计算机网络——数据通信过程

数据通信是指在两点或多点之间以二进制的形式进行信息交换。数据传输+通信控制。

数据通信的过程是把字符或符号转换成编码，产生与编码对应的信号，信号传送到目的地后被接受设备接收，按编码的规则将信号解码，再还原成相应的字符或符号。模拟信道的数据通信过程如图所示，数字信道的数据通信过程省略了调制和解调的步骤。



图1 模拟信道的数据通信的过程

信号与信道

什么样的信道传输什么样的信号。图示如下：


图2 数据、信号与信道

编码与调制

编码输出数字信号，调制输出模拟信号。


图3 编码与调制

数据编码：

1. PCM编码：

采样：按一定间隔对语音信号进行采样。

量化：把每个样本舍入到最近的量化级别上。

编码：对每个舍入后的样本进行编码。


图4 PCM编码示意

2. 不归零编码

用-5V表示二进制中的1，+5V表示二进制中的0。

3. 曼彻斯特编码

在每个码元的中间发生跳变，高à低的跳变代表1，低à高的跳变代表0。

4. 差分曼彻斯特编码

在每个码元的中间发生跳变，码元开始处有跳变代表0，无跳变代表1。


图5 三种数字编码的波形图

采样定理

如果模拟信号的最高频率为F，若以大于等于2F的采样频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。

数据通信性能指标

1. 时延。一个数据块从链路或网络的一端传送到另一端的时间。

总时延=发送时延+传输时延+转发时延

发送时延=数据块总长度/信息传输速率

传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率

2. 带宽。信道传输能力的度量。计算机网络中的单位为每秒钟传输的二进制位数。主要由b/s，Kb/s，Mb/s，Gb/s

3. 误码率。传输的码元被传错的概率。Pc=出错的码元/传输的总码元数

4. 信息传输速率。每秒传输的二进制比特数。

Shannon公式：有噪声干扰信道。

C = W log2 （1+S/N）

C——传输率，单位b/s

W—— 带宽，单位Hz

S/N——信噪比

5. 信道最大数据传输率。

Nyquist公式：无噪声理想低通信道。估算已知带宽信道的最高数据传输速率。

C = 2W log2 M

C ——数据传输率，单位b/s

W ——带宽，单位Hz

M ——信号编码级数

参考文献：

[1] 谢希仁. 计算机网络. 北京: 电子工业出版社.