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1、第 2 章 数据通信原理简介2.1 通信系统简介 2.2 数据通信相关技术简介作业12.1 通信系统简介计算机技术和现代通信技术相结合形 成了计算机网络。 数据通信技术是构成现 代计算机网络的重要基石之一。2.1.1 通信基本概念 2.1.2 数据交换方式 2.1.3 数据传输方式 2.1.4 常用性能指标22.1.1 通信基本概念3信源发送器传输 信道接收器信宿(a)数据通信模型数据通信网PSTN(b)数据通信系统实例工作站Modem公共电话网Modem服务器通信的目的是信息交换4信息（Information) 通信传输过程中包含的内容，如 数字、文字、语音和图像等。 数据(data) 运送
2、信息的实体，一般用二进制代码表示 。 信号(signal) 数据的电气或电磁的表现。狭义信道 传输信号的具体媒介。如电缆、光缆等广义信道 不仅包含具体的物理介质，而且还包含了终端（收/发端）的部分设备在内的那段信号通路。如编码/解码、调制/解调设备等通信基本概念5数据以信号方式在信道中传输。模拟信号 (Analog Signal) 连续变化的电磁波数字信号 (Digital Signal) 幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内通信基本概念6通信基本概念不同数据可以用不同信号方式传输2.1.2 数据交换方式7交换技术的引入 目的是节约和优化资源三种常见的数据交换方式：电路交换、报文
3、交换 和分组交换8(1)电路交换(Circuit Switching)通信双方在传输数据之前建立一条实际的物理通路，并 且在整个传输过程中独占该通路。数据交换方式p 呼叫建立 p 信息传送 p 连接释放9优点 p 传输时延小，实时性强 p 数据按序传送和接收 p 设备简单数据交换方式缺点 p 平均通路建立时间较长 p 独占通路和一组设备，信道利用率低 p 若出现故障，需重新建立连接 p 计算机以及不同速率的设备难于协同工作10(2)报文交换(Message Switching)不管被传送数据的长度，都把它当作一个逻辑单元，附 上相应的控制信息，组成一个报文发送。 采用存储转发的技术，无建立信道
4、的过程，中间结点暂存 报文，并根据目的地址确定转发的下一个结点。数据交换方式报文号 目的地址 源地址 报文数据 校验11优点 p 线路利用率较高 p 报文数据按序传送和接收 p 不同速率的终端设备之间可以进行数据传送 p 支持多点传输，一个报文可以同时向多个地址传送数据交换方式缺点 p 传送时延较长，不适合实时或交互式数据通信业务，如语音通话 p 中间结点必须配置大容量的存储设备12(3)分组交换/包交换(Packet Switching)采用存储转发的技术。限制一次传输数据的最大长度， 如果传输数据超过规定的最大长度，发送方就将它分成 多个报文分组发送。 目前公用数据网采用的是分组交换技术。
5、分组的概念1967年由英国国家实验室NPL提出。数据交换方式报文 号报文 分组号目的 地址源 地址报文 分组数据校验13优点 p 数据传输灵活，线路利用率较高 同一报文的不同分组可按不同路径传输 中间结点可不必等待未到达的分组而继续转发 p 转发时延短 p 分组长度固定，简化了存储管理 p 减少了出错几率和重发数据量数据交换方式缺点 p 每个分组增加的控制信息一定程度降低了通信效率，增加了处理时间，分组长度的合理选择非常重要 p 目的站点要重组报文，增加了控制的复杂性14分组交换在应用中有两种方法来管理被传输的分组流。p 数据报(Datagram)无连接的数据传输方式，这种方式下被传输的分组称
6、为数据报。是尽力而为的服务。p 虚电路(Virtual Circuit)面向连接的数据传输方式，工作过程类似于电路交换 。能提供较好的通信质量。数据交换方式15数据交换方式虚电路数据报2.1.3 数据传输方式16(1)基带传输和频带传输p 基带传输数据信号不经过调制，直接在线路中传输。p 频带传输信号经过调制送到信道中传输，在接收端进行解调。目的是适合信道特性，同时也提高了线路利用率。数据传输方式17(2)有线传输和无线传输(3)单工、半双工和全双工单工半双工全双工数据传输方式18(4)串行传输方式和并行传输方式发送端发送端b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0串行通信信道发送端b0
7、b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7接收端b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7并行通信信道适合于 近距离数据传输方式19(5)同步传输方式和异步传输方式p 同步传输方式在传送数据前通过特定同步字符建立同步，使收发双方具有完全同步的时钟信号。传输效率高。p 异步传输方式每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间隔任意。需在每一字节的开始和结尾附加起始位和停止位。传输效率较低，但设备便宜。如USB接口。2.1.4 常用性能指标20传输速率 每秒传输数据的数量p 码元传输速率（波特率，Baud/s）p 比特传输速率（bit/s）：二进制码元时带宽 信道中所允许的传输速率最大值（或者
8、在传送模拟信号时所允许的频带宽度）误码率 单位时间内出错码元数与发送码元数之比时延 单位数据信号从数据电路的一端传输到达另一端所经历的总的时间2.2 数据通信相关技术简介2.2.1 数据编码 2.2.2 信道复用 2.2.3 差错控制212.2.1 数据编码22数字信道模拟信道数字信号模拟信号非归零编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 差分非归零编码 PCM(脉冲编码调制)编码 采样量化编码频移键控法FSK(调频) 幅移键控法ASK(调幅) 相移键控法PSK(调相)调频(FM) 调幅(AM) 调相(PM)数据编码23(1)非归零编码(NonReturn to Zero Code, NRZ)“1
9、”=正电压，“0”=负电压p 编码效率高 p 发送端和接收端需要同步；编码有直流分量，易失真数据编码24(2)曼彻斯特编码(Manchester Encoding)“1”= 信号位中间发生“高到低”的跳变“0”=信号位中间发生“低到高”的跳变p 编码没有直流分量；利用“跳变”自同步 p 每个bit都有“跳变”，需要转换成两个电压，效率低数据编码25(3)差分曼彻斯特编码(Differential Manchester)“1”= 每位信号的起始处无跳变“0”=每位信号的起始处有跳变 p 每bit中间的跳变作为时钟同步信号；比曼彻斯特编码电压变化少 p 每一个bit都被转换成两个电压，传输效率低0
10、 1 0 0 1 1 1 0 Z振幅数据编码26(4)差分非归零编码(Differential NRZ, DNRZ)“1”= 每位信号的起始处有跳变“0”=每位信号的起始处无跳变p 编码效率高，提高了信号的易同步性，是主流的编码方式Z振幅Z时间0 1 0 0 1 1 1 02.2.2 信道复用27若单个信道的传输能力大于一路信号所需要的能力时 ，可以把一个信道划分为多个子信道，通过信道复用提高 传输能力。发送端1发送端2发送端3接收端1接收端2接收端3信道复用28(1)频分复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）p 技术成熟，是目前模拟通信的主要复用方式
11、p 无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。信道复用29(2)时分复用（TDM，Time Division Multiplexing）p 适合数字信号传输，技术成熟。 p 无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。信道复用30统计时分复用（STDM，Statistic TDM ）p 进一步提高信道利用率。 p 设备复杂性增加。主要应用于高速远程数字通信。信道复用31(3)码分复用（CDM， Code Division Multiplexing ） 为每一路信号分配不同的编码，不同的编码彼此正交。码分多址（CDMA， Code Division Multiple Access）是码分 复用的一种技术，
12、每一个比特时间再划分为M个短的间隔，称 为码片（chip），M的值通常为64或128。每一路信号用一个 惟一的M位码片序列。 CDMA多用在无线多路访问信道中。p 用户在时间和频率上均共享总信道，信道效率高容量大。 p 随着技术的进步，CDMA设备的价格和体积都大幅度下降 ，因而现在已广泛使用在民用的移动通信中 。信道复用32(4)波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing ） 应用于光纤传输。8路传输速率均为2.5 G Bit/s 的光载波(其波长均为1310 nm),经光的调制后，分别将 波长变换到15501557nm， 每个光载波相隔1nm(实际上
13、 光载波的间隔一般是0.8或 1.6nm)，这8个光载波(它们 的波长是很接近的)经过复用 器后，就在一根光纤中传输 。因此，在一根光纤上数据 传输的总速率就达到了8x2.5 G Bit/s20 G Bit/s。光放大器2.2.3 差错控制33差错起因p 信道噪声干扰 p 信号衰减 p 信道特性不理想，如频带削减差错类型p 单比特错误（在一个数据单元中只有1bit的错误） p 突发错误（一个数据单元中有连续的或多bit错误）差错控制34差错控制方法p 检错重发（ARQ, Auto Repeat Request） p 前向纠错（FEC, Forward Error Correction） p 混合纠错（HEC, Hybrid Error Correction ）不适合实 时系统。差错控制35纠错设备成本高。适合单工通信系统，目前广泛用于太空和卫星通信中。HEC 结合ARQ和FEC，也在卫星通信中得到较广泛应用。差错控制36差错控制编码p 检错码 奇偶校验码 循环冗余码（多项式码） p 纠错码 海明码 一般可以纠正1位错，或发现2位错信息码元（K位）监督码元（r位）传输码元作业371. 简述分组交换的基本工作原理。2. 查资料回答以下有关蓝牙的问题：（1）工作的频段（2）通信的距离范围（3）指出蓝牙技术的一个应用
