西安电子科技大学：《计算机通信与网络》课程教学课件（讲稿）第二部分 第4章 数字传输 Digital Transmission

Data Communications and Networking Forouzan Fourth Edition Chapter 4 数字传输 (Digital Transmission) 4.1 Copyright The McGraw-Hill Companies,Inc.Permission required for reproduction or display

4.1 Chapter 4 数字传输 （Digital Transmission） Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display

4-1 DIGITAL-TO-DIGITAL CONVERSION 本章说明以数字方式传输数据所用的机制和技术， 包括三种技术：line coding(线性编码)，block coding (块编码或分组编码)，和scrambling(扰码). Topics discussed in this section: Line Coding(线性编码) Line Coding Schemes(线性编码方案) Block Coding(块编码) Scrambling(扰码) 4.2

4.2 4-1 DIGITAL-TO-DIGITAL CONVERSION 本章说明以数字方式传输数据所用的机制和技术， 包括三种技术: line coding (线性编码), block coding （块编码或分组编码）, 和 scrambling（扰码）. Line Coding(线性编码) Line Coding Schemes(线性编码方案) Block Coding(块编码) Scrambling(扰码) Topics discussed in this section:

Figure 4.1 Line coding and decoding 线性编码是将数字数据转换为数字信号的过程 数据元素(data element):表示一块信息的最小实体，即 位(bit),是被承载的 信号元素(signal element):是数字信号的最小单元，是 传输载体 Sender Receiver Digital data Digital data Digital signal 0101··101 0101··101 Encoder Link Decoder 4.3

4.3 Figure 4.1 Line coding and decoding  线性编码是将数字数据转换为数字信号的过程  数据元素(data element):表示一块信息的最小实体，即 位(bit)，是被承载的  信号元素(signal element)：是数字信号的最小单元，是 传输载体

比率的定义 ■r是每个信号元素承载的数据元素的个数。 ■如果一个数据元素被一个信号元素承载，则r=1 ■如果一个信号元素承载两个数据元素，则r=2 ■如果两个信号元素承载1个数据元素，则侧r=2 ■如果三个信号元素承载四个数据元素，则r=4/3 ■如果r>1,意味着1个人驾驶一辆车 ■如果r>1,意味着多个人乘坐一辆车 ■如果r=,意味着1个人驾驶一辆车和一辆拖车 4.4

比率r的定义  r 是每个信号元素承载的数据元素的个数。  如果一个数据元素被一个信号元素承载，则r = 1  如果一个信号元素承载两个数据元素，则 r = 2  如果两个信号元素承载1个数据元素，则 r = ½  如果三个信号元素承载四个数据元素，则 r = 4/3  如果 r > 1,意味着1个人驾驶一辆车  如果 r > 1,意味着多个人乘坐一辆车  如果 r = ½，意味着1个人驾驶一辆车和一辆拖车 4.4

Figure4.2 Signal element versus data element(信号元素和数据元素) 1 data element 1 data element 0 10!1 1 signal F element 2 signal elements a.One elem 信号元素与数据元素的关系就是如 何用信号表示传输的数据，即如何 表示0,1 1 signal 3 signal element elements c.Two data elements per one signal d.Four data elements per three signal element(r=2) elements (r=) 4.5

4.5 Figure 4.2 Signal element versus data element（信号元素和数据元素） 信号元素与数据元素的关系就是如 何用信号表示传输的数据，即如何 表示0,1

数据速率与信号速率 Data rate vs Signal Rate 数据速率：1秒钟发送的数据元素（位）的数 量，即bps(bits per second),或b/s,也叫比 特率 ■信号速率：1秒钟发送的信号元素的数量， 单位是波特率(baud),或者叫做脉冲速率 (pulse rate),调制速率(modulation rate)或 波特率(baud rate) ■目标：增加数据速率而降低信号速率 4.6

数据速率与信号速率 Data rate vs Signal Rate  数据速率：1秒钟发送的数据元素(位)的数 量，即bps(bits per second),或 b/s,也叫比 特率  信号速率：1秒钟发送的信号元素的数量， 单位是波特率(baud)，或者叫做脉冲速率 (pulse rate),调制速率(modulation rate)或 波特率(baud rate)  目标：增加数据速率而降低信号速率 4.6

数据速率与信号速率 Data rate vs Signal Rate S=cxW× ■W:数据速率，单位bps ■c:情形因子(case factor),会根据情形改变 ■S:是信号元素的数量 ■r:比率 4.7

数据速率与信号速率 Data rate vs Signal Rate  N：数据速率，单位bps  c: 情形因子(case factor),会根据情形改变  S：是信号元素的数量  r: 比率 4.7 1 S c N r   

Example 4.1 一个信号携带数据，一个数据元素编码成一个信号元 素r=)。如果比特率是100kbps,c在之间，那么 波特率的平均值是多少？ (A signal is carrying data in which one data element is encoded as one signal element (r=1).If the bit rate is 100 kbps,what is the average value of the baud rate if c is between 0 and 1?) Solution 假定的平均值是1/2，那么波特率是： (We assume that the average value of c is 12.The baud rate is then) =50,0=50 kbaud 4.8

4.8 一个信号携带数据，一个数据元素编码成一个信号元 素(r = 1)。如果比特率是100kbps，c在0和1之间，那么 波特率的平均值是多少？ （A signal is carrying data in which one data element is encoded as one signal element ( r = 1). If the bit rate is 100 kbps, what is the average value of the baud rate if c is between 0 and 1?） Solution 假定c的平均值是1/2，那么波特率是： （We assume that the average value of c is 1/2 . The baud rate is then） Example 4.1

Note 虽然数字信号的真实带宽是无限的，但有效 带宽是有限的。 (Although the actual bandwidth of a digital signal is infinite,the effective bandwidth is finite.) 是波特率而不是比特率决定了数字信号的带宽 ● 波特率和带宽是有关系的 若给定通道带宽，则可以得到最大数据速率 B min =Cx Nx N=-xNxr max 4.9

4.9 虽然数字信号的真实带宽是无限的，但有效 带宽是有限的。 (Although the actual bandwidth of a digital signal is infinite, the effective bandwidth is finite.) Note  是波特率而不是比特率决定了数字信号的带宽  波特率和带宽是有关系的  若给定通道带宽，则可以得到最大数据速率 min 1 B c N r    max 1 N N r c   

Example 4.2 通道的最大数据速率是Nmx=2 X B X log2L(由奈 奎斯特公式定义），这与前面定义Nm公式一致吗 The maximum data rate of a channel (see Chapter 3)is Nmax =2 X B X log2 L (defined by the Nyquist formula).Does this agree with the previous formula for Vmax？ Solution 有缸个电平信号，每个电平可以携带0gL个比特。如 果每个电平与一个信号元素对应，假定一般情形(= 1/2),则 Nmax=×B×r=2×B×log2L 4.10

4.10 通道的最大数据速率是Nmax = 2 × B × log2 L （由奈 奎斯特公式定义），这与前面定义的Nmax公式一致吗 ？ The maximum data rate of a channel (see Chapter 3) is Nmax = 2 × B × log2 L (defined by the Nyquist formula). Does this agree with the previous formula for Nmax? Solution 有L个电平信号，每个电平可以携带log2L个比特。如 果每个电平与一个信号元素对应，假定一般情形(c = 1/2),则 Example 4.2