{管理信息化信息技术}现代信息技术之数据通信知识讲解

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1、数据通信,4.1 概论 4.2 数据信号传输 4.3 差错控制 4.4 数据交换和通信协议 4.5 数据通信网,4.1 概论 4.1.1 数据与数据通信 4.1.2 数据通信系统的构成 4.1.3 传输代码 4.1.4 数据通信系统的主要性能指标 4.1.5 数据传输方式 ,4.1.1 数据与数据通信 数据通信是以传输数据为业务的一种通 信方式，是为了实现计算机与计算机或终端 与计算机之间信息交互而产生的一种通信技 术，是计算机与通信相结合的产物。 ,4.1.2 数据通信系统的构成 数据通信系统是通过数据电路将分布在远端的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据的传输、交换、存储和处理的系统

2、。典型的数据通信系统主要由中央计算机系统、数据终端设备以及数据电路三部分构成。 一、 数据终端设备 二、 数据电路 三、 中央计算机系统,4.1.3 传输代码 一、 国际5号码(IA5) 国际5号码是一种7单位代码，以7位二进制码来表示一个字母、数字或符号。 二、 国际电报2号码(ITA2) 国际电报2号码是一种5单位代码，又称为波多码，是起止式电传电报通信中的标准代码。 三、 信息交换用汉字代码,4.1.4 数据通信系统的主要性能指标 衡量数据通信系统性能的主要指标有工作速率、可靠性和有效性三类。 一、 工作速率 二、 可靠性质量指标 三、 有效性质量指标,一、 工作速率 1调制速率 调制速

3、率反映信号波形变换的频繁程度，其定义是每秒传输信号码元的个数，又称符号速率，记为NBd，单位为波特(Bd)。 2 数据传信速率 数据传信速率的定义为每秒传输二进制码元的个数，又称比特率，记为R，单位为bits或kbits或Mbits。数据传信速率与调制速率之间的关系为 RNBdlog2M (bits) 3数据传送速率,二、 可靠性质量指标 衡量数据通信系统可靠性的指标是传输的差错率。 常用的有误码率、误字符率、误码组率等。 误码率接收出现差错的比特数总的发送比特数,三、 有效性质量指标 衡量有效性的主要指标是频带利用率。,4.1.5 数据传输方式 一、 并行传输与串行传输 二、 异步传输和同步

4、传输 三、 单工、半双工和全双工传输 ,一、 并行传输与串行传输 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。 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一条信道上传输。,二、 异步传输和同步传输 在串行传输中，如何解决字符的同步问题， 目前主要存在两种方式：即异步传输和同步传输。 异步传输方式一般以字符为单位传输，不论字符所采用的代码为多少位，在发送每一个字符代码时，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、15或2个码元长度，极性为“1”，表示一个字符的结束。 同步传输是以固定的时钟

5、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)。,三、 单工、半双工和全双工传输 1单工传输 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 系统两端可以在两个方向上进行数据传输，但两个方向的传输不能同时进行 3全双工传输 系统两端可以在两个方向上同时进行数据传输，即两端都可同时发送和接收数据。,4.2 数据信号传输 4.2.1 概述 4.2.2 数据信号的基带传输 4.2.3 数据信号的频带传输 4.2.4 数据信号的数字传输,4.2.1 概述 一、 数据信号及特性描述 二、 传输信道及数据信号传输的基本方法,一、 数据信号及特性描述 1

6、数据序列的电信号表示 2数据序列的频谱特性 脉冲宽度越宽其能量集中的范围就越小，脉冲宽度越窄其能量集中的范围就越大，或者说信号码元周期T越大，主要能量所占的带宽就越小，反之信号码元周期T越小，主要能量所占的带宽就越大。信号码元周期T将作为选择信道带宽的主要依据。,二、 传输信道及数据信号传输的基本方法 目前数据通信系统中的信道主要有三种类型：物理实线传输媒介信道，如双绞线电缆、同轴电缆等；电话网传输信道；数字数据传输信道。 1 物理实线传输信道 (1) 双绞线电缆 (2) 同轴电缆 2 电话网传输信道 3数字数据传输信道,4.2.2 数据信号的基带传输 基带数据信号的主要特征是：信号的主要能

7、量是集中于从零开始至某一频率的低通型频带。 这种基带数据信号所占的低通型频带即称为基带。 不搬移基带信号频谱的传输方式称为基带传输。 ,一、 基带传输系统构成模型 二、理想低通网络波形形成，奈奎斯特第一准则 三、 具有幅度滚降特性的低通网络波形形成 四、 数据传输系统中的时钟同步 五、 基带数据传输系统及应用,一、 基带传输系统构成模型 基带传输系统的基本构成模型如图所示。,发送滤波器的作用是限制信号频带并起波形 形成作用； 信道是信号的传输媒介，可以是各种形式的电缆； 接收滤波器用来滤除带外噪声和干扰，并起波形形成作用； 均衡器用来均衡信道特性的不理想状态。,二、理想低通网络波形形成，奈奎斯

8、特第一准则 网络对单位冲激脉冲(t)的响应，就是网络传递函数的傅立叶反变换。其响应h(t)的波形如图所示。,理想低通冲激响应的特点是： (1) 在t=td处有最大值，通常可令td0； (2) 在最大值两边作均匀间隔的衰减波动，以 t=td为中心每隔1/2fN出现一个过零点。,奈氏第一准则用文字详细表述是：如系统等效网络具有理想低通特性，且截止频率为fN时，则该系统中允许的最高码元(符号)速率为2fN，这时系统输出波形在峰值点上不产生前后符号干扰。由于该准则的重要性，国际上把2fN称为奈奎斯特频带。2fN波特称为奈奎斯特速率，T=1/2fN称为奈奎斯特间隔。 在频带fN内，2fN波特是极限速率，

9、所以系统的最高频带利用率为每赫兹2Bd或2BdHz，这个极限速率是不能逾越的。,三、 具有幅度滚降特性的低通网络波形形成 要寻求一个传输系统，它既可以物理实现，又能满足奈氏第一准则的基本要求：速率为2fN的序列通过该系统后能在所有按间隔T=1/2fN的取样点处不产生码间干扰。 要求形成滚降特性的条件是过理想低通特性的(fN，1/2)点处作奇对称的函数所形成的特性。,这里引入滚降系数的概念，即 滚降低通网络的带宽应为, 值越大，其冲激响应的前导和后尾衰减越快。 因此，值越大也就允许取样定时相位有较大的偏移。然而，值越大，频带利用率就越小，因为这时频带利用率为 =2fN/(1+)fN=2/1+（B

10、d/Hz）,四、 数据传输系统中的时钟同步 对定时时钟信号的要求是：定时时钟信号速率与接收信号码元速率完全相同，并使定时时钟信号与接收信号码元保持固定的最佳相位关系。接收端获得或产生符合这一要求的定时时钟信号的过程称为时钟同步。 时钟提取的方法分为两类：自同步法和外同步法 自同步法又称内同步法，它是直接从接收的基带信号序列中提取定时时钟信号的方法。,五、 基带数据传输系统及应用 下图给出了一个基带数据传输系统构成框图。,4.2.3 数据信号的频带传输 一、 频带传输系统 二、 数字调幅 三、 数字调相 四、 数字调频,一、 频带传输系统 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，

11、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。 所谓调制就是用基带信号对载波波形的某些参数进行控制，使这些参量随基带信号的变化而变化。用以调制的基带信号是数字信号，所以又称为数字调制。,二、 数字调幅 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 2正交幅度调制,1 ASK信号及功率谱分析 下图是数字调幅系统基本构成框图。,图中的调制解调器本质上就是一个乘法器。 进制数字信号调幅可有两种情况 。 (1) 2ASK信号的功率谱密度也由连续谱和离散谱组成。 (2)由于2ASK信号的功率谱是双边带谱，所以2ASK

12、信号的带宽是基带信号带宽的两倍。,2正交幅度调制 正交幅度调制又称正交双边带调制，是将两路独立的基带波形分别对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，所得到的两路已调信号叠加起来的过程，称为正交幅度调制。 由于A路的调制载波与B路的调制载波相位相差90，所以形成两路正交的频谱，故称为正交调幅。,下图为正交调幅系统的功率谱示意图。,这种调制方法的AB两路都是双边带调制，但两路信号同处于一个频段之中，所以可同时传输两路信号，故频带利用率是双边带调制的两倍 。 为了更进一步说明正交调幅信号的特点，我们还可以从已调信号的相位矢量表示方法来讨论。,如果只画出矢量端点，则如图所示，称为QAM的星座

13、表示。如星座图上有四个星点，则称为4QAM。,QAM方式的主要特点是有较高的频谱 利用率。经分析可得MQAM的频谱利用 率为 ,三、 数字调相 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PSK。 1 PSK信号及功率谱密度 2二相调相信号的产生和解调 3多相调制,1 PSK信号及功率谱密度 绝对调相信号的变换规则是：数据信号的“1”对应于已调信号的0相位；数据信号的“0”对应于已调信号的180相位，或反之。这里的0和180是以未调载波的0作参考相位的。 相对调相信号的变换规则是：数据信号的“1”使已调信号的相位变化0相位；数据信号的“0”使已调信号的相位变化180相位，或反

14、之。这里的0和180的变化是相对于已调信号的前一码元的相位，或者说，这里的变化是以已调信号的前一码元相位作参考相位的。,2二相调相信号的产生和解调 (1) 2PSK信号的产生和解调 下图 (a)给出的是一种用相位选择法产生2PSK信号的原理框图。 下图(b)为2PSK信号的解调电路原理框图。,这种2PSK信号的解调存在一个问题，即 二分频器电路输出存在相位不定性或称相位 模糊问题。 解决这一问题的方法就是采用相对调相， 即2DPSK方式。,(2) 2DPSK信号的产生和解调 只要将输入的基带数据序列变换成相对序列，即差分码序列，然后用差分码序列去进行绝对调相，便可得到2DPSK信号。 2DPS

15、K的解调通常采用极性比较法，极性比较法是对2DPSK信号先进行2PSK解调，然后用码变换器将差分码变为绝对码。,3多相调制 如果把输入二进制数据的每k个比特编成一组，则构成所谓的k比特码元。每一个k比特码元都有2k种不同状态，因而必须用M=2k种不同相位或相位差来表示，称为M相调相。 四相调相即4PSK，是用载波的四种不同相位来表征传送的数据信息。,按国际统一标准规定，双比特码元与 载波相位的对应关系有两种，称为A方式和 B方式，它们的对应关系如表4-2所示。 表4-2 双比特码元与载波相位对应关系 双比特码元 载波相位 A B A方式 B方式 0 0 0 225 1 0 90 315 1 1 180 45 0 1 270 135 ,4PSK信号可采用调相法产生，产生4PSK 信号原理图如图 (a)所示。,4PSK信号可用两路相干解调器分别解调，而 后再进行并串变换，变为串行码元序列。,四、 数字调频 用基带数据信号控制载波的频率，称为数字调 频，又称频移键控(FSK)。 12FSK信号及功率谱密度 2 2FSK信号的产生和解调 ,12FSK信号及功率谱密度 二进制移频键控就是用二进制数字信号控制载波频率，当传送“1”码时输出频率f