第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第2章

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

2.3數(shù)據(jù)傳輸類型及相應(yīng)技術(shù)

2.4數(shù)據(jù)傳輸中的同步技術(shù)

2.5多路復(fù)用技術(shù)

2.6廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.7差錯(cuò)控制技術(shù)

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)幕驹硎煜ぎ惒脚c同步通信的接口標(biāo)準(zhǔn)掌握常用數(shù)據(jù)編碼及多路復(fù)用技術(shù)掌握信息交換技術(shù)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

2.1.1信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)2.1.2信道及信道的分類

2.1.3碼元和碼字2.1.4數(shù)據(jù)單元2.1.5通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)2.1.6數(shù)據(jù)通信過程中涉及的主要技術(shù)問題1．信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)(1)信息（Information）是客觀事物屬性和相互聯(lián)系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

(2)數(shù)據(jù)（Data）一般可以理解為“信息的數(shù)字化形式”或“數(shù)字化的信息形式”。狹義的“數(shù)據(jù)”通常是指具有一定數(shù)字特性的信息，如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)中區(qū)別于程序的計(jì)算數(shù)據(jù)等。但在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被廣義地理解為在網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)字編碼。

(3)信號(hào)（Signal）簡(jiǎn)單地講就是攜帶信息的傳輸介質(zhì)。在通信系統(tǒng)中我們常常使用的電信號(hào)、電磁信號(hào)、光信號(hào)、載波信號(hào)、脈沖信號(hào)、調(diào)制信號(hào)等術(shù)語(yǔ)就是指攜帶某種信息的具有不同形式或特性的傳輸介質(zhì)。

2．信道及信道的分類

1、信道及其組成2、物理信道及其邏輯信道3、有線信道和無線信道4、數(shù)據(jù)通信5、模擬信道和數(shù)字信道6、專用信道和公共信道

3．碼元和碼字

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳送的每一位二進(jìn)制數(shù)被稱為“碼元”或“碼位”，由7個(gè)碼元組成的二進(jìn)制序列被稱為“碼”例如：二進(jìn)數(shù)“1000001”就是一個(gè)碼字，在7位的ASII的數(shù)據(jù)通信中，這個(gè)碼字就代表ASII碼“A”4．?dāng)?shù)據(jù)單元在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通常將較大的數(shù)據(jù)分割成較小的數(shù)據(jù)單元，并在每一個(gè)數(shù)據(jù)段上附加一些信息，這些附加信息通常包括單元和序號(hào)、地址和校驗(yàn)碼。例如：小的數(shù)據(jù)分組及其附加信息一起稱為“數(shù)據(jù)包”。在實(shí)際傳輸時(shí)，有時(shí)還要將數(shù)據(jù)包進(jìn)一步分割成更小的邏輯數(shù)據(jù)單位，這就是“數(shù)據(jù)幀”?！皵?shù)據(jù)包”和“數(shù)據(jù)幀”都是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的邏輯單位，將它們統(tǒng)稱為“數(shù)據(jù)單元”。5．通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)圖2-1通信系統(tǒng)模型圖2-1所示的為單向通信系統(tǒng)，從通信的雙方信息交互的方式來看，可以有以下三種基本方式：（1）單向通信。又稱單工通信，即只能有一個(gè)方向的通信，而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電廣播以及電視廣播就屬于這種類型。（2）雙向交替通信。又稱半雙工通信，即通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送（或同時(shí)接收），這種通信方式往往是一方發(fā)送另一方接收。（3）雙向同時(shí)通信。又稱全雙工通信，即通信雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。圖2-2通信系統(tǒng)實(shí)例圖2-2是通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，工作站通過公共電話網(wǎng)PSTN與一個(gè)服務(wù)器進(jìn)行通信。在此模型中，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)要完成的一系列關(guān)鍵任務(wù)為：

（1）接口規(guī)范（2）同步（3）傳輸系統(tǒng)利用率（4）差錯(cuò)檢測(cè)和校驗(yàn)

（5）災(zāi)難恢復(fù)（6）尋址和路由（7）網(wǎng)絡(luò)安全（8）網(wǎng)絡(luò)管理2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

1．并行傳輸2．串行傳輸

并行傳輸并行傳輸：數(shù)據(jù)在多個(gè)信道上同時(shí)傳輸。數(shù)據(jù)線數(shù)目與與傳輸數(shù)據(jù)相同并可能多一校驗(yàn)線特點(diǎn)：不需要對(duì)傳輸代碼進(jìn)行時(shí)序轉(zhuǎn)換需要數(shù)據(jù)線數(shù)目多。傳輸速率高串行傳輸串行傳輸：數(shù)據(jù)在一個(gè)信道上一位一位依次傳輸。數(shù)據(jù)線數(shù)目與與傳輸數(shù)據(jù)無關(guān)特點(diǎn)：通信線路數(shù)小，線路利用率高適合于遠(yuǎn)距離傳輸。在發(fā)送端和接收端需要并/串轉(zhuǎn)換和串/并轉(zhuǎn)換。需要實(shí)施同步措施，以確保不產(chǎn)生錯(cuò)字。2.3

數(shù)據(jù)傳輸類型及相應(yīng)技術(shù)

2.3.1基帶傳輸與數(shù)字信號(hào)的編碼2.3.2頻帶傳輸與模擬信號(hào)的調(diào)制

2.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

數(shù)字通信系統(tǒng)的任務(wù)是傳輸數(shù)字信息，數(shù)字信息可能來自數(shù)據(jù)終端設(shè)備的原始數(shù)據(jù)信號(hào)，也可能來自模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后的脈沖編碼信號(hào)。傳輸數(shù)字信息的方法是按傳輸波形來分類的。1．基帶、基帶信號(hào)和基帶傳輸2．?dāng)?shù)字基帶信號(hào)的編碼1．基帶方式對(duì)于碼型的選擇，通常要考慮以下的因素：對(duì)于傳輸頻帶低端受限的信道，線路傳輸碼型的頻譜中不應(yīng)含有直流分量；

信號(hào)的抗噪聲干擾能力強(qiáng)，產(chǎn)生誤碼時(shí)，在譯碼中產(chǎn)生的誤碼擴(kuò)散或誤碼增值小；便于從信號(hào)中提取位同步定時(shí)信息；盡量減少基帶信號(hào)頻譜中高頻分量，以節(jié)省傳輸頻帶，并減小串?dāng)_；編譯碼的設(shè)備應(yīng)盡量簡(jiǎn)單。非歸零編碼編碼規(guī)則非歸零編碼的特點(diǎn)與同步信號(hào)非歸零編碼的應(yīng)用曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼克服不歸零制編碼缺點(diǎn)的一種編碼方案是曼徹斯特（Manchester）編碼，它是一種自同步編碼方式，包括數(shù)據(jù)信息和時(shí)鐘信息。

另一種曼徹斯特編碼的變種叫做差分曼徹斯特編碼，它的編碼規(guī)則是：若碼元為1，則其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平一樣；但若碼元為0，則其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平相反。不論碼元是１或０，在每個(gè)碼元的正中間時(shí)刻，一定要有一次電平的轉(zhuǎn)換。差分曼徹斯特編碼需要較復(fù)雜的技術(shù)，但可以獲得較好的抗干擾性能。101100高H低L“1攠高電平“0攠低電平中間跳“0攠上跳“1攠下跳中間總有跳變“0攠開頭跳高H低L高H低L（a）不歸零制編碼（b）曼徹斯特編碼（c）差分曼徹斯特編碼圖2-3常用數(shù)字信號(hào)編碼2.3.2頻帶傳輸與模擬信號(hào)的調(diào)制調(diào)制、解調(diào)與頻帶傳輸模擬信號(hào)的調(diào)制調(diào)制解調(diào)制器的工作原理調(diào)制解調(diào)制器的分類與標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)的調(diào)制

通過調(diào)制振幅、頻率和相位等載波特性或者這些特性的某種組合，來對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼。最基本的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)→模擬信號(hào)調(diào)制方式有以下三種（如圖2-5所示）。（1）幅移鍵控方式（ASK，Amplitude-ShiftKeying）（2）頻移鍵控方式（FSK，F(xiàn)requency-ShiftKeying）（3）相移鍵控方式（PSK，Phase-ShiftKeying）圖2-5對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)的幾種調(diào)制方法返回本節(jié)調(diào)制解調(diào)制器的工作原理發(fā)送端的調(diào)制過程接受端的解調(diào)過程在一對(duì)電話線上實(shí)現(xiàn)雙向通信的過程

調(diào)制解調(diào)制器的分類

常規(guī)的分類方式有以下幾種：按連接方式分類按使用的通信線路分類按調(diào)制解調(diào)器的操作狀態(tài)分類按調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制原理分類調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)：1、針對(duì)600b/s和1200b/s的全雙工調(diào)制解調(diào)器的V.22標(biāo)準(zhǔn)2、針對(duì)1200b/s和2400b/s的全雙工調(diào)制解調(diào)器的V.22bis標(biāo)準(zhǔn)3、針對(duì)7200、12000和14400b/s的全雙工調(diào)制解調(diào)器的V.32bis標(biāo)準(zhǔn)4、針對(duì)高于14400b/s的帶有數(shù)據(jù)壓縮和差錯(cuò)檢測(cè)功能的全雙工調(diào)制解調(diào)器的V.42/MNP等更高標(biāo)準(zhǔn)2.2.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

脈沖編碼調(diào)制（PCM，PulseCodeModulation）是波形編碼中最重要的一種方式，在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信等均獲得了極為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)大多采用PCM體制。PCM最初并不是用來傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的，采用它是為了解決電話局之間中繼線不夠，使一條中繼線不只傳送一路而是可以傳送幾十路電話。PCM過程主要由采樣、量化與編碼三個(gè)步驟組成。2.4數(shù)據(jù)傳輸中的同步技術(shù)

2.4.1異步傳輸方式

2.4.2同步傳輸方式

2.4.1異步傳輸方式

什么是異步傳輸模式？異步傳輸?shù)墓ぷ魈攸c(diǎn)異步傳輸?shù)膽?yīng)用特點(diǎn)異步傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)合方法：每字符都要加起始位與停止位發(fā)送端與接收端必須采用相同的速率、相同的設(shè)置

異步傳輸方式2.4.2同步傳輸方式什么是同步傳輸方式同步傳輸?shù)墓ぷ魈攸c(diǎn)同步傳輸?shù)膽?yīng)用特點(diǎn)同步傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)合同步傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)方法：每數(shù)據(jù)塊都要加同步字符或比特序列面向字符的同步傳輸面向位流的同步傳輸同步傳輸方式2.5多路復(fù)用

2.5.1多路復(fù)用技術(shù)概述2.5.2頻分多路復(fù)用2.5.3時(shí)分多路復(fù)用2.5.4波分多路復(fù)用技術(shù)2.5.1多路復(fù)用技術(shù)概述1、什么是多路復(fù)用技術(shù)2、多路復(fù)用技術(shù)的實(shí)質(zhì)和研究目的人們研究多路復(fù)用的主要原因和目的多路復(fù)用技術(shù)的實(shí)質(zhì)和工作原理3、多路復(fù)用技術(shù)的分類2.5.2頻分多路復(fù)用當(dāng)介質(zhì)的有效帶寬超過被傳輸?shù)男盘?hào)帶寬時(shí)，可以把多個(gè)信號(hào)調(diào)制在不同的載波頻率上，從而在同一介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送多路信號(hào)，即將信道的可用頻帶（帶寬）按頻率分割多路信號(hào)的方法劃分為若干互不交疊的頻段，每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)頻段，從而形成許多個(gè)子信道（圖2-6）；在接收端用適當(dāng)?shù)臑V波器將多路信號(hào)分開，分別進(jìn)行解調(diào)和終端處理，這種技術(shù)稱為頻分多路復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）。

2.5.2頻分多路復(fù)用

FDM原理2.5.3時(shí)分多路復(fù)用TDM是將傳輸時(shí)間劃分為許多個(gè)短的互不重疊的時(shí)隙，而將