数据通信基础

《数据通信基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据通信基础（142页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 计算机网络基础（第2版） 第2章 数据通信基础2.1 基本概念1、信息、数据和信号通信的目的是交换信息。信息的载体可以是多媒体， 包含语音、音乐、图形图像、文字和数据等。计算机的 终端产生的信息一般是字母、数字和符号的组合。为了 传送这些信息，首先要将每一个字母、数字或括号用二 进制代码表示。目前常用的二进制代码有国际5号码（ IA5）、扩充的二、十进制交换码EBCDIC码和信息交换 用标准代码 ASCII码等。被传输的二进制代码称为数据（Data）。信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。2、 数据通信系统基本结构数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信

2、宿。信源 与信宿通过通信线路(信道)进行通信； 在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，而传输数字信号的系统称为数字通信系。1）模拟通信系统 模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一般都要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过解调器将信号解调出来。普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。2） 数字通信系统 数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码 器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源 译码器、信宿、噪声源以及发送端和接收端时钟 同步组成。计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数 字通信系统。3、通信信道的分类 信道是

3、信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按不同的方法分类：有线信道与无线信道；模拟信道与数字信道；专用信道和公用信道；1）有线信道与无线信道 信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信道与 无线信道； 有线信道使用有形的媒体作为传输介质的信道 称之为有线信道。有线信道包括电话线、双绞 线、同轴电缆和光缆等；无线信道以电磁波在空间传播方式传送信息的 信道称之为无线信道。无线信道包括无线电、 微波、红外线和卫星通信信道等。2）模拟信道与数字信道按传输信号的类型分类，信道可以分为模拟信道与数字信道；模拟信道能传输模

4、拟信号的信道称为模拟信道。模拟信号的电平随时间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。如果利用模拟信道传送数字信号 ，则必须经过数字与模拟信号之间的变换（A/D变换器）。调制解调器就是完成这种变换的。数字信道能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离散的数字信号在计算机中指由“0”和“1”的二进制代码组成的数字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，通常需要进行数字编码。3） 专用信道和公用信道 信道按使用方式可以分为专用信道和公用信道：专用信道专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路，它可以由用户自己架设或向电信部门租用。公用信道也称公共交换信道，它是一种通过交换机转接、为大量用户提供

5、服务的信道。4、数据通信的技术指标 1）数据通信速率（传输速率）：传输率是指数据在信道中传输的速度。数据通信速率分为两种：码元速率和信息速率。码元速率RB：每秒中传送的码元数，单位为波特/秒（Baud/s），又称为波特率；信息速率Rb：每秒中传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s），又称为比特率；对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元包含1个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一个用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了2个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的2倍。 码元速率和信息速率一般来说，对于采用 M进制电平传输信号时，信息速率和码元速率之间的关系是：Rb=

6、RBlog2M2）误码率和误比特率 误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的重要参数。误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，误比特率是指在传输中出错比特的概率。3）信道带宽与信道容量 信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹 （Hz）表示。信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数 ，用每秒比特数（bps）表示。当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。2.2 数据的传输 1、数据的串行传输和并行传输 并行通信数据以成组的方式在多个并行信道上同

7、时进行传输。并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。串行通信 数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计 算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前 ，要将计算机中的字符进行并/串变换，在接收端再 通过串/并变换，还原成计算机的字符结构，才能实 现串行通信。 串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输 信道，易于实现，成本低，但速度比较低。2、信道的通信方式单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个 方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收 而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。无线电广播和电视都属于单工通信。 半双工通信

8、是指信号可以沿两个方向传送，但 同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方 向的传输只能交替进行，而不能同时进行。当改 变传输方向时，要通过开关装置进行切换。 半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统 使用的“对讲机”和军队使用的“步话机”。 半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与 终端之间的会话式通信。全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输。比如，电话通话。3、信号的传输方式基带传输就数字信号而言，它是一个离散的方波， “0”代表低电平，“1”代表高电平，这种方波固有的频带称为基带，方波信号称为基带信号，因此，基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输是在信道中直接传输

9、数字信号，且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用，双向地传输信息。频带传输所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要求发送端和接收端都要安装调制器和解调器。在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。利用频带传输，不仅解决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。宽带传输宽带传输采用75的CATV电视同轴电缆或光纤作为传输媒体，带宽为300MHz。使用时通常将整个带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。可利用

10、宽带传输系统来实现声音、文字和图 像的一体化传输，这也是通常所说的“三网合一”，即语音网、数据网和电视网合一。另外，使用 Cable Modem上网就是基于宽带传输系统实现的。2.3 数据传输的同步技术 在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行 通信时，通信双方要交换数据，彼此间传输数据的速 率、每个比特的持续时间和间隔都必须相同。同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元/比 特起止时刻和速率来接收数据。实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技 术之一，通常使用的同步技术有两种：异步方式同步方式1、异步传输方式在异步传输方式中，每传送1个字符（7位或8位）都要在每个字符码前加1个起始位，以

11、表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加1或2个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用。异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用23位，所以适合于低速通信。2、同步传输方式同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位 组成的数据块（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和 停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同 步字符SYN（以01101000表示）或一个同步字节（ 01111110），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任 意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再

12、使用同步字符 或字节来标识整个发送过程的结束。在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。同步传输中的位同步在同步通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步，而使用同步字符或同步字节，只是用于同步接收数据帧，只有保证了接收端接收的每一个比特都与发送端保持一致，接收方才能正确的接收数据，这就要使用位同步的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专用信道发送同步时钟保持双方同步，也可以使用编码技术将时钟编码到数据中，接收端接收数据的同时就获取到同步时钟，两种方法相比，后者的效

13、率最高，使用的最为广泛。2.4 数据的编码和调制技术 通信信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数据也分为模拟数据与数字数据。因此，数据的编码方法包括数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制。1、数字数据的调制 发送端将数字数据信号变换成模拟信号的过程称为调 制（Modulation），调制设备就称为调制器（ Modulator）；接收端将模拟数据信号还原成数字数据 信号的过程称为解调（Demodulation），解调设备就称 为解调器（Demodulator）。若进行数据通信的发送端 和接收端以双工方式进行通信时，就需要同时具备调制 和解调功能的设备，称为调制解调器（Modem）。

14、对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移 键控和相移键控。 数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。1）幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）ASK是通过改变载波信号的幅度值表示数 字信号“1”、“0”，以幅度A1表示数字信号的 “1”，用载波幅度A2表示数字信号的“0”（通常 A1取1，A2取0），而载波信号的参数f 和恒定。2）频移键控FSK（Frequency Shift Keying）FSK是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号“1”、“0”，用f 1表示数字信号“1”，用f 2表示数字信号“0”，而载波信号的A和不变。3）相移键控P

15、SK（Phase Shift Keying）PSK是通过改变载波信号的相位值表示数字信号“1”、“0”，而载波信号的A和f不变。PSK包括两种类型：绝对调相绝对调相使用相位的绝对值，为0表示数字信号“1”，、为表示数字信号“0”。相对调相相对调相使用相位的相对偏移值，当 数字数据为0时，相位不变化，而数字数据为1时，相位要偏移。4）多相调制ASK、FSK和PSK都是最基本的调制技术，实现容易，技术简单，抗干扰能力差，调制速率不高，为了提高数据传输速率，也可以采用多相调制的方法。5）混合调相为了达到更高的信息传输速率，采用多元制的 振幅相位混合调制技术，比如正交振幅调制QAM （Quadratu

16、re Amplitude Modulation），它不但使用相位，而且还使用幅度：2、数字数据的编码利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作数字信号的基带传输，而数字数据在传输之前，需要进行数字编码。数字数据的编码方式有三种：不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 。不归零编码（Non-Return to Zero，NRZ）曼彻斯特编码（Manchester）差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）数字数据编码的示例3、模拟数据的调制 模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，比如无线电广播。4、模拟数据的编码 PCM技术的典型应用是语音数字化。在发送端通过PCM编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，通过通信信道传送到接收方，接收方再通过PCM解码器还原成模拟语音信号。数