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DataCommunicationBasicsRevised7/2005Chapter2DataCommunicationBasics该章主要介绍数据通信技术的基本概念、数据编码技术、数据通信方式、数据传输介质、多路复用技术、数据交换技术、差错控制技术等。初步了解数据通信的基本技术。重点难点：数据的四种传输方式；数据的三种编码技术；多路复用技术；数据的三种交换技术；差错控制技术DataCommunicationBasicsRevised7/20052.1ConceptofDataCommunication2.1.1Data,Signal&Information通信的目的是传输信息如语言、文字、数码和图像。（1）数据（Data）数据是一种承载信息的实体，它涉及到事物的具体形式。数据可分为模拟数据和数字数据两种形式。模拟数据：是在某个区间内连续的值。例如，声音和视频就是频率和振幅连续改变的波形。大多数用传感器收集的数据，例如温度和压力都是模拟数据。数字数据：是离散的值。它用一系列符号代表信息，而每个符号只可以取有限的值。例如文本信息和整数。DataCommunicationBasicsRevised7/2005（2）信号（Signal）信号是数据的表示形式,或称数据的电磁或电子编码，它使数据以适当的形式在介质上传输。按其编码机制信号也可分为模拟信号和数字信号两种。模拟信号：连续变化的电信号数字信号：离散变化的电信号（3）信息（Information）是对数据的解释，是数据的具体内容和含义DataCommunicationBasicsRevised7/20052.1.2ModesofDataTransmission数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。1.模拟信道：传输模拟信号的信道；数字信道：传输数字信号的信道2.模拟通信（传输）：用模拟信号传输数据的通信数字通信（传输）：用数字信号传输数据的通信模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来传输。在一定条件下，可以将模拟信号转变为数字信号，或将数字信号转变为模拟信号。有四种方式：DataCommunicationBasicsRevised7/2005（1）模拟数据用模拟信号传输（2）模拟数据用数字信号传输（3）数字数据用模拟信号传输（4）数字数据用数字信号传输电话模拟数据模拟信号（a）模拟数据在模拟信道上传输调制/解调器数字数据模拟信号（b）数字数据在模拟信道上传输编码解码器（c）模拟数据在数字信道上传输模拟数据数字信号DataCommunicationBasicsRevised7/20053.模拟信号和数字信号传输的差别（1）模拟传输不考虑所传输信号的内容。其信号可以表示模拟数字，也可以表示数字数据。但无论如何，由于模拟传输是在线路上直接传输模拟信号的方式，模拟信号传送一定距离后，信号都会发生衰减。因此长距离传送，都会使用放大器对信号进行放大。（2）数字传输考虑所传输信号的内容。同样信号传送一定距离后，也会发生衰减。因此长距离传送，要用中继器。DataCommunicationBasicsRevised7/20052.1.3StructureofDataCommunicationNetwork一个数据通信网络应由信源、信宿、信道、通信控制器和变换器等设备构成。动画演示系统噪声信号变换器信源信宿信号变换器信道(a)数据通信系统基本模型系统噪声数字信道(b)数字数据通信系统基本模型编码信源信宿解码系统噪声模拟信道(c)模拟数据通信系统基本模型模/数信源信宿数/模DataCommunicationBasicsRevised7/2005各部件功能•数据终端设备（信源或信宿）：计算机、终端和其它生成数据的设备成为数据终端设备。在数据通信网络中如果是信息的发出者称其为信源。如果是信息的接收者称其为信宿。•通信控制器：是数据通信网络中很重要的一种设备，它负责将数据终端设备与通信线路进行连接，并完成数据缓冲、速度匹配、串并转换等任务。•信道：是传送信号的一条通路，由传输介质和相应的附属设备组成。•变换器：是一种将原始信号转换成电信号使其适合于在信道上进行传输的装置。DataCommunicationBasicsRevised7/2005数据通信的过程①当计算机A向计算机B发送信息时，首先通过通信控制器取得信道的使用权；②计算机A把要发送的信息并行传送给通信控制器；③通信控制器根据发送端的要求，把报文分为报文组或传送帧，将其串行送入变换器；④变换器把通信控制器送来的原始信号进行必要的转换，再送入信道进行传输；⑤接收端判别信息是属于自己的信息后，通过变换器信号恢复成原始信号。并送往接收端的通信控制器；⑥通信控制器把收到的串行数据格式转换成并行数据格式，并存入自己的缓冲器中，当所有的报文均收齐后，在并行的送入接收端计算机B。DataCommunicationBasicsRevised7/20052.1.4ParameterofDataCommunicationNetwork（1）信道带宽信号是用特定的电磁波表示的，而电磁波都有一定的频谱范围，所以任何实际的信道所能传输的信号频率有一定的范围，这一范围称作该信道频带的宽度，即带宽。（2）信道容量信道容量或数据速率（DataRate）是指信道能传输信息的最大能力。以信道每秒所能传输比特为单位，常记作比“比特/秒”或“位/秒”简记为“bps”。DataCommunicationBasicsRevised7/2005（3）传输速率传输速率是指传输线上传输信息的速度。数据传输速率有两种表示方法：信息速率和调制速率。信息速率S是指单位时间内所传送二进位代码的有效位数。单位用每秒比特数（bit/s或bps）表示。调制率B是指脉冲信号经过调制后的传输速率或者是信号在调制过程中信号状态变化的次数。通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。两者关系：S=B×log2nn是调制电平数DataCommunicationBasicsRevised7/2005（4）误码率误码率是指信息传输的错误率，是衡量传输系统可靠性的指标。误码率是接收码中错误码元数与传输总码元数之比。即：Pe=误码元数（Ne）/总码元数（N）通常应低于10-6。DataCommunicationBasicsRevised7/20052.2ModesofDataCommunication2.2.1ParallelCommunication&SerialCommunication数据的传递和交换可以发生在计算机内部各部件之间，计算机与各种外部设备之间或者计算机与计算机之间。数据的传递和交换有两种基本方式：并行通信和串行通信，其工作方式如动画演示。（1）并行通信并行通信方式是将8位、16位或32位的数据按数位宽度同时进行传输，每一个数位都要有自己的数据传输线和发送、接收设备。DataCommunicationBasicsRevised7/2005（2）串行通信串行通信方式是在一根数据传输线上，每次传送一位二进制数据，即数据一位接一位地传送。（3）数据的串/并行转换数据的串/并行转换方式是指由于计算机内部处理的都是并行数据，在进行串行传输之前，必须将并行数据转换成串行数据；在接收端要将串行数据转换成并行数据。DataCommunicationBasicsRevised7/2005一个通信系统至少应含有三部分：发送设备、传输介质、接收设备。其中发送设备用于产生数据，并通过传输介质将数据传送给接收设备，以完成两点之间的数据传送。按照数据传输方向及其时间关系可将通信方式分为单工、半双工和全双工三种。见动画演示。2.2.2SimplexCommunication&DuplexCommunicationDataCommunicationBasicsRevised7/2005（1）基带传输基带传输是指在线路上直接传输基带信号或略加整形后进行的传输。基带是原始信号所占用的基本频带，当终端把数字信息转换为适合于传送的电信号时，这个电信号所固有的频带即为基带。数字信号的基带传输是以原来的“0”和“1”的形式直接用数字信号在信道上传输。是一种最简单的传输方式。（2）频带传输当进行远距离通信时，往往将数字数据转换成模拟信号后传输，在接收端再进行信号的恢复，当调制成频率信号的频率范围在音频范围（200Hz—3.4kHz）内时，这种传输方式称为频带传输。其频率范围比音频范围宽时,则称之为宽带传输。2.2.3BasebandTransmission&FrequencyBandTransmissionDataCommunicationBasicsRevised7/20052.2.3synchronizationTransmission&AsynchronismTransmission（1）同步传输是指接收端要按照发送端所发送的每个数据的起止时间和重复频率来接收数据,既收发双方在时间上必须一致。同步传输是以数据块为单位的数据传输。（2）异步传输异步传输是以字符为单位的数据传输。DataCommunicationBasicsRevised7/2005异步传输与同步传输的数据格式（a）异步传输（b）同步传输DataCommunicationBasicsRevised7/20052.3TechnologyofDataCoding2.3.1CodingofDigitalData（1）不归零编码（NRZ：NonReturntoZero）用高电平表示“1”，用低电平表示“0”；编码简单，不含同步时钟，抗干扰能力弱。（2）曼彻斯特编码（ManchesterEncoding）每比特的1/2周期处要发生跳变，由高电平跳到低电平表示“1”，由低电平跳到高电平表示“0”；编码复杂，内部自含同步时钟，抗干扰能力强。（3）差分曼彻斯特编码（DifferentialManchesterEncoding）每比特的1/2周期处要发生跳变，在每比特的起始位置发生跳变表示“0”，不发生跳变表示“1”；编码复杂，内部自含同步时钟，抗干扰能力强。动画演示DataCommunicationBasicsRevised7/20052.3.2AnalogCodingofDigitalData调制：由发送端将数字数据信号转换成模拟数据信号的过程称为“调制”解调：在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过程称为“解调”调制的方法：载波的表示：y=A(t)sin(wt+Ф)由上式可知调制方法：振幅、频率、相位三种调制方法（1）振幅调制（AmplitudeShiftKeying-ASK）也称为移幅键控法，调制原则：确定w,Ф,改变A表示数字信号的不同状态.“0”：用幅度值为0的载波表示；“1”：用具有一定幅度值的载波表示。DataCommunicationBasicsRevised7/2005（2）频率调制（FrequencyShiftKeying—FSK）也称频移键控法，调制原则：确定A,Ф,改变w表示数字信号的不同状态。”0”：用频率为w的载波表示；“1”：用频率为2w的载波表示。（3）相位调制（PhaseShiftKeying-PSK）也称相移键控法，调制原则：确定A,w,改变Ф表示数字信号的不同状态。“0”：用相位180°的载波表示；“1”：用相位0°的载波表示。DataCommunicationBasicsRevised7/2005DataCommunicationBasicsRevised7/20052.3.3DigitalCodingofAnalogData在数字化的电话交换和传输系统中，通常需要将模拟的话音数据编码成数字信号后再进行传输。这里常用的一种称为PCM（PulseCodeModulation）的脉冲编码调制技术。PCM基于以下的采样定理：如果在规定的时间间隔内，以有效信号f（t）最高频率的两倍或两倍以上的速率对该信号进行采样的话，则这些采样值包含了无混叠而又便于分离的全部原始信号信息。利用低通滤波器可不失真地从这些采样值中重新构造出f（t）