計(jì)算機(jī)通信技術(shù)第2章

1、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1 數(shù)據(jù)通信的概念及其分類數(shù)據(jù)是指能夠由計(jì)算機(jī)或數(shù)字終端設(shè)備進(jìn)行處理并以某種方式編制成二進(jìn)制碼的數(shù)字、字母和符號的集合。2.1.1數(shù)據(jù)通信的通信方式通信方式可以三類。單工方式半雙工方式全雙工方式第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)單工方式半雙工方式全雙工方式第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1.2 串行傳輸和并行傳輸1.串行傳輸：串行傳輸是指將表示一定信息的數(shù)據(jù)信號序列按信號變化的時(shí)間順序一位接一位地從發(fā)端傳輸?shù)绞斩?。?章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.并行傳輸：并行傳輸是指將表示一定信息的數(shù)據(jù)信號序列按碼元數(shù)分成n路（通常n為一個(gè)字長，比如8路、16路、32路等），并同時(shí)在n路并行

2、信道中傳輸，信源一次可以將n位數(shù)據(jù)（一個(gè)字節(jié)）傳送到信宿。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1.3 同步通信和異步通信目前常用的同步技術(shù)有：同步傳輸和異步傳輸。1、異步串行通信在以字符為通信單位的串行通信中，同步信息由硬件加在每一個(gè)字符的數(shù)據(jù)幀上，這種串行通信稱為異步串行通信。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2、同步傳輸與異步通信不同，同步通信不是對每個(gè)字符單獨(dú)同步，而是以數(shù)據(jù)塊為傳輸單位并對其進(jìn)行同步。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)通信是依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個(gè)功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。它可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與終端以及終端與終端間的數(shù)據(jù)信息傳遞。數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)與通信相結(jié)合而產(chǎn)

3、生的一種通信方式和通信業(yè)務(wù)，其基本作用是完成兩個(gè)實(shí)體之間數(shù)據(jù)的交換。通常點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型如圖2-7所示。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的衡量指標(biāo)在設(shè)計(jì)或評價(jià)通信系統(tǒng)時(shí)，往往會(huì)涉及到通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)，否則就無法衡量其質(zhì)量的優(yōu)劣。通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)涉及有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性及其維護(hù)使用等等。信息量主要為了便于對通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)作定量的分析。2.3.1 信息量 信息量就是對消息中這種不確定性的度量。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.3.2 衡量指標(biāo)一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)歸納起來有以下幾個(gè)方面：（ 1 ）有效性。指通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問題，即快慢問題。（ 2 ）可靠

4、性。指通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問題，即好壞問題。（ 3 ）適應(yīng)性。指通信系統(tǒng)適用的環(huán)境條件。（ 4 ）經(jīng)濟(jì)性。指系統(tǒng)的成本問題。（ 5 ）保密性。指系統(tǒng)對所傳信號的加密措施。這點(diǎn)對軍用系統(tǒng)尤為重要。（ 6 ）標(biāo)準(zhǔn)性。指系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國家、國際標(biāo)準(zhǔn)。（ 7 ）維修性。指系統(tǒng)是否維修方便。（ 8 ）工藝性。指通信系統(tǒng)各種工藝要求。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 2.4 通信系統(tǒng)分析基礎(chǔ)2.4.1 信號的分類（ 1 ） 按信號描述來分確定信號與隨機(jī)信號（ 2 ）按信號的幅值和能量來分能量信號與功率信號（ 3 ）按信號的特性來分時(shí)間特性與頻率特性；（ 4 ）按連續(xù)性來分連續(xù)時(shí)間信號與離散時(shí)間

5、信號；。（ 5 ）按周期性來分周期信號和非周期信號第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.4.2 階躍信號和沖激信號模擬信號和數(shù)字信號設(shè)有一個(gè)函數(shù)為它是在區(qū)間 上都有定義的可微函數(shù)，斜率為n/2，導(dǎo)數(shù)可以表示為 第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)對上兩式取 得極限可以得到對上兩式取 得極限可以得到圖2-9給出了階躍函數(shù)和沖激函數(shù)的圖形描述。根據(jù)以上討論可知，階躍函數(shù)與沖激函數(shù)的關(guān)系是第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)狄拉克（Dirac）給出了沖激函數(shù)的另一種定義上式表明在沖激函數(shù)波形下的面積等于1。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.4.3 周期信號的頻譜在高等數(shù)學(xué)中我們學(xué)過傅里葉級數(shù)，其內(nèi)容是：任意一個(gè)滿足狄里赫利條件的周期信號f(t)

6、(實(shí)際工程中所遇到的周期信號一般都滿足)可用三角函數(shù)信號的線性組合來表示，即：式中第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)式(2.30)的物理意義：就是一個(gè)周期信號可近似用一直流分量和以其頻率(周期的倒數(shù))為基頻的各次諧波(正弦型信號)的線性疊加表示。假設(shè)有一個(gè)周期性方波如圖2-10(a)所示，其表達(dá)式可用式(2.30)表示。那么，在式(2.30)中，我們分只取基波、只取到3次諧波、只取到5次諧波和只取到7次諧波4種情況畫出信號的波形，如圖2-10(a)到(d)所示。由圖可見，諧波次數(shù)取得越高，近似程度越好。由此可見，基波決定信號的大體形狀，諧波改變信號的“細(xì)節(jié)”。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)圖2-10 對稱方波的諧波逼近示

7、意圖 在“電工學(xué)”中我們學(xué)過正弦交流電，知道三角函數(shù)與復(fù)指數(shù)函數(shù)之間有著密切的關(guān)系。根據(jù)歐拉公式有：將式(2.34)、(2.35)代入式(2.30)，經(jīng)整理得第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)其中，式(2.36)是傅里葉級數(shù)的復(fù)指數(shù)表達(dá)形式，表明一個(gè)周期信號可以由無窮個(gè)復(fù)指數(shù)信號線性疊加而成。式(2.37)表明 是一個(gè)以離散變量 為自變量的復(fù)變函數(shù)，具有實(shí)部和虛部，即： 從式(2.38)可以看出， 反映了 在頻域上各次諧波的幅值大小和相位多少，因此，把 稱為 的頻譜函數(shù)，其實(shí)部稱為幅頻函數(shù)，虛部稱為相頻函數(shù)。所以，任何一個(gè)周期信號都可用與其惟一對應(yīng)的頻譜函數(shù)來描述。 描述的是信號與時(shí)間的關(guān)系，而 描述的是信號

8、各次諧波的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.4.4 非周期信號的頻譜我們知道，對于一個(gè)周期為 的周期信號，如果令其周期為無窮大，則 該周期信號就變成一個(gè)只含一個(gè)周期波形的非周期信號。在式(2.37)中，若令 T0趨于無窮大，則將 趨于零，顯然不能成為我們想要的頻譜函數(shù)。那么如果將式(2.37)右邊分母上的 T0 移到等式左面，則 在T0趨于無窮大時(shí)，是一個(gè) 的不定型，其極限可能存在。即有下式：第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)式(2.36)可以改寫為下式上式中最右邊的 在 趨于無窮大時(shí)可看成角頻率的微分 ，則式(2.42)就變成典型的定積分定義表達(dá)式式(2.41)和式(2.43)共同被稱為傅里

9、葉變換對，即有 第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.4.5 系統(tǒng)響應(yīng)及其系統(tǒng)分析方法1、系統(tǒng)及分類（1）線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)（2）時(shí)不變和時(shí)變系統(tǒng)（3）因果和非因果系統(tǒng)（4）穩(wěn)定和不穩(wěn)定系統(tǒng)第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.4.5 系統(tǒng)響應(yīng)及其系統(tǒng)分析方法2、卷積積分（1）定義 給定兩個(gè)函數(shù) 和 ，定義下列積分為函數(shù) f1(t)和f2(t) 的時(shí)間卷積。卷積用符號*表示，即卷積積分在信號與系統(tǒng)分析中是一種重要的數(shù)學(xué)方法，它具有交換律、結(jié)合律和分配率等性質(zhì)，可用于簡化計(jì)算過程。有關(guān)計(jì)算方法的具體內(nèi)容請參閱相關(guān)書籍，由于篇幅的緣故這里就不詳細(xì)介紹了。（2）卷積定理第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.4.5 系統(tǒng)響應(yīng)及其系統(tǒng)分析方法3、任

10、意信號和沖激函數(shù)的卷積 任意信號與單位沖激函數(shù)的時(shí)間卷積可用于信號通過線性系統(tǒng)的時(shí)域分析。4、時(shí)域分析方法 在時(shí)域中，線性系統(tǒng)是用它的脈沖響應(yīng)來描述。脈沖響應(yīng)的定義是把一個(gè)單位沖激函數(shù) 作為輸入信號時(shí)，系統(tǒng)所產(chǎn)生的輸出（響應(yīng)）。由單位沖激函數(shù)的取樣特性可知，輸入信號 可表示為無限多個(gè)沖激函數(shù)的離散和。即第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)那么系統(tǒng)的輸出就是輸入脈沖引起的無窮多個(gè)響應(yīng)之和，即 在 的極限情況下，寫成積分形式上式實(shí)際上就是卷積積分。用 代換上式，可另表示為如果系統(tǒng)是物理可實(shí)現(xiàn)的，即對于t0表示時(shí)間滯后， t0 0表示時(shí)間超前，實(shí)際的電路當(dāng)中都是時(shí)間滯后。假設(shè) X()是輸入信號 x(t)的頻譜函數(shù)，對上式兩