数据通信入门教程

《数据通信入门教程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据通信入门教程（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、数据通信入门教程,2,本章内容概要,数据通信的基本概念 传输介质 数据编码技术 基带传输的基本概念 差错控制方法,3,本章学习要求,了解：数据通信的基本概念 掌握：传输介质的基本特点 了解：主要的数据编码技术 掌握：基带传输的基本概念 掌握：差错控制方法的定义,4,本章内容概要,数据通信的基本概念 传输介质 数据编码技术 基带传输的基本概念 差错控制方法,5,2.1 数据通信的基本概念,信息、数据与信号 数据传输类型与通信方式,6,2.1.1 信息、数据与信号,通信的目的是交换信息， 信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合 为了传

2、送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制数据来表示 为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字编码的方式表示 数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程,7,信息编码标准,ASCII码被国际标准化组织ISO接受，成为国际标准ISO 646，又称为国际5号码 ASCII码用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准 ASCII码采用7位二进制比特编码，可以表示128个字符 ASCII字符分为两类：图形字符与控制字符。图形字符包括：数字、字母、运算符号、商用符号等,8,多媒体网络应用,随着计算机技术的发展，多媒体技术得到

3、广泛应用 与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性 如果每帧图像由1024768个点阵组成，图像颜色有256种，每个点阵用1字节二进制数表示，每秒钟传送30帧图像，则每秒需要传送235,929,601字节 如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音信号进行22,050次取样，每次取样值用1字节表示，单声道每秒钟需要传送22,050字节；双声道立体声每秒钟需要传送44,100字节 多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高要求,9,信号的概念,信号是数据传输过程中电信号的表示形式 模拟信号(analog signal)的电平是连续变化的 数字信号

4、(digital signal)是用两种不同电平表示0、1比特序列的电压脉冲信号,10,数据、信息和信号,数据(data)是传递信息（information）的载体，在计算机网络中传输的二进制代码称为数据，包括数字、文字、语言、图像、图形、声音等。 数据与信息的区别在于数据仅涉及事物的表示形式，而信息则涉及对数据所表示内容的解释。信息是一种有意义的数据，而数据又是信息的一种量化物理符号。 信号(signal)则是数据在传输过程中的电气的或电磁波的表示形式。,11,2.1.2 数据传输类型与通信方式,计算机网络中两台计算机的通信过程,12,1. 数据传输类型 模拟通信：调制解调 数字通信：波形变

5、换,13,2.数据通信方式 串行通信、并行通信 单工通信、半双工或全双工通信 同步通信、异步通信,14,串行通信与并行通信,15,1单工通信单工通信就是指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。如图所示。无线电广播和电视信号传播都是单工传送的例子。,16,2半双工通信半双工通信是指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。如图所示。如对讲机就是以这种方式通信的。,半双工通信由要频繁调换信道方向，故效率低，但可节省传输线路。,17,3全双工通信全双工通信是指能同时做双向通信。如图所示。这种方式适用于计算机计算机间通信。,全双工与半双工比较,全双工通信效率高，控制简单，

6、但是结构较复杂，成本较高。,18,同步技术,同步是数字通信中必须解决的一个重要问题。所谓同步，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致。数据通信的同步包括以下两种： （1）位同步 （2）字符同步,19,位同步（bit synchronous）,要求接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率，来校正自己的时间基准与时钟频率。这个过程就叫做位同步。 实现位同步的方法主要有以下两种： 外同步法：外同步法是在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。 内同步法：内同步法是从自含时钟编码的发送数据中提取同步时

7、钟的方法。曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码都是自含时钟编码方法。,20,字符同步（character synchronous）,仅仅识别各位数码是不够的，至少要对各个字符正确地识别出来，如下图所示。串行数码和字符同步 按位串联数码b1b2b8b1b2b8b1，如果能把它划分为（b1b2b8）（b1b2b8）这即为实现了字符同步。如果划分为（b2b3b8 b1）（b2b3b8 b1）则没有实现字符同步。,21,字符同步（character synchronous）,保证收发双方正确传输字符的过程就叫做字符同步。 实现字符同步的方法主要有以下两种： 1.同步式（synchronous） 采用同步方式

8、进行数据传输称为同步传输。同步传输将字符组织成组，以组为单位连续传送。在每组字符之前加上一个或多个用于同步控制的同步字符SYN，每个数据字符内不加附加位。接收端接收到同步字符SYN后，根据SYN来确定数据字符的起始与终止，以实现同步传输的功能。同步传输的工作原理如图2.5所示。,图2.5,23,2.异步式（asynchronous） 采用异步方式进行数据传输称为异步传输。异步传输的特点是：每个字符作为一个独立的整体进行发送，字符之间的时间间隔可以是任意的。为了实现字符同步，每个字符的第一位前加1位起始位（逻辑“1“），字符的最后一位后加1、1.5或2位终止位（逻辑“0“）。异步传输的比特流结构

9、如图2.6所示。 在实际问题中，人们也将同步传输叫做同步通信，将异步传输叫做异步通信。同步通信的传输效率要比异步通信的传输效率高，因此同步通信方式更适用于高速数据传输。,24,图2.6,25,本章内容概要,数据通信的基本概念 传输介质 数据编码技术 基带传输的基本概念 差错控制方法,26,2.2 传输介质,类型,有形介质,双绞线 同轴电缆 光纤,无线电 微波 卫星通信,无形介质,27,2.2.1 双绞线、同轴电缆与光纤,传输介质的特性： 物理特性：传输介质物理结构的描述 传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及调制技术、传输容量、频率范围 地理范围：传输介质最大传输距离 抗干扰性：传输介

10、质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力 相对价格：器件、安装与维护费用,28,双绞线,类型,屏蔽双绞线（STP）,非屏蔽双绞线（UTP）,29,双绞线的结构与类型,30,同轴电缆,类型,基带同轴电缆（数字信号的传输）,宽带同轴电缆（划分成多条通信信道）,铜芯,外屏蔽层,保护套,绝缘层,31,同轴电缆的结构,32,光缆,光纤即光导纤维，采用非常细的、透明度较高的石英玻璃纤维作为纤芯，外涂一层低折射率的包层和保护层。,类型,多模光纤,单模光纤,多根光纤组成光缆,33,光纤的结构,34,光纤的工作原理,35,2.2.2 无线与卫星通信,电磁波谱与通信类型的关系,36,无线通信,高频无线电波的传播路

11、径,37,蜂窝无线通信,频分多址接入(FDMA) 时分多址接入(TDMA) 码分多址接入(CDMA),38,卫星通信 卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关；卫星通信的另一特点就是具有较大的传播时延。,39,本章内容概要,数据通信的基本概念 传输介质 数据编码技术 基带传输的基本概念 差错控制方法,40,2.3 数据编码技术,数据编码类型 模拟数据编码方法 数字数据编码方法 脉冲编码调制方法,41,一般说来，模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信号或数字信号。因此在数据通信中，我们有以下四种情况：（1）模拟数据、模拟信号。（2）模拟数据、数字信号。（3）数字数据、模拟信号。（4

12、）数字数据、数字信号。下图给出了模拟的和数字的数据、信号的示意图。,42,模拟、数字数据和模拟、数字信号图,43,2.3.1 数据编码类型,数字通信信道：以数字脉冲形式传输数据的信道。 模拟通信信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。,44,2.3.2 模拟数据编码方法,电话信道是一种典型的模拟信道，它的覆盖面最广、应用最普遍 为了利用电话信道传输计算机的数字信号，首先要将数字信号转换成模拟信号。 调制(modulation)是将数字信号变换成模拟信号的过程，解调(demodulation)是将模拟信号还原成数字信号的过程,45,下图表示了出现一个误码的示意图,46,调制器的主要作用就是个波形

13、变换器，解调器的作用就是个波形识别器。 调制就是进行波形变换。或者更严格些，是进行频谱变换，将基带数字信号的频谱变换成为适合于在模拟信道中传输的频谱。最基本的二元制调制方法有以下几种：（1）调幅(AM)（2）调频(FM)（3）调相(PM),47,模拟数据编码类型,（调幅）振幅键控(amplitude-shift keying，ASK) 通过改变载波信号的振幅来表示数字信号 （调频）移频键控(frequency-shift keying，FSK) 通过改变载波信号的角频率来表示数字信号 （调相）移相键控(phase-shift keying ，PSK) 通过改变载波信号的相位值来表示数字信号 绝

14、对调相：相位的绝对值 相对调相：相位的相对偏移值,48,模拟数据信号的编码方法,49,2.3.3 数字数据编码方法,非归零码(non-return to zero，NRZ) 用负电平表示逻辑“0”，用正电平表示逻辑“1” 曼彻斯特编码 (Manchester) 每比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分；通过前T/2传送该比特的反码，通过后T/2传送该比特的原码 差分曼彻斯特编码(difference Manchester) 每比特的中间跳变只起同步作用；每比特的值根据其开始边界是否发生跳变决定：未发生跳变为“1”，发生跳变为“0”。,50,数字数据编码的波形,51,2.3.4 脉冲编码调制方

15、法,脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)是模拟数据数字化的主要方法 脉冲编码调制的基本操作： 采样是隔一定的时间间隔，将模拟信号的电平幅度值取出做为样本 量化是将样本幅度按量化级决定取值的过程 编码是用相应位数的二进制代码表示量化后样本的量级,52,1)采样，以采样频率Fs把模拟信号的值采出；,2)量化，使连续模拟信号变为时间轴上的离散值；,3)编码，将离散值变成一定位数的二进制数码。,脉冲编码调制方法：模拟数据数字化,53,采样、量化与编码的过程,54,PCM用于数字语音系统,声音分为128个量化级 每个量化级采用7位二进制编码表示 采样速率为8000样本/秒

16、数据传输速率应达到7位8000/秒=56Kbps 如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示 数据传输速率应达到8位8000 /秒= 64Kbp,55,本章内容概要,数据通信的基本概念 传输介质 数据编码技术 基带传输的基本概念 差错控制方法,56,2.4 基带传输的基本概念,基带传输与传输速率 带宽与传输速率,57,2.4.1 基带传输与数据传输速率,基带传输是在数字通信信道上直接传送基带信号的方法 数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一 数据传输速率是每秒传输的数据代码的二进制比特数，其单位为比特/秒(bps),58,常用的传输速率单位,1Kbps=103bps 1Mbps=106bps 1Gbps=109bps 1Tbps=1012bps,59,2.4.2 带宽与传输速率的关系,信道的带宽（bandwidth）：指信道上能够正常通过的模拟信号的频率范围，即最大最小频率之差，单位为赫兹（Hz）。 传输信号也有其带宽，对传输信号进行傅里叶变换，可以得到其频谱。某一频率范围内的谐波可以不受影响地通过一个信道，这一频率范围即该信号的带宽。 在现代网络技术中，人们常常用“带宽”来表示传输速率。,