数据通信入门教程

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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,*,*,数据通信入门教程,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,2,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,3,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,4,2.1,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,5,2.1.1,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

2、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,6,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

3、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,7,多媒体网络应用,随着计算机技术的发展，多媒体技术得到广泛应用,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,1024,768,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

4、技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高要求,8,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,(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,9,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,(s

5、ignal),则是数据在传输过程中的电气的或电磁波的表示形式。,10,2.1.2,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,11,1.,数据传输类型,模拟通信：调制解调,数字通信：波形变换,12,2.,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,13,串行通信与并行通信,14,1,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。,15,2,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

6、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。,16,3,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，但是结构较复杂，成本较高。,17,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,18,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,。,

7、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。,19,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。

8、如果划分为（,b2b3b8 b1,）（,b2b3b8 b1,）,则没有实现字符同步。,20,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。,21

9、,图,2.5,2.,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。,23,图,2.6,24,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,

10、基带传输的基本概念,差错控制方法,25,2.2,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,26,2.2.1,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,27,双绞线,类型,屏蔽双绞线（,STP,）,非屏蔽双绞线（,UTP,）,28,双绞线的结构与类型,29,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

11、条通信信道）,铜芯,外屏蔽层,保护套,绝缘层,30,同轴电缆的结构,31,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,32,光纤的,结构,33,光纤的工作原理,34,2.2.2,无线与卫星通信,电磁波谱与通信类型的关系,35,无线通信,高频无线电波的传播路径,36,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),37,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,。,38,

12、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,39,2.3,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,40,一般说来，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,）,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。,41,模拟、数字数据和模拟、数字信号图,42,2.3.1,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

13、。,模拟通信信道：,以连续模拟信号形式传输数据的信道。,43,2.3.2,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,44,下图,表示了出现一个误码的示意图,45,调制器的主要作用就是个,波形变换器,，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

14、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),46,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,绝对调相：相位的绝对值,相对调相：相位的相对偏移值,47,模拟数据信号的编码方法,48,2.3.3,数字数据编

15、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,”,。,49,数字数据编码,的波形,50,2.3.4,脉冲编码调制方法,脉冲编码调制,(pulse code mod

16、ulation,，,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,51,1),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,52,采样、量化与编码的过程,53,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,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,54,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,55,2.4,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,56,2.4.1,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