數(shù)據(jù)通信技術(shù)(第2章)第一頁(yè)，共45頁(yè)。1.教學(xué)內(nèi)容

概要介紹本章學(xué)習(xí)內(nèi)容2.教學(xué)要求

闡明本章要求掌握的內(nèi)容第二頁(yè)，共45頁(yè)。1245數(shù)據(jù)通信的基本知識(shí)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)交換技術(shù)信道的多路復(fù)用技術(shù)7差錯(cuò)控制技術(shù)6傳輸介質(zhì)3數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)第三頁(yè)，共45頁(yè)。13掌握：數(shù)據(jù)通信基本知識(shí)，數(shù)據(jù)交換技術(shù)，信道的多路復(fù)用技術(shù)。理解：數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)制技術(shù)，差錯(cuò)控制技術(shù)的應(yīng)用。了解：傳輸介質(zhì)種類及性能。2第四頁(yè)，共45頁(yè)。2.1數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

2.1.1信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)

2.1.3通信信道的分類

2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成

2.1.4數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)

第五頁(yè)，共45頁(yè)。1．信息、數(shù)據(jù)及信號(hào)的概念

⑴信息與數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是信息的載體，它是信息的表示形式，可以是數(shù)字、字符、符號(hào)等。單獨(dú)的數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)際的含義。數(shù)據(jù)和信息既有區(qū)別又有聯(lián)系，數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，雖然數(shù)據(jù)本身并沒(méi)有含義，但把數(shù)據(jù)按一定規(guī)則、形式組織起來(lái)時(shí)，就可以傳達(dá)某種意義，這種具有某種意義的數(shù)據(jù)集合就是信息。第六頁(yè)，共45頁(yè)。⑵信號(hào)

信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的具體物理表示形式，具有確定的物理描述，如電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。信號(hào)一般有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種表示方式。第七頁(yè)，共45頁(yè)。2．?dāng)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成

⑴．?dāng)?shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）:可以是計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備及數(shù)據(jù)終端。通信控制器負(fù)責(zé)和通信線路的連接，并完成數(shù)據(jù)緩沖、流量控制、差錯(cuò)檢驗(yàn)等功能，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用的網(wǎng)卡就是通信控制器。⑵．?dāng)?shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）:數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）的功能是把通信控制器發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合于在通信信道傳輸?shù)男盘?hào)。⑶．傳輸信道：傳輸信道是傳輸數(shù)據(jù)的通道，包括傳輸媒體和通信設(shè)備。

第八頁(yè)，共45頁(yè)。3．通信信道的分類

通信信道就是傳輸數(shù)據(jù)的通道。

⑴．有線信道和無(wú)線信道⑵．模擬信道與數(shù)字信道⑶．專用信道與公共信道第九頁(yè)，共45頁(yè)。4．?dāng)?shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)

⑴．信道帶寬:信道帶寬是描述信道傳輸能力的技術(shù)指標(biāo)，它的大小是由信道的物理特性決定的。信道上傳輸?shù)氖请姶挪ㄐ盘?hào)，信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就是該信道的帶寬，帶寬的單位為赫茲（Hz）。⑵．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率:數(shù)據(jù)傳輸速率也稱為比特率R，是指信道每秒所傳輸?shù)亩M(jìn)制比特?cái)?shù)，記為bps。⑶．信道的容量：信道傳輸數(shù)據(jù)速率的上限，稱為信道的容量。信道容量一般表示為單位時(shí)間內(nèi)最多可傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。

香農(nóng)（shannon）定理用下列公式表示：

C＝Wlog2(1+S/N)（bps）10lg(S/N)=分貝db式中C為信道容量，W為信道帶寬，N為噪聲功率S為信號(hào)功率。第十頁(yè)，共45頁(yè)。4．?dāng)?shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)

(4)．最大數(shù)據(jù)傳輸率Rmax=2Wlog2LL:信號(hào)有效狀態(tài)的數(shù)量(5).波特率Rh

是傳輸?shù)男盘?hào)值每秒變化的次數(shù)R=Rhlog2VV：離散調(diào)制數(shù)（V相調(diào)制）舉例：波特率為1200Hz，是在4相調(diào)制中，求它的比特率

答：R=1200*log24=2400bps

第十一頁(yè)，共45頁(yè)。2.2數(shù)據(jù)的傳輸

2.2.1串/并行通信

2.2.3信道的通信方式

2.2.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)

2.2.4信號(hào)的傳輸方式

2.2.5通信線路的連接方式

第十二頁(yè)，共45頁(yè)。1．串/并行通信

⑴．串行通信

⑵．并行通信

第十三頁(yè)，共45頁(yè)。2．?dāng)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)

收、發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致，這種協(xié)調(diào)一致的通信過(guò)程稱為同步。

⑴異步傳輸

異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：

1）每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行傳送；

2）字符之間的時(shí)間間隔是任意的；

3）為了進(jìn)行字符同步，每個(gè)字符的第一位前加1位起始位，字符的最后加上1、1.5或2位的終止位，在需要的情況下，再加一個(gè)校驗(yàn)位。第十四頁(yè)，共45頁(yè)。⑵同步傳輸

同步傳輸不是以字符為單位而是以數(shù)據(jù)塊(幀，一組字符或比特流)為單位進(jìn)行傳輸?shù)摹Ｍ絺鬏敳辉贋閿?shù)據(jù)塊內(nèi)的每個(gè)字符添加起始位和停止位，而是在數(shù)據(jù)塊之前加上一個(gè)或多個(gè)同步字符SYN。接收端接收到SYN字符，并根據(jù)SYN來(lái)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制位的同步和確定數(shù)據(jù)塊的起始位。

第十五頁(yè)，共45頁(yè)。3．信道的通信方式

按照信號(hào)傳送方向和時(shí)間的關(guān)系，信道的通信方式可以分為三種：?jiǎn)喂ぁ腚p工和全雙工通信。

⑴．單工通信⑵．半雙工通信

⑶．全雙工通信

第十六頁(yè)，共45頁(yè)。4．通信的傳輸方式

⑴．基帶傳輸

在數(shù)據(jù)通信中，表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制比特序列0和1的數(shù)字信號(hào)是典型的矩形脈沖信號(hào)，該矩形脈沖信號(hào)的固有頻帶稱為基帶，矩形脈沖信號(hào)稱為基帶信號(hào)。

⑵．頻帶傳輸

利用模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是一種比較普遍的通信方式，即頻帶傳輸方式。

第十七頁(yè)，共45頁(yè)。5．通信線路的連接方式

⑴．點(diǎn)到點(diǎn)連接方式

⑵.多點(diǎn)連接方式

第十八頁(yè)，共45頁(yè)。2.3數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù)

2.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸2.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳輸

2.3.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸

第十九頁(yè)，共45頁(yè)。1．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸

基帶信號(hào)在基帶傳輸方式中雖然不需要調(diào)制，但卻要經(jīng)過(guò)一定的編碼才能傳輸，經(jīng)過(guò)編碼的數(shù)字信號(hào)一般具有便于識(shí)別、自帶時(shí)鐘同步、傳輸效率更高等特點(diǎn)。最常用的數(shù)字信號(hào)編碼方法有不歸零編碼（NRZ)、曼徹斯特（Manchester）編碼等。曼徹斯特（Manchester）編碼曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一，曼徹斯特編碼的特點(diǎn)是：1）每比特的周期T分為前T/2和后T/2兩部分；2）前T/2傳送該比特的反碼，后T/2傳送該比特的原碼。第二十頁(yè)，共45頁(yè)。2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳輸

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳輸是借助于載波信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。載波是頻率和幅值固定的周期信號(hào)，通常是正（余）弦周期信號(hào)。

載波的正（余）弦信號(hào)可用下列公式表示：

u（t）=umsin(ωt+φ)

載波u（t）中有三個(gè)參量：振幅um、角頻率ωt及相位φ?？梢酝ㄟ^(guò)改變?nèi)齻€(gè)參量的方法實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)編碼。

⑴．振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying,ASK）

第二十一頁(yè)，共45頁(yè)。⑵．頻移鍵控（FrequencyShiftKeying,FSK）⑶．移相鍵控（PhaseShiftKeying,PSK）第二十二頁(yè)，共45頁(yè)。3．模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸

模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化主要通過(guò)脈沖碼調(diào)制技術(shù)（PulseCodeModulation,PCM）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

PCM工作包括采樣、量化及編碼三部分操作。⑴.采樣:采樣是在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，將模擬信號(hào)的電平幅值取出作為樣本，代表這一區(qū)間原信號(hào)的幅值。⑵.量化:量化就是把采樣所得的信號(hào)幅值按轉(zhuǎn)換器的量級(jí)分級(jí)取整。

⑶.編碼:編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級(jí)。

第二十三頁(yè)，共45頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.4.1電路交換2.4.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換第二十四頁(yè)，共45頁(yè)。1．電路交換

1．建立電路:電路交換在數(shù)據(jù)傳輸之前，必需先建立一條點(diǎn)到點(diǎn)的電路。

2．傳輸數(shù)據(jù):在站點(diǎn)A與站點(diǎn)B通過(guò)通信子網(wǎng)的物理線路建立連接以后，站點(diǎn)A與站點(diǎn)B就可以通過(guò)該連接實(shí)時(shí)、雙向地交換信息。

3．電路拆除:數(shù)據(jù)傳輸完畢，就要終止電路連接。

第二十五頁(yè)，共45頁(yè)。2．存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換

⑴報(bào)文交換：報(bào)文交換方式是以報(bào)文為單位發(fā)送信息。報(bào)文包括三部分內(nèi)容：報(bào)頭、報(bào)文正文和報(bào)尾。報(bào)頭由發(fā)信站地址、收信站地址及其他輔助信息組成。⑵報(bào)文分組交換：報(bào)文分組交換方式與報(bào)文交換方式相比，它采用了較短的格式化信息單位，稱為報(bào)文分組。報(bào)文分組交換又分為數(shù)據(jù)報(bào)交換和虛電路交換。

1）數(shù)據(jù)報(bào)交換第二十六頁(yè)，共45頁(yè)。2）虛電路分組交換

虛電路分組交換就是兩個(gè)用戶的終端設(shè)備在開(kāi)始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過(guò)通信網(wǎng)建立邏輯上的路徑。虛電路不是一條專用線路，它可以與其他連接共享。第二十七頁(yè)，共45頁(yè)。2.5

多路復(fù)用技術(shù)技術(shù)

2.5.2

時(shí)分多路復(fù)用

2.5.1頻分多路復(fù)用技術(shù)

2.5.3

波分多路復(fù)用

2.5.4

碼分多路復(fù)用

第二十八頁(yè)，共45頁(yè)。1．多路復(fù)用技術(shù)

在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的通信中，一些高容量的傳輸介質(zhì)如同軸電纜、光纜、地面微波及衛(wèi)星通信等可傳輸?shù)念l帶很寬，為了高效合理地利用資源，通常采用多路復(fù)用技術(shù)，即在一條物理線路上建立多條通信信道，使多路數(shù)據(jù)信號(hào)共用一條電路進(jìn)行傳輸。按照使用技術(shù)的不同有分為：頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用及波分多路復(fù)用。第二十九頁(yè)，共45頁(yè)。2.頻分多路復(fù)用

頻分多路復(fù)用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)是將具有一定帶寬的線路劃分為多條占有較小帶寬的信道，各條信道中心頻率不重和，每個(gè)信道之間相距一定的間隔，每條信道供一個(gè)用戶使用。第三十頁(yè)，共45頁(yè)。3.時(shí)分多路復(fù)用

時(shí)分多路復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing,TDM）是將線路用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分成若干個(gè)時(shí)間片（時(shí)隙），每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片，在其占有的時(shí)間片內(nèi)，用戶使用通信線路的全部帶寬。

第三十一頁(yè)，共45頁(yè)。4．波分多路復(fù)用

波分多路復(fù)用（WaveDivisionMultiplexing,WDM）技術(shù)主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中。波分多路復(fù)用是指在一根光纖上能同時(shí)傳送多個(gè)波長(zhǎng)不同的光載波的復(fù)用技術(shù)，如圖所示。第三十二頁(yè)，共45頁(yè)。2.6

傳輸介質(zhì)

2.6.2無(wú)線傳輸介質(zhì)

2.6.1有線傳輸介質(zhì)

第三十三頁(yè)，共45頁(yè)。1．有線傳輸介質(zhì)

(1)雙絞線

1）屏蔽雙絞線

2）非屏蔽雙絞線⑵．同軸電纜⑶．光纖第三十四頁(yè)，共45頁(yè)。2．無(wú)線傳輸

⑴．微波通信:微波通信就是利用地面微波進(jìn)行通信。微波是一種頻率很高的電磁波，其頻率范圍為300MHz～300GHz,微波通信主要使用的是2～40GHz的頻率范圍。微波的重要特點(diǎn)是在空間沿直線傳播，不能繞射，因而微波在地面的傳輸距離有限，一般為40～60km。⑵．紅外通信:紅外通信使用波長(zhǎng)約為750nm～10μm的紅外線傳送數(shù)據(jù)，有較強(qiáng)的方向性，受太陽(yáng)光的干擾大。紅外通信是一種廉價(jià)、近距離、無(wú)連線、低功耗和保密性較強(qiáng)的通信方案。

⑶．衛(wèi)星通信:衛(wèi)星通信是利用地球同步衛(wèi)星作為中繼，來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)的一種遠(yuǎn)距離的特殊微波通信方式。當(dāng)?shù)厍蛲叫l(wèi)星位于36000km高空時(shí)，其發(fā)射角可以覆蓋地球上的1/3的區(qū)域。只要在赤道上空的同步軌道上等距離地放置三顆間隔120o衛(wèi)星，就能實(shí)現(xiàn)全球的通信。

第三十五頁(yè)，共45頁(yè)。2.7

差錯(cuò)控制技術(shù)

2.7.2差錯(cuò)的控制方法

2.7.1差錯(cuò)的產(chǎn)生

第三十六頁(yè)，共45頁(yè)。1．差錯(cuò)的產(chǎn)生傳輸差錯(cuò)是指通過(guò)通信信道傳輸后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象。由于任何通信信道總是不可避免地存在一定程度的噪聲干擾，這些噪聲的干擾可能導(dǎo)致傳輸差錯(cuò)的產(chǎn)生，如圖所示。通信信道的噪聲分為兩類：一類是熱噪聲，另一類是沖擊噪聲。第三十七頁(yè)，共45頁(yè)。2．差錯(cuò)的控制方法⑴．差錯(cuò)檢測(cè)

1)前向糾錯(cuò)方式:前向糾錯(cuò)（ForwardErrorCorrection,FEC）方式的基本原理是：發(fā)送端將信息編成具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力的碼字并發(fā)送出去，接收端檢測(cè)到接收信息有錯(cuò)后，通過(guò)一定的運(yùn)算，確定差錯(cuò)的具體位置，并自動(dòng)加以糾正，然后把糾錯(cuò)后的數(shù)據(jù)送到接收端，如圖2-34所示。第三十八頁(yè)，共45頁(yè)。2)自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)方式:自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（AutomaticRepeatrequest,ARQ）方式的基本原理是：發(fā)送端對(duì)所發(fā)送的序列進(jìn)行差錯(cuò)編碼，接收端根據(jù)檢驗(yàn)序列的編碼規(guī)則判決有無(wú)誤碼，若發(fā)現(xiàn)有誤碼，則利用反饋信道要求發(fā)送端將有錯(cuò)的信息重發(fā)一次或多次，直至接收端檢測(cè)認(rèn)為無(wú)誤為止，從而達(dá)到糾正差錯(cuò)的目的，如圖所示。第三十九頁(yè)，共45頁(yè)。⑵．差錯(cuò)編碼

常用的差錯(cuò)檢測(cè)編碼有奇偶校驗(yàn)碼、水平垂直奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC等。1)奇偶校驗(yàn)碼

采用奇偶校驗(yàn)碼時(shí)，在每個(gè)字符代碼傳輸之前，先檢測(cè)并計(jì)算出數(shù)據(jù)位中“1”的個(gè)數(shù)（奇數(shù)或偶數(shù)），并根據(jù)使用的是奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)來(lái)確定奇偶校驗(yàn)位的值，然后將其附加在數(shù)據(jù)位之后進(jìn)行傳輸。2）循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CyclicRedundancyCheck,CRC）

循環(huán)冗余校驗(yàn)碼是一種比較復(fù)雜的校驗(yàn)方法。它是先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個(gè)通信雙方共同約定的數(shù)據(jù)進(jìn)行除法運(yùn)算，并由余數(shù)得出一個(gè)校驗(yàn)碼序列也稱為冗余碼，然后將這個(gè)校驗(yàn)碼序列附加在信息數(shù)據(jù)之后發(fā)送出去。接收端接收數(shù)據(jù)之后，將包括校驗(yàn)碼序列在內(nèi)的數(shù)據(jù)幀與約定的數(shù)據(jù)進(jìn)行除法運(yùn)算，若余數(shù)為“0”，則表示接