數(shù)據(jù)通信入門教程

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,數(shù)據(jù)通信入門教程,本章內(nèi)容概要,數(shù)據(jù)通信的基本概念,傳輸介質(zhì),數(shù)據(jù)編碼技術(shù),基帶傳輸?shù)幕靖拍?差錯控制方法,2,本章學習要求,了解：,數(shù)據(jù)通信的基本概念,掌握：傳輸介質(zhì)的基本特點,了解：主要的數(shù)據(jù)編碼技術(shù),掌握：基帶傳輸?shù)幕靖拍?掌握：差錯控制方法的定義,3,本章內(nèi)容概要,數(shù)據(jù)通信的基本概念,傳輸介質(zhì),數(shù)據(jù)編碼技術(shù),基帶傳輸?shù)幕靖拍?差錯控制方法,4,2.1,數(shù)據(jù)通信的基本概念,信息、數(shù)據(jù)與信號,數(shù)據(jù)傳輸類型與通信方式,5,2.1.1,信息、數(shù)據(jù)與信號,通信的目的是,交換信息,，信息的載體可以是數(shù)字、文字、語音、圖形或圖像，計算機產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像的組合,為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像用,二進制數(shù)據(jù),來表示,為了傳輸二進制代碼的數(shù)據(jù)，必須將它們用模擬或數(shù)字編碼的方式表示,數(shù)據(jù)通信是指在不同計算機之間傳送表示字母、數(shù)字、符號的二進制代碼,0,、,1,比特序列的模擬或數(shù)字信號的過程,6,信息編碼標準,ASCII,碼被國際標準化組織,ISO,接受，成為國際標準,ISO 646,，又稱為國際,5,號碼,ASCII,碼用于計算機內(nèi)碼，也用做數(shù)據(jù)通信中的編碼標準,ASCII,碼采用,7,位二進制比特編碼，可以表示,128,個字符,ASCII,字符分為兩類：圖形字符與控制字符。

圖形字符包括：數(shù)字、字母、運算符號、商用符號等,7,多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,與文本、圖形信息傳輸相比較，語音、圖像信息傳輸要求數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有高速率與低延時的特性,如果每幀圖像由,1024,768,個點陣組成，圖像顏色有,256,種，每個點陣用,1,字節(jié)二進制數(shù)表示，每秒鐘傳送,30,幀圖像，則每秒需要傳送,235,929,601,字節(jié),如果傳送數(shù)字化的語音信號，每秒鐘對語音信號進行,22,050,次取樣，每次取樣值用,1,字節(jié)表示，單聲道每秒鐘需要傳送,22,050,字節(jié)；雙聲道立體聲每秒鐘需要傳送,44,100,字節(jié),多媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，將對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提出更高要求,8,信號的概念,信號是,數(shù)據(jù)傳輸過程中電信號的表示形式,模擬信號,(analog signal),的電平是連續(xù)變化的,數(shù)字信號,(digital signal),是用兩種不同電平表示,0,、,1,比特序列的電壓脈沖信號,9,數(shù)據(jù)、信息和信號,數(shù)據(jù),(data),是傳遞信息（,information,）的載體，,在計算機網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)亩M制代碼稱為數(shù)據(jù),，包括數(shù)字、文字、語言、圖像、圖形、聲音等。

數(shù)據(jù)與信息的區(qū)別在于數(shù)據(jù)僅涉及事物的表示形式，而信息則涉及對數(shù)據(jù)所表示內(nèi)容的解釋信息是一種有意義的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)又是信息的一種量化物理符號信號,(signal),則是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電氣的或電磁波的表示形式10,2.1.2,數(shù)據(jù)傳輸類型與通信方式,計算機網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機的通信過程,11,1.,數(shù)據(jù)傳輸類型,模擬通信：調(diào)制解調(diào),數(shù)字通信：波形變換,12,2.,數(shù)據(jù)通信方式,串行通信、并行通信,單工通信、半雙工或全雙工通信,同步通信、異步通信,13,串行通信與并行通信,14,1,單工通信,單工通信就是指傳送的信息始終是一個方向，而不進行與此相反方向的傳送如圖所示無線電廣播和電視信號傳播都是單工傳送的例子15,2,半雙工通信,半雙工通信是指信息流可在兩個方向上傳輸，但同一時刻只限于一個方向傳輸如圖所示如對講機就是以這種方式通信的半雙工通信由要頻繁調(diào)換信道方向，故效率低，但可節(jié)省傳輸線路16,3,全雙工通信,全雙工通信是指能同時做雙向通信如圖所示這種方式適用于計算機,計算機間通信全雙工與半雙工比較,全雙工通信效率高，控制簡單，但是結(jié)構(gòu)較復雜，成本較高17,同步技術(shù),同步是數(shù)字通信中必須解決的一個重要問題。

所謂,同步,，就是要求通信的收發(fā)雙方在,時間基準,上保持一致數(shù)據(jù)通信的同步包括以下兩種：,（,1,）位同步,（,2,）字符同步,18,位同步（,bit synchronous,）,要求接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時間和時鐘頻率，來校正自己的時間基準與時鐘頻率這個過程就叫做,位同步,實現(xiàn)位同步的方法主要有以下兩種：,外同步法：,外同步法是在發(fā)送端發(fā)送一路數(shù)據(jù)信號的同時，另外發(fā)送一路同步時鐘信號接收端根據(jù)接收到的同步時鐘信號來校正時間基準與時鐘頻率，實現(xiàn)收發(fā)雙方的位同步內(nèi)同步法：,內(nèi)同步法是從自含時鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時鐘的方法曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼都是自含時鐘編碼方法19,字符同步（,character synchronous,）,僅僅識別各位數(shù)碼是不夠的，至少要對各個字符正確地識別出來，如下圖所示串行數(shù)碼和字符同步,按位串聯(lián)數(shù)碼,b1b2b8b1b2b8b1,，如果能把它劃分為（,b1b2b8,）（,b1b2b8,）,這即為實現(xiàn)了字符同步如果劃分為（,b2b3b8 b1,）（,b2b3b8 b1,）,則沒有實現(xiàn)字符同步20,字符同步（,character synchronous,）,保證收發(fā)雙方正確傳輸字符的過程就叫做,字符同步,。

實現(xiàn)字符同步的方法主要有以下兩種：,1.,同步式（,synchronous,）,采用同步方式進行數(shù)據(jù)傳輸稱為,同步傳輸,同步傳輸將字符組織成組，以組為單位連續(xù)傳送在每組字符之前加上一個或多個用于同步控制的同步字符,SYN,，每個數(shù)據(jù)字符內(nèi)不加附加位接收端接收到同步字符,SYN,后，根據(jù),SYN,來確定數(shù)據(jù)字符的起始與終止，以實現(xiàn)同步傳輸?shù)墓δ芡絺鬏數(shù)墓ぷ髟砣鐖D,2.5,所示21,圖,2.5,2.,異步式（,asynchronous,）,采用異步方式進行數(shù)據(jù)傳輸稱為,異步傳輸,異步傳輸?shù)奶攸c是：每個字符作為一個獨立的整體進行發(fā)送，字符之間的時間間隔可以是任意的為了實現(xiàn)字符同步，每個字符的第一位前加,1,位起始位（邏輯,1,），字符的最后一位后加,1,、,1.5,或,2,位終止位（邏輯,0,）異步傳輸?shù)谋忍亓鹘Y(jié)構(gòu)如圖,2.6,所示在實際問題中，人們也將同步傳輸叫做同步通信，將異步傳輸叫做異步通信同步通信的傳輸效率要比異步通信的傳輸效率高，因此同步通信方式更適用于高速數(shù)據(jù)傳輸23,圖,2.6,24,本章內(nèi)容概要,數(shù)據(jù)通信的基本概念,傳輸介質(zhì),數(shù)據(jù)編碼技術(shù),基帶傳輸?shù)幕靖拍?差錯控制方法,25,2.2,傳輸介質(zhì),類型,有形介質(zhì),雙絞線,同軸電纜,光纖,無線電,微波,衛(wèi)星通信,無形介質(zhì),26,2.2.1,雙絞線、同軸電纜與光纖,傳輸介質(zhì)的特性：,物理特性：傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述,傳輸特性：傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號，以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、頻率范圍,地理范圍：傳輸介質(zhì)最大傳輸距離,抗干擾性：傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力,相對價格：器件、安裝與維護費用,27,雙絞線,類型,屏蔽雙絞線（,STP,）,非屏蔽雙絞線（,UTP,）,28,雙絞線的結(jié)構(gòu)與類型,29,同軸電纜,類型,基帶同軸電纜（數(shù)字信號的傳輸）,寬帶同軸電纜（劃分成多條通信信道）,銅芯,外屏蔽層,保護套,絕緣層,30,同軸電纜的結(jié)構(gòu),31,光纜,光纖即光導纖維，采用非常細的、透明度較高的石英玻璃纖維作為纖芯，外涂一層低折射率的包層和保護層。

類型,多模光纖,單模光纖,多根光纖組成光纜,32,光纖的,結(jié)構(gòu),33,光纖的工作原理,34,2.2.2,無線與衛(wèi)星通信,電磁波譜與通信類型的關(guān)系,35,無線通信,高頻無線電波的傳播路徑,36,蜂窩無線通信,頻分多址接入,(FDMA),時分多址接入,(TDMA),碼分多址接入,(CDMA),37,衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信的最大特點是,通信距離遠,，且通信費用與通信距離無關(guān)；衛(wèi)星通信的另一特點就是具有,較大的傳播時延,38,本章內(nèi)容概要,數(shù)據(jù)通信的基本概念,傳輸介質(zhì),數(shù)據(jù)編碼技術(shù),基帶傳輸?shù)幕靖拍?差錯控制方法,39,2.3,數(shù)據(jù)編碼技術(shù),數(shù)據(jù)編碼類型,模擬數(shù)據(jù)編碼方法,數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法,脈沖編碼調(diào)制方法,40,一般說來，模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)都可以轉(zhuǎn)換為模擬信號或數(shù)字信號因此在數(shù)據(jù)通信中，我們有以下四種情況：,（,1,）,模擬數(shù)據(jù)、模擬信號,2,）,模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字信號,3,）,數(shù)字數(shù)據(jù)、模擬信號,4,）,數(shù)字數(shù)據(jù)、數(shù)字信號,下圖給出了模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號的示意圖41,模擬、數(shù)字數(shù)據(jù)和模擬、數(shù)字信號圖,42,2.3.1,數(shù)據(jù)編碼類型,數(shù)字通信信道：,以數(shù)字脈沖形式傳輸數(shù)據(jù)的信道模擬通信信道：,以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。

43,2.3.2,模擬數(shù)據(jù)編碼方法,電話信道是一種典型的模擬信道，它的覆蓋面最廣、應(yīng)用最普遍,為了利用電話信道傳輸計算機的數(shù)字信號，首先要將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號調(diào)制,(modulation),是將數(shù)字信號變換成模擬信號的過程，解調(diào),(demodulation),是將模擬信號還原成數(shù)字信號的過程,44,下圖,表示了出現(xiàn)一個誤碼的示意圖,45,調(diào)制器的主要作用就是個,波形變換器,，解調(diào)器的作用就是個,波形識別器,調(diào)制就是進行,波形變換,或者更嚴格些，是進行,頻譜變換,，將基帶數(shù)字信號的頻譜變換成為適合于在模擬信道中傳輸?shù)念l譜最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：,（,1,）,調(diào)幅,(AM),（,2,）,調(diào)頻,(FM),（,3,）,調(diào)相,(PM),46,模擬數(shù)據(jù)編碼類型,（調(diào)幅）振幅鍵控,(amplitude-shift keying,，,ASK),通過改變載波信號的振幅來表示數(shù)字信號,（調(diào)頻）移頻鍵控,(frequency-shift keying,，,FSK),通過改變載波信號的角頻率來表示數(shù)字信號,（調(diào)相）移相鍵控,(phase-shift keying,，,PSK),通過改變載波信號的相位值來表示數(shù)字信號,絕對調(diào)相：相位的絕對值,相對調(diào)相：相位的相對偏移值,47,模擬數(shù)據(jù)信號的編碼方法,48,2.3.3,數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法,非歸零碼,(non-return to zero,，,NRZ),用負電平表示邏輯,“,0,”,，用正電平表示邏輯,“,1,”,曼徹斯特編碼,(Manchester),每比特的周期,T,分為前,T/2,與后,T/2,兩部分；通過前,T/2,傳送該比特的反碼，通過后,T/2,傳送該比特的原碼,差分曼徹斯特編碼,(difference Manchester),每比特的中間跳變只起同步作用；每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變決定：未發(fā)生跳變?yōu)?“,1,”,，發(fā)生跳變?yōu)?“,0,”,。

49,數(shù)字數(shù)據(jù)編碼,的波形,50,2.3.4,脈沖編碼調(diào)制方法,脈沖編碼調(diào)制,(pulse code modulation,，,PCM),是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法,脈沖編碼調(diào)制的基本操作：,采樣是隔一定的時間間隔，將模擬信號的電平幅度值取出做為樣本,量化是將樣本幅度按量化級決定取值的過程,編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進制代碼表示量化后樣本的量級,51,1),采樣，以采樣頻率,Fs,把模擬信號的值采出；,2),量化，使連續(xù)模擬信號變?yōu)闀r間軸上的離散值；,3),編碼，將離散值變成一定位數(shù)的二進制數(shù)碼脈沖編碼調(diào)制方法：模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化,52,采樣、量化與編碼的過程,53,PCM,用于數(shù)字語音系統(tǒng),聲音分為,128,個量化級,每個量化級采用,7,位二進制編碼表示,采樣速率為,8000,樣本,/,秒,數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達到,7,位,8000/,秒,=56Kbps,如果每個量化級采用,7+1=8,位二進制編碼表示,數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達到,8,位,8000/,秒,=64Kbp,54,本章內(nèi)容概要,數(shù)據(jù)通信的基本概念,傳輸介質(zhì),數(shù)據(jù)編碼技術(shù),基帶傳輸?shù)幕靖拍?差錯控制方法,55,2.4,基帶傳輸?shù)幕靖拍?基帶傳輸與傳輸速率,帶寬與傳輸速率,56,2.4.1,基帶傳輸與數(shù)據(jù)傳輸速率,基帶傳輸是在數(shù)字通信信道上直接傳送。