无线数据通信技术基础课件.pptx

1、第1章 概 论第1章 概 论1.1 无线数据通信基础1.2 无线数据通信的工作方式、信号传输方式与业务类型1.3 无无线数据通信系统的主要性能指标 1.4 无线数据通信研究的主要内容与发展目标本章小结 习题与思考题第1章 概 论 第1章 概 论教学目标 了解无线数据通信的发展。掌握无线数据通信中信号的分类。掌握无线数据通信的工作方式。掌握无线数据通信的业务类型。熟悉无线数据通信系统的主要性能指标。了解无线数据通信研究的主要内容与发展目标。第1章 概 论重点、难点 模拟信号与数字信号。无线通信系统的基本组成。无线信道带宽第1章 概 论1.1 无线数据通信基础 无线通信(WirelessCommu

2、nication)是一种利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的通信方式。近些年无线通信技术在信息通信领域中发展最快、应用最广。无线通信如果在移动中实现就称为无线移动通信。无线通信由最初的电报开始,经过 150 多年的发展,通过来自各界的成千上万名工程师、研究人员和科学家的辛勤劳动,终于取得了今天的成果。第1章 概 论1.1.1 无线数据通信的发展无线数据通信是在有线数据通信的基础上发展起来的,能实现移动状态下的数据通信。数据通信是计算机与通信相结合而产生的一种通信方式,主要用来实现人与计算机以及计算机与计算机之间的通信。原来的数据通信是固定式计算机通过电信传输线路实现的。近年来

3、,随着移动电话通信的迅速发展,个人计算机的迅速普及,多种便携式计算机例如膝上型计算机、笔记本计算机、手持式计算机等迅速增多,固定计算机之间的数据通信已不能满足需。人们希望能随时随地进行数据信息的传送和交换,于是数据通信传输媒体开始从有线扩展到无线,出现了无线移动数据通信。第1章 概 论1.1.2 信息与信息量在日常生活中,人们通过对话、书信、表演等多种形式进行思想的交流和现象的描述,这些过程都可以称为消息(message)的传递。消息中所包含的对接收者有意义的内容称为信息(infor-mation),消息是信息的载体。信息的多少用信息量表示。信号(signal)是信息的表现形式,它可以是声音、

4、图像、电压、电流或光等。第1章 概 论在各种形式的信号中,电信号由于具有传递速度快(接近于光速)、传输距离远、能承载的信息量大并且处理方便等优点,成为通信信号的主要形式。近年来,随着光纤的大量应用,光信号也越来越多地用于通信中。本书主要讨论的是电信号,或者是由其他形式转换以后的电信号,如话音信号和图像信号。第1章 概 论1.1.3 模拟信号与数字信号电信号按其波形特征可分为两大类:一类是模拟信号,另一类是数字信号。1.模拟信号自然界存在的信号大多是模拟信号,其主要的特征有两个,即时间上的连续与状态上的连续。所谓时间上连续,指的是在任何时刻信号的电量(电压或电流)对信号都是有意义的,而状态上连续

5、则说明信号的电量可能是某一个有限范围内的任意值,具体反映在模拟信号经过传输后如果与传输前的信号不一致,信号所携带的信息就会部分丢失。第1章 概 论图 1 1(a)是一个模拟的话音信号的波形。如果该波形在 t1 时刻受到干扰,如图 1 1(b)所示,则喇叭上会发出异常的“咔嚓”声。常见的模拟信号有话音信号、电视图像信号以及来自于各种传感器的检测信号等。图 11 话音信号的波形第1章 概 论2.数字信号数字信号是用特定时刻的有限状态来表示信息的。图 12(a)是一个二进制信号的波形,它的状态只有两个,分别用“1”和“0”表示,如果传输过程中信号的电平发生了变化,接收端可能通过比较判断将所有电平归为

6、两个状态(将所有大于 0V 的电平判别为高电平,将所有小于 0V 的电平判别为低电平),因此,数字信号在传输过程中如果电平发生了变化,只要变化量不是足够大,不影响接收端的正确判断,信息就不会丢失。例如,当接收端收到图 1 2(b)所示的波形时,可以恢复成与发端一样的矩形波;如果接收端只在 t1,t 2,t n 时刻(即“特定时刻”)进行判别,则在其他时刻信号发生变化,如变成图 1 2(c)所示的波形时,仍然可以恢复成与发端一样的波形。第1章 概 论图 12 二进制数字信号第1章 概 论数字信号处理相对于模拟信号处理具有电路体积小、功能强等许多模拟处理所不能比拟的优点,因此随着数字信号处理技术的

7、发展,数字信号越来越多地被用于通信中。模拟信号与数字信号是可以相互转换的。模拟信号可以通过 A/D 转换变为数字信号,而数字信号通过 D/A 转换又可以变为模拟信号。在通信中常见的 A/D 转换方式有脉冲编码调制、增量调制以及在此基础上改进的各种方式。第1章 概 论1.1.4 无线数据通信系统与网络通信是将信号从一个地方向另一个地方传输的过程。用于完成信号的传递与处理的系统称为通信系统(CommunicationSystem)。现代通信要实现多个用户之间的相互连接,这种由多用户通信系统互连的通信体系称为通信网络(CommunicationNetwork)。通信网络以转接交换设备为核心,由通信链

8、路将多个用户终端连接起来,在管理机构(包含各种通信与网络协议)的控制下实现网上各个用户之间的相互通信。第1章 概 论1.通信系统的基本组成图 13 是一个通信系统的基本组成框图。从总体上看,通信系统包括五个组成部分:信源、发送设备、信道、接收设备和信宿。其中,信源与信宿统称为终端设备(TerminalEquipments),发送设备与接收设备统称为通信设备(CommunicationEquipments)。信源将原始信号转换成电信号,即基带信号,常见的信源有话筒、摄像机、计算机等。发送设备将该信号进行适当的处理,如进行放大、调制等,使其适合于在信道中传输。信道是信号传递的通道,在这个通道中信号

9、以电流、电磁波或光波的形式传播到接收端。接收设备的作用是将收到的高频信号(或光信号)经过放大、滤波选择和解调后恢复为原来的基带信号。信宿将来自于接收设备的基带信号恢复成原始信号。如果信源是话筒,要传输的信号是话音信号,则信宿就应是扬声器(或耳机),它将话音电信号转换成能为人耳所感觉的声音。第1章 概 论图 13 通信系统的基本组成第1章 概 论目前广泛使用的信道主要有双绞线(电话线)、同轴电缆、光导纤维和无线信道。这些信道有各自的传输特性,因此发送设备必须对来自信源的基带信号进行处理,使之适合在信道中传输。例如,话音信号在本地电话网的双绞线中传输时,可以不经过调制,因为本地电话网的双绞线的传输

10、频率范围为 3003400Hz,电话信号可以直接通过,但在传输计算机数据时,则需要对计算机数据进行调制,使已调信号的频率限制在 3003400Hz 范围内;在进行无线电通信时,话音信号难以直接变成电磁波向空间辐射,因此发送设备要将话音信号进行高频载波调制,其输出端接高频天线,它能将高频电信号转换成电磁波而有效地向空间辐射。如果传输信道是光导纤维,则发送设备就必须将基带信号转换成光信号。第1章 概 论一般来说,信源的输出与信宿的输入是相同的,两个终端的设备也是对应的。例如,发端如果是话筒,则接收端就是喇叭或耳机;发端是摄像机,则接收端是显示器;发端是计算机,则接收端也是计算机。发送设备与信源、接

11、收设备与信宿往往是合二为一的。在双向通信时,终端设备中既有信源又有信宿,如计算机既可以产生信号,又可以接收信号。通信设备中既有发送设备又有接收设备,无线数据通信技术基础如调制解调器,它对要发送的信号进行调制,又对接收的信号进行解调。图 14 是一个双向通信系统的组成框图。第1章 概 论图 14 双向通信系统组成从通信网络的角度看,通信设备 A、信道和通信设备 B 构成了连接终端设备 A 与终端设备 B的通道,这条通道也被称为链路(Link)。第1章 概 论2.无线通信系统的组成及分类无线通信系统同样由五个部分组成:信号源、发射设备、传输媒质、接收设备、受信人,如图15 所示。图 15 无线通信

12、系统组成第1章 概 论信号源提供需要传送的信息;发射设备由变换器和发射机组成,变换器完成待发送的信号(图像、声音等)与电信号之间的转换,发射机将电信号转换成高频振荡信号并由天线发射出去;传输媒质指信息的传输通道,对于无线通信系统来说,传输媒质指自由空间;接收设备由接收机和变换器组成,接收机将接收到的高频振荡信号转换成原始电信号以方便受信人接收;受信人指信息的最终接收者。第1章 概 论按照关键部分的不同特性,无线通信系统可分为以下类型:(1)按照工作频段或传输手段分类,有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。所谓工作频率,主要指发射与接收的射频(RF)频率。射频实际上就是“高频”

13、的广义语,它是指适合无线电发射和传播的频率。无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。(2)按照通信方式分类,有(全)双工、半双工和单工方式。(3)按照调制方式分类,有调幅、调频、调相以及混合调制等。第1章 概 论(4)按照传送的消息的类型分类,有模拟通信和数字通信,也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。各种不同类型的通信系统其组成和设备的复杂程度都有很大不同,但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的,遵从同样的规律。各种不同类型的通信系统其组成和设备的复杂程度都有很大不同,但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的,遵从同样的规律。第1章 概 论1)数据通信系统数据通信是在计算

14、机或其他数据终端之间进行存储、处理、传输和交换数字化编码信息的通信技术。数据通信系统有两种类型;一种是模拟数据通信系统,另一种是数字数据通信系统。“数据”一词表明信息的类型,“数字”一词表明信息传递与处理的方式。数据信号可以以模拟的方式进行通信,也可以以数字的方式进行通信。计算机数据用一个调制解调器在电话网中传输是数据信号的模拟传输,而在校园网中,计算机数据都是以数字方式传输的,相应的传输系统称为数字数据通信系统。第1章 概 论一个简单的从 A 点到 B 点的数据通信系统的构成如图 16 所示。从 A 点到 B 点的通信系统可以分为以下七个部分:(1)A 点的数据终端设备(DTE);(2)A

15、点的 DTE 与数据通信设备(DCE)之间的接口;(3)A 点的 DCE;(4)A 点与 B 点的数据传输信道;(5)B 点的 DCE;(6)B 点的 DCE 与 DTE 之间的接口;(7)B 点的 DTE。第1章 概 论图 16 数据通信系统的组成第1章 概 论DTE 是数据通信系统中的终端设备或终端系统，是一个数据源或数据宿，或两者兼而有之，常见的有微型计算机、打印机、传真机等。DTE 通常只能进行短距离的通信，通信能力很有限，但它有较强的数据功能，包括与 DCE 的连接以实现数据的收和发、串行与并行的转换、数据线路的控制、与新连接的数据网相对应的网络功能以及为在两端的 DTE 之间进行数

16、据连接所必需的其他各功能。DTE 可以是一台单独的设备，也可以由两台以上的设备组成。第1章 概 论DCE 具有将数据以模拟或数字方式在通信网络中传输的功能。在发送端,DCE 接收来自于DTE 的串行或并行数据,并将它转换成适合于信道传输特性的信号送入信道;在接收端,DCE 接收来自信道的信号并将其转换成串行或并行的数据流送给 DTE。DCE 的主要作用是实现信号的变换与编解码。它将来自 DTE 的信号进行变换使之变成适合信道传输的线路码,并通过编码使之具有抗干扰能力,在有些系统中 DCE 还要对信号进行调制,使信号能在具有带通特性的信道中传输;信号到达接收端后,接收端的 DCE 要对收到的信号

17、进行相反的变换与解码。DCE 还有向DTE 传送时钟信号的功能及其他功能。Modem 是一种 DCE,常用的调制方式是 FSK、PSK或 QAM。第1章 概 论物理结构上,DCE 可以是一台单独的设备,也可以与 DTE 合二为一,如传真机等。在计算机网络中,计算机就是一种 DTE,而 DCE 则可能是以网卡的形式安装在计算机的扩展槽中。现有的 DTE/DCE 接口标准有多个,虽然它们的方案有所不同,但每个标准都提供了连接的机械、电气及功能参数。EIA 的有关标准是 EIA232、EIA442 和 EIA 449,ITU T 的相关标准有 V系列和 X 系列。第1章 概 论2)无线数据通信系统无

18、线数据通信系统是地面有线数据通信网的延伸和补充。系统以蜂窝小区组网方式为主,由基站和无线终端组成,无线终端可以是便携电脑或是专为移动性操作设计的设备。无线移动数据通信网通过与有线数据通信网的互连,使数据通信网的应用扩展到无线移动数据通信。无线数据通信网的拓扑结构主要有如下几种形式:直接连接、星状网络、树状网络、网状网络和蜂窝状网络。第1章 概 论(1)无线数据通信的方式。现在,无线移动数据的通信方式迅速增多,已经有电路交换蜂窝移动通信、蜂窝数字分组数据(CDPD)通信、微蜂窝扩频通信、专用分组无线通信、双向卫星数据通信等多种方式的移动数据通信开通使用。最为常用的有:电路交换蜂窝移动通信。这是利

19、用蜂窝移动电话电路提供数据通信业务的一种方式。蜂窝数字分组数据通信。这种方式是把数字数据信息按分组方式在蜂窝网的空闲话音信道上发送,简称 CDPD 方式。第1章 概 论 专用分组无线数据通信。该方式与 CDPD 方式相似,但是通过专用网络传送数据分组,用户可通过膝上型电脑经过调制解调器接入网络。(2)无线数据通信的特点。无线移动数据通信与有线数据通信相比,有如下独特之处。可以随时随地进行通信,快速方便。例如,新闻记者携带一台便携式电脑,即可在现场通过移动电话机将新闻稿件及时发出。可以追踪移动资源。例如汽车公司可以随时掌握车辆情况,进行调度,提高运营效率。第1章 概 论 在移动数据终端内均可存储

20、信息。例如,当接收数据的人暂时离开或不便当时接收时,可将信息存储在数据终端,待人回来后或方便时随时提取、不会丢失。此外,随时可访问中心数据库、因特网,商业人员可在现场接订单、开发票、当场结算用户信用卡等,都是无线移动数据通信所具有的独特功能。第1章 概 论1.2 无线数据通信的工作方式、信号传输方式与业务类型1.2.1 无线数据通信与计算机通信、数字通信在两个数据终端设备(DTE)之间进行的通信称为数据通信。在两个数据终端设备之间进行的无线通信称为无线数据通信。因为计算机属于智能化程度较高的数据终端,故计算机通信属于数据通信的范畴。数据通信具有许多新的思想和概念,是一种新的通信技术,完全不同于

21、电话通信。数据通信简单地说是计算机应用开发的产物。计算机得到普遍使用后,由于单个计算机在应用方面不能充分地发挥其潜力,因此人们自然地想到把计算机用通信线路连接起来进行远程通信,实现资源共享,这样数据通信就出现了。第1章 概 论数字通信一般而言并不针对某种用户业务,故不会涉及用户终端。但数据通信却是针对数据业务的,它既可以在模拟通信系统上通过调制技术传输数据,也可以在数字通信系统上传输数据。简言之,无线数据通信既可以使用模拟信道,也可以使用数字信道。由“0”和“1”组成的数字码流是数字通信中的电信号,既可以表示成数据信息,也可以代表语音和图像信息等,这些码流对应于模拟通信中模拟信号数字化后的信号

22、。第1章 概 论1.2.2 无线数据通信的工作方式与有线数据通信一样,无线数据通信的工作方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信。1.单工通信方式单工通信是指数据消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式,如图 17(a)所示,发送端只管发送,接收端只管接收。第1章 概 论图 17 无线数据通信的工作方式示意图第1章 概 论2.半双工通信方式半双工通信是指通信双方使用同一个信道进行通信的工作方式。通信双方既作为输入端又作为输出端,虽然可以在两个方向上传送数据,但通信双方不能同时收发数据,如图 17(b)所示。采用这种工作方式,通信系统中每一端的发送器和接收器通过收/发开关接到通信线路上,因电子

23、开关的切换由软件控制,所以会产生时间延迟。由于大多数串行接口和终端都为半双工工作方式提供了换向功能,也为全双工模式提供了两条独立的引脚,所以在实际使用时,一般并不需要通信双方同时既发送又接收,像打印机这类的单向传送设备,半双工就能胜任,无须采用全双工方式。第1章 概 论3.全双工通信方式全双工通信是指通信双方可同时进行双向传输的工作方式,如图 17(c)所示。数据的发送和接收分流,分别用不同的信道传输,例如采用频分复用或时分复用技术,通信双方都能同时进行发送和接收操作,此传送方式就是全双工方式。在全双工方式下,通信系统的每一端都设置了发送器和接收器,因此,能控制数据同时在两个方向上传送,即向对

24、方发送数据的同时,也可以接收对方送来的数据。全双工方式无须进行方向的切换,因此这种传送方式对那些不能有时间延迟的交互式应用(如远程监测和控制系统)十分有利。第1章 概 论1.2.3 无线数据通信的信号传输方式数据信号在信道上传输时所采取的方式称为无线数据通信的信号传输方式。信号传输方式根据一次传输数据的多少分为并行传输和串行传输,根据收发两端信号的同步状态分为同步传输与异步传输。第1章 概 论1.数据信号并行传输方式并行传输方式中多个数据位同时在通信设备间的多条通道(信道)上传送,并且每个数据位都拥有自己专用的传输通道。图 18 描述了通信设备之间具有多条传输通道时的并行传输情况。例如,在用

25、8 条信道并行传输 7 单位代码字符时,可以另加 1 条“选通”线,用以通知接收器各条信道上已出现某一字符的数据信息。第1章 概 论图 1 8 数据信号并行传输方式第1章 概 论并行传输方式的优点是数据传输速率相对较高,不需要额外措施就实现了收发双方的字符同步;其缺点是需要的传输线路(信道)多,设备复杂,成本高,故无线数据通信较少采用此方式,一般适用于计算机内部和其他高速数据的近距离传输。在计算机中,CPU 和 RAM 之间、计算机和无线数据通信技术基础打印机之间都是并行传输的应用。第1章 概 论2.数据信号串行传输方式串行传输是数据码流在一条信道上以串行方式传送,在通信设备之间按照顺序一位一

26、位地传输,如图 1 9 所示。图 19 数据信号串行传输方式第1章 概 论3.数据信号同步传输与异步传输由以上分析可知,数据并行传输的同步问题较为简单,通过在收、发两端之间多加一根控制线就可完成数据的同步(步调一致)。在串行传输时,收发两端只有一条线路(信道),在此信道上完成一位一位的数据流传输的同时,还要确定数据字符的步调问题,所以为了准确地传送信息,还需采取特殊措施。第1章 概 论数据传输根据串行传输实现字符同步方式的不同,分为异步传输和同步传输两种方式。1)异步传输异步传输方式是指收、发两端各自有相互独立的位(码元)定时时钟,数据率由收发双方约定,接收端利用数据本身来进行同步的传输方式。

27、异步传输方式的优点是实现简单,不需要收、发两端之间的同步专线,即收发双方的时钟信号不需要精确同步。缺点是每个数据信息字符都增加了起始、停止的比特位,降低了传输效率,所以异步方式常用于低速率数据传输。图 110 表示了异步传输的情形。第1章 概 论图 110 数据信号异步传输方式示意图第1章 概 论2)同步传输同步传输是指收发双方采用统一的时钟节拍来完成码元同步,实现数据信息字符传送的传输方式,是相对于异步传输而言的。在数据传输中,同步传输必须建立位定时同步和帧同步。位定时同步又称比特(bit)同步,其作用是将数据电路终端设备接收端的位定时时钟信号与DCE 收到的输入信号两者之间同步,使 DCE

28、 从接收的信息流中正确识别一个个信号码元,从而产生接收数据序列。第1章 概 论帧同步又称群同步,一群或一串数据信息为一帧,其中每帧的开头和结束加上预先规定的起始序列和终止序列(序列的形式决定于所采用的传输控制规程)作为标志。在 ASCII 代码中,用 SYN(码型为“0010110”)作为“同步(Synchronize)字符”,通知接收设备一帧的开始,用 EOT(码型为“0000100”)作为“传输结束(EndofTransmission)”字符,以表示一帧的结束。同步传输的数据格式如图 111 所示。第1章 概 论图 111 数据信号同步传输格式示意图同步传输在技术上比异步传输要复杂一些,但

29、它不需要单独地对每个数据字符加起始码和终止码,只需将标志序列加在一群数据信息字符的前后,这样提高了传输效率。同步传输常用于高速率数据传输。第1章 概 论1.2.4 无线数据通信的业务类型无线数据通信技术的发展与它所支持和提供的业务是分不开的。从信息载体的角度来说,无线数据业务可以有许多种分类,参见表 11。第1章 概 论1.基础数据业务基础数据业务主要指公共数据传送业务和移动数据业务。公共数据传送业务是利用电路交换、分组交换或租用电路组成的固定公共数据通信网开发的以传送数据为目的的业务。按照所用技术的不同,公共数据传送业务包括分组交换、数字数据网(DDN)、综合业务数字网(ISDN)、帧中继、

30、异步传送方式(ATM)和 IP 业务等,其中分组交换、帧中继和 ATM 业务都采用面向连接的分组交换技术,具有统计复用、用户共享网络带宽等功能,它们的通信协议、能提供的接入速率、控制能力和综合能力有所不同。公共数据传送业务包括基本业务和用户选用的无线数据通信技术基础业务。第1章 概 论基本业务是指向所有网上的用户提供的基本服务功能,包括永久虚电路(PVC)和交换虚电路(SVC)业务。用户选用业务是为了满足用户特殊要求而向用户提供的特殊业务功能。移动数据业务是指利用公用陆地移动蜂窝通信网作为承载网提供的数据业务,具体可以包括短消息业务、速率可达 64kb/s 的中速移动数据业务、速率在 128k

31、b/s 以上的移动多媒体业务。移动数据业务也可以采用电路交换和分组交换方式来实现。第1章 概 论2.增值数据业务增值数据业务是指在原基础网络设施的基础上增加必要的设备构成增值网后,向用户提供的新业务,这些新业务大大提高了原基础网络设施的使用价值。在公共数据网(不包括互联网)上开发的增值业务很多,主要有电子邮件(E-mail)、可视图文(VideoText)、电子数据交换(EDI)、传真存储转发(S/FFax)、在线信息库存储和检索以及在线数据处理和交易处理等。随着 Internet的迅速发展,Internet 逐渐地取代了上面提到的电子邮件、可视图文和电子数据交换这些增值业务。第1章 概 论1

32、.3 无线数据通信系统的主要性能指标与模拟通信系统、数字通信系统一样,无线数据通信系统也具有一些技术性能指标,其中的有些概念与前两种通信系统非常类似。为了完整、系统地学习这些知识,以下对无线数据通信系统的主要技术性能指标进行具体介绍。1.无线信道带宽信道带宽是指一个信道能够传送电磁波的有效频率范围,主要由信道的特性决定。注意:带宽有信道带宽和信号带宽之分,而信号带宽是指信号所占据的频率范围。第1章 概 论2.信号传播速度信号传播速度是指信号在信道上每秒钟传送的距离,单位是 m/s。具体地,通信系统中传输的信号都是以电磁波的形式出现的,信号传播速度略低于光在真空中的速度,通常认为是 3108m/

33、s。信号传播速度 v 与信号波长 和频率 f 的关系是:v=f。随着传输介质的不同,可能会有少许变化。实际上,信号传播速度一般是常量,介绍它的目的主要是和“数据传输速率”的概念加以对比。第1章 概 论3.数据传输速率1)数据码元传输速率(波特率)数据码元传输速率简称传码率,用来表示单位时间(每秒)内传输的数据码元(符号)个数,其单位为波特(Baud,简写为 B),也称波特率。例如周期为 T0 的四电平脉冲数据信号(如图 112 所示),码元出现的频率f0=fb=1/T0,则传码率为RB=fb=1/T0(11)RB只与码元宽度有关,与进位制无关。第1章 概 论图 112 四电平脉冲数据信号波形示

34、意图第1章 概 论2)数据信息传输速率(比特率)数据信息传输速率简称传信率,也称比特传输速率,表示单位时间(每秒)内传送数据信息的比特数,单位为 b/s。传输二进制数据时,码元传输速率和信息传输速率一致。传输 N 进制数据时,其传码率 RB 和传信率 Rb 可以通过式(12)来换算:Rb=RB lbN(12)在描述数据传输能力时,通常使用传信率这一指标。第1章 概 论第1章 概 论5.数据延迟数据延迟是指从发送者发送第一位数据开始,到接收者成功地收到最后一位数据为止所经历的时间,其主要分为传输延迟和传播延迟两种。传输延迟与数据传输速率和发送机/接收机以及中继和交换设备的处理速度有关;传播延迟与

35、传播距离有关。第1章 概 论6.频带利用率数据信号的传输需要一定的频带。数据传输系统占用的频带越宽,传输数据信息的能力越强。因此,在比较不同数据传输系统的效率时,只考虑它们的数据传信率是不充分的。因为,即使两个数据传输系统的传信率相同,它们的通信效率也可能不同,这还要看传输相同信息所占的频带宽度。故真正衡量数据传输系统有效性的指标是单位频带内的传输速率,即频带利用率。第1章 概 论数据通信系统频带利用率 有两种表示方法:一是在传码率意义下的频带利用率,如式(14),一是在传信率意义下的频带利用率,如式(15),常用的是传码率意义下的频带利用率,其单位为bit/s/Hz(或为 Baud/Hz)。

36、（1-4）（1-5）频带宽带传码率频带宽带传信率第1章 概 论7.差错率差错率包括比特差错率、码元差错率与分组差错率。差错率是衡量通信信道可靠性的重要指标,在数据通信中最常用的是比特差错率和分组差错率。1)比特差错率(误信率)在传输过程中发生的错误信息比特数与传输的总信息比特数之比叫比特差错率,或称误信率,即(16)传输的总信息数错误信息数bP第1章 概 论2)码元差错率(误码率)在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比叫码元差错率,或称误码率,即(17)3)分组差错率在传输过程中发生误码的分组个数与传输的总分组数之比称为分组差错率。传输的总码数发生误码个数eP第1章 概 论1.4

37、无线数据通信研究的主要内容与发展目标1.无线数据通信研究的主要内容无线数据通信研究的主要内容包括数据在无线信道上的传输、数据的计算机处理、数据集中、数据交换、差错控制和传输规程等,其目的在于更有效、更可靠地传输数据。无线数据通信与其他通信方式所包含的基本内容有很大的区别,特别是它所具有的信道特点、不同的信息载体和复杂的协议,使我们研究无线数据通信的内容也大不相同。同时还会有一些全新的概念出现,对此在学习中要足够重视。第1章 概 论1)无线数据传输无线数据传输主要承担为数据提供一个可靠而有效的无线传输通路的任务,包括数据压缩编码与译码、加密与解密、调制与解调、干扰与抗干扰、多路复用等技术。另外,

38、构成传输媒体和用来控制电信号的各种传输设备也是无线数据传输要涉及的。2)通信接口通信接口把发送端产生的信号转换为适合在信道中传输的信号,同时把传送到接收端的信号变换为终端可接收的形式。数据通信系统根据不同的应用要求,规定了不同类型的接口标准,有国际标准、国家标准,也有公司自己制定的标准。开放性的用户接口通常采用国际标准或国家标准,以利于互联互通。第1章 概 论3)数据交换数据交换是指信息在网络中各节点之间的交互方式,用于解决传输的资源共享问题。数据交换的主要方式有电路交换、报文交换、分组交换、帧中继、ATM 等,其中分组交换在实际的数据通信网中较多采用。在分组交换的数据通信网中,需要完成以下两

39、个方面的功能:(1)在相邻交换节点之间实现数据传输与数据链路控制规程所要求的各项功能;(2)在每个交换节点上完成分组的存储与转发、路由选择、流量控制、拥塞控制、用户入网连接以及网络维护、管理等多方面的工作。第1章 概 论4)通信处理通信处理涉及数据的差错控制、格式化处理、速度转换、码型转换、流量控制、寻址、路由选择等内容,是数据通信中最复杂的部分。5)通信协议通信协议是数据通信规则的集合,数据通信协议即传输控制规程,是双方为准备有效地进行通信所必须遵循的规程和约定,它与网络操作系统、网络管理软件共同控制和管理着数据网络的运行。第1章 概 论数据通信协议可以分为两类:一类是与数据通信网有关的协议

40、,包括网内节点与节点间以及网络与端系统间的协议;另一类是端系统与端系统之间的协议,它们是在前一类协议所实现的基础上,为了实现端系统间的互通与达到一定的应用目的所必需的协议。6)多路复用多路复用是把多路信号组合起来在一条物理信道上同时传输,以提高通信效率的技术。常见的复用方式有频分复用、时分复用、波分复用、码分复用等。7)同步同步是数字化信息正确传输的前提,可分为载波同步、位同步、群同步、网同步等。第1章 概 论2.无线数据通信技术的发展目标任何人(Whoever)在任何时间(Whenever)和任何地点(Wherever)都可以和世界上的任何人(Whomever)进行任何方式(Whatever

41、)的通信的理想境界是无线数据通信追求的目标,即“5W”。无线数据通信技术的发展目标主要有以下几个方面:(1)现代无线数据通信技术应能为用户提供更大的吞吐量、更高的传输速率、更低的延迟,以实现更快的通信网络的运行。第1章 概 论(2)现代无线数据通信技术要能够提供网络硬件与软件之间的“无缝”连接,以及网络之间的“无缝”连接。这样,通信的最终用户将意识不到用户业务是通过不同网络上的不同供应商提供的设备传送的。(3)现代无线数据通信技术应能为用户提供更具安全性和保密性、环境适应能力与抗干扰能力更强的数据通信服务。(4)现代无线数据通信技术要支持任意类型的应用,它不仅能支持现有的各种数据通信业务,而且

42、也能支持未来可能出现的通信新业务。第1章 概 论(5)现代无线数据通信技术向着数字处理技术的开发应用方向发展,使无线和有线通信实现数字化,通信设备实现小型化、智能化。(6)从网络供应商的角度看,现代无线数据通信技术必须提供更多更好的网络管理工具。这些工具可以使网络营运商能实时、详细地监控网络设施,以便为用户提供可靠的服务。(7)开发一系列技术规程和标准,并保证它们能在不同通信设备与网络上运行。现代无线数据通信技术都必须支持大容量的网络,而现有的一些网络都包含有不同商家的不同产品,且网络运行的软件大都工作在不同的载体上。因此,制定一个统一的规程和标准已是无线数据通信界共同的目标。第1章 概 论本

43、章小结本章介绍了移动状态下的数据通信方式,即无线数据通信。人们之间的思想交流称为消息的传递。有意义的消息是信息,信息量是信息的多少。电信号按波形特征可分为模拟信号和数字信号。时间上和状态上连续的信号称为模拟信号,而用特定时刻的有限状态来表示的信号称为数字信号。无线数据通信是指两个数据终端之间的无线通信,数字通信是传输由“0”和“1”组成的数字码流,这些码流既可以表示成数据信息,也可以代表语音和图像信息等。无线数据通信的工作方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信。根据一次传输数据的多少可将数据传输方式分为并行传输和串行传输,按照收发两端信号同步状态分为同步传输与异步传输。第1章 概 论无线数

44、据通信系统的主要性能指标包括无线信道带宽、信号传播速度、数据传输速率、吞吐量、数据延迟、频带利用率和差错率等。衡量数字传输系统有效性的指标是传码率或传信率,它反映的是系统单位时间内传送的码元数目或信息量;衡量数字传输系统可靠性的指标是误码率或误信率,它反映的是系统在传输信号的过程中码元错误或信息丢失的概率。无线数据通信研究的主要内容包括数据在无线信道上的传输、数据的计算机处理、数据集中、数据交换、差错控制和传输规程等。其目的是为了使数据更有效、更可靠地传输。实现任何人在任何时间和任何地点都可以和世界上的任何人进行任何方式的通信,是无线数据通信追求的目标。第1章 概 论习题与思考题1.试说明模拟

45、信号和数字信号的区别。2.衡量数据通信系统的主要性能指标有哪些?3.设数据传输系统传送二进制信号,码元传输速率 RB=2400B,该系统的信息传输速率为多少?若该系统改为十六进制信号,码元传输速率不变,此时的信息传输速率为多少?4.在强干扰环境下,某电台在 5min 内共收到正确信息量为 355B,假定系统信息速率为1200kb/s,系统误信率为多少?5.某系统经长期测定,其误码Pe=10-1,系统码元速率为 1200B,那么该系统在多长时间内可收到 360 个错误码元?第1章 概 论6.数字信号处理的优点有哪些?7.试简述码元传输速率、信息量、信息传输速率的定义、单位和符号。8.数据通信的频带利用率的高低如何衡量?9.简要说明单工、半双工、全双工数据传输。10.试说明信号带宽、系统带宽、信道带宽三者的大小关系。第1章 概 论感感 谢谢第1章 概 论谢谢，精品课件资料搜集