数据通信原理复习资料整理期末考试必备.docx
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数据通信原理复习资料整理期末考试必备
第一章概述
1、数据通信一一依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息;
2、传输代码
常用的传输代码有：
•国际5号码IA5（7单位代码）一一ASCII码（常在后面加1位奇偶校验码）•国际电报2号码ITA2（5单位代码）
•EBCDIC码（8单位代码）
•信息交换用汉字代码（7单位代码）
3、数据通信系统的构成
数据终端设备DTE
•数据输入、输出设备——数据►数据信号
•传输控制器一一主要执行与通信网络之间的通信过程控制（即传输控制），包括差错
控制、终端的接续控制、传输顺序控制和切断控制等（完成这些控制要遵照通信协议）。
数据电路
•传输信道一一为数据通信提供传输通道
•数据电路终接设备（DCE）（《综合练习习题与解答》简答题第2题）一一是DTE与传输信道之间的接口设备，其主要作用是将来自DTE的数据信号进行变换，使之适合信道传输。
「当传输信道为模拟信道时，DCE是调制解调器（MODEM）,发送方将DTE送来
I的数据信号进行调制，将其频带搬移到话音频带上（同时变成模拟信号）
1再送往信道上传，收端进行相反的变换。
I当传输信道是数字信道时，DCE是数字接口适配器，其中包含数据服务单元与信道
服务单元。
前者执行码型和电平转换、定时、信号再生和同步等功能；后者则执行信道均衡、信号整形等功能。
中央计算机系统
j主机——进行数据处理
.通信控制器（又称前置处理机）一一用于管理与数据终端相连接的所有通信线路，
其作用与传输控制器相同。
数据电路与数据链路的关系一一数据链路由数据电路及两端的传输控制器组成。
只有建立了数据链路通信双方才能有效、可靠地进行数据通信。
4、信道类型
电话网传输信道；数字数据传输信道;
5、传输损耗
传输衰减=网络的输入端功率-输出端功率;
传输损耗：
P发送
D10lg
P妾收
信噪比：
SP信号
10lg
NdBP噪声
6、计算机通信网包含数据通信网；计算机通信网不等于计算机网络，前者明显地参与管理;
7、数据传输方式
并行传输与串行传输（按代码传输的顺序分）
1、并行传输
概念一一并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。
优缺点优点一一不需要额外的措施来实现收发双方的字符同步。
丫缺点一一必须有多条并行信道，成本比较高，不适宜远距离传输。
适用场合一一计算机等设备内部或两个设备之间距离比较近时的外线上采用。
2、串行传输
概念一一串行传输指的是组成字符的若干位二进制码排列成数据流以串行的方式在条信道上传输。
优缺点J优点一一只需要一条传输信道，易于实现。
〔缺点一一要采取措施实现字符同步。
适用场合一一是目前外线上主要采用的一种传输方式。
异步传输和同步传输（按同步方式分）
1、异步传输
概念一一异步传输方式一般以字符为单位传输，每个字符的起始时刻可以是任意的。
为了正确地区分一个个字符，不论字符所采用的代码为多少位，在发送每一个字符时，都要在前面加上一个起始位，长度为一个码元长度，极性为“0”，表示一个字符的开
始；后面加上一个终止位，长度为1，1.5或2个码元长度，极性为“1”，表示一个
字符的结束。
以国际5号码为例：
1XXXXXXX1s2
（起始位）（信息码）（终止位）
优缺点J优点一一实现字符同步比较简单，收发双方的时钟信号不需要严格同步。
•缺点一一对每个字符都需加入起始位和终止位，因而信息传输效率低。
例：
如字符采用国际5号码，终止位为1位，并采用1位奇偶校验位，求传输效率。
解：
传输效率为
7/（7+1+1+1）=70%。
2、同步传输
概念一一同步传输是以固定的时钟节拍来发送数据信号的，因此在一个串行数据流中，
各信号码元之间的相对位置是固定的（即同步）。
优缺点」优点一一传输效率较高。
1缺点一一接收方为了从接收到的数据流中正确地区分一个个信号码元，必须
建立准确的时钟同步等，实现起来比较复杂。
单工、半双工和全双工传输（按数据电路的传输能力分）
1、单工传输一一传输系统的两端数据只能沿单一方向发送和接收。
2、半双工传输一一系统两端可以在两个方向上进行双向数据传输，不能同时进行，当其中一端发送时，另一端只能接收，反之亦然。
3、全双工传输一一系统两端可以在两个方向上同时进行数据传输，发送和接收数据。
但两个方向的传输
即两端都可以同时
8、主要性能指标
工作速率——衡量数据通信系统通信能力
1•调制速率（又称符号速率或码元速率）NBd（或fs）
定义一一每秒传输信号码元的个数，单位为波特（Bd）o
1
公式：
NBd—（T为符号间隔）
T
数据传信速率（简称传信率）R（或fb）
定义一一每秒传输的信息量（即比特个数或二进制码元的个数），单位为bit/s等。
数据传信速率与调制速率之间的关系为
RNBdlog2M
例：
设信号码元时间长度为833106s，当采用4电平传输时，求数据传信速率和调
制速率。
解：
调制速率为
NBd1
数据传信速率为
RNBdlog2M1200log242400bit/s
数据传送速率
定义一一单位时间内在数据传输系统的相应设备之间实际传送的平均数据量，又称有效
数据传输速率。
单位为比特/秒（bit/s）、字符/秒或码组/秒。
实际的有效数据传送速率是小于数据传信速率的。
有效性指标频带利用率
定义一一=系统的传输速率/系统的频带宽度（B）（2-3）
833
Bd
106
1200Bd
Bd/Hz
bit/（sHz）
B
可靠性指标一一传输的差错率
常用的有误码率、误字符率、误码组率等。
它们的定义分别为:
误码率=接收出现差错的比特数/总的发送比特数
误字符（码组）率=接收出现差错的字符（码组）数/总的发送字符（码组）数
信道容量
C带宽?
log21信噪比
第二章数据信号的传输
一、数据信号及特性描述
1、数据序列的电信号表示
单极性不归零信号：
1为正，0为平；单极性归零信号：
1为正零，0为平；双极性不归零信号：
1为正，0为负；双极性归零信号：
1为正零，0为负零;
伪三进制：
1为正零或负零，0为零；差分信号：
电位变化为正，不变为零；
（注：
图（f）中的差分信号是“1”一一电平改变，“0”一一电平不变，其规则也可以相反。
）
例1:
已知二进制数据序列为1010110，以矩形脉冲为例，画出双极性归零信号的波形图（设t=T/2）。
解：
例2:
已知二进制数据序列为1100101，以矩形脉冲为例，画出差分信号的波形图（假设
“1”——电平改变，“0”——电平不变；初始电平为0）
解：
1
1Q0
10
1
二、传输信道及数据信号的基本传输方法
•基带传输
•频带传输（或称调制传输）
•数字数据传输
基带数据信号的频谱特性
单极性码一一既有连续谱，也有离散谱；
双极性码一一只有连续谱，没有离散谱；
1
不归零码一一连续谱第一个零点为fs
T
归零码一一连续谱的第一个零点为2fs；
第二节数据信号的基带传输
基带传输一一不搬移基带数据信号频谱的传输方式称为基带传输。
、基带传输系统构成模型（能画出下图）
网孔均衡一一用来消除“1”与（t）的误差。
二理想低通形成网络
1、理想低通形成网络特性
H（f）――幅度特性，（f）――相位特性
式中，fN为截止频率，td为固定时延。
H（f）图参见教材P54图3-9
设td0，h（t）波形如教材P55图3-10所示。
理想低通冲激响应h（t）的特点是:
k
①零点的位置t（td）石k1,乙3
2fN奈氏速率
1/2fN――奈氏间隔
，从而使码元间隔
例1：
在比特速率相同下，采用多电平传输的符号速率要
，最后导致奈氏带宽fN
答：
（RNBdlog2M）
下降增大下降
例2:
一个理想基带传输系统，若奈氏带宽fN不变，采用8电平传输时的传信速率R8与4
电平传输时的传信速率R4的关系为（）
答：
奈氏带宽fN不变号速率NBd2fN则不变
R4NBdlog24
R8NBdlog28
3
所以Rs-R4
2
理想低通形成网络的特点：
'满足奈氏第一准则（无符号间干扰）。
I频带利用率达到2Bd/Hz的极限。
波形“尾巴”衰减较慢对定时脉冲的精度要求较高。
L物理上不可实现。
三、具有幅度滚降特性的低通形成网络一一滚降低通
1、滚降低通特性
滚降低通特性参见教材P56图3-11
滚降系数f/fN,01（0时是理想低通）
fs2fn2
B
（1）fN--（Bd/Hz）
B
（1）f-1
滚降低通形成网络是否满足无符号间干扰的条件？
结论：
若滚降低通网络的幅度特性|H（f）以C点（f-,1/2）呈奇对称滚降，则其输出响
应波形h（t）在取样判决点无符号间干扰（即满足奈氏第一准则）
例1:
一滚降低通网络的幅度特性H（f）如图所示，试判断此滚降低通网络是否满足无符
号间干扰的条件。
（《综合练习习题与解答》简答题第5题）
fn,1/2），而是
解：
此滚降低通网络不满足无符号间干扰的条件。
因为：
虽然它的幅度特性呈奇对称滚降，但滚降的对称点不是（
（1.5f-,1/2）。
例2:
一形成滤波器幅度特性如下图所示。
1如果符合奈氏第一准则，其符号速率为多少？
a为多少?
2采用八电平传输时，传信速率为多少？
3
频带利用率n为多少Bd/Hz?
解：
①如果符合奈氏第一准则,
H（f）应以C点（f-,0.5）呈奇对称滚降，由图示可得:
40002000‘
f-2000
3000Hz
2
符号速率
f-2f-230006000Bd
滚降系数
4000300010001
300030003
③频带利用率
fs60001.5Bd/Hz
B4000
例3:
按奈氏第一准则设计一个基带传输系统。
该系统采用4电平传输，滚降系数0.2,
传信速率为128kbit/s。
试定性画出系统的传递函数幅度特性，并标出
（1
）fN
fN,（1
）fN位置。
R
NBdlOg
2M
R
128
103
NBd
64000Bd
lOg2
M
log
h4
NBd
64000
fN
32000Hz
2
2
（1
）fN
（1
0.2）
3200025600Hz
（1
）fN
（1
0.2）
3200038400Hz
解:
2、升余弦滚降低通
H（f）表达式参见教材P56（3-18）
升余弦滚降低通H（f）特性参见教材P56图3-12
h（t）波形参见教材P57图3-13
滚降低通形成网络的特点：
•可满足无符号间干扰的条件。
•频带利用率不能达到2Bd/Hz的极限。
-波形“尾巴”衰减较快。
-物理上可实现。
四、部分响应形成系统
概念一一部分响应形成系统是一种可实现的传输系统，它允许存在一定的、受控的码间干扰,
豁所组成，例如
而在接收端可以加以消除，这样的系统既能使频带利用率提高到理论上的最大值，又可近似地物理实现。
这类系统称为部分响应形成系统。
形成思路一一如果形成波形是两个（或两个以上）在时间错开的
豁，这样合成波的表达式在分母通分之后将出现
2323
t（或t等）项，即波动衰减是随着t（或t等）而增加，从而加快了响应
波形的前导和后尾的衰减。
1、第一类部分响应形成系统（余弦低通）
（1）h（t）公式
（2）H（f）
参见教材P58图3-15（a）
Hi2（f）特性参见教材P59图3-16
H（f）特性参见教材P59图3-17
0,f
牛2Bd/Hz
td
（3）分析h（t）特性
参见教材P58图3-14
设td0
r?
i呼（-F）（¥）
h（t）波形的特点:
3,5,7
①零点的位置t
2
②波形的“尾巴”以1/t的速度衰减
h（t）波形是否无码间干扰?
结论：
第一类部分响应形成系统的h（t）波形有码间干扰。
但若取样判决点选在波峰往前（或
往后）T/2处，只有前（或后）一个码元对它有干扰，此干扰是固定的，可以消除的。
但有误码扩散问题。
解决的办法是采用有预编码的第一类部分响应系统。
（4）有预编码的第一类部分响应系统（余弦低通）（《综合练习习题与解答》计算题第3题）
参见教材P58图3-15（b）
akbk预编码bkakbk1（3-22）
bkCk相关编码Ckbkbki（3-23）
例：
I
ak110101110010
i
i
■
bkO100110100011
I
I
I
Ck110121110012发端
I
il
I
l
Ck110121110012收端（设无误码，CkCk）
I
I
I
ak110101110010
ak0,Ck0或2
Ck的规律（Ck是伪三电平）
ak1,Ck1
第一类部分响应系统的特点:
•有码间干扰，但是固定的，可以消除的。
-频带利用率能达到2Bd/Hz的极限。
-波形“尾巴”衰减较快。
•物理上可实现。
2、第四类部分响应形成系统（正弦低通）
（1）h（t）公式
g（t）gl（t）g2（t）
（2）H（f）
参见教材P59图3-18
Hi2（f）参见教材P60图3-19
H⑴参见教材P60图3-20
.f
j-
（正弦低通）
fN,0
0,f
Hl3（f）
晋2Bd/Hz
（3）分析h（t）特性
h（t）波形的特点:
②第四类部分响应形成系统的h（t）波形有码间干扰。
但是固定的，可以消除的。
也有
误码扩散问题，解决的办法是采用有预编码的第四类部分响应系统。
bkakbk2
（4）有预编码的第四类部分响应系统（正弦低通）
（3-29）（3-30）
例：
ak101101101100
I
I
■
bkO0100100100101
I
I
I
Ck10-110-110-1100发端
CkCk）
Ck10-110-110-1100收端（设无误码,
I
I
ak101101101100
ak0,ck0
Ck的规律，，（Ck是伪三电平）
ak1,Ck1
第四类部分响应系统的特点：
•有码间干扰，但是固定的，可以消除的。
•频带利用率能达到2Bd/Hz的极限。
•波形“尾巴”衰减较快。
•物理上可实现。
五、数据传输系统中的时域均衡
1、时域均衡的作用（《综合练习习题与解答》简答题第8题）
时域均衡的思路一一是消除接收的时域信号波形的取样点处的码间干扰，的所有细节都与奈氏准则所要求的理想波形完全一致收波形本身来进行补偿以消除取样点的符号间干扰,性。
2、时域均衡的基本原理
时域均衡的均衡目标——调整各增益加权系数ck，使得除n
就消除了符号间干扰。
例：
一个三抽头的时域均衡器，其输入波形如下图所示，其
x20.1,x10.2,x01,x10.4,x20.2,当k>2时,
并不要求传输波形
。
因此可以利用接
提高判决的可靠
0以外的yn值为零，这
Xk0,求当输出波形
y（t）满足无符号间干扰的条件时，各增益加权系数应为多少?
K（t|
解:
ynckxnk
kN
1
ckxnk
k1
y1
c1X0
qx1
GX2
yo
c1X1
C0X0
c1x1
y1
c1x2
5X1
满足无符号间干扰时，
有：
c1
0.2c。
0.1&
0
0.4c
1c°
0.2g
1
0.2c1O.4co
c0
解方程求得：
c1
0.20
C。
0.85
c
0.30
（注：
教材中的示例假设x（t）只有3个取值，即当k>1时，Xk0）
数据传输系统的眼图
最佳采样时刻：
在眼睛张开得最大的地方代表最佳采样时刻;垂直张开度：
反映系统对噪声的容限；
水平张开度：
反映了传输系统的过门限点失真；
正负不对称度：
表示系统所存在的非线性失真的程度；定时抖动灵敏度：
斜率，反映了系统对定时偏差的灵敏度；
第三节数据信号的频带传输
即将基带
频带传输一一又称调制传输，它是需要对基带数据信号进行调制以实现频带搬移,
数据信号的频带搬到话音频带上再传输。
数字调制的基本方法有三种：
•数字调幅（ASK）
•数字调相（PSK）
•数字调频（FSK）
一、频带传输系统
参见教材P69图3-33
各部分的作用：
•1点：
数据信号为单或双极性不归零码
s（t）；发送低通一般是基带形成滤波器的一部分,
（2点的信号叫基带信号
2点的功率谱近似为基带
形成滤波器的H（f）形状）
•调制将基带信号的频带搬到载频（载波频率）附近的上下边带，实现双边带调制。
假设基带形成滤波器为第一类部分响应系统，2点的功率谱FS（f）与调制后的双边功率谱
PE（f）如附图27所示。
（Ps（f）中有直流分量TPe（f）中便有载频fc分量，直流分量调到fc处）
-发送带通形成信道可传输的信号频谱（取单或双边带等传输）。
-接收带通一一除去信道中的带外噪声。
-解调一一是调制的反过程，解调后的信号中有基带信号和高次产物。
-接收低通一一除去解调中出现的高次产物，并起基带波形形成的作用（接收低通是基带形
成滤波器的另一部分）。
•取样判决一一对恢复的基带信号取样判决还原为数据序列。
（8点的信号要满足无符号间
干扰的条件）
频带传输系统与基带传输系统的区别在于在发送端增加了调制，在接收端增加了解调，以实现信号的频带搬移，调制和解调合起来称为Modem。
从信号传输的角度，一个频带传输系统就相当于一个等效的基带传输系统。
符号速率fs2fN
、数字调幅
概念一一以基带数据信号控制一个载波的幅度，称为数字调幅，又称幅移键控，简写为ASK。
1、ASK信号及功率谱分析
2ASK――1不变，0归零；
抑制载频的2ASK――1不变，0相反；
2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍；
调制后实现了双边带调制
'数据序列是单极性码一一PS（f）中有直流分量一一PE（f）中有载频分量（2ASK）
数据序列是双极性码一一Ps（f）中无直流分量一一Pe（f）中无载频分量
（抑制载频的2ASK）
调制后的带宽B调2B基
2
（1）fN（设基带形成滤波器为滚降低通）
号波形（设fc2fs）o解:
」「
1o
0
1
101
i单S3性不!
Li尊码1"
gWWWW\AM
2ask—*—ww
COS
2A8K
wwwwwwwwwww
MS31
三、数字调相
PSKo
概念一一以基带数据信号控制载波的相位，称为数字调相，又称相移键控，简写为r二相调相
分类4四相调相〜相调相
八相调相
十六相调相
绝对调相一一参考相位：
未调载波
相对调相参考相位：
前一符号的已调载波相位
1、二相数字调相
画图方法：
1、信息代码2PSK波形规律：
“异变，同不变”，指：
若本码元与前一码元相异，则本码元内2PSK信号的初相位相对于前一码元内2PSK信号的末相变化n;否则不变。
2、信息代码2DPSK波形规律：
“1变，0不变”，指：
信息代码（绝对码）为1时，本码元内2DPSK信号的初相位相对于前一码元内2DPSK信号的末期相变化n;否则不变。
解：
WWWVWM
2PSK
-wwvvwwm
例2:
已知2DPSK的波形如下图所示，设初始相位为0,数据信号为“0”时，载波相位
改变0,数据信号为“1”时，载波相位改变心试写出所对应的数据序列（设fcNBd）。
解：
所对应的数据序列为：
010010
（3）二相调相的功率谱密度及频带利用率
二相调相（包括2PSK和2DPSK）的功率谱密度及频带利用率与抑制载频的2ASK的
功率谱密度及频带利用率相同。
B2
（1）fN
bit/（sHz）
例1:
四相调相的相位变化如附图40所示，假设基带数据信号序列为0111001001，试
写出4DPSK已调波对应的相位，并画出其矢量图（假设初始相位为0）。
解：
解题思路：
首先将数据信号序列以二位数字为单位进行分组，然后再求每组数字的相位，如下题：
01的相位为（初始相位为o+3n4=3n4），11的相位为（前一相位3n4+n4=n）
00的相位为（前一相位n+5n4=9n4=d4）,依此类推。
基带数据信号序列
01
11
00
10
01
相位（初始相位为0）
3n4
n
n4
0
3n4
矢量图（T）
/
例2:
已知4DPSK已调波对应的相位如下表所示（假设初始相位为0,相位变化规则按B
方式工作），写出所对应的基带数据信号序列。
相位（初始相位为0）
n4
n
3n4
0
基带数据信号序列
解:
相位（初始相位为0）
n4
n
3n4
0
基带数据信号序列
11
01
10
00
四、数字调频
画图方法：
相位连续的2FSK:
1不变，0频率扩大一倍；
相位不连续的2FSK:
1不变，0频率扩大一倍，且0的初始相位为0;
第三章差错控制
第一节差错控制的基本概念
一、差错分类和错误图样
1、差错分类
差错可以分为两类：
•随机差错
•突发差错
三、差错控制方式
1、检错重发或叫自动反馈重发（ARQ）实时性差;
2、前向纠错（FEC）监督码多
3、混合纠错检错（HEC）前两者的混合，效率折中
4、信息反馈又称回程校验（IRQ）发送端不需要纠错能力
第二节检错和纠错的基本概念
、差错控制的基本原理
码的纠检错能力是靠信息
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