1.2數據通信基礎通信系統(tǒng)模型兩個基本概念：模擬信號、數字信號五種通信技術：傳輸方式、同步方式、多路復用、調制解調、數據編碼五個技術指標：碼元與信息量、數據傳輸速率、調制速率、誤碼率、信道的帶寬與容量

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主要學習內容

：數據通信系統(tǒng)組成數據通信的基本概念數據編碼技術數據通信的基本方式多路復用技術數據交換方式差錯檢驗和控制

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1.2.1數據通信模型數據通信的基本概念：

信息是人對現實世界事物存在方式或運動狀態(tài)的某種認識;數據是把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現形式;

信號是數據的具體的物理表現。

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雪六角形涼白色信息數據信號例子

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信息：人對雪花和馬的認識數據：文字，二進制數，十進制數信號：電壓，光，磁場強度

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兩種不同類型的量：A.時間、溫度、電波、聲音B.字符，二進制數，電脈沖信號中沒有斷開或不連續(xù)的的地方；信號僅取一些有限數目的值；1.信道與信號、信號傳輸

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模擬：波動性；持續(xù)變化；反映事物的本質；在電信業(yè)已經被廣泛使用超過100年；數字：離散性；躍變性；設備性能先進，較為便宜；模擬信號與數字信號的特點

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在通信系統(tǒng)中，數據需要編碼（變換）為電信號的形式從一點到一點。由于有兩種不同的數據類型，電信號相應有兩種基本形式：模擬信號和數字信號。模擬信號是一種連續(xù)變化的電信號，數字信號是一種離散信號。

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（a）模擬信號

（b）數字信號

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數據傳輸：

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數據傳輸速率——

bps(bitpersecond)

用C表示信號傳輸速率——波特（Baud）用B表示

兩者關系——C=B×log2n

n是調制電平數

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帶寬（Bandwidth

）(HZ)

是指介質能傳輸的最高頻率和最低頻率之間的差值，帶寬通常用“Hz”表示。數據速率奈奎斯特公式:最大數據傳輸速率C=2Hlog2L(bps)香農公式:最大數據傳輸速率C=Hlog2（1＋S/N）(bps)

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信道是信號傳輸的通道，包括通信設備和傳輸媒體。按傳輸媒體來分：可以分為有線信道和無線信道；按傳輸信號類型可以分為模擬信道和數字信道；按使用權可以分為專用信道和公用信道等。信道容量信道容量指信道傳送信息的最大能力。誤碼率誤碼率是指二進制數字信號在傳送過程中被傳錯的概率。計算公式為：Pe=傳錯的比特數/傳送的總比特數信道延遲信道延遲是指信號在信道中傳播時，從信源端到信宿端的時間差。

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噪聲

2.數據通信模型

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通信系統(tǒng)模型變換信源信宿變換噪聲信道信源：模擬信號、數字信號變換：調制解調、多路復用、數據編碼信道：帶寬與容量、誤碼率

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1.2.2數據傳輸

數據的成功傳輸主要依賴于2個主要的因素：要傳輸的信號的質量和傳輸媒體的性能。通信方式按照數據信息在傳輸鏈路上的傳送方向：單工通信：信號只能向一個方向傳送。如廣播。半雙工通信：信息的傳遞可以是雙向的。如對講機。全雙工通信：通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。

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1.2.3數據編碼

不歸零編碼NRZ(Non-Return-Zero)曼徹斯特編碼(ManchesterEncoding)差（微）分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterEncoding）

1.數字數據編碼成數字信號數字信號是一系列離散的不連續(xù)的電壓脈沖，每一脈沖稱為一個信號碼元。編碼技術就是從數據比特到信號碼元的變換。

數字數據用數字信號表示:

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(1)歸零碼（ReturntoZero）

一個碼元中，正電平到零電平的轉換邊表示0，而從負電平到零電平的轉換邊表示1。特點：噪聲抑制特性比較好。(2)不歸零碼（Non-ReturntoZero）

在不歸零碼中，電平在兩個碼元間翻轉表示1，不翻轉表示0。特點：實現簡單，費用低。(3)曼徹斯特碼高電平到低電平的轉換邊表示0，低電平到高電平的轉換邊表示1。特點：方案實現簡單。(4)差分曼徹斯特碼不管是0還是1，碼元的中間都必須進行電平的轉換，區(qū)分0和1是在相鄰碼元的邊界，用碼元開始處的跳變表示0，無跳變表示1。其主要的應用領域為令牌環(huán)網。

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2數字數據編碼成模擬信號將數字數據信號轉換成為模擬信號的編碼技術有：調幅（ASK），調頻（FSK），調相（PSK）三種技術。

載波信號：Asin(2nft+Φ)AM:幅移鍵控（AmplitudeShiftKeying-ASK）FM:頻移鍵控（FrequencyShiftKeying-FSK）PM:相移鍵控（PhaseShiftKeying-PSK

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3模擬數據編碼為數字信號實際上成為模擬數據轉換成數字數據更為確切，即模擬數據數字化。兩個基本技術——脈碼調制和增量調制。

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脈沖編碼調制（PCM）

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增量調制（DM）

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4.模擬數據編碼成為模擬信號

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1.2.4數字數據通信技術

1.數據同步技術數據通信中，通信雙方要交換數據，需要有高度的協同動作。通常采用的同步技術有：異步方式和同步方式。

1）異步方式在這種方式中，每傳送一個字符都在每個字符碼前加一個起始位，以表示字符代碼的開始，在字符代碼和校驗碼后面加一個停止位，表示字符結束稱為面向字符的異步傳輸方式。

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異步通信格式：

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2）同步方式同步方式的每個字符前后并不附加起址位作為字符的邊界，而是在發(fā)送字符之前先發(fā)送一組同步字符，通常為8位或是16位，使收發(fā)雙方進入同步。起址標識，同步標識等稱為控制信息，用于控制數據的傳輸同步，數據塊加上控制信息稱為幀，若數據塊被當作字符，這樣的幀被稱為面向字符是幀。

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（a）單同步格式（b）雙同步格式

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2.差錯控制數據傳輸并不是無差錯過程，因而需要解決這些差錯的方法。常見的差錯控制技術有：奇偶校驗，循環(huán)冗余校驗，海明碼等

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差錯類型隨機差錯；突發(fā)差錯差錯檢測碼奇偶校驗碼循環(huán)冗余校驗碼

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水平奇偶校驗例子：字符ASCII水平奇校驗H10010001a11000010m11011010g11001110n11011100c11000111o11011110垂直奇校驗01111101

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2.7.2

循環(huán)冗余碼(CRC)前提:發(fā)送方和接受方必須事先商定一個二進制數G(x)(生成多項式),發(fā)送端:計算校驗和,將校驗和加在數據末尾,使這個帶校驗和的數據能被G(x)除盡.接收端:收到帶校驗和的數據后,用G(x)去除它,如果有余數,則傳輸出錯實現:用簡單的硬件(移位寄存器電路)即可

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數據=1101011011G(x)(生成多項式)=10011循環(huán)冗余碼(CRC)例子：傳輸碼元=數據（移位后）+余數

110101101111101.2.5多路復用技術

多路復用

把若干個彼此無關的信號合并為一個復合信號，并在一條共用信道上進行傳輸。（用一條高速線路傳送多條低速線路的數據）

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多路復用器（MUX）將來自多個輸入線的多路數據組合，調試成一路復用數據，并將此數據信號送上高容量的數據鏈路；多路分配器接收復用的數據流，依照信道分離還原為多路數據，并將它們送到適當的輸出線路上。

分類：頻分多路復用（FDM-FrequencyDivisionMultiplexing）時分多路復用（TDM-TimeDivisionMultiplexing）波分多路復用（WDM-WavelengthDivisionMultiplexing）

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頻分多路復用（FDM-FrequencyDivisionMultiplexing）應用:無線電廣播,電視特點:信號被劃分成若干通道(頻道,波段),每個通道獨立進行數據傳遞防止相鄰信道信號頻率覆蓋造成的干擾，在相鄰兩個信號的頻段之間設立一定的“保護”帶，保護帶對應的頻譜未被使用過。

2.時分多路復用（TDM-TimeDivisionMultiplexing）

特點：多條低速線路輪流使用同一條高速線路進行數據傳遞應用：電話主干線路時分多路復用（TDM）時分多路復用是將傳輸信號的時間進行分割，使不同的信號在不同的時間內傳送，既將整個傳輸時間分為許多時間間隔（稱為時隙，時間片等，SlotTime），每個時間片被一路信號占用。TDM又分為同步時分復用和異步時分復用

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1）

同步時分復用

同步時分復用采用固定時間片分配方式，既將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段，再將每一時間段劃分成等長度的多個時隙（時間片），每個時隙以固定的方式分配給各路數字信號，各路數字信號在每一時間段都順序分配到一個時隙。

（將不同的時隙平均分配給若干路信號。）

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2）異步時分復用異步時分復用又被稱為統(tǒng)計時分復用STDM或智能時分復用ITDM，它能動態(tài)的按需分配時隙，避免每個時間段中出現空閑時隙。（只有當某一路信號有數據要發(fā)送時才把時隙分給它，也稱為統(tǒng)計時分復用。）

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波分多路復用（WDM-WavelengthDivisionMultiplexing）

波分多路復用是不同的信號使用不同波長的光波來傳送數據在接收端利用相同的設備將各路光波分開。應用：光纜線路1.2.6數據交換技術常用的交換技術有三種：電路交換（線路交換），報文交換和分組交換（包交換）。

1．

電路交換電路交換是一種直接的交換方式，它為一對需要進行通信的裝置（站）之間提供一條臨時的專用通道，既可是物理通道又可是邏輯通道（使用時分復用或頻分復用技術）。

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電路交換ABCD發(fā)送呼叫信號傳輸1.交換2.發(fā)送呼叫信號傳輸1.交換2.發(fā)送呼叫信號傳輸1.作出反應2.發(fā)送回應信號

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電路交換的通信包括三個階段：1）

電路建立：通過源站點請求完成交換網中對應的所需逐個結點的連續(xù)（連接）過程，以建立起一條由源站到目的的傳輸通道。2）

數據傳輸：現在，信號可以從A經建立的鏈路傳送到D，通常為全雙工傳輸。3）

電路拆除：在完成數據或信號的傳輸后，由源站或目的站提出終止通信，各結點

相應拆除該電路的對應連接，釋放由該電路占有用的結點和信道資源。

電路交換具有下列特點：1）

呼叫建立時間長且存在呼損2）

電路連通后提供給用戶的是“透明通路3）

一旦電路建立后，數據以固定的數據率傳輸，除通過傳輸鏈路的傳播延遲以外，沒有別的延遲，在每個結點的延遲是可以呼

適用與實時大批量的數據傳輸

4）線路（信道）利用率低。優(yōu)點：實時性好缺點：呼叫時間大大長于數據傳送時間；通信帶寬不能充分利用，效率低

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2、報文交換（MESSAGESWICHING）

在報文交換網中，網絡結點通常為一臺專用計算機，帶有足夠的外存，以便在報文進入時進行，進行數據緩沖存儲。結點接收一個報文之后，報文暫存放在結點的存儲設備之中，等輸出線路空閑時，再根據報文中所附的目的地址轉發(fā)到一個合適的結點，如此往復，直到報文到達目標數據終端。所以報文交換也稱為存儲轉發(fā)（STOREANDFORWARD）

在報文交換中，每一個報文由傳輸的數據和報文組成，報頭中有源地址和目標地址。

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報文交換ADCB發(fā)送報文傳輸等待-發(fā)送傳輸等待-發(fā)送傳輸

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報文交換具有下列特征：1.源站A和目的站E在通信時不需要建立一條專用通路2.與電路交換相比，報文交換沒有建立線路和拆除線路所需的等待和延時3.線路利用率高4.要求結點具備足夠的報文數據存放能力，一般結點有微機或小型機擔當5.數據傳輸的可靠性高，每個結點的存儲轉發(fā)中，都進行差錯控制，即檢錯、糾錯6.缺點：由于采用了對完整報文的存儲/轉發(fā)，結點存儲的時延較大，不適用于交互式通信優(yōu)點：線路利用率較高；一個報文送到多個目的站點。缺點：傳輸延遲較長。

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3.分組交換（PACKETSWITCHING）

分組交換屬于“存儲/轉發(fā)”交換方式

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2.6交換技術

分組交換特點:1.無呼叫建立和專用通路

2.存儲-轉發(fā)式的發(fā)送技術

3.將數據分成有大小限制的分組后發(fā)送三種交換技術對比：（A.電路交換，B.報文交換，C.分組交換）A.存在呼叫建立；專有線路上不傳送數據時浪費資源B.沒有呼叫建立；只有發(fā)送數據時才占用線路C.除了B的特點外，在接收分組時可以發(fā)送下一個分組對線路的利用率

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三種交換技術對比:A:固定的傳輸速率、會有呼叫阻塞B,C:能進行速率轉換、雖會降速但不會阻塞可以使用優(yōu)先級A:實時性強B,C:存在時延和額外開銷

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4.高速交換技術目前提高交換速度的方案有幀中繼和ATM等。

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復習：

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五種通信技術(1)傳輸方式并行：通信線路與數據傳輸的位數相同，用于短距離傳輸。串行：通信線路只有一條（或2、4條），與傳輸數據無關，用于遠距離傳輸。串行傳輸分三種方式：單工、半雙工、全雙工。

詳細圖解

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五種通信技術(2)同步方式同步：同步傳輸采取的是位同步的技術，即各字符沒有起止位，接收端和發(fā)送端的時鐘必須取得同步。能識別每一位。異步：發(fā)送方與接收方之間在發(fā)送數據前無需協調（同步），只要數據準備好即可發(fā)送，可以有任意長發(fā)送間歇。采取群同步技術，各字符用起止位來使接收端取得與發(fā)送端保持一個“群”內的同步。能識別每一個字符。

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五種通信技術(3)調制解調為什么要調制：數字信號不利于長距離傳輸，由無數個諧波組成，頻帶很寬,因此相應的損耗也很大。一個正弦信號能比其它信號傳輸到更遠的地方。

詳細圖解

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五種通信技術(4)調制解調調制方式：調幅、調頻和調相。正弦信號的振幅、頻率或相位被調制后可用來傳遞信息。通過改變幅度、頻率和相位變化的狀態(tài)數，可以在一個載波周期中（一個狀態(tài)變化）編入多位數據。

詳細圖解

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五種通信技術(5)調制解調基帶傳輸：信號未經調制而傳輸，LAN中使用基帶傳輸，需好信道。頻帶傳輸：信號經調制再傳輸，收端解調。

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五種通信技術(6)多路復用把若干個彼此無關的信號合并為一個復合信號，并在一條共用信道上進行傳輸。

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五種通信技術(7)多路復用頻分多路復用FDM：把若干路信號調制到頻譜的不同位置，以便在同一介質中傳輸。圖示同步時分多路復用STDM：將不同的時隙平均分配給若干路信號。圖示異步時分多路復用ATDM：只有當某一路信號有數據要發(fā)送時才把時隙分給它，也稱為統(tǒng)