第二章-数据通信

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1、第二章 数据通信2.1 信息、数据、信号的概念2.2 基带传输与宽带传输2.3 基带编码技术2.4 宽带调制技术2.5 同步化2.6 单工与双工方式2.7 带宽2.8 小结结束2.1 信息、数据、信号的概念2.1.1 数据传输过程概述2.1.2 信息、数据和信号的概念2.1.3 模拟和数字2.1.1 数据传输过程概述 在传输数据的过程中，数据要通过介质(Media)从发送端传递到接收端。在发送端，先按介质的性质将数据转换成传输介质所承载的信号，送入介质进行传送。接收端从传输介质取得信号后，再将其还原成数据。 无论各种信号之间的差异多大，将数据转换成各类信号的方法却大致相同。将信号还原成数据将数

2、据转换成信号将信号送入传输介质发送端接收端从传输介质读取信号铜质线缆承载电流将信号还原成数据将数据转换成信号将信号送入传输介质发送端接收端从传输介质读取信号光纤承载光信号将信号还原成数据将数据转换成信号发送电磁波信号发送端接收端接收电磁波信号通信卫星2.1.2 信息、数据和信号的概念1信息 是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。 。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。2数据 数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。3信号 信号是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述。例如电压

3、、磁场强度等。 在数据通信系统中，人们关注得更多的是数据和信号。2.1.3 模拟和数字一、数字数据与数字信号 数字信息是由可数的信息元素组成，且有一个最小的分阶单位，元素与元素之间不存在任何中间元素，是离散的。 数字信号是用二进制编码表示数据、文字、声音、图形、图象等数据的信号。二、模拟数据与模拟信号 模拟数据是取某一区间的连续值，值与值之间有无数个中间值，是连续变化的，不可数的。 模拟信号是一个连续变化的物理量。 t数字温度计t水银温度计二、模拟信号的数字化 PCM法：即脉冲编码调制：分采样、量化、编码三个步骤 采样：在连续信号中每隔一定的时间取一个值。 量化：就是把其大小取整为n位二进制数

4、所能表示的数。 量化过程有两个参数，一是采样频率，一是量化度。 采样频率要高于信号最高频率的两倍 量化精度就是采样样本值的二进制位数，位数越多精 度越高 2.2 基带传输与宽带传输2.2.1 基带传输与宽带传输基本概念2.2.2 基带信号的发送与接收2.2.3 载波信号的调制与解调2.2.1 基带传输与宽带传输基本概念1、基带：终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的电信号所固有的频带，称为基本频带，简称基带。2、基带传输：在信道中直接传送基带信号，即“直接控制信号状态”的传输方式，称为基带传输。3、频带(宽带)传输：采用模拟信号传输数据时，往往只占有有限的频谱，对应基带传输将其称为频

5、带传输。宽带传输是一种“控制载波信号状态”的传输技术。4、我们经常用到的“宽带网”的“宽带”是表示线路的传输带宽很“宽”。表示连接速度很快，此时的宽带与载波无关。2.2.2 基带信号的发送与接收接收器发送器发送端接收端数据数据发送器根据数据内容直接改变电位状态，送出信号接收器收到信号后，根据电位状态还原出数据内容2.2.3 载波信号的调制与解调载波：是指用来载送数据的信号。 在发送端，数据并不直接转换为信号进行发送，而是要通过改变载波信号的特性将数据加载到载波信号上去，然后再进行发送。信号到达目的地后，才由接收端将数据从载波信号上分离出来。调制：将数据加载到载波信号上的过程称为调制(Modul

6、ation)。执行调制操作的装置或程序称为调制器(Modulator)。解调：将数据与载波分离的过程称为解调(Demodulation)。执行解调操作的装置或程序称为解调器(Demoulator)。 调制器解调器2发送端3接收端数据4数据1载波发生器载波发生器2.3 基带编码技术2.3.1 二阶基带信号的编码方式2.3.2 多阶基带信号的编码方式2.3.1 二阶基带信号的编码方式二阶信号：是指信号只有两种逻辑状态。 例如电流信号，就是电位的“高”与“低”。1、Nonreturn-to-Zero(NRZ，不归零) 1= 高电位 0= 低电位 100VG-AnyLAN采用这种方式111000000

7、001NRZ数据2、Return-to-Zero(RZ，归零) 1= 前半段保持高电位，后半段则恢复到低电位状态 0= 低电位 10Mbit/s ARCNET 网络采用这种方式NRZ数据1110000000013、Nonreturn-to-Zero-Inverted (NRZI，不归零反转) 1= 变换电位状态 0=不变换电位状态 10BASE-F网络采用这种传输方式111000000001111000000001假设前一位（无论数据内容是0或1）的电位为低电位假设前一位（无论数据内容是0或1）的电位为高电位数据数据NRZINRZI4、Manchester（曼彻斯特） 固定在每位中间变换电位状

8、态 1= 由低电位变到高电位 0= 由高电位变到低电位 10 BASE-T网络采用这种方式111000000001数据Manchester固定在每位中间变换电位状态5、Differential Manchester(微分式曼彻斯特) 固定在每位中间变换电位状态 1= 颠倒上一位的电位状态变化方式 0= 沿用上一位的电位状态变化方式 Token Ring 网络采用这种方式111000000001111000000001前一位(无论数据内容是0或1)中间由低电位变到高电位前一位(无论数据内容是0或1)中间由高电位变到低电位Differential ManchesterDifferential Ma

9、nchester数据数据2.3.2 多阶基带信号的编码方式三阶信号：通常分成三种电位状态，即正电位、零电位、负电位。有以下几种编码方式： Bipolar Alternate Mark Inversion (Bipolar AMI,双极交替记号反转) Bipolar-8-Zero Substitution (B8ZS,双极信号八零交替); High density bipolar 3 (HDB3,高密度双极信号 3) Multilevel Transmission 3(MLT-3,多极传输 3)我们只介绍MLT-3正电位零电位负电位零电位1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1

10、0 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1前一位(无论数据内容是0或1)的低电位为“正电位”前一位(无论数据内容是0或1)的低电位为“负电位”前一位(无论数据内容是0或1)的低电位为“零电位”，该电位的前一个相异电位为“负电位”前一位(无论数据内容是0或1)的低电位为“零电位”，该电位的前一个相异电位为“正电位”MLT-3编码方式 0=电位状态保持不变 1=按照正弦波电位顺序（0、0、）变换电位状态。2.4 宽带调制技术2.4.1 振幅调制技术2.4.2 频率调制技术2.4.3 相位调制技术2.4.4 正交幅度

11、调制技术2.4.1 振幅调制技术振幅调制技术： 调制载波振幅的调制技术(Amplitude Modulation ，AM)。 数字振幅调制技术称为：振幅键控(Amplitude Shift Keying，ASK)。 数字数据电压信号振幅强代表1，振幅弱代表02.4.2 频率调制技术频率调制技术： 控制载波频率的调制技术(Frequency Modulation，FM) 数字频率调治技术称为：频移键控(Frequency Shifty Keying，FSK)数字数据电压信号频率高代表1，频率低代表02.4.3 相位调制技术相位调制技术： 控制载波相位的调制技术(Phase Modulation

12、，PM)。 数字相位调制技术称为：相移键控(Phase Shift Keying，ASK)。 相位改变代表1，相位不变代表0数字数据电压信号2.4.4 正交幅度调制技术正交幅度调制： 是一种混合调制( Quadrature Amplitude Modulation，QAM)，是ASK和PSK综合，同时控制载波的振幅和相位。让同一个载波信号可以呈现出更多的逻辑状态。 2.5 同步化同步：就是接收端按发送端发送的每个码元的起止时间及重复频率来接收数据。在通信时，接收端要校准自己的时间和重复频率，以便和发送端取得一致，这一过程称为同步过程。目前，传输信息的同步方式有异步式和同步式两种。1异步式（字符

13、同步） 异步式又称为起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息。 它在要传输的字符前设置一启动用的起始位，预告字符的信息代码即将开始，在信息代码和校验位（一般总共为8比特）结束以后，再设置12位比特的终止位，表示该字符已结束。终止位也反映了平时不进行通信时的状态，即处于“传号”状态。如图：为字母“A”的代码(1000001)在异步方式时的代码结构:各字符之间的间隔是任意的、不同步的，但在一个字符时间之内，收发双方各数据位必须同步，所以又称为起止同步方式。 异步方式实现起来简单容易，频率的漂移不会积累，每个字符都为该字符的位同步提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。缺点是线路效率

14、低，因为每个字符需多占用23位的开销。 异步方式在低速终端信道上获得了广泛的应用。2同步式 同步式要求不管是否传输信息代码，每个比特位必须在收发两端始终保持同步，中间没有间断时间，即为位同步。 一般接收端从接收的信号中提取同步信号，因为在接收信号码元1和0的极性变化中就包含了同步信息。 当不传送信息代码时，在线路上传送的是全1或其他特定代码，在传输开始时用同步字符SYN(编码为0010110)使收发双方进入同步。当搜索到两个以上SYN同步字符时，接收端开始接收信息，此后就从传输信息中检测同步信息。在两个连续的报文之间，应插入两个以上的SYN同步字符。 下图为同步式传送的代码结构。一般在高速传输

15、数据的系统中采用同步式。2.6 单工与双工方式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。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。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。2.7 带宽带宽（bandwidth)有如下三方面的含义： 在模拟通信中，是指模拟信号频率的宽度(Signal Bandwidth)。 在数字通信中，是指线路的传输速率(Wire Speed) 在计算机网

16、络中，代表网络各处的数据传输流量。带宽越宽，数据流量就越大，速度越快，效率就越高。1、信号带宽 信号频率的变动范围，即WB=fH-fL2、线路带宽 线路的传输速率，即每秒钟传输的数据量bit/s。2.8 小结1、数字通信技术是网络技术发展的基础，数字通信是指在不同的计算机之间传送字符、数字、语音、图象的二进制编码的过程；目前数据通信中应用最广泛的编码标准是ASCII。2、信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。按照在传输介质上传输的信号类型，可以分为模拟信号和数字信号两类，相应地将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统两种。3、在对基带数字信号进行调制时，有三种基本的方法：调幅、调频、调相。

17、4、所谓的二阶数字信号，是指信号上仅能区分出两种逻辑状态，即两端信号的“高”与“低”，通过信号中逻辑状态的高低不同来传递信号。5、振幅调制技术及幅移键控；频率调制技术及频移键控；相位调制技术及相移键控。6、数据通信中同步技术是解决通信的收发双方在时间基准上保持一致的问题。分为两种：位同步与字符同步。7、数据通信按照信号传送方向与时间关系分为三种：单工通信、半双工通信、全双工通信。8、通信网络有多种传输方式，如基带或宽带、全双工或半双工、三阶信号或五阶信号等，实际应用时要看网络介质特性与实际需求而定。不同的传输介质各有不同的适用场合，应按照各种应用需求搭配各种数据传输模式。9、无论采用何种网络介质，都要考虑其传输距离、传输的可靠性、数据传输量、布线成本、网络设备的价格等因素。