chap2- 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

計算機(jī)控制工程計算機(jī)控制工程第二章數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)4數(shù)據(jù)通信技術(shù)3

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)2電話系統(tǒng)示例5計算機(jī)控制工程信息、數(shù)據(jù)和信號一第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信是控制系統(tǒng)基礎(chǔ)，目的是交換信息。信息（Information）:載體是數(shù)字、文字、語音、圖形和圖像，計算機(jī)終端產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、符號的組合。數(shù)據(jù)（Data）：為傳送信息，首先要將每一個字母、數(shù)字或符號用二進(jìn)制表示。被傳輸?shù)倪M(jìn)位制代碼稱為數(shù)據(jù)（Data)（如何表示問題？）信號（Signal）：數(shù)據(jù)在傳輸過程中電磁波、光波等表示形式。有數(shù)字和模擬信號兩種表示。(如何傳輸)計算機(jī)控制工程1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是以計算機(jī)為中心，用通信線與分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來，執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。由主計算機(jī)、終端設(shè)備、通信線路和信號變換器組成。計算機(jī)計算機(jī)信號

變換器信號

變換器通信線路計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識信號變換器：計算機(jī)及外圍設(shè)備產(chǎn)生交換信息多為二進(jìn)制代碼信息，表現(xiàn)為系列脈沖信號。通信線路多采用電話線，在遠(yuǎn)距離傳輸中采用模擬交流信號。數(shù)字信號和模擬信號之間轉(zhuǎn)換需要信號變換器。數(shù)字信號->模擬信號：調(diào)制器模擬信號->數(shù)字信號：解調(diào)器數(shù)據(jù)傳輸多是雙向的，任一端即可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接受數(shù)據(jù)，故通信線路兩端都應(yīng)有調(diào)制器和解調(diào)器，總稱調(diào)制解調(diào)器MODEM。計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)字通信系統(tǒng):數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE：DTE：計算機(jī)系統(tǒng)和終端設(shè)備。它們都是數(shù)據(jù)信息的源和目的地。DTE能進(jìn)行一般數(shù)據(jù)輸入輸出外，還應(yīng)該有糾錯控制功能；DCE：通信線路上的設(shè)備如MODEM和其它一些中間設(shè)備稱為數(shù)據(jù)通信設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的總稱。計算機(jī)控制工程2、通信線路的連接方式第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?點(diǎn)－點(diǎn)連接：終端和計算機(jī)之間直接通過調(diào)制解調(diào)器連接，連接的線路可以是專用線路或租用線路，適用通信量較大場合。終端計算機(jī)MODEMMODEM計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?分支式：通過主線路與計算機(jī)連接方式。計算機(jī)為控制站，負(fù)責(zé)對各終端信息進(jìn)行發(fā)送控制和接受控制。各終端為從站?？刂普究刹捎幂喸兎绞綄邮芎桶l(fā)送進(jìn)行控制，該方式充分利用線路，線路利用率高。計算機(jī)MODEMMODEM終端MODEM終端………主線路計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?集線式：當(dāng)多個終端設(shè)備都要與距離較遠(yuǎn)的計算機(jī)通信時，可把終端先經(jīng)過集中器集中起來，再用一頻帶較高線路與計算機(jī)連接計算機(jī)終端…低速線路集中器終端計算機(jī)控制工程3、單向和雙向通信第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?單向通信：通信線上的數(shù)據(jù)始終按一個方向創(chuàng)送，為保證數(shù)據(jù)傳送正確，接受端要對接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)出錯，接受端請求重發(fā)原信息。請求重發(fā)信號是檢測信號，其方向與數(shù)據(jù)信息方向相反。這樣，單工通信的線路一般采用兩個信道，分別傳送數(shù)據(jù)和控制信號，簡稱二線制。終端計算機(jī)A數(shù)據(jù)信號B檢測信號計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?雙向不同時通信：數(shù)據(jù)信息可以雙向傳送，但同一時刻一個信道只允許單方向傳送，要求A、B兩端都有發(fā)送裝置和接受裝置。半雙工方式適用于終端之間回話式通信，但是由于通信中要頻繁調(diào)換信道方向，故效率低。K1發(fā)送裝置接受裝置接受裝置發(fā)送裝置K2數(shù)據(jù)信道檢測信號計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?雙向同時通信：數(shù)據(jù)信息能同時兩個方向進(jìn)行通信，即有兩個信道，可同時向兩個方向傳輸信息。它相當(dāng)于把兩個相反方向的單工通信方式組合起來，因此一般采用四線制。全雙工通信效率高，控制簡單，但組成系統(tǒng)造價高，適于計算機(jī)之間通信。發(fā)送裝置接受裝置接受裝置發(fā)送裝置數(shù)據(jù)信道監(jiān)測信號數(shù)據(jù)信道監(jiān)測信號計算機(jī)控制工程1、傅立葉分析數(shù)據(jù)通信理論基礎(chǔ)三第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識19世紀(jì)初期，法國數(shù)學(xué)家傅立葉證明：任何正常的周期為T的函數(shù)g(t),都可以由無限個正弦和余弦函數(shù)合成：其中：是基頻；是正弦和余弦函數(shù)n次諧波的振幅；計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識通過傅立葉級數(shù)可以重新合成原始函數(shù)，即已經(jīng)知道周期T和振幅能夠得到時間函數(shù)g(t)。對于任意給定的g(t)，通過數(shù)學(xué)分析可得到：思考：傅立葉變換與數(shù)據(jù)通信的關(guān)系。計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識例：傳輸8比特字節(jié)編碼的ASCII字符“b”，待傳輸?shù)奈荒Ｊ綖?1100010。0101011000解：對此信號進(jìn)行傅立葉變換：Tt/us計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識同理：計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識低次諧波的幅度的平方根物理意義：相應(yīng)頻率nf處所傳輸?shù)哪芰砍烧取Ｋ袀鬏斣O(shè)備信號傳輸過程中都會損失能量，然而不同的傅立葉分量的衰減程度不同，因而輸出信號發(fā)生畸變。通常在截止頻率fc（Hz）以上的所有諧波衰減極大。（傳輸介質(zhì)物理特性、濾波器）思考：如果帶寬僅允許最低幾次諧波通過，那么

接受信號將呈現(xiàn)什么樣的形狀？計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識變好計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識假設(shè)比特率為每秒b?發(fā)送8比特信息所需要的時間為：8/b秒，?一次諧波的頻率為：b/8Hz，?普通語音級線路（電話線）截止頻率3000Hz，?那么允許通過的最高諧波次數(shù)則為：24000/b次結(jié)論：限制帶寬就是限制數(shù)據(jù)傳輸速率計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識說明（截止頻率fc為3000Hz）計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2、奈奎斯特（Nyquist）定理（有限帶寬無噪聲信道）如果一個任意信號通過帶寬為H的低通濾波器，那么每秒采樣2H就能完整的重現(xiàn)被濾波的信號，以每秒高于2H的速度采樣是無意義的。若被傳信號電平分為V級，則最大數(shù)據(jù)傳輸率為：Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率提供了依據(jù)。例如：一個無噪音的3000Hz信道不能高于6000b/s的速率傳輸二進(jìn)制信號。V最大數(shù)據(jù)率(C)26200bps412400bps818600bps1624800bps3231000bps計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識如果是非理想信道情況又會如何？實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗引起信號強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。延遲會使接收端的信號產(chǎn)生畸變。噪聲會破壞信號，產(chǎn)生誤碼。如：持續(xù)時間0.01s的干擾會破壞約560個比特(56Kbit/s)計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識3、香農(nóng)（Shanon）定理（有限帶寬噪聲信道）信噪比（S/N)：信號功率和噪聲功率之比。例：一個3000Hz,信噪比為30dB信道，不管使用多少信號級電平，也不管采用多大采樣頻率，決不能大于30000b/s速率傳輸數(shù)據(jù)。任何帶寬為H,信噪比為S/N的信道，最大數(shù)據(jù)傳輸率為：分貝（dB)：10log10S/N計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識4、Nyquist和Shannon比較Nyquist：數(shù)據(jù)傳輸率隨信號編碼級數(shù)V增加而增加。Shannon：無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。計算機(jī)控制工程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)四第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)主要從數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量來衡量。數(shù)量指傳輸線上傳輸數(shù)據(jù)的速度(數(shù)據(jù)傳輸速率)，質(zhì)量指標(biāo)指數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕ǔ鲥e率)。1、傳輸速率（數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制速率）數(shù)據(jù)傳輸速率S：指單位時間內(nèi)傳送二進(jìn)制代碼的位數(shù)，單位：bps。傳輸速率S為：信號脈沖重復(fù)周期（碼元周期）1個脈沖信號代表的有效狀態(tài)數(shù)，為2的整冪數(shù):單位脈沖表示比特數(shù)。如：n＝4表示1個單位脈沖為2比特，即1個脈沖信號傳送2位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識調(diào)制速率B：信號經(jīng)調(diào)制后的傳輸速率，也可以說是信號在調(diào)制過程中信號狀態(tài)變化的次數(shù)，以波特B為單位：B＝1/T兩種速率之間存在如下關(guān)系：可以看出：當(dāng)n＝2時，S＝B，即在二元制調(diào)制方式中，數(shù)據(jù)傳輸率和調(diào)制速率相等。計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識出錯率指信息傳輸?shù)腻e誤率，是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下，傳輸可靠性的指標(biāo)，由于傳輸中信息的最小單位不同，可以是比特、碼元、碼字、一組碼字。出錯率表示方法有：2、出錯率（1）誤特率Pb：接受的錯誤比特數(shù)占傳輸總比特

數(shù)的比例。（2）誤碼率Ps：接受的錯誤碼元數(shù)占傳輸總碼元

數(shù)的比例。（3）誤字率Pw：接受的錯誤碼字占傳輸總碼字?jǐn)?shù)

的比例。計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識信道傳輸信息的最大能力，通常用數(shù)據(jù)傳輸速率來表示。信道容量由信道頻帶（帶寬）HZ，可使用的時間T及能通過的信號功率與噪聲功率之比決定，信道容量表達(dá)式為：3、信道容量C：信道容量(bps)；B：信道帶寬（Hz)；S:接受端信號的平均功率（W）；N:信道內(nèi)噪聲平均功率（W）；計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識同步:接受端按照發(fā)送端所發(fā)送碼元的重復(fù)頻

率及起止時間來接受數(shù)據(jù)，使收發(fā)雙方

在時間基準(zhǔn)上保持一致同步技術(shù)五同步過程:在通信過程中，接受端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送

數(shù)據(jù)的起止時間和重復(fù)頻率校正自己的

時間基準(zhǔn)與重復(fù)頻率的過程。計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識1、碼元同步碼元為時間軸上的一個信號編碼單元;使接受端接受的每一碼元都和發(fā)送端準(zhǔn)確保持同步。實(shí)現(xiàn)碼元同步的方法有外同步法和內(nèi)同步法。外同步法：根據(jù)發(fā)送端發(fā)送的同步時鐘作為接受端同步標(biāo)準(zhǔn)的方法。t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖計算機(jī)控制工程內(nèi)同步法：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如曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼都是自含時鐘法。第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2、字符同步以字符為邊界實(shí)現(xiàn)字符的同步接收，也稱為起止式或異步制：2）每個字符前加一位起始位（邏輯1），字符最后

一位后加1、1.5或2位停止位（邏輯0）。1）每個字符作為一個獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符

之間的時間間隔是任意的；起始位數(shù)據(jù)位停止位間隔,不固定計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識3、幀同步面向字符幀：由面向字符型數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議產(chǎn)生，所有用于同步（SYN，76H）及其它數(shù)據(jù)鏈路控制信息均用一個特定字符表示面向比特幀：由面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議產(chǎn)生，典型鏈路控制協(xié)議只規(guī)定一個特殊幀標(biāo)志字符F（7EH），用它表示一幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始與結(jié)束，同時F也起到比特同步的作用。幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗(yàn)和0–nbit8bit8bit8-32m計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識目的:為了有效地利用傳輸系統(tǒng)，希望通過同時攜帶多個信號來高效地使用傳輸介質(zhì)，就需要采用多路復(fù)用技術(shù)：頻分多路復(fù)用FDM和時分多路復(fù)用TDM多路復(fù)用（multiplexing）六1、頻分多路復(fù)用（FDM）介質(zhì)的可用帶寬往往超過給定信號所需要的帶寬，如果每個信號以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，而且每個載波頻率是完全獨(dú)立的，即信號的帶寬不互相重疊，那么就可以同時攜帶多路信號。每個信號需要一個以它的載波頻率為中心的一定帶寬，稱為通道。為了防止干擾，使用保護(hù)帶隔離通道。計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識FDM計算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2、時分多路復(fù)用（TDM）時分多路復(fù)用FDM方案利用每個信號在時間上的交叉，在一個傳輸通路上傳輸多個數(shù)字信號，這種交叉可以為位、字節(jié)、或塊級別的。計算機(jī)控制工程數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)是信息傳送載體，即通信線路或物理通道。網(wǎng)絡(luò)通信常用介質(zhì)：架空明線，雙絞線，同軸電纜、光纖通信纜、無線通信和衛(wèi)星通信。介質(zhì)特性包括：數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)特性一第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)?物理特性：傳輸介質(zhì)的物理特征；?傳輸特性：傳輸信號調(diào)制技術(shù)、傳輸容量及頻帶；?地理范圍：無中間設(shè)備無失真?zhèn)魉妥畲缶嚯x；?抗干擾性：噪聲對傳輸信息的影響能力；?價格：線路安裝、維護(hù)等費(fèi)用總和。計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1、磁介質(zhì)缺點(diǎn)：時間延遲大；優(yōu)點(diǎn)：通信容量大；例：8mm工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的磁帶保存7GB信息，一個50cm×50cm×50cm箱子容納1000盤；在美國聯(lián)邦快運(yùn)24h內(nèi)可將這箱磁帶送到任何地方；則傳輸帶寬：56000Gb/86400s=6748Mb/s如果到達(dá)目的地為1h，則傳輸帶寬超過15Gb/s。計算機(jī)控制工程2、架空明線：最早使用傳輸介質(zhì)。早期長途電話線就是架空明線。缺點(diǎn)：通信容量小、易受外界干擾，線路損耗大；

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡單、價格便宜，目前仍廣泛使用；第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)3、雙絞線：雙絞線由兩根導(dǎo)線絞合而成，是最簡單、經(jīng)濟(jì)的傳輸介質(zhì)，將1對或多對雙絞線安裝在1個套筒中就構(gòu)成了雙絞線電纜。1對雙絞線可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。安裝方便、可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，特別適用短距離的傳輸，特別適用于局域網(wǎng)中的通信。計算機(jī)控制工程內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)計算機(jī)控制工程非屏蔽雙絞線：由多對雙絞線和一個塑料外皮構(gòu)成，國際電氣工業(yè)協(xié)會（EIA）為雙絞線定義了5種不同質(zhì)量級別（1～5類），計算機(jī)常用第3、4、5類。其中第5類雙絞線由于增加了纏繞密度和高質(zhì)量的材料，極大地改善了傳輸介質(zhì)的特性可以用于高速網(wǎng)絡(luò)。最新技術(shù)可以在100m的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)屏蔽雙絞線：在絞線與塑料封套間有一層鋁箔包著雙絞線。屏蔽雙絞線的傳輸速率在100m內(nèi)可達(dá)到500Mbps。普遍使用傳輸速率16Mbps，最大傳輸距離是幾百米。計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線UTP鋁箔屏蔽減少干擾和串音雙絞線外無任何屏蔽層計算機(jī)控制工程4、同軸電纜第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套同軸電纜由繞同一軸線的兩個導(dǎo)體組成。電纜中央為一根單芯銅導(dǎo)線。同軸電纜具有很高的抗干擾性，通信容量大，適應(yīng)范圍較寬。典型基帶電纜最大距離限制在幾公里內(nèi)，寬帶電纜可達(dá)到幾十公里。同軸電纜廣泛應(yīng)用于有線電視和某些局域網(wǎng)。計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)5、光纖：計算機(jī)：70年代：100ns內(nèi)執(zhí)行一條指令90年代：1ns內(nèi)執(zhí)行一條指令每10年提高10倍通信：70年代：56kb/s(ARPANET)，出錯率10－590年代：1Gb/s(現(xiàn)代光纖通信),出錯率~0每10年提高100倍以上單CPU已經(jīng)接近物理極限，光導(dǎo)纖維技術(shù)帶寬完全超過50000Gb/s(50Tb/s)計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)舊思維：奈奎斯特和香農(nóng)關(guān)于銅線帶寬有限理論；新思維：所有的計算機(jī)都是無可救藥的慢，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)

該不惜任何代價避免計算，不管浪費(fèi)的帶

寬有多少。光傳輸系統(tǒng)由三個部分組成：

光源；傳輸介質(zhì)；檢測器；計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)單模和多模光纖多模光纖：不同光線在光纖內(nèi)部以不同的反射角（光線入射角大于臨界值角度）傳播，每一束光線有一個不同的模式。單模光纖：光纖直徑減小到一個光波波長大小的時，光在其中沒有反射，而沿直線傳播。計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)6、電磁波譜電子運(yùn)動時產(chǎn)生的可以自由傳播的電磁波，在真空中傳播速度相等，與頻率無關(guān)。頻率（f）：電磁波每妙振動次數(shù)，單位赫茲（Hz）波長（λ）：兩個相鄰的波峰或（波谷）之間距離。f,λ,c在真空中的基本關(guān)系是：

λf＝c計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)LF:低頻；MF：中頻；HF：高頻；VHF:甚高頻；UHF：超高頻；SHF：特高頻；EHF：極高頻；THF：巨高頻；計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)無線電波、微波、紅外和可見光部分可通過調(diào)節(jié)振幅、頻率或波的相位傳輸信息；紫外線、X射線和伽碼射線頻率更高，但是很難生成和調(diào)制，穿過建筑物傳播性能不好，而且對生物有害。電磁波可運(yùn)載的信息量與它的帶寬有關(guān)。當(dāng)前技術(shù)條件下，在較低頻率下每赫茲編碼幾個比特來實(shí)現(xiàn)，但是在高頻下，某些時候可以達(dá)到每赫茲40bit。計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)波段越寬，數(shù)據(jù)傳輸速率越高；波長越小，數(shù)據(jù)傳輸速率越高；光纖波段：最具有吸引力！計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)7、無線電傳輸無線電容易產(chǎn)生，傳播很遠(yuǎn)，很容易穿過建筑物，而且無線電波是全方向傳播。但是帶寬較小。VLF、LF、MF波段，無線電沿地面?zhèn)鬏?，傳輸距離達(dá)到1000km。HF、VHF波段，地表電波被地球吸收，但利用電離層反射進(jìn)行長距離通話。計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)8、衛(wèi)星傳輸衛(wèi)星通信是一種較新的通信技術(shù)，它利用人造衛(wèi)星作為中間站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號，實(shí)現(xiàn)各地之間的通信。一般來說，地面通信線路的成本隨著距離的增加而增加，衛(wèi)星通信成本則與距離無關(guān)，在遠(yuǎn)距離、通信面大的領(lǐng)域多選用衛(wèi)星通信。由于衛(wèi)星通信能覆蓋1/3的地球表面，因此能方便的實(shí)現(xiàn)洲際之間的通信。優(yōu)點(diǎn)：衛(wèi)星通信還具有通信容量大、可靠性。計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)9、微波傳輸微波沿直線傳播，通信頻率很高，兩個帶寬為2MHz的頻率可容納500條語音線路，用來傳輸數(shù)字信號，傳輸速率可達(dá)到幾Mbps。由于微波沿直線傳播，在地面?zhèn)鬏斁嚯x有限，一般在40～60公里，當(dāng)傳輸距離超出上述范圍時，要設(shè)置中繼站。微波通信也可與有線結(jié)合使用。優(yōu)點(diǎn)：微波通信具有通信容量大，受外界干擾小、傳輸質(zhì)量高、初建費(fèi)用小等優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)：保密性差。計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)10、紅外線與毫米波傳輸無導(dǎo)向的紅外線和毫米波廣泛應(yīng)用于短距離通信。具有相對方向性。如：電視遙控裝置優(yōu)點(diǎn)：安全性好，而且使用紅外線系統(tǒng)不需要授

權(quán)，是室內(nèi)無線網(wǎng)較好的候選對象。缺點(diǎn)：不能穿透堅實(shí)的物體。11、光波傳輸

計算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)通信介質(zhì)性能比較：計算機(jī)控制工程傳輸介質(zhì)的選擇取決于：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信容量、可靠性和價格。數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的選擇二第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1、雙絞線價格便宜，但帶寬受限制，對于低通信容量

要求的局域網(wǎng)來說，雙絞線是最好選擇；2、對大多數(shù)局域網(wǎng)來說，當(dāng)連接設(shè)備較多且通信容量

較大時選擇同軸電纜為宜；3、在高速數(shù)字通信網(wǎng)中，及通信質(zhì)量的要求，應(yīng)選用

光纖；4、移動環(huán)境應(yīng)優(yōu)先使用無線網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)控制工程模擬數(shù)據(jù)在某個區(qū)間產(chǎn)生連續(xù)的值，如聲音、視頻、傳感器壓力、溫度數(shù)據(jù)等；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生離散的值，如文本信息和整數(shù)。模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信一第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)1、為實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，模擬信號都包括放大器，對

于模擬數(shù)據(jù)可以允許許多位變形；對于數(shù)字信號

將產(chǎn)生錯誤；2、數(shù)字傳輸與信號內(nèi)容有關(guān)，衰減會危及數(shù)據(jù)的完

整性；為獲得更大傳輸距離，可使用中繼器。計算機(jī)控制工程數(shù)據(jù)編碼技術(shù)二第三節(jié)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號：模擬信號、數(shù)字信號信道：模擬信道、數(shù)字信道計算機(jī)控制工程話音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)編碼與解碼調(diào)制與解調(diào)計算機(jī)控制工程1、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)模擬信號發(fā)送的基礎(chǔ)是一種稱之為載波信號的連續(xù)的頻率恒定的信號。通過調(diào)制振幅、頻率、相位、或者這些載波特性的組合來對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼，由此產(chǎn)生對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號進(jìn)行調(diào)制的三種基本形式：■幅移鍵控法（Amplitude－ShiftKeying）■頻移鍵控法（Frequency－ShiftKeying）■相移鍵控法（Phase－ShiftKeying）基本原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。載波S(t)=Acos(t+)

計算機(jī)控制工程1）幅移鍵控法（Amplitude－ShiftKeying）第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)用載波頻率的兩個不同的振幅表示兩個二進(jìn)制值。用振幅恒定載波的存在來表示一個二進(jìn)制位，而另一個二進(jìn)制數(shù)字用載波的不存在表示。ASK方式易受增益變換的影響，是一種效率相當(dāng)?shù)偷恼{(diào)制技術(shù)，在音頻線路上，通常只能達(dá)到1200bps。計算機(jī)控制工程2）頻移鍵控法（Frequence－ShiftKeying）第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)用載波頻率附近的兩個不同頻率來表示兩個二進(jìn)制值。FSK方式與ASK相比不易受干擾的影響，在音頻線路上通常達(dá)到1200bps，同時還適用高頻無線電傳輸。計算機(jī)控制工程3）相移鍵控法（Phase－ShiftKeying）第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)PSK利用載波信號的相位移動來表示：PSK方式具有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且比FSK更為有效，在音頻線路上，傳輸速率可達(dá)到9600bps。計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)問題：Nyquist定理說明為了獲得更高的速度，僅靠增加采樣頻率是不夠的，如何能夠在有限帶寬的情況下，獲得更高的傳輸速率？解決方式：如何能夠從每個樣本中得到更多比特，采用先進(jìn)的調(diào)制方式增加每次采樣攜帶的比特數(shù)，即增加V。在實(shí)際中，大多數(shù)調(diào)制解調(diào)器每秒采樣2400次，以下以此為例說明：計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)概念回顧：帶寬，波特率，樣本，位速率：帶寬（Bandwidth）：Thebandwidthofamediumistherangeoffrequenciesthatpassthroughitwithminimumattenuation.Itisaphysicalpropertyofthemedium(usuallyfrom0tosomemaximumfrequency)andmeasuredinHz.波特（Bandwidth）、樣本（Symbol）：Thebaudrateisthenumberofsamples/secmade.Eachsamplesendsonepieceofinformation,thatis,onesymbol.Thebaudrateandsymbolratearethusthesame.計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)位速率（bitrate）：Thebitrateistheamountofinformationsentoverthechannelandisequaltothenumberofsymbols/sectimesthenumberofbits/symbol.先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)主要目的就是在一個Symbol中能夠同時傳輸多個比特。計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)正交相移鍵控QPSK已知：波特率為2400每波特包含2位；位速率＝2400×2＝4800bps；計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)已知：波特率為2400每波特包含4位；位速率＝2400×4＝9600bps；積分調(diào)幅(QAM-16)計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)已知：波特率為2400每波特包含6位；位速率＝2400×6＝14400bps；積分調(diào)幅(QAM-64)計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)星座模型：每一種高速調(diào)制解調(diào)器都有自己的星座模型，并且僅僅能夠和使用同樣標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器會話。星座模型中點(diǎn)很多（如QAM-64），在檢測的振幅和相位中即使只是有一點(diǎn)噪聲都可能導(dǎo)致錯誤，對于QAM來說，就可能產(chǎn)生6個的錯誤，為了降低錯誤的可能性，調(diào)制解調(diào)器都增加一個校驗(yàn)位，對點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)編碼以盡可能檢測出錯誤。－－－格子架編碼。計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)QAM-128，V32bisfor14,400bps計算機(jī)控制工程2、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)對于傳輸數(shù)字信號來說，有三種編碼方法：不歸零制NRZ（Non－ReturntoZero）；曼徹斯特編碼；差動曼徹斯特編碼1）不歸零制NRZ缺點(diǎn)：難以決定一位結(jié)束和一位開始；存在直流分量計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)2）曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼常用于局部網(wǎng)絡(luò)傳輸，在其編碼方式中，每一位的中間有一個跳變，從高到低跳變?yōu)?，從低到高表示為0，位中間的跳變既作為時鐘，又作為數(shù)據(jù)。計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)3）差動曼徹斯特編碼位中間的跳變僅提供時鐘定時，用每位周期開始時有無跳變表示編碼。兩種曼徹斯特編碼時鐘、數(shù)據(jù)均包含在信號數(shù)據(jù)流中，也稱為自同步編碼。計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)三種編碼比較計算機(jī)控制工程3、模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)利用數(shù)字信號對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的最常見例子是脈沖代碼調(diào)制PCM。PCM常用于對聲音信號進(jìn)行編碼，是以采樣定理為基礎(chǔ)的：如果在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，以高于兩倍最高有效信號頻率的速率對信號f(t)進(jìn)行采樣的話，那么這些采樣值包含了原始信號的全部信息，利用低通濾波器可以從這些采樣中重新構(gòu)造出函數(shù)f(t)。例：聲音數(shù)據(jù)限于4000Hz以下頻率；那么每秒鐘8000次采樣可以滿足完整的聲音信號特征計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個步驟：采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣量化：對每個樣本舍入到量化級別上編碼：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號稱為PCM信號(脈碼調(diào)制,PulseCodedModulation)計算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)話音信道帶寬<4kHz采樣時鐘頻率：8kHz(>2倍話音最大頻率)量化級數(shù)：256級(用8位二進(jìn)制碼表示)數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64kbit/s每路PCM信號的速率=64000bit/s計算機(jī)控制工程PCM舉例：第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)計算機(jī)控制工程◆什么是交換？交換就是按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶?！魹槭裁匆捎媒粨Q技術(shù)？節(jié)省線路投資，提高線路利用率◆實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：

電路交換、報文交換、分組交換第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)計算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)BDCAEF通信線路中的交換技術(shù)計算機(jī)控制工程線路交換（CircuitSwitching）一第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)線路交換是通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在兩個站之間建立一條專用的通信線路。如電話系統(tǒng)。1、線路建立：在傳輸任意數(shù)據(jù)之前，都必須建立端到

端的線路。2、數(shù)據(jù)傳送：建立物理連接后就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，數(shù)

據(jù)可以數(shù)字或模擬的，連接一般為雙向。3、線路拆除：傳送周期結(jié)束后，必須結(jié)束連接，釋放

專用資源；線路交換可能效率很低，通道容量在連接期間是專用的，即使是沒有數(shù)據(jù)發(fā)送。計算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)交換設(shè)備在通信雙方找出一條實(shí)際的物理線路的過程。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路?！懊嫦蜻B接的”過程：建立連接→通信→釋放連接優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無糾錯機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計算機(jī)通信，因?yàn)橛嬎銠C(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到10%。計算機(jī)控制工程報文交換（MessageSwitching）二第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)報文交換不需要在兩個站之間建立一條專用通路，可以把一個目的地址附加在報文上，然后報文從網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)到另一個節(jié)點(diǎn)傳送。在每個節(jié)點(diǎn)中，接受整個報文，暫存這個報文，然后發(fā)送到下一個站點(diǎn)，屬于存儲－轉(zhuǎn)發(fā)（Store－and－forward）的方式。報文交換節(jié)點(diǎn)通常為一臺通用小型計算機(jī)，它具有足夠的存儲容量來緩沖進(jìn)入的報文，一個報文的每個節(jié)點(diǎn)延遲時間等于接受報文所有位所需時間加上等于等待時機(jī)重傳到下一節(jié)點(diǎn)所需要的排隊(duì)延遲時間。計算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)這種方法比起線路交換有如下優(yōu)點(diǎn)：1、線路利用率高；2、不需要同時使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)；3、報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地；4、能夠建立報文的優(yōu)先級；5、報文交換網(wǎng)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。缺點(diǎn)：不能滿足實(shí)時或交互式的通信要求計算機(jī)控制工程分組交換（PacketSwitching）三第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)分組交換結(jié)合報文交換和線路交換的優(yōu)點(diǎn)，而減少兩者的缺點(diǎn)。分組交換與報文交換的主要差別在于：在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，要限制傳輸數(shù)據(jù)單位的長度；報文交換系統(tǒng)適應(yīng)于更大的報文；另外，分組通常不歸檔，分組拷貝僅僅為了糾正錯誤。把數(shù)據(jù)單位的最大長度限制在較小的長度內(nèi)，可以使性能有顯著增長。分組交換可以提高整體網(wǎng)絡(luò)的利用率。分組交換有：數(shù)據(jù)報和虛電路兩種方式。計算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)1、數(shù)據(jù)報（datagram)方式每個分組獨(dú)立處理；具有同樣目的地址的分組不一定遵循同樣的路徑，到達(dá)目的站后，在將其按順序組裝。2、虛電路（virtualcircuit)方式在發(fā)送任何分組之間，需要建立一條邏輯連接。與數(shù)據(jù)報區(qū)別在于各節(jié)點(diǎn)不需要為每個分組作路徑選擇判斷，解除了站的不必要的通信處理負(fù)擔(dān)。計算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：■對轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖

分組——速度快；■轉(zhuǎn)發(fā)延時小——適用于交互式通信；■某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組——效率高；■各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。計算機(jī)控制工程報文ABCD排隊(duì)延遲報文交換呼叫請求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD處理

延遲線路交換分組1分組2分組3ABCD分組交換分組4t第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)各種交換技術(shù)的比較四計算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)不同交換技術(shù)適用于不同的場合：1、對于交互式通信來說，報文交換是不合適的；2、對于較輕負(fù)載，線路交換是合適的；