项目二 数据通信（课件）《计算机网络基础》（电子工业出版社）

1.理解数字信号和模拟信号的概念,理解有线信道和无线信道的定义。 2.了解数据通信系统的组成和数据传输系统中的带宽、波特率、比特率和差错率等指标。 3.熟悉基带传输、频带传输和宽带传输概念,熟悉并行传输与串行传输等数据传输方式。 4.掌握数字数据的数字信号和模拟数据的数字信号等编码方式。 项目二 数据通信 1 任务一 了解数据通信的相关知识 2 一、信息、数据和信号概念 指通信系统传输和处理的对象。信息可以是数字、文字、音频、图形和影像等多种形式 (一)信息 是信息的表示形式,是信息的物理表现,即所有信息都要用某种形式的数据进行表示和传播 (二)数据 是在特定通信方式中数据的物理表达形式,信号有具体的物理描述。在电子通信方式中,有数字信号和模拟信号两种形式 (三)信号 数字信号传输再生过程 3 二、通信信道 信道是指传输信号的通道,包括通信线路和传输设备。 根据适合传输信号的类型,信道可以分为模拟信道和数字信道。 根据信道使用的传输介质,信道可以分为有线信道和无线信道。 (一)信道 模拟信道的带宽可以按照公式 W = f2- f1 计算,其中, f1 是信道能够通过的最低频率,f2 是信道能够通过的最高频率,两者都是由信道的物理特性决定的,单位是 Hz。数字信道的带宽一般用信道容量表示。 信道容量是信道的最大数据传输速率,单位是比特/ 秒(b / s)。 (二)信道带宽 4 三、数据通信系统的模型 数据通信系统的基本模型 数据通信系统是指,通过通信线路和通信控制处理设备将分布在各处的数据终端设备连接起来,执行数据传输功能的系统。 数据通信系统由信源、信宿和信道三部分组成。 其中,信源与信宿分别是数据的出发点和目的地,又称数据终端设备(Data Terminal Equipment,DTE)。 5 四、数据传输系统的技术指标 在模拟信道中,我们常用带宽表示信道的传输能力,带宽即传输信号的最高频率与最低频 率之差 (一)带宽 是数据信号对载波的调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示,其单位为波特(Baud) (二)波特率 是数字信号的传输速率,用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit,常用简写 b 作为单位)数来表示,其单位用比特每秒( b / s)、千比特每秒( kb / s)或兆比特每秒(Mb / s)来表示 (三)比特率 衡量数据通信系统可靠性的主要指标是差错率,表示差错率的方法有误码率、误字率和误组率 (四)差错率 比特率 = 波特率 × 单个调制状态对应的二进制位数 6 任务二 熟悉数据传输的方式 和传输介质 7 一、数据传输的方式 指数字数据直接在信道中传输 基带传输 将信道分成多个子信道,分别传输音频、视频和数字信号 宽带传输 指数据以成组的方式在多个并行的信道上同时传输 并行传输 指数据在信道上逐位传输,从发送端到接收端只需一根数据传输线 串行传输 先将基带信号转换(调制)成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号(称为频带信号),再将这种频带信号在模拟信道中传输 频带传输 并行传输方式 串行传输方式 8 一、数据传输的方式 使用单工信道,数据信号仅从一个地方传输到另一个地方 单工通信 在同一时刻,能同时进行双向通信 全双工通信 类似于键盘输入字符到主机一样,一次传输一个字符,它允许码字之间存在不确定的空闲时间 异步传输 指通信的双方按照同一时钟信号进行数据传输的方式 同步传输 采用半双工信道,数据信号可以从 A 传输到 B,也可以从 B 传输到 A,但不能在两个方向上同时进行传输 半双工通信 9 二、传输介质 指在两个通信设备之间用物理信道完成传输的物质,它能将信号从一方传输到另一方,主要有同轴电缆、双绞线和光纤等 (一)有线传输介质 指在两个通信设备之间不使用任何物理连接充当传输媒介的传输介质。无线传输介质主要有红外线、微波、无线电波和激光 (二)无线传输介质 室内光缆的结构 五类双绞线电缆 RJ-45 插头 同轴电缆结构 10 任务三 熟悉数据传输的同步原理 11 一、位同步 在发送数据之前向接收端发出一串同步的时钟,接收端按照这个时钟脉冲频率调整接收时序,并把接收的时钟重复频率锁定在接收的同步频率上 (一)外同步法 发送端不发送专门的同步信息,接收端设法从接收到的信号中提取同步信息的方法。 自同步法又可以分为两种,即开环同步法和闭环同步法 (二)自同步法 位同步是指接收端接收的每一位数据信息都与发送端准确地保持同步。 12 二、字符同步 字符没有任何附加位而连续地发送;每组字符必须由一个或多个确定的同步字符领先;接收端用检测同步字符的模式获得同步 (一)同步制 异步制中的每个字符是按照一个独立的整体进行发送的,即一个字符的最后一位到下一位之间所经历的时间是不固定的 (二)异步制 串联数码与字符同步 13 三、帧同步 工作站在以报文分组为单位传输信息时,在字符正确同步的基础上,必须将线路上的数据流划分成报文分组或 HDLC(High-level Data Link Control,高级数据链路控制)规程的帧。 帧的划分主要依据帧开始标志和帧结束标志。 HDLC 帧标志为 F(0111 1110),当检测出标志 F 时,再确认帧为开始还是结束。 帧同步除使用帧同步信号外,还可在帧与帧之间加入定位码,它有特定的码型,以便与信道码相区别。 常用的帧同步方法有使用字符填充的首尾定界符法、使用比特填充的首尾标志法、违法编码法和字节计数法。 14 任务四 熟悉数据的编码 15 一、关于数据编码 用模拟信号传输模拟数据不需要编码,是因为模拟数据是时间的函数,并占有一定的频率范围 （4）模拟数据用模拟信号传输 可以利用调制解调器把数字数据调制成模拟信号后,在普通的电话线上进行传输 （3）数字数据用模拟信号传输 当编码解码器接收一个模拟信号后,经采样、压缩等处理,用二进制位流近似表示这个信号,然后进行传输 （2）模拟数据用数字信号传输,可用编码解码器来完成 数字数据可直接用二进制数字脉冲信号来表示,但为了改善其传输特性,一般先要将 0、1 二进制数据流编码为数字信号 （1）数字数据用数字信号传输 通常,编码和调制方法有以下 4 个方面。 16 二、数字数据的数字信号编码 使用了正电平、负电平和零 3 种电平。每个比特的中段,信号的电平都变为零(归零),正电压到零的跳变代表 1,负电压到零的跳变代表 0 (一)双极性归零编码 用正电平和负电平分别表示二进制数据的 1 和 0,正的幅值和负的幅值相等 (二)双极性不归零编码 只使用一个电压值,它用“1”表示高电平,而用“0”表示另一个状态 (三)单极性不归零编码 曼彻斯特编码是指,一个负电平到正电平的跳变代表 0;而一个正电平到负电平的跳变代表 1。 差分曼彻斯特编码表示 0 时需要两个信号变化,而表示 1 时只需要一个信号变化 (四)双相位编码 单极性不归零编码 双极性不归零编码 双极性归零编码 17 三、数字数据调制编码 幅移键控法(Amplitude Shift Keying,ASK)也称调幅。 在 ASK 下,用载波频率的两个不同振幅来表示两个二进制值 (一)幅移键控法 频移键控法(Frequency Shift Keying,FSK)也称调频。 在 FSK 下,用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值 (二)频移键控法 相移键控法(Phase Shift Keying,PSK)也称调相。 在 PSK 下,利用载波信号的相位移动来表示数据 (三)相移键控法 调幅、调频和调相的调制波形 18 四、模拟数据的数字信号编码 根据奈奎斯特定理,采样频率是原始有效信号中最高频率分量或带宽的 2 倍 (一)采样频率 脉冲振幅调制(Pulse Amplitude Modulation,PAM)对原始的模拟信号每间隔一个相等的时间进行一次采样 (二)脉冲振幅调制 脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)是将 PAM 所产生的采样结果转换成完全数字化 的信号 (三)脉冲编码调制 量化的 PAM 信号 19 任务五 熟悉数据通信技术 20 一、数据交换技术 是指通信的双方在通信之前需要建立一条端到端的直通数据电路,引导数据从源点到达终点 (一)电路交换 是利用“存储—转发”方式传输数据 (二)报文交换 也称包交换,是综合了电路交换和报文交换的优点,克服了它们的缺点而产生的数据交换方式 (三)分组交换 分组交换所用的时间 数据报文分组交换 报文交换所用的时间 电路交换所用的时间 21 二、信道复用技术 在传输介质的有效带宽超过被 传输信号的带宽时,把多路信号调制在不同频率的载波上,实现在同一传输介质上同时传输多路信号 (一)频分多路复用 当信道能达到的数据传输速率大于各路信号的数据传输速率总和时,可以将使用信道的时间分成一个个的时间片,按一定规则将这些时间片分配给各路信号,每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输 (二)时分多路复用 是频分多路复用在光纤信道上使 用的一个变种 (三)波分多路复用 22 三、差错控制技术 数据传输中所产生的差错多是由热噪声引起的。 热噪声是由元器件中电子或电荷受热激发所产生的噪声信号。热噪声有两大类:随机热噪声和冲击热噪声。 随机热噪声是通信信道上固有的、持续存在的热噪声。 由于这种热噪声具有不固定性,因此称为随机热噪声。 冲击热噪声是由外界突发某种原因产生的热噪声。 (一)差错的产生 差错控制的方法主要有向前纠错和自动请求重发两类。 向前纠错是指,数据接收端不仅能对接收的数据进行检测,当检测出差错后,还能利用编码的方法自动纠正差错。 自动请求重发是指,利用编码的方法在数据接收端检测差错,在检测出差错后,设法通知数据发送端重新发送数据,直到无差错为止。 (二)差错的控制 23 感谢您的观看指导 24 $$