项目2 数据传输与差错控制

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1、第3章 数据通信技术 *项目2 数据传输与差错控制任务1 数据传输 任务2 差错控制1*任务1 数据传输 概要 数据通信的系统模型 数据通信的基本概念 数据传输类型：基带传输和频带传输 调制解调器的标准和类型。 数据传输模式，常用的差错校验方式 数据多路复用技术和数据交换技术 常用的通信系统：公用电话系统、蜂窝电话 系统、卫星通信系统、综合业务数字网络、计 算机网络等 2*1.1 数据通信技术概述 信息的传递就是通信 电磁波传递信息 适用于地域广阔 既快速又准确 数据通信技术研究 计算机之间 计算机与数字终端设备之间 使用数字信号进行的通信的理论和方法 3*1.1.1 数据通信的系统模型 数据

2、通信系统模型组成调制频率： 信号1：1270Hz正弦波 信号0：1070Hz正弦波调制 解调 数据通信网发送设备传输信道接收设备输入数据输出数据数据源数据宿4*1.1.2 数据通信的基本概念 1. 信息、数据和信号 2. 信道及信道的分类 5*1. 信息、数据和信号 信息（Information） 通信传输过程中包含的内容 一般为数字、文字、语音和图像等 数据 信息的载体，一般用二进制代码表示 信号 数据在传输过程中的表示形式 分为模拟信号和数字信号两类 模拟信号是连续变化的 数字信号是分立离散的6*1. 信息、数据和信号 信号抽取、干扰和恢复原有真实数据 传输与信号间的组合 模拟传输模拟传输

3、数字传输数字传输 编码译码器：模拟 数字、数字 模拟A/D、D/A转换器：模拟 数字、数字 模拟调制解调器：数字 模拟、模拟 数字7*2. 信道及信道的分类 信道：信号传输的通路(通信线路) 信道分类： 按传输信号类型：模拟信道、数字信道 原始、调制模拟信号、二进制数字信号 按物理、逻辑性：物理信道、逻辑信道 传输介质、通信设备、信号逻辑径路 按传输通路介质：有线信道、无线信道 有形介质(线、缆)、无形介质(空气、太空) 按通路使用权限：专用信道、公用信道 固定、专线、大型公共信道8*1.1.3 数据通信的传输媒体 通信网络中使用的传输媒体(介质) 有电话线、双绞线、电缆线、光纤 、架空明线

4、微波线路和卫星线路等。常 用的是：电话线双绞线同轴电缆光纤9*1.1.3 数据通信的传输媒体 通信网络中使用的传输媒体(介质) 微波线路 传输容量大 直线传播和受环境条件的影响 长途传输必须建立中继站 必要时信号增强 10*1.1.3 数据通信的传输媒体 通信网络中使用的传输媒体(介质) 卫星线路 微波传输一种，中继站点卫星 不受地理环境和通信距离的限制 有海量的带宽，具有广泛的应用市场 价格昂贵 11*1.1.3 数据通信的传输媒体 通信网络中使用的传输媒体(介质) 红外传输 直线传播、距离有限(在视野内) 速度快：100Mbps 广泛用于家电遥控、计算机间数据交换12*1.1.4 数据通信

5、的接口和标准 接口：通信中通信设备之间的连接 接口标准：为求接口的通用性 常用的接口标准 RS-232 USB RS-449 X.21 13*1RS-232接口 参数：传输距离：50英尺传输频率：19200bps 接口类型：25针9针 优优点：实现简单实现简单 缺点：带宽较带宽较 窄、传输传输 距离较较近 应用例：鼠标主机（COM） 14*2RS-449 接口 接口类型（RS-449）：37针 电电气标标准： RS-422 RS-423 平衡电电路 不平衡电电路传输距离(英尺)： 40 4000 40 4000传输频率(bps) ： 10M 100K 100K 1200 优优点：便于高速、远距

6、离传送 缺点：实现相对比较困难、支持的外设少 应用例：数字摄象机主机15*3USB 接口 USB接口：通用串行总线总线 接口 接口类型：4针、可支持127个装置 电电气标标准 传输距离： 5米 最高传输频率： 12Mbps 优优点：周边设备连接标准化、单一化支持热插拔 缺点：支持的传输传输 距离有限 应用例：调制解调器、打印机、扫描仪、相机 16*1.1.5 数据通信的主要技术指标 主要有： 传输速率 差错率 可靠性 17*1.1.5 数据通信的主要技术指标 1传输速率B 2差错率pe 3可靠性pr 18*1传输速率B 衡量传输能力的主要指标(比特率、波特率) 比特率：数字信号的传输速率 定义

7、：单位时间内传输二进制代码有效位数 单位：比特/秒（bps） 千比特/秒（kbps） 波特率：调制速率，又称为波形速率 定义：线路中每秒传送的波形的个数 单位：波特（baud）B = 1/T 换算： 比特率 = 波特率 * log2n n为一个脉冲信号表示的有效状态数19*2差错率pe 衡量传输质量的主要指标 码元差错率(误码率) ： 定义：差错码元所占总数的比例 (平均值) pe = 差错码元数 / 总码元数 指标：要求10-6 比特差错率 定义：差错的比特数占总数的比例（平均值） peb = 差错比特数 / 总比特 数20*3可靠性pr 衡量传输系统质量重要指标 可靠度 ：定义：正常工作时

8、间占全部工作时间百分比pr = 正常工作时间tr / 全部工作时间Tr 21*12 数据传输类型 基带传输：数字信号方式 频带传输：模拟信号方式22*1.2.1基带传输 数字基带信号：直流开始未经调制的二进制脉 冲数字信号 数字信号基带传输 ：在通信线路上直接传输二 进制脉冲“数字基带信号” 特点： 直流脉冲发送 一次仅传输一个信号或信道、独占通信线路容量 随距离增大而迅速衰减，中继器再生和放大信号 必须先编码，用不同的电平代表信号“1”和“0”23*1.2.1基带传输 1.非归零编码(NRZ，Non-Return to Zero) 正电平代表“1”，负电平代表“0” 发收保持同步：另一信道发

9、送同步时钟信号 信道中“0”/“1”连续时会产生直流分量 使用例：计算机串行口和调制解调器之间 24*1.2.1基带传输 2曼彻斯特编码 编码规则： （1）每比特周期分为前后两部分 （2）前半周期传送反码、后半周期传送原码 比特中有一次电平跳跃（本地时钟 ） 信号中1 / 0的个数相等，信道不含直流分量 使用例： 10Base以太网 25*1.2.1基带传输 3差分曼彻斯特编码 曼彻斯特编码的改进 编码规则： 周期分为前后两部分，中间的跳变仅起同步作 用 开始边界是否发生跳变来决定值： 有跳变，为“0” 无跳变，为“1” 26*1.2.1基带传输 27*1.2.2频带传输 频带传输：利用模拟信

10、道实现数字信号传输 优点： 不同频率载波共用信道，信道容量利用充分 衰减缓慢，适合远距离传输 传输过程： 信道：采用某一频率的正（余）弦信号作为载波 信源：载波调制(调制器 数字信号模拟信号) 信宿：信号解调(解调器 模拟信号数字信号)28*1.2.2频带传输 调制参数：振幅A 、角频率 、相位 正弦载波信号幅度u 与调制参数的关系 u(t) = A(t)sin(t+) 调制方式为： 幅度调制 (振幅键控)：幅度随数字信号变化 频率调制 (移频键控 )：频率随数字信号变化 相位调制 (移相键控) ：相位随数字信号变化 29*1.2.2频带传输 数字信号幅度调制 频率调制 相位调制 30*1.2

11、.3调制解调器 1. 工作原理 2. 分类 3. 技术指标 31*1. 工作原理 数字信号“1”对应的频率为f1=1270Hz 数字信号“0”对应的频率为f1=1070Hz32*2. 分类 按连接方式分类内置式外置式无线调制解调器 按功能分类 数据调制解调器 FAX/Modem FAX/Voice/Modem 按使用的通信线路分类 一般调制解调器：电话网、传输速率可达56Kbps Cable Modem ：有线电视电缆网络、10 - 30Mbps ADSL Modem ：非对称数字用户环路、640K/7M33*3. 技术指标 V.32标准 针对7200bps、12000bps和14400bps

12、全双工 调制解调器的标准 V.32 bis标准 对高于14400bps的带数据压缩和差错检验 功能的全双工调制解调器的标准 V.90标准 ITU(国际电信联盟)制定的一个56Kbps数据 传输标准34*1.3 数据传输模式 数据通信的传输模式35*1.3.1 数据通信的传输模式 1.串行传输与并行传输 2. 异步传输与同步传输 3. 单工、双工与全双工通信 36*1.串行传输与并行传输 串行传输（图3-3-1b） 一条线路，逐个地传送所有的比特 优点：适用于长距离传输数据、造 价便宜 缺点：速度较慢 并行传输（图3-3-1a） 多条线路同时传输一组比特 优点：适用于短距离传输数据 缺点：速度较

13、快37*2. 异步传输与同步传输 异步传输（图3-3-2） 比特被划分成小组独立传送 发送的字符都有自己的开始位和停止位 适用于数据传输速率要求不高的设备 同步传输（图3-3-3） 将发送字符组合为数据帧一起发送 数据帧的具体组织形式随协议而定，一般包括 ： 同步位、控制位（包括源地址、目标地址、数据 的实际字节数、序列号）、数据位、检验位、帧 结束位38*3. 单工、双工与全双工通信 单工通信 通信只在一个方向上进行 例：监视器、打印机、电视机等 半双工通信 可以发送信息、接收信息，但必须轮流进行 例：双向无线电对讲设备等 全双工通信 可同时进行发送和接收信息 例如大多数计算机终端、大多数调

14、制解调器 39*任务2 差错控制40*2.1 概述 按照噪声或干扰的变化规律，可把信道 分为三类： 随机信道：恒参高斯白噪声信道是典型的 随机信道，其中差错的出现是随机的，而且 错误之间是统计独立的。 突发信道：具有脉冲干扰的信道，是典型 的突发信道。错误是成串成群出现的，即在 短时间内出现大量错误。 混合信道41*1 差错控制的基本工作方式 前向纠错方式FEC 发端发送能够纠正错误的码，收端收到信码后自动地 纠正传输中的错误。 特点是单向传输，实时性好，但译码设备较复杂。 检错重发方式ARQ 发端发送检错码，收端收到信码后能够检查出错误。 混合纠错方式HEC 是FEC和ARQ方式的结合。 信

15、息反馈方式IF 收端将接收的消息原封不动地送回发端，由发端将反 馈信息和原发送信息进行比较，发现错误进行重发，其 优点是方法和设备简单，无需纠（检）错编译系统。42*2 差错控制编码的分类 按照差错控制编码的用途：检错码、纠错码和纠删码 。 按照信息码元和监督码元之间的函数关系：线性码和 非线性码。 按照对信息元处理方式的：分组码和卷积码。 按照码组中信息码元在编码前后是否相同：系统码和 非系统码。 按照纠（检）错误的类型：纠（检）随机错误码、纠 （检）突发错误码和既能纠（检）随机错误同时又能纠 （检）突发错误码。 按照每个码元的取值：二进码和多进码。43*3 差错控制编码的基本原理 差错编码的基本思想是在被传输信息中 增