数据通信基础知识

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1、,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第2章 数据通信基础知识,2.1 数据通信系统,2.1.1 数据通信系统组成及相关基本概念,数据通信系统,构成,传输,系统,输入信息,输入数据,发送,的信号,接收,的信号,输出数据,源点,终点,M,M,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字比特流,数字比特流,模拟信号,模拟信号,正文,正文,数据通信系统,源系统,目的系统,传输系统,输出信息,PC 机,DTE,DCE,DCE,DTE,2.1.1 数据通信系统组成及相关基本概念,数据通信系统,构成,（续）,源系统,源点：源点设备产生要传输的数据。

2、,发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。,目的系统,接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。,终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。,传输系统,在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是复杂网络系统,。,2.1.2 模拟数据和数字数据,模拟数据（Analog Data）是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。,数字数据（Digltal Data）则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。,2.1.2

3、 模拟数据和数字数据,模拟数据和数字数据的传输,模拟数据,模拟信号,放大器,调制器,模拟数据,数字信号,PCM,编码器,数字数据,模拟信号,调制器,数字数据,数字信号,数字,发送器,调制解调器,(modem)包括：,调制器,(MOdulator)：把要发送的数字信号转换为某个频率范围的模拟信号，以便在电话用户线上传送。,解调器,(DEModulator)：把电话用户线上传送来的模拟信号转换为数字信号。,调制解调器的作用,2.1.2 模拟数据和数字数据,调制就是进行,波形变换,（频谱变换）。,最基本的二元制调制方法有以下几种：,调幅,(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。,调频,(FM)：载

4、波的频率随基带数字信号而变化。,调相,(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。,几种最基本的调制方法,2.1.2 模拟数据和数字数据,0,1,0,0,1,1,1,0,0,基带信号,调幅,调频,调相,对基带数字信号的几种调制方法,2.1.2 模拟数据和数字数据,正交调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation),r,(r,),可供选择的相位有 12 种，,而对于每一种相位有 1 或,2 种振幅可供选择。,由于4 bit 编码共有16 种不同的,组合，因此这 16 个点中的每个,点可对应于一种 4 bit 的编码。,若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行

5、,解调时要正确识别每一种状态就越困难。,2.1.2 模拟数据和数字数据,现在的数字传输系统均采用,脉码调制,PCM(Pulse Code Modulation)体制。,采样周期,T,t,信号,t,采样,1001,0011,1100,0010,t,编码,t,解码,t,还原,2.1.2 模拟数据和数字数据,2.1.3 数据通信中的主要指标,传输速率,数据传输速率,（也称为数据率、比特率）是指每秒传输二进制信息的位数，是对信息传输速率的度量，单位为位/秒，记作 b/s 或 bps。,信号传输速率,（也称码元速率、调制速率或波特率）是调制速率，是指单位时间内通过信道传输的码元数，即单位时间内信号状态的

6、变化次数。单位为波特，记作 Baud。,比特率与波特率的关系,：,R,b=,R,B,log,2,N,(N为码元调制数),2.1.3 数据通信中的主要指标,计算机网络的带宽,计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。,描述带宽也常常把“比特/秒”省略。,例如，带宽是 10 M，实际上是 10 Mb/s。,这里的 M 是 10,6,2.1.3 数据通信中的主要指标,计算机网络的带宽（续）,宽带线路：可通过较高数据率的线路。,宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。,在目前，对于用户接入到因特网的用户线来说，每秒传送几个兆比特就可以算是宽带速率。,A,B,A,B,宽带线路,窄带线路,宽

7、带线路：每秒有更多比特从计算机,注入到线路。,宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。,正确的概念,比喻：汽车运货,宽带线路,窄带线路,宽带和窄带线路：车速一样,宽带线路：车距缩短,2.1.3 数据通信中的主要指标,信道容量,信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，即单位时间内可传送的最大比特数。信道容量的单位为 bps。,单位时间内传输的信息量越大，信道的传输能力就越强，信道容量越大。,提高信道传输能力的方法之一，就是提高信道的带宽。,信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。,2.1.3 数据通信中的主要指标,

8、误码率,误码率（Pe）意指错误接收的信息的码元数在传输信息的总码元数中所占的比例。计算机网络中，一般要求误码率低于10,-6,。,Pe=,100%,2.2 数据传输方式,2.2.1 并行传输和串行传输,2.2.1 并行传输和串行传输,按数据传输的顺序分为：,串行传输和并行传输,串行:,只有一条数据线,数据一位位顺序传送,特点：,速度低、成本也低、支持长距离传输。,并行:,多个数据位利用多条数据线同时传输,特点:,速度高、成本也高、不支持长距离传输。,2.2.1 并行传输和串行传输,按数据传送的方向与时间可以分为：,单工、半双工、全双工,2.2.2 数据传输方式,串行数据传输的同步方式分为：,异

9、步传输,同步传输,2.2.2 数据传输方式,异步传输,以字符为单位传输，每个字符带有起始位与停止位，字符之间的间隔是任意的，发送接收时钟不要求严格同步。,异步通信帧格式：起始位，数据位，奇偶位，停止位。,起始位,校验位,停止位,空闲位,数据位,低位,高位,字符,0/1,0/1,0/1,0/1,1,0,1,1,1,2.2.2 数据传输方式,同步传输,以数据块方式传送，数据块内的字符一个接一个传送，数据块以同步字符开始，无信息传送时，要以同步字符填充。发送接收时钟要严格同步,。,同步字符,数据,数据,数据,校验字符,2.2.2 数据传输方式,同步传输与异步传输的区别如下：,异步传输是面向字符的传输

10、，而同步传输是面向比特的传输。,异步传输的单位是字符，而同步传输的单位是帧。,异步传输通过字符起止的开始、停止码来获得再同步的机会，而同步传输则是将时钟同步信号植入数据帧中，以实现接收器与发送器的时钟同步。,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。,异步传输相对于同步传输效率较低。,2.2.3 多路复用传输,常用的复用技术：,频分复用（Frequency Division Multiplexing,FDM）,时分复用（Time Division Multiplexing,TDM）,波分复用（Wavelength Division MultiPlexing,WDM）,码

11、分多路复用（Code Division Multiple Access,CDMA）,共享信道,2.2.3 多路复用传输,复用,(multiplexing)是通信技术中的基本概念。,信道,A,1,A,2,B,1,B,2,C,1,C,2,信道,信道,A,1,A,2,B,1,B,2,C,1,C,2,复用,分用,(a)不使用复用技术,(b)使用复用技术,频率,时间,频率 1,频率 2,频率 3,频率 4,频率 5,频分复用,FDM,：,所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。,2.2.3 多路复用传输,频分复用主要应用：,传统电话通信系统,ADSL,将双绞线划分出,3,个频段,04KHz,传统语音信号

12、,2050KHz,计算机上传的信号,150500KHz,计算机下载的信号,1401100KHz,2.5 信道复用技术.,2.2.3 多路复用传输,频分复用FDM,如果,每路信号以不同的载波频率进行调制,每个载波频率是完全独立的，即各个信道所占用的频率不相互重叠。,相邻信道之间用“警戒频带”隔离,那么,每个信道就能独立的传输一路信号。,信道被划分成若干通道，每个通道互不重叠，独立进行数据传递。,2.2.3 多路复用传输,时分复用,以信道传输时间为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用。,将传输的时间划分为若干个时间片，每个用户分得一个时间片。,2.2.3 多路复用传输,

13、2.048 Mb/s,传输线路,CH0,CH16,CH17,CH15,CH15,CH16,CH17,CH31,CH31,CH0,CH1,CH1,时分复用帧,T,CH0,CH1,CH2,CH15,CH16,CH17,CH30,CH31,CH0,8 bit,t,时分复用帧,时分复用帧,T=125 ms,15 个话路,15 个话路,E1,的时分复用帧,2.2.3 多路复用传输,频率,时间,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,B,C,D,D,D,D,在 TDM 帧中的,位置不变,TDM 帧,TDM 帧,TDM 帧,TDM 帧,TDM 帧,时分复用,2.5 信道复用技术.,2.2.3 多路复用传输,

14、A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 个时分复用帧,#1,a,c,b,c,d,时分复用,#2,#3,#4,用户,时分复用可能会造成线路资源的浪费,2.2.3 多路复用传输,用户,A,B,C,D,a,b,c,d,t,t,t,t,t,3 个 STDM 帧,#1,a,c,b,a,b,b,c,a,c,d,#2,#3,统计时分复用,每个分块带地址信息,经过缓存后发送,统计时分复用,STDM,2.2.3 多路复用传输,波分复用,在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力。,2.2.3 多路复用传输,1550 nm 0,1551 nm 1,1552

15、 nm 2,1553 nm 3,1554 nm 4,1555 nm 5,1556 nm 6,1557 nm 7,0 1550 nm,1 1551 nm,2 1552 nm,3 1553 nm,4 1554 nm,5 1555 nm,6 1556 nm,7 1557 nm,波分复用,波分复用在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力，就是,光的频分复用,。,8,2.5 Gb/s,1310 nm,20 Gb/s,复,用,器,分,用,器,EDFA,120 km,2.2.3 多路复用传输,码分多路复用CDMA,各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。,这种系统发送

16、的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。,2.2.3 多路复用传输,CDMA 的工作原理,S 站的码片序列,S,1,1,0,t,t,t,t,t,t,m,个码片,t,S 站发送的信号,S,x,T 站发送的信号,T,x,总的发送信号,S,x,+,T,x,规格化内积,S,S,x,规格化内积,S,T,x,数据码元比特,发,送,端,接,收,端,一、填空题,1 根据字符在信道的传输方式，字符编码在信源信宿之间的传输分为,、,两种方式，目前计算机网络中所用的传输方式均为,。,2 串行通信中数据传输按信息传送的方向与时间可以分为,、,和,三种传输方式。,3 常用的信道复用技术有、和,几种。,二、判断题,1 虽然并行传输比串行传输速度快，但计算机网络通信中采用串行方式传输信息。(),2 调制解调器的作用是进行数字数据与模拟数据之间的转换。（）,3 常用的信道复用技术有时分、频分、带分等。（）,三、单项选择题,1 数字通信和模拟通信相比，最突出的优点是（）。,A 设备复杂程度低，易于实现 B 占用频带窄，频带利用率高,C 便于实现移动通信 D 抗干扰能力强，通话质量高,2 在串行传输