数据通信与网络技术PPT课件(共10章)第2章-数据通信基础

第第2章章 数据通信基础数据通信基础2本章提要本章提要数据通信的基本概念数据通信的基本概念传输介质传输介质信号编码信号编码数据交换技术数据交换技术多路复用技术多路复用技术32.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念2.1.1 数据信息和数据通信数据信息和数据通信1.信息、数据和信号信息、数据和信号通信的目的是通信的目的是交换信息交换信息。信息的载体可以是多媒。信息的载体可以是多媒体，包含声、文、图等。体，包含声、文、图等。被传输的二进制代码称被传输的二进制代码称数据数据，是信息的载体。，是信息的载体。信号信号是数据在传输过程中是数据在传输过程中的表示形式，信号包括的表示形式，信号包括模模拟和数字拟和数字。42.1.2.数据通信模型数据通信模型数据通信：将数据信息通过适当的线路从一端传数据通信：将数据信息通过适当的线路从一端传到另一端。到另一端。两类：两类：模拟通信系统模拟通信系统、数字通信系统数字通信系统。5补充：模拟通信系统补充：模拟通信系统 普通的普通的电话、广播、电视电话、广播、电视等都属于模拟通信等都属于模拟通信系统。系统。6补充：数字通信系统补充：数字通信系统 计算机通信计算机通信、数字电话数字电话以及以及数字电视数字电视都属于数都属于数字通信系统。字通信系统。72.1.3.数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标（1）数据传输速率数据传输速率数据通信速率：数据通信速率：指数据在信道中传输的速度指数据在信道中传输的速度。分为两种：分为两种：数据传输速率数据传输速率和和信号传输速率信号传输速率。信号传输速率信号传输速率RB：又称波特率，单位时间内传又称波特率，单位时间内传送的送的信号个数信号个数，单位为波特，单位为波特/秒（秒（Baud/s），；），；数据传输速率数据传输速率Rb：又称为比特率，单位时间内传：又称为比特率，单位时间内传送的送的二进制位个数二进制位个数，单位为比特，单位为比特/秒（秒（bit/s）；）；注意区分二者！注意区分二者！8奈奎斯特和香农定理奈奎斯特和香农定理(续续)1924 年，奈奎斯特年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名就推导出了著名的的奈氏准则奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。B=2W（Baud）-(W为信道带宽为信道带宽)在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现否则就会出现码间串扰码间串扰的问题，使接收端对码的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。元的判决（即识别）成为不可能。9奈奎斯特和香农定理奈奎斯特和香农定理(续续)香农香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的限且有高斯白噪声干扰的信道的极限极限、无差错的无差错的数据传输速率。数据传输速率。信道的极限数据传输速率信道的极限数据传输速率 C 可表达为可表达为 C=W log2(1+S/N)b/s W 为信道的带宽（以为信道的带宽（以 Hz 为单位）；为单位）；S 为信道内所传信号的平均功率；为信道内所传信号的平均功率；N 为信道内部的高斯噪声功率。为信道内部的高斯噪声功率。10奈奎斯特和香农定理奈奎斯特和香农定理(续续)举例：举例：信道带宽信道带宽W=3.1KHz，S/N=2000，则，则 C=3100*log2(1+2000)34Kbit/s香农公式表明香农公式表明信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。极限传输速率就越高。若信道带宽若信道带宽 W 或信噪比或信噪比 S/N 没有上限，则信道没有上限，则信道的极限信息传输速率的极限信息传输速率 C 也就没有上限。也就没有上限。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。的极限传输速率低不少。112.1.3 数据通信的主要技术指标（续）数据通信的主要技术指标（续）（2）误比特率：误比特率：指二进制数据位在数据传输中指二进制数据位在数据传输中出错的概率，是衡量数据在规定时间内数据传输出错的概率，是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。精确性的指标。误比特率误比特率=错误错误比特数比特数/传输传输总比特数总比特数（3）信道容量信道容量是指单位时间内信道上所能传输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（的最大比特数，用每秒比特数（bps）表示。）表示。122.1.3数据通信的主要技术指标（续）数据通信的主要技术指标（续）(4)信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备信设备。传输媒体传输媒体：电缆、光纤、电磁波等。：电缆、光纤、电磁波等。通信设备通信设备：路由器、交换机等。：路由器、交换机等。(5)信道带宽信道带宽是由信道的物理特性所决定的是由信道的物理特性所决定的(单单位位HZ)例如，电话线路的频率范围在例如，电话线路的频率范围在300 3400Hz，则它的带宽，则它的带宽3003400Hz。132.2.1 数据通信方式数据通信方式1、串行串行通信和通信和并行并行通信通信2、单工单工、半双工半双工和和全双工全双工通信通信3、基带基带传输、传输、频带频带传输和传输和宽带宽带传输传输4、数据通信的同步方式：、数据通信的同步方式：异步异步方式方式同步同步方式方式2.2 数据传输技术数据传输技术141、串行通信和并行通信、串行通信和并行通信并行通信并行通信数据在多个数据在多个并行信道并行信道上同时进行传输。上同时进行传输。并行通信的优点是并行通信的优点是速度快速度快，但费用高，仅适合于，但费用高，仅适合于近近距离距离和高速率的通信。和高速率的通信。15串行通信串行通信数据流以数据流以串行方式串行方式在一条信道上传输，由于计算机内在一条信道上传输，由于计算机内部都采用并行通信。部都采用并行通信。串行通信的优点是串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道收、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。易于实现，成本低，但速度比较低。162、数据传输方向数据传输方向（1）单工通信）单工通信单工方式单工方式指通信信道是单向信道，数据信号指通信信道是单向信道，数据信号仅仅沿一个方向传输，发送方沿一个方向传输，发送方只能只能发送不能接收，发送不能接收，接收方接收方只能只能接收而不能发送。接收而不能发送。17（2）半双工通信）半双工通信 半双工通信半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻同一时刻一个信道一个信道只允许只允许单方向传送，即两个单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。18（3）全双工通信）全双工通信 全双工通信全双工通信是指数据可以是指数据可以同时同时沿相反的两个方沿相反的两个方向作双向传输。比如，电话通话。向作双向传输。比如，电话通话。192.2.2 数据传输的同步技术数据传输的同步技术同步问题同步问题在数据通信系统中，当发送端与接收端采用在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信时，串行通信时，通信双方要交换数据，需要有通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作高度的协同动作，彼此间传输数据的速率、，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。每个比特的持续时间和间隔都必须相同。通常使用的同步技术有两种：通常使用的同步技术有两种：异步方式异步方式同步方式同步方式20（1）异步传输方式（）异步传输方式（字符字符同步）同步）异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用需要多使用23位，所以位，所以适合于低速通信适合于低速通信。21（2）同步传输方式）同步传输方式在同步传送时，由于发送方和接收方在同步传送时，由于发送方和接收方数据块数据块作作为一个单位传送，且附加位又非常少。为一个单位传送，且附加位又非常少。使用场合：使用场合：高速传输数据的系统高速传输数据的系统，比如计算机，比如计算机之间的数据通信。之间的数据通信。22异步传输和同步传输的区别异步传输和同步传输的区别 1 异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输。比特的传输。2 异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。3 异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会，而同步传输则是以数据中抽取同步信步的机会，而同步传输则是以数据中抽取同步信息。息。4 异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。特定的时钟线路协调时序。5 异步传输相对于同步传输效率较低。异步传输相对于同步传输效率较低。232.2.3 信号传输方式信号传输方式 1、基带传输、基带传输2、频带传输、频带传输3、宽带传输、宽带传输242.2.4 数据编码技术数据编码技术信道分为信道分为模拟信道模拟信道和和数字信道数字信道，而依赖于信道，而依赖于信道传输的数据也分为传输的数据也分为模拟数据模拟数据与与数字数据数字数据。数字 编码(NRZ、曼彻 斯特等)数 字数据数字信 号(数字 信道)调 制(ASK、FSK、PSK等)数 字数据模拟信 号(模拟 信道)脉 冲编码 调制PCM模拟 数据数 字信号(数字信 号)调制（AM、FM、PM等）模拟 数据模 拟信号(模拟信 道)251.调制与解调调制与解调262.模拟数据的调制模拟数据的调制 传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频用于传输音频300Hz3400Hz的模拟信号，不的模拟信号，不能直接传输数字数据。能直接传输数字数据。对模拟数据调制的基本方法有三种：对模拟数据调制的基本方法有三种：幅移键控、幅移键控、频移键控和相移键控频移键控和相移键控。272.模拟数据的调制模拟数据的调制282.模拟数据的调制模拟数据的调制292.模拟数据的调制模拟数据的调制302.模拟数据的调制模拟数据的调制312.模拟数据的调制模拟数据的调制32模拟数据的调制示例模拟数据的调制示例332.数字数据的编码数字数据的编码数字数据的编码方式有三种：数字数据的编码方式有三种：非归零码非归零码曼彻斯特编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 34非归零非归零(non-return to zero)编码编码35曼彻斯特编码曼彻斯特编码36差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码37差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码38数字数据编码的示例数字数据编码的示例392.2.5 多路复用技术多路复用技术 信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的信道上，共享信道资源。的信道上，共享信道资源。原因：原因：1、线路费用高、线路费用高 2、传输介质容量一般高于单一信道通、传输介质容量一般高于单一信道通 信量信量402.2.5 多路复用技术多路复用技术三种信道复用方式：三种信道复用方式：频分复用频分复用FDM(Frequency Division Multiplexing)时分复用时分复用TDM(Time Division Multiplexing)波分复用波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)41（1）频分多路复用）频分多路复用FDM(模拟模拟)FDM是把信道的可用频带分成是把信道的可用频带分成多个互不交叠多个互不交叠的的频段（带）频段（带），每个信号占其中一个，每个信号占其中一个频段频段。接收。接收时用适当的时用适当的滤波器分离滤波器分离出不同信号，分别进行出不同信号，分别进行解调接收。解调接收。42（2）时分多路复用）时分多路复用T