3第三章数据的传输.

共37页1第三章数据的传输3.1模拟传输与数字传输3.2通信代码3.3数据传输的概念及分类3.4传输损耗3.5传输媒介共37页23.1模拟传输与数字传输在通信系统中，借助传输信号把数据从一地传到另一地，采用什么设备和方法，与数据和信号本身的形式和特性有关。无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，都可以用适合于信道传输的模拟信号或数字信号来传输。一、数据和信号数据：数据是具有某种意义或信息的实体，有模拟数据和数字数据之分；信号：信号是数据的电气或电磁波表示形式，有模拟信号和数字信号之分，如图3-1所示；模拟传输：用模拟信号传输的方法；数字传输：用数字信号传输的方法。模拟通信：用模拟信号传输模拟数据的通信；数据通信：除了模拟通信的其它通信，如图3-2所示；模拟数据可以用模拟传输也可以用数字传输；数字数据可以用模拟传输也可以用数字传输；共37页3二、数字通信的特点信号传输一定距离后，信号强度要衰减。因此在远距离通信时，每隔一定距离需要安装恢复信号强度的设备一放大器或者中继器，如图3-3所示。由此可知数字通信有如下特点：①体积小，成本低；②数据完整性好；③安全可靠；④便于计算机接口；⑤便于集成化处理；⑥占用频带较宽，需要全网时钟同步。共37页4三、二进制数字的信号表示当用二进制代码传输数据信息时，需要用信号的两种有意义的状态来对应0和1，ITU-T对其进行了规范化，见表2-1。共37页5为了传送文本和字符信息，需要将每一个字符、数字或符号用二进制代码来表示。目前常用的二进制代码有ASLII码、Uni-code、汉字国标码、EBCDIC码、国际电报2号码(ITA-2)、ISO-1646等。1、国际5号码(ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange))(微型计算机)在这种编码中，主要要包指数字、英文字母、符号以及控制字符。每个字符由唯一的7位二进制数表小，于是IA5编码集中总共可以包含128个不同的字符符，如表3-2所示。表中位于0列和1列的字符以及字符SP和DEL均属于控制字符，这些字符不能被显示和打印。2、EBCDIC码EBCDIC码是扩充的二-十进制交换码(ExtendedBinary-3.2通信代码共37页6物理设备控制字符逻辑通信控制字符物理通信控制字符信息分隔字符代码扩展控制字符共37页7共37页82、EBCDIC码(大型计算机)CodedDecimalInterchangeCode)的简称，是IBM公司制定的8位二进制代码，字符总数为140个，如表3-3所所示。3、ISO10646标准(UCS)ISO10646是国际标淮化组织(ISO)在1993年制定的关于多文种的编码方案。该标准的中文全称为“信息技术-通用多字节编码字符集(InformationTechnology-UniversalMulti-OctetCodedCharacterSet)”，简称UCS。它的宗旨是全球所有文种统一编码，主要用于对东方的象形文字进行编码。它采用32位编码体系，组成一个四维的编码空间，每个字节代表一个维数，从高到低依次为：组(group)、平面(p1ane)、行(Row)、列(cell)。4、UnicodeUnicode是由Microsoft\Apple\HP\Next\Sun\Xerox等公司支持的字符编码标准，是一种16位的编码方案。共37页95、汉字编码汉字属于象形文字，有简体和繁体之分。使用的键盘又是英语键盘，其编码比较复杂。基本的汉字输入编码有拼音码、电报码、区位码、五笔字型等。汉字信息交换编码有GB231280、GBK、GB130302000、HIG5码以及Unicode等。汉字的输入实际上是建立一种输人码到内部码的映射。输入码是面向用户的。共37页103.3数据传输的概念及分类一、数据传输方式的分类数据传输方式可以有不同分类法，主要有以下几种分法：并行传输和串行传输；单工通信、半双工通信和全双工通信；异步通信和同步通信，基带传输和频带传输。1．并行传输和串行传输在计算机串行通信中，通常是先发送通信代码的最低位，再发送代码的高位，最后发送校验位。并行传输距离小于30m共37页112．单工、半双工、全双工通信全双工通信要求两个方向的通信速率相同，否则叫做双工通信；多工通信－多路复用广播、电视单信道对讲机共37页123．异步通信和同步通信数据传输方式按线路两端是否是位同步，分为异步串行通信和同步串行通信，简称异步通信和同步通信。异步串行通信不按照连续的比特流来发送，它是按通信双方事先约定好的数据格式和时钟发送的。数据长度一般为一个字符。线路两端的同步是在字符的基础上进行的。每个字符具有自己的开始标志和结束标志。同步通信发送的是连续的比特，它的同步时钟可以使用专线携带时钟振荡信号或从数据流中提取时钟信号，接受双方时钟没有事先约定。为了使数据流中包含时钟，必须对数据信号进行编码，在编码中把时钟信号考虑进去。同步使用同步链路控制规程来解决，即通过事先约定的方式确定。有两类约定，即面向字符的规程和面向位流的规程。无论是同步通信，还是异步通信，连续发送的数据块大小取决于它们之间的采样时钟精度。共37页133．异步通信和同步通信共37页144．基带传输和频带传输数据传输方式按电信号是否被调制可分为基带传输和频带传输。当利用数据传输系统直接传送基带信号时，称为基带传输。所谓基带，就是指电信号的基本频带，即调制前或解调后的信号所占用的频带。严格意义讲，基带传输的信号可以是数字的，也可以是模拟的。由于计算机使用数字信号，所以在计算机通信的场合下，基带传输也常指数字信号的传输。频带传输是用数据信号对模拟载波进行调制，使其变为适合线路传输的信号，然后在进行的传输。计算机通过电话网进行通信时，就需要用模拟载波把数字信号调制到电话线路300~3400Hz的频带范田内。二、数据传输的基本概念消息是通信系统中传输的具体对象，消息的形式是多样1、消息共37页15信息是消息所包含的内容，即是消息的内容。对于接受者来讲，一个消息所含信息的多少，与接受者对消息中所包含事件的不确定性有关，假如事件已经确定，这个消息所包含的信息量等于零，假如完全不确定，这个消息所含信息量等于无穷。通信中用消息中事件的概率表示信息，即2、信息ppIlog1log式中，p表示消息中事件出现的概率，I是消息中所含信息的量，单位与对数的底有关，低为2，单位为比特或位(bit)，底为自然数e，单位为奈特(nat)，底为10，单位为哈特莱(Harteley)。的。例如符号、文字、语音、数据、图象和视频等。共37页163、数据数据是消息的的数学表示形式，数据有模拟数据和数字数据。例如声音通过传感器变成信号，信号的大小就是声音的数据，而且是模拟数据，通过离散量化好之后，就成为数字数据。4．信号(Signal)信号是消息的的物理表示形式，一般用电气或电磁波或光波表示，用于消息的传输。信号有模拟信号和数字信号，模拟信号大小和时间都是连续的；数字信号是一段离散的(电压)脉冲序列，如图3-10所示。数据既可以用模拟信号传输，又可以用数字信号传输。把模拟数据用模拟信号传输的通信叫做模拟共37页17通信，否则就是数字通信，如图3-2所示。三、调制速率、数据信号速率和误码率1、调制速率(符号速率)在数字模拟通信中，单位调制信号波称为码元，在数字信号通信中，离散信号的每一种状态称为码元。调制速率就是单位时间传输的码元数，或传输一个码元的时间倒数，单位是波特(baud)。波特是度量信号传输快慢的单位，以前常称为波特率。波特率的单位是波特，容易引起误会，误以为它的单位是波特/秒，所以学界把它称为传码率、波形速率或调制速率，现共37页181、调制速率RB(符号速率)现在把它统一称为符号速率。)(1波特TRB2．数据传输速率Rb(数据信号速率)数据传输速率(简称比特率)表示单位时间内通过信道的信息量，即通信系统单位时间内传输的信息量，单位是比特/秒，简写为bps，或b/s。3.调制速率与数据信号速率的关系MTMRRMPBb22log1log1个事件，其概率一个码元代表的就是一式中，RB为波特率；M为调制信号波的状态数；T为单位调制信号波的时间长度。lbPTIRlbPPlbIb1T1信息量：以某一数为底的对数某一事件发生的概率产生某一事件所花费的时间共37页194.误码率误码率指码元在系统中传送时被传错的概率。设Ne为错误接收的码元数，N为所传输的总码元数，则误码率Pe为NNPeNe/lim误码率是衡量一个通信系统信号传输质量的基本指标。模拟电活系统的误码率一般为10-3，光纤通信系统一般为10-9。误组率就是传输一组数据出现错误的概率，它与误码率的关系为四、数据通信信号的带宽需求1、模拟通信中的信号带宽带宽(BandWidth)通常指信号所占据的频带宽度，在被用来描述信道带宽时则指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度。模拟通信中的信号带宽指的是信号频率的范围，它的大小等于能通过的模拟信号的最高频率与最低频率之差，单位为“赫兹(Hz)”。neBPP)1(1共37页203、介质带宽介质带宽通常是指介质频率响应曲线的幅度保持在其频带中心的取值的以内的频率区间，其值是最高分量频率与最低分量频率之差。22．数字通信中的信号带宽数字通信中也使用了带宽的概念，通常用来代表数字传输中的线路传输速率，也称为线路带宽。线路带宽也就是传输介质每秒所能传输的数据量，用来描述在一个给定的时间内有多少信息从一个地方传输到另一个地方。对于数字信号来说，其频谱(带宽)包括不同振幅的无数个频率。如果在传输时只传输具有重要振幅的分量，仍然可用合理的精度在接收端恢复数字信号，把信号中无限频谱的这一部分频谱称为有效频谱(带宽)，如图3-12所示。4、有效带宽共37页21有效带宽共37页223.4传输损耗一、衰减衰减是指信号强度从传输媒介的一端传到另一端时的减弱程度。因素：阻抗、趋肤效应和介电损失。信号强度的衰减是以发、收端的信号功率之差L来表示的，即2121lg20)()(P)(lg10VVLPL单位：分贝接收功率发送功率信号强度有时也要分贝表示，但是分贝是相对值，因此信号强度表示为)dB(1W(W)lg10WP单位是信号功率有时db·W单位显得过大．可选用db·mW。共37页23一、衰减由于衰减的存在，传输系统的设计必须考虑以下几个问题：①在接收端所收到的信号必须有足够的强度，以便接收端能够检出信号。当信号传输到一定距离时，就需要采用放大器或中继器放大信号；②信号应比噪声保持足够高的电平，以便无差错地接收，但发送的信号强度不能大过发送器的电路负载，否则会造成信号失真，甚至损坏机器；③袁减是频率的递增函数。所以，在频带范围内应予以补偿。二、噪声物理系统中对信号的传输与处理起扰乱作用而又不能完全控制的一种不需要的波形称(信号)为噪声。通常情况下，可将噪声定义为在信道可用通带内不希望出现的能量。噪声分相关和不相关两种。没有信号传输时也常存在的能量就是不相关噪声，只有信号传输时才出现的不需要的能量就是相关噪声。共37页24二、噪声共37页251.热噪声：电子热运动产生；2.互调噪声：不同信号共享同一传输媒介时就会出现，由系统非线性引起；出现的噪声频率为信号频率之和或差或整数倍；3.串话噪声：由相邻电缆之间的耦合产生的噪声；4.脉冲噪声：对模拟信号影响不大，但是对数字信号影响比较大。三、延迟失真延迟失真是由于各频率信号通过媒介的相位差不与频率成线性关系而产生的。延迟失真是接受端接受到的信号与发送端信号不一致！四、信道容量信道容量就是信道允许传输的最大数据传输速率，取决于信道的带宽和信噪比。噪声分类：共37页261．奈奎斯持准则共37页271．奈奎斯持准则当发送数字脉冲序列时，一个脉冲对其他许多连续的脉冲响应有影响，而它本身的响应波形也会被其他脉冲干扰而变，这种现象叫做码间串扰。共37页281．奈奎斯持准则若信道等效网络具有理想低通矩形振幅频率特性、线性相