数据通信基础知识

1第2章数据通信基础知识计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-2内容介绍2.1数据通信的基本概念2.2数据通信方式2.3数据编码技术2.4多路复用技术2.5广域网中数据交换技术2.6差错控制技术计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-3数据（Data）是对客观事实进行描述和记载的物理符号；是传递（携带）信息的载体。信息（Information）是数据的含义或解释。信号（Signal）数据的物理量编码（通常为电磁编码），数据以信号的形式在介质中传播。2.1数据通信的基本概念1.数据与信号计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-4模拟信号模拟信号是指幅值可连续取值的连续信号，电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号。数字信号数字信号指幅度的取值被限制在有限个离散数值之内的连续信号，二进制码就是一种数字信号，计算机数据、数字电话和数字电视等都是数字信号。t2.1数据通信的基本概念计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-52.数据通信系统基本结构噪声任何信道都不完美，对传输的信号产生干扰外界：闪电、串扰、电气设备内部：介质特性2.1数据通信的基本概念信源产生和发送信息的设备发送器根据传输介质特性，进行信号变换接受器接受信号，还原成合适的信号信宿接受和处理信息的设备信道信源和信宿间的通信线路计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-6数据传输系统传输线路有线介质、无线介质传输设备调制解调器、中继器、多路复用器、交换机等DCE数据处理系统（计算机、终端等）源系统（信源＋发送器）发出数据的计算机目的系统（信宿＋接收器）接收数据的计算机DTE2.1数据通信的基本概念计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-7码元与比特码元（Codecell）信号传输时，一个波形称为一个码元（信号编码单元）。2.1数据通信的基本概念3.数据通信的主要技术指标比特：二进制数的一位。计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-8信号传输率与数据传输速率信号传输率(波特率)B单位时间内传送的波形数，单位为波特(Baud)，又称波形速率(线路上每秒钟传送的波形个数)，又称码元速率。数据传输率(比特率)S即单位时间内所传送的二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。2.1数据通信的基本概念计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-92.1数据通信的基本概念比特率S和波特率B的关系S＝B×log2N上式中，N为一个码元所取的离散值个数。通常N=2K，K为二进制信息的位数K=log2N；N=2时，S=B，计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-10带宽物理信道频带宽度，即信道允许传送信号的最高频率和最低频率之差。单位：Hz。信道容量信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，单位为bps。信道容量与数据传输速率的区别：前者表示信道的最大数据传输速率，而后者是实际的数据传输速率。2.1数据通信的基本概念计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-11信道容量的计算无噪声的信道容量奈奎斯特公式：C=2H·log2N(b/s)式中，H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单位为赫(Hz)；N为一个码元所取的离散值个数。[例2-2]普通电话线路带宽约3kHz，若码元的离散值个数N=16，则最大数据传输速率是多少？2.1数据通信的基本概念计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-12有噪声的信道容量香农公式：C=H·log2(1+S/N)(b/s)式中，S为信号功率，N为噪声功率，S/N称为信噪比。通常把信噪比表示成10·lg(S/N)分贝(dB)。[例2-3]已知信噪比为30dB，带宽为3kHz，求最大数据传输速率是多少？2.1数据通信的基本概念计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-13数据通信方式是指数据在信道上传输所采取的方式。通常有如下分类方法：按信号的类型分模拟通信和数字通信。按数据代码传输的顺序分为串行传输和并行传输。按数据传输的同步方式分为同步传输和异步传输。按数据传输的流向和时间关系分为单工、半双工和双工传输。基带传输与频带传输。2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-141.模拟通信与数字通信2.2数据通信方式模拟通信在线路上传输模拟信号的通信方式数字通信是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-152.2数据通信方式数字通信的特点①抗噪声（干扰）能力强②可以控制差错，提高了传输质量③能适应各种通信业务④易于加密、保密性强⑤通信设备微型化、集成化缺点占用频带宽计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-16数字或模拟数据ModulatorDemodulator数字或模拟数据模拟信号g(t)s(t)g(t)载波模拟信道发送方接收方调制解调制调制：对信号源的信息进行处理,使其变为适合于信道传输形式的过程。解调：接受方将收到的已调制的信号还原成原信号。2.2数据通信方式2.调制与解调计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-17对模拟信号的调制对模拟信号调制的实质是频谱搬移。其作用和目的是：将调制信号转换成适合于信道传输的已调信号；实现信道的多路复用；提高信道利用率；减少干扰，提高系统抗干扰能力；实现传输带宽与信噪比之间的互换。2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-18Φ：相位A:振幅ω：角频率调制的基础是载波，载波有三要素：幅度、频率和相位，针对载波的不同要素对它进行调制。2.2数据通信方式对数字信号的调制计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-19振幅键控ASK—调幅（AM）用载波的两个不同振幅表示0和1移频键控FSK—调频（FM）用载波的两个不同频率表示0和1移相键控PSK—调相(PM)用载波的起始相位的变化表示0和12.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-20绝对调相相对调相2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-212.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-223、并/串行通信并行通信定义将数据以成组方式在两条以上的并行信道上同时传输。发送端10011101接收端10011101并行通信信道2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-23适用情况通信距离较近的情况优点字符同步、速度快缺点需要传输信道多、设备复杂、成本高2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-24串行通信定义数据流以串行方式在一条信道上传输。2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-25适用情况通信距离较远的情况优点该方法实现简单，采用较多缺点为解决收、发方码组或字符同步，需要外加同步措施；速度慢。2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-264、单/双工通信单工通信定义数据单向传输适用无线电广播、有线电广播、电视2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-27半双工通信定义信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限于在一个方向传输。适用对讲机优点节省传输线路缺点效率低2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-28全双工通信定义数据能同时沿信道的两个方向传输，即通信的一方在发送信息的同时也能接收信息，其收、发信道分开设置。适用计算机网络中数据通信特点效率高但结构复杂、成本高2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-295、异步传输和同步传输同步技术在通信过程中，为保证发送端发送的信息能够被接收端正确无误地接收,要求发送端和接收端动作的起始时间和频率保持一致的技术。需解决的问题同步脉冲频率数据从什么时候开始，什么时候结束2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-30异步传输定义以字符为单位传输数据，数据低位在前，高位在后。每个字符前加1个起始位，表示一个字符开始；后加1到2个停止位，表示一个字符结束。优点频率的漂移不会积累；每两个字符之间的间隔时间不固定；实现简单。缺点传输效率低2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-31同步传输定义以数据块为单位传输数据。在数据块的开头一般加1到2个字节的SYN(同步字符)。而后以固定的时钟节拍来发送数据信号。优点效率高。缺点和异步的优点相对应2.2数据通信方式计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-32基带传输在信道上直接用基带信号（方波）传送数据。频带传输将数字信号调制成模拟信号后再发送和传输的方式。和基带传输的区别和传统模拟传输的区别2.2数据通信方式6、基带/频带/宽带传输计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-33宽带传输将宽的频带划分成若干个子频带，分别用这些子频带来传输各类不同的信号，多用于广域网宽带接入技术，如ADSL。2.2数据通信方式6、基带/频带/宽带传输计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-342.3数据编码技术t码元1码元2码元3码元4码元5信号数据编码是用两个不同的电平来表示两个不同的二进制数0和1。定义分类不归零编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-352.3数据编码技术1、不归零制NRZ用负电平表示0，正电平表示1，正负直接转换，中间不在无电平处停留。缺点：不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-362.3数据编码技术2、曼彻斯特编码编码方法是将每个码元分成两个相等的间隔；码元“1”是由高至低电平转换，即其前半个码元的电平为高电平，后半个码元的电平为低电平。码元“0”是从低电平到高电平的变换，即其前半个码元的电平为低电平，后半个码元的电平为高电平。0010011110计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-372.3数据编码技术3、差分曼彻斯特编码码元1时，前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；若码元为0，前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。0010011110计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-382.3数据编码技术三种数字编码的波形图计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-392.3数据编码技术编码与调制的区别调制用模拟信号承载数字或模拟数据编码用数字信号承载数字或模拟数据计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-402.3数据编码技术4、模拟数据的数字信号编码使模拟数据能在数字信道上传输采样定理如果模拟信号的最高频率为F，若以≥2F的采样频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。采样按一定间隔对语音信号进行采样量化编码把每个样本舍入到最接近的量化级别上对每个舍入后的样本转为二进制码计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-41复用的基本思想当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时，多个信息源可共享一个公共信道。把公共信道划分成多个子信道，每个子信道传输一路数据，称为多路复用。2.4多路复用技术1、概述DEMUX复用器解复用器共享信道MUX信源信宿计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-42定义当物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽足够多的情况下，可将该物理信道的总带宽划分成若干个与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子频带，将多路原始信号的频谱移到物理信道频谱的不同频段上，以实现频谱上的不重叠，从而达到共用一个信道的目的。2.4多路复用技术2、频分多路复用FDM计算机网络技术沈阳理工大学应用技术学院PPT2-432.4多路复用技术用途主要用于模拟信道的复用举例计算机网络技术沈阳理工