数据通信基础：数据通信基本概念 2021年5月24日
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一、通信系统模型

通信中产生、发送信息的一端称为信源，接收信息的一端称为信宿，而信源和信宿之间的通信线路称为信道。

例：信息的传输模型中包括信源、编码器、信道、解码器、信宿、噪声等要素。噪声主要对（ ）形成干扰或影响。
A、信源
B、编码器
C、信道
D、解码器

二、信道特性

信道包括模拟信道和数字信道。信道最重要的一个特性就是信道容量，就是信道上数据所能够达到的传输速率。

1、带宽

模拟信道的带宽W=最高频率f2 – 最低频率f1。

两者都是由信道的物理特性决定的，信道的电路制成后，带宽就决定了，因此它是影响信道传输速率的客观性因素。

2、噪声

信息在传输过程中可能会受到外界的干扰，这种干扰就称为噪声，它会使得信道的传输速率降低。

3、计算信道的数据速率

（1）有噪声的香农理论

香农理论描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比（S/N，简称信噪比）之间的关系。

由于S/N的比值太大，通常使用分贝数(dB)表示

dB =10×lg(S/N)

C=Wlog2(1+S/N)

例如，S/N=1000时，用分贝表示就是30dB。如果带宽是3kHz，则极限数据速率是：

C=3000×log2(1+1000)≈3000×9.97≈30Kbps

例：设信道带宽为4000Hz，信噪比为30dB，按照香农定理，信道容量为（ ）。
A．4Kb/s
B．1.6Kb/s
C．40Kb/s
D．120Kb/s

（2）无噪声

无噪声时使用奈奎斯特定律（也称为奈式定律）。

码元是指一个数字脉冲，是一个数据信号的基本单位，而比特是一个二制数位，一位可以表示两个值。因此，如果码元可取两个离散值，则只需1bit表示；若可取4个离散值，则需要2bit来表示。

码元有多少个不同种类取决于其使用的调制技术。

R=Blog2N

例：设信号的波特率为 500Baud，采用幅度-相位复合调制技术，由 4 种幅度和8 种相位组成 1 6 种码元，则信道的数据速率为（ ） 。
A．500 b/s
B．1000 b/s
C．2000 b/s
D．4800 b/s

例：正交幅度调制16-QAM的数据速率是码元速率的 （ ） 倍。
A．2
B．4
C．8
D．16

4、误码率

误码是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压，致使信号在传输中遭到破坏，产生误码。

误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%

Pc=Ne(出错的位数)/N(传送的总位数)

噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码。

5、信道延迟

信道延迟是指信号从源端到达宿端需要的时间。

信道延迟与源端和宿端的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。

在电缆中的传播速度一般为光速的77％，即200 m/us左右。

例如500m同轴电缆的时延大约是2.5us，卫星信道的单程时延大约是270 ms。

例：在地面上相距2000公里的两地之间通过电缆传输4000比特长的数据包，数据速率为64Kb/s，从开始发送到接收完成需要的时间为（ ）。
A．48ms
B．640ms
C．32.5ms
D．72.5ms