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第2章数据通信的基础知识 教学重点和难点 数据编码 调制技术 多路复用技术 数据通信技术 数据交换技术 差错控制技术 2 1数据通信的基本概念 信息是指有用的知识或消息 计算机网络通信的目的就是为了交换信息 而数据则是是运送信息的实体 是信息的表达方式 可以是数字 文字 声音 图形和图像多种不同形式 1 信息 数据和信号 2 1数据通信的基本概念 2 模拟信号与数字信号 2 1数据通信的基本概念 3 数据通信 发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传输到数据接收方的过程称为数据通信 信号可以是离散变化的数字信号 也可以是连续变化的模拟信号 所以数据通信被分为模拟数据通信和数字数据通信 所谓模拟数据通信是指在模拟信道上以模拟信号形式来传输数据 而数字数据通信则是指利用数字信道以数字信号方式来传输数据 2 1数据通信的基本概念 4 源点 终点和信道 在数据通信中 通常将数据的发送方称为源点 而将数据的接收方称为终点 为了在源点和终点之间实现有效的数据传输 必须在源点和终点之间建立一条传输信号的物理通道 这条通道被称为物理信道 简称信道 2 2数据通信系统的模型 2 3数据调制与编码 2 3 1调制与编码原理 所谓的调制在发送端 需要将二进制数据变换成能在电话线或其他传输线路上传输的模拟信号 所谓的解调而在接收端 则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据 即所谓的解调 编码是将模拟数据或数字数据变换成数字信号 以便通过数字传输介质传输出去 解码是将数字信号还原成原始数据 2 3 2模拟数据的模拟信号调制 2 3数据调制与编码 模拟数据经由模拟信道传输时不需进行变换 但考虑到传输的实际问题 模拟数据要在高频下进行调制 最常用的两种调制技术是幅度调制 AM 频率调制 FM 2 3 3数字数据的模拟信号调制 2 3数据调制与编码 幅移键控法 ASK 频移键控法 FSK 相移键控法 PSK 2 3数据调制与编码 2 3 4数字数据的数字信号编码 2 3数据调制与编码 1 单极性不归零码和双极性不归零码 2 3数据调制与编码 2 单极性归零码和双极性归零码 01101001 单极性归零码 2 3数据调制与编码 双极性归零码 01101001 2 3数据调制与编码 3 曼彻斯特码和差分曼彻斯特码 2 3数据调制与编码 0 1 0 1 0 0 1 1 差分曼彻斯特码 2 3 5模拟数据的数字信号编码 2 3数据调制与编码 利用数字信号来对模拟数据进行编码的最常见的例子是脉冲代码调制 PCM PulseCodeModulation 它常用于对声音信号进行编码 脉冲代码调制是以采样定理为基础的 脉冲代码调制 PCM 有两种体制 一种是北美的24路PCM 简称T1 1 544Mbps 另一种是欧洲的30路PCM 简称E1 2 048Mbps 在我国采用E1标准 2 4基带传输和频带传输 2 4 1基带传输 在计算机系统中 通常用二进制比特来表示各类数据 而脉冲信号是二进制比特的典型表达方式 在脉冲信号的整个频谱中 从零开始有一段能量相对集中的频率范围被称为基本频带 BaseBand 简称基频或基带 基频等于脉冲信号的固有频率 与基频对应的数字信号称为基带信号 2 4基带传输和频带传输 2 4 2频带传输 利用模拟信道传输二进制数据的方式称为频带传输 频带传输的关键问题是如何将计算机中的二进制数据转化为适合模拟信道传输的模拟信号 2 5数据通信系统的主要质量指标 2 5 1模拟通信系统的质量指标 1 有效性是用有效传输带宽来度量 同样的信息采用不同的调制方式 需不同的频带宽度 频带宽度越窄 有效性越好 2 可靠性是用接收端最终的输出信噪比来度量 信噪比越大 通信质量越高 2 5数据通信系统的主要质量指标 2 5 2数字通信系统的质量指标 1 数据传输速率数据传输速率有两种度量单位 波特率和比特率 2 数据传输的质量误码率 接收方出现差错的比特数 位数 总的传输比特数 位数 100 2 6多路复用技术 为了提高通信线路传输信息的效率 通常采用在一条物理线路上建立多条通信信道的多路复用 Multiplexing 技术 多路复用技术使得在同一传输介质上可传输多个不同信源发出的信号 从而可充分利用通信线路的传输容量 提高传输介质的利用率 目的 2 6多路复用技术 2 6 1频分多路复用 FDM 技术 2 6多路复用技术 2 6 2时分多路复用 TDM 技术 2 6多路复用技术 2 6 3波分多路复用 WDM 技术 波分多路复用是频分多路复用在光纤信道上使用的一个变种 作为FDM的一个变种 WDM与FDM的惟一区别就是 在WDM中使用的衍射光栅是无源的 因此可靠性非常高 2 7数据通信技术 2 7 1数据传输方式 2 7数据通信技术 1 并行通信 2 7数据通信技术 2 串行通信 2 7数据通信技术 2 7 2数据同步方式 接收端要按发送端所发送的每个码元的重复频率和起止时间接收数据 2 7数据通信技术 1 异步传输每个字符在传输时都前后分别加上起始位和结束位 以表示一个字符的开始和结束 起始位为 0 结束位为 1 结束位的长度可以为1位 1 5位或2位 2 7数据通信技术 2 同步传输 2 7数据通信技术 3 数据传输方式 当数据通信在点对点之间进行时 按照信息的传输方向 其通信方式有3种 1 单工通信 Simplex 单工通信中传输的信息始终是一个方向 单工通信只需要一条信道 2 半双工通信 Half duplex 通信双方都可以发送 接收 信息 但不能同时双向发送 3 全双工通信 Full duplex 通信双方可以同时发送和接收信息 2 8数据交换方式 常用的数据交换方式可分为两大类 电路交换方式存储转发交换方式 2 8数据交换方式 2 8 1电路交换 2 8数据交换方式 2 8 2报文交换 2 8数据交换方式 2 8 3报文分组交换 2 8数据交换方式 2 8 4其他通信交换技术 利用数字语音插空技术能提高线路交换的传输能力 传统的电路交换技术在接通通路后 该通路被一对用户完全占用 但是在传输语音信号时 通路并不始终处于忙的状态 有很多空闲的状态 DSI技术的原理仅当传输语音信号时 才向通话用户分配通道 其余时刻可把通道分配给数据通信 1 数字语音插空技术 2 8数据交换方式 2 8 4其他通信交换技术 帧中继是对目前广泛采用的X 25分组交换通信协议的简化和改进 在链路上无差错控制和流量控制 是一种简化的面向连接的分组交换 这种简化了的协议 可以方便地用VLSI技术实现 这种高速分组交换技术有很多优点 可灵活设置信号的传输速率 充分利用网络资源 提高传输效率 可对分组呼叫进行带宽的动态分配 因而可获得延迟小 高吞吐率的网络特性 2 帧中继技术 2 8数据交换方式 2 8 4其他通信交换技术 信元交换是一种新的交换技术 异步传输模式 ATM 采用信元交换 ATM数据传输单位是一固定长度的分组 称为信元 它有一个信元头及一个信元信息域 信元长度为53个字节 其中信元头占5个字节 信息域占48个字节 信息头的主要功能是信元的网络路由 3 信元交换 2 9差错控制技术 2 9 1差错控制方法 差错控制是采用可靠 有效的编码以减少或消除计算机通信系统中传输差错的方法 其目的在于提高传输质量 差错控制是数据通信中常用的方法 一般都采用抗干扰编码来进行差错控制