\log_{10}(S/N)$

香农定理:带宽受限,有噪声时,信息传输速率上限时:

$$ R_\max = W\log_2(1+S/N) $$

$R_\max$ 最大传输比特率 b/s。

$W$ 信号频率(带宽)Hz

$S/N$ 信噪比

实际上就说明,最大离散电平数量是 $A/N$,其中 $A$ 是信息总量 = S+N。这两个公式是一个意思。

T1 信号

  • 1.544MHz 的信号
  • 1.536Mbps 速率

2.3 传输介质

(1)有线传输介质

双绞线(RJ-45)、同轴电缆、光纤、无线传输,各类传输介质的结构原理、传输特性(带宽、时延、最大传输距离、误码率 (抗干扰性))、分类与典型应用。

(2)无线传输与卫星

电磁波谱、跳频扩频与直序扩频、微波 (直线传播)、卫星、红外线(视线传播)、可见光(视线传播)。

2.4 数字调制技术

(1)数字基带传输:典型信道编码(线路编码)方案NRZ曼彻斯特码 Manchester和 AMI 码的特性(带宽效率、时钟恢复以及平衡性)。

(2)数字调制技术:ASK,FSK,PSK,QAM,QPSK 能读懂星座图。

给出星座图:会计算速率,可以识别采用的调制技术等。

NRZ 编码:高电平表示 1,低电平表示 0

NRZ-L 不归零编码:高电平表示 0,低电平表示 1

NRZ-I 逆转不归零编码 :在位间隔或者位开头有跳变表示 1,无跳变表示 0

曼彻斯特编码:低变高表示 0,高变低表示 1(约定不同)

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2.5 多路复用技术

多路复用(FDM、TDM、CDM、WDM 与 CDM)原理

TDM 包括:同步时分复用 (公用交换电话网使用,即 PSTN 网使用) 和统计时分复用(计算机网络使用)

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2.6 电话系统

(1)本地回路(调制解调器、ADSL和光纤)的组成,各设备功能。

l 调制解调器 modem 和 ADSL modem 的基本工作原理、功能及部署方式。

注意:电话线带宽 4KHz(默认)

调制解调器 ADSL Modem
功能 拨号上网,将数字信号调制成适合带宽传输的模拟信号 拨号上网,将数字信号调制成适合带宽传输的模拟信号
传输介质 电话线(3 类双绞线,与普通电话机的线路相同) 电话线(3 类双绞线,与普通电话机的线路相同)
信道带宽 3100Hz、4KHz (引入滤波器,限制带宽在 300-3400Hz 之间,目标是专用来优化传输人类语音) 1.1MHz(物理介质的带宽,不存在滤波器)
工作层次 物理层设备 物理层设备
通信方式 全双工调制传输,以字符为单位 全双工调制传输,以字符为单位,PPP 协议
调制速率 2400****波特 4000****波特
最大速率 33.6kbps(两个本回路的信道条件下,香农极限 35kbps) 256 条信道 (每条 4KHz) 0:语音,1-5:空闲,250 条数据和控制
56kbps(只使用一个本地环路,提高信噪比) 8M 下行,1M 上行

l 编码解码器(Codec)

功能:将模拟信号数字化;

原理:采样(奈奎斯特采样定理)、量化(均匀量化与非均匀量化)、编码(一般是压缩编码)。

应用:PCM 信号,语音信号(4kHz 模拟信号)转为 64kbps 的数字信号

l ADSL 用户环路相关设备:ADSL Modem,DSLAM, Codec, Splitter

(2)中继线与多路复用: 同步时分复用,PCM,WDM 与 DWDM

(3)交换:电路交换与数据分组交换

两种交换技术的工作原理、时延的计算(会计算)

电路交换的时延主要在连接建立阶段,包交换的时延在传输过程中(参考课后计算题)。

2.7 物理层标准的内容

四个特性:机械(物理)特性、电气特性、功能特性和规程特性。要求理解四个特性所涉及的内容。

二、相关协议和设备

1、协议和标准:物理层标准 RS-232, RJ-45

2、设备**:调制解调器 Modem**,ADSL Modem,编码 / 解码器 Codec, DSLAM,多路复用器 Multiplexer,中继器 Repeater (放大整形信号),放大器 Amplifier(放大信号)。