MSE课件-数据通信ch07

1、Parallel TransmissionSerial TransmissionData transmission数据通过数据通过接口接口由源设备传输到下一设备。由源设备传输到下一设备。为了在不同厂家生产的设备间进行通信，必须建立接为了在不同厂家生产的设备间进行通信，必须建立接口的特性并建立标准。口的特性并建立标准。机械规范机械规范电气规范电气规范功能规范功能规范过程规范过程规范Parallel Transmission并行传输：并行传输：一次发送一次发送n个个( (而不是一个而不是一个) )由由0和和1比特组成比特组成的位组。的位组。并行传输的机制：并行传输的机制：一次使用一次使用n n条导

2、线来传输条导线来传输n n个比特。个比特。优点：优点：速度高，其他因素相同时比串行传输快速度高，其他因素相同时比串行传输快n n倍。倍。缺点：缺点：费用高，需要费用高，需要n n条传输线路。条传输线路。Serial Transmission串行传输：串行传输：一个一个依次发送比特。一个一个依次发送比特。串行传输的机制：串行传输的机制：两个设备间通信只需一条信道。两个设备间通信只需一条信道。优点：优点：费用低，只是并行传输的费用低，只是并行传输的1/n1/n。两种方式：两种方式：异步、同步。异步、同步。Asynchronous Transmission 异步传输：异步传输：收发双方没有统一的时钟

3、信号，信息以一种收发双方没有统一的时钟信号，信息以一种约定的模式被接收和翻译。约定的模式被接收和翻译。约定的模式：约定的模式：是基于比特流组成字节的方式建立的。是基于比特流组成字节的方式建立的。1 1位起始位，通常为位起始位，通常为0 0；5 58 8位数据位；位数据位；0 01 1位奇偶校验位；位奇偶校验位；1 1位停止位，通常为位停止位，通常为1 1。Asynchronous Transmission优点：优点：便宜、有效；便宜、有效；缺点：缺点：线路利用率低、传输速度慢。线路利用率低、传输速度慢。适用：适用：低速线路，如低速线路，如 终端到计算机的连接。终端到计算机的连接。Synchro

4、nous Transmission同步传输：同步传输：收发双方具有统一的时钟信号，信息流被组收发双方具有统一的时钟信号，信息流被组装成更长的装成更长的“帧帧”来发送。来发送。面向字符的同步传输面向字符的同步传输面向位的同步传输面向位的同步传输优点：优点：速度快，不需插入额外的比特。速度快，不需插入额外的比特。适用：适用：高速线路，如高速线路，如 计算机到计算机的连接。计算机到计算机的连接。DTEDCEStandardEIA-232 InterfaceDTEs and DCEs数据终端设备数据终端设备DTE：是可作为二进制数字数据源点是可作为二进制数字数据源点或终点的任何设备，如一台终端、微型计

5、算机、打印或终点的任何设备，如一台终端、微型计算机、打印机、传真机等。机、传真机等。数据电路终接设备数据电路终接设备DCE：任何能够通过网络发送和任何能够通过网络发送和接收模拟或数字数据的功能单元，如调制解调器。接收模拟或数字数据的功能单元，如调制解调器。DTE-DCE interfaceDTE-DCE接口标准：接口标准：提供了关于连接的提供了关于连接的机械机械、电气电气、功能功能和和过程过程特性模型。特性模型。电子工业协会电子工业协会EIA:EIA-232、EIA-442、423、449，适合于模拟信道。适合于模拟信道。国际电信联盟电信标准化部国际电信联盟电信标准化部ITU-T:V系列：系列

6、：适合于模拟信道，适合于模拟信道，EIA-232是是V.24的一个的一个子集。子集。X系列：系列：适合于数字信道，如适合于数字信道，如X.21。EIA-232的机械特性的机械特性EIA的机械特性：的机械特性：使用使用DB-25连接器。连接器。有两排插针共有两排插针共25根，上排根，上排13根，下排根，下排12根；根；DTE是插头，是插头，DCE是插座；是插座；两个固定螺丝的中心间距位两个固定螺丝的中心间距位47.040.17m;电缆长度不超过电缆长度不超过15米；米；可以使用简化的可以使用简化的9芯连接器。芯连接器。EIA-232的电气特性的电气特性 DTE和和DCE间导线的电气连接方式：间导

7、线的电气连接方式：非平衡方式：非平衡方式：采用分立元件技术设采用分立元件技术设计的计的非平衡接口非平衡接口；每个电路使用一根；每个电路使用一根导线，收发两方向共用一根信号地线，导线，收发两方向共用一根信号地线，所以会产生比较大的串扰；信号速率所以会产生比较大的串扰；信号速率20Kbps，传输距离，传输距离15m。采用差动接收器的非平衡方式：采用差动接收器的非平衡方式：采用集成电路技术设计的采用集成电路技术设计的非平非平衡接口衡接口，使用，使用非平衡式发送器非平衡式发送器和和差动接收器差动接收器；每个电路使用一；每个电路使用一根导线，但每方向都用独立的信号地线，使串扰信号减小；信根导线，但每方向

8、都用独立的信号地线，使串扰信号减小；信号速率可达号速率可达300Kbps，传输距离为，传输距离为10m(300Kbps时时)-1000m (3Kbps时时)。平衡方式：平衡方式：采用集成电路技术设计的采用集成电路技术设计的平衡接口平衡接口，使用，使用平衡式发平衡式发送器送器和和差动接收器差动接收器；每个电路采用两根导线，构成各自完全独；每个电路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使串扰信号减至最小；信号速率立的信号回路，使串扰信号减至最小；信号速率10Mbps，传，传输距离为输距离为10m(10Mbps时时)1000m(100Kbps时时)。非平衡发送器非平衡发送器接收器接收器(a)非平

9、衡发送器非平衡发送器差动接收器差动接收器(b)平衡发送器平衡发送器差动接收器差动接收器(c)EIA-232的电气特性的电气特性-15(v)+15+3-3逻辑逻辑“0”过渡区域过渡区域逻辑逻辑“1”逻逻 辑辑 状状 态态信信 号号 状状 态态功功 能能 状状 态态 负负 电电 平平1 1传传 号号 OFF OFF（断）断） 正正 电电 平平0 0空空 号号 ON ON（通通）采用采用负逻辑负逻辑，即，即逻辑逻辑0 0相当于对信号地线有相当于对信号地线有+3V+3V或更高的电压；或更高的电压；而而逻辑逻辑l l相当于对信号地线有相当于对信号地线有-3V-3V或更低的电压；或更低的电压；3V3V电压

10、之间电压之间为为过渡区过渡区。其中逻辑其中逻辑0 0相当于数据的相当于数据的“0”(0”(空号空号) )或控制线的或控制线的“接通接通”状态；状态；而逻辑而逻辑1 1则相当于数据的则相当于数据的“1”(1”(传号传号) )或控制线的或控制线的“断开断开”状态。状态。采用的电气连接方式是采用的电气连接方式是非平衡方式非平衡方式，当两台设备直接相连时，当两台设备直接相连时，最大传输距离不超过最大传输距离不超过15m15m时，允许接口数据传输速率不超过时，允许接口数据传输速率不超过20Kbps20Kbps。EIA-232的功能特性的功能特性功能特性功能特性规定了规定了DTEDTE和和DCEDCE之间

11、各个信号线的连接情况之间各个信号线的连接情况及其功能和作用。及其功能和作用。定义了定义了2525芯标准连接器中的芯标准连接器中的2020根根信号线，其中包括信号线，其中包括数数据线据线、控制线控制线、定时信号线定时信号线和和地线地线，另外还有，另外还有5 5根线根线未定义未定义，作为备用。，作为备用。有两种实现方式有两种实现方式：DB-25DB-25实现实现和和DB-9DB-9实现实现。为了实现全双工传输，每个传输功能在反方向上必然为了实现全双工传输，每个传输功能在反方向上必然存在一个镜像或回应功能。存在一个镜像或回应功能。如：如：针脚针脚2用于传输数据，则针脚用于传输数据，则针脚3用于接收数

12、据。用于接收数据。Data PinsControl PinsTiming PinsOther PinsEIA-232的规程特性的规程特性规程特性规程特性规定了规定了DTEDTE和和DCEDCE之间信号时序的应答关系和之间信号时序的应答关系和操作过程。操作过程。发送数据过程的三个阶段：发送数据过程的三个阶段：建立连接阶段：建立连接阶段：拨号及设备准备阶段；拨号及设备准备阶段；线路保证阶段；线路保证阶段；信道准备阶段。信道准备阶段。数据交换阶段数据交换阶段断开连接阶段断开连接阶段Synchronous Full-Duplex TransmissionSynchronous Full-Duplex

13、TransmissionPin Connection With and Without DCEs在直接连接两台相容的数字设备时是不需要调制解调器的，但在直接连接两台相容的数字设备时是不需要调制解调器的，但这时需要一个接口来处理这些信息交换。这时需要一个接口来处理这些信息交换。需要使用需要使用零调制解调器零调制解调器，而不能使用标准的，而不能使用标准的EIAEIA232232电缆，道电缆，道理如下图所示。理如下图所示。Null Modem零调制解调器零调制解调器是一种是一种EIA-232EIA-232接口，使得接口，使得DTEDTE设备都相信自设备都相信自己连有一个己连有一个DCEDCE设备，并

14、且与设备，并且与一个位于它们一个位于它们之间的网络相之间的网络相连。连。特点：特点：连线必须交叉；连线必须交叉；两端都是阴性连接头。两端都是阴性连接头。EIA-449EIA-530X.21There are limits in EIA-232.The data rate is no more than 20Kbps, and the length of the cable can be 15 meters at most. So we introduce several other standards: EIA-449, EIA-530, X.21 .DB-37 and DB-9 Connec

15、torsEIA-449EIA-449的机械特性定义了两种连接头：的机械特性定义了两种连接头：DB-37DB-37：有有3737根引脚，定义了与根引脚，定义了与DB-25DB-25相似的功能，但相似的功能，但不含与辅助信道相关的功能；不含与辅助信道相关的功能；DB-9DB-9：有有9 9根引脚，专门提供与辅助信道相关的功能。根引脚，专门提供与辅助信道相关的功能。两种连接头可以和在一起组成两种连接头可以和在一起组成4646针的配置。针的配置。DB-37 and DB-9 Connectors为了保持与为了保持与EIA-232EIA-232标准的兼容性，标准的兼容性，EIAEIA449449标准对交

16、标准对交换数据、控制以及时序信息定义了两类引脚：换数据、控制以及时序信息定义了两类引脚：类引脚：类引脚：与与EIA-232EIA-232引脚的功能兼容，引脚的功能兼容，EIAEIA449449为为每个每个类引脚定义了两根相同的针，并且在连接头中类引脚定义了两根相同的针，并且在连接头中是垂直相邻的，这是是垂直相邻的，这是EIAEIA449449的功能基础；的功能基础；类引脚类引脚：是是EIAEIA232232中没有定义或是重新定义了的中没有定义或是重新定义了的引脚。引脚。详细情况见书上的描述。详细情况见书上的描述。EIA-449EIA-449采用另外两种标准来定义自己的电气规范：采用另外两种标准

17、来定义自己的电气规范：RS-423 RS-423 用于非平衡线路用于非平衡线路RS-422 RS-422 用于平衡线路用于平衡线路RS-423: Unbalanced ModeEIA-423EIA-423是一种非平衡电路，这意味着：是一种非平衡电路，这意味着：只为信号传播定义了一条线路，所有信号都使用共回只为信号传播定义了一条线路，所有信号都使用共回线完成一次流程；线完成一次流程；使用每对使用每对类引脚的第一个引脚和所有的类引脚的第一个引脚和所有的类引脚类引脚。RS-422: Balanced ModeEIA-422EIA-422是一种平衡电路，这意味着：是一种平衡电路，这意味着：为每个信号传

18、播定义了两条线路，信号的返回仍采用为每个信号传播定义了两条线路，信号的返回仍采用共回线方式；共回线方式；使用每对使用每对类引脚而不使用类引脚而不使用类引脚类引脚。Canceling Noise由于两个信号是互补的，因此它们的差值将两倍于由于两个信号是互补的，因此它们的差值将两倍于第一个信号的值。第一个信号的值。如果在传输过程中有噪声，则噪声会以同样的方式如果在传输过程中有噪声，则噪声会以同样的方式影响两个互补信号，结果是在减法过程中消除噪声影响两个互补信号，结果是在减法过程中消除噪声这种机制使得平衡线路具有比非平衡线路更好的抗这种机制使得平衡线路具有比非平衡线路更好的抗噪声干扰的能力，并提高了

19、性能。噪声干扰的能力，并提高了性能。举例如下页。举例如下页。Canceling NoiseEIA-530EIA-530EIA-530的引脚是的引脚是EIA-449EIA-449的所有的所有类引脚再加上类引脚再加上类引脚中的三个回馈功能的引脚。类引脚中的三个回馈功能的引脚。EIA-530不支持辅助传输线路。不支持辅助传输线路。X.21和和为此为此DTEDTE设备和设备和DCEDCE设备必须增加可以将控制码转换为可以设备必须增加可以将控制码转换为可以通过数据线路传输的比特流的线路逻辑。通过数据线路传输的比特流的线路逻辑。字节时序：字节时序：在在EIAEIA标准提供的比特同步之外还提供了标准提供的比

20、特同步之外还提供了用于控制字节同步的时序线。用于控制字节同步的时序线。控制和初始化：控制和初始化：DBDB1515的的3 3号和号和5 5号引脚用来初始化握号引脚用来初始化握手过程。手过程。DB-15 ConnectorModemsTransmission SpeedModem StandardsModemA telephone line has a bandwidth of almost 2400 Hz for data transmission.Bandwidth for Telephone Line信号带宽总是小于电缆带宽。信号带宽总是小于电缆带宽。Modem stands for mo

21、dulator/demodulator.Baud Rate for Half-Duplex ASK对于对于单工单工或或半双工半双工模式，模式，ASKASK调制的最大波特率等调制的最大波特率等于传输介质的整个带宽。于传输介质的整个带宽。Baud Rate for Full-Duplex ASK对于对于全双工全双工模式，由于在每个方向上只能使用整个模式，由于在每个方向上只能使用整个带宽的一半，因此带宽的一半，因此ASKASK调制的最大波特率是传输介调制的最大波特率是传输介质的整个带宽的一半。质的整个带宽的一半。Baud Rate for Half-Duplex FSK对于对于单工单工或或半双工半双

22、工模式，模式，FSKFSK调制的最大波特率等调制的最大波特率等于传输介质的整个带宽减去偏移。于传输介质的整个带宽减去偏移。Baud Rate for Full-Duplex FSK对于对于全双工全双工模式，由于在每个方向上只能使用整个模式，由于在每个方向上只能使用整个带宽的一半，因此带宽的一半，因此FSKFSK调制的最大速率是传输介质调制的最大速率是传输介质的整个带宽的一半减去偏移的一半。的整个带宽的一半减去偏移的一半。Bell Modems通过通过双线双线的交换式电话线在的交换式电话线在全双工模式全双工模式工作；工作；采用采用FSKFSK调制，是调制，是异步异步进行的；进行的；会话发起方的频

23、率为会话发起方的频率为1070Hz1070Hz0 0，1270Hz1270Hz1 1；响应方的频率为响应方的频率为2025Hz2025Hz0 0，2225Hz2225Hz1 1；数据速率是数据速率是300bps300bps。Bell Modems通过通过双线双线的交换式电话线在的交换式电话线在半双工模式半双工模式工作；工作；采用采用FSKFSK调制，是调制，是异步异步进行的；进行的；只采用一种传输频率为只采用一种传输频率为1200Hz1200Hz0 0，2400Hz2400Hz1 1；任意方向上都包含有任意方向上都包含有辅助传输频率辅助传输频率，工作在，工作在387Hz387Hz；辅助传输辅助

24、传输采用采用ASKASK调制，数据速率只有调制，数据速率只有5bps5bps，接收方，接收方用来告诉发送方已经连接以及发送中断信息要求停用来告诉发送方已经连接以及发送中断信息要求停止传输，或是要求重发数据信号。止传输，或是要求重发数据信号。Bell Modems通过通过双线双线在在全双工模式全双工模式工作，有工作，有两种速率两种速率；，即，即300bps300bps，采用，采用FSKFSK进行进行异步异步传输；传输；，即，即1200bps1200bps，采用，采用4 4PSKPSK调制，在调制，在异步异步或或同步同步模式下工作；模式下工作；用两种频率表示不同的传输方向，并在每种频率上用两种频率

25、表示不同的传输方向，并在每种频率上进行相位变化完成调制，这样四个相移中的每个都进行相位变化完成调制，这样四个相移中的每个都代表两位比特代表两位比特。Bell Modems通过通过双线双线的双绞线在的双绞线在半双工模式半双工模式工作，或者工作，或者通过通过四四线线的租用线在的租用线在全双工模式全双工模式工作工作；通过将导线的数量加倍和将相当于一条完整线路的通过将导线的数量加倍和将相当于一条完整线路的带宽分配给每一向的传输来得到全双工的性能；带宽分配给每一向的传输来得到全双工的性能；采用采用4-PSK4-PSK调制，调制，同步方式同步方式进行，每对传输线路中只进行，每对传输线路中只需要一种频率即可

26、；需要一种频率即可；采用完全相同的技术，在半双工和全双工模式下数采用完全相同的技术，在半双工和全双工模式下数据速率都加倍到据速率都加倍到2400bps2400bps。Bell Modems通过通过四线四线的租用线在的租用线在全双工模式全双工模式工作工作；通过将导线的数量加倍和将相当于一条完整线路的通过将导线的数量加倍和将相当于一条完整线路的带宽分配给每一向的传输来得到全双工的性能；带宽分配给每一向的传输来得到全双工的性能；采用采用8-PSK8-PSK调制，调制，同步方式同步方式进行；进行；可以区分出可以区分出8 8种不同的相移，这种调制解调器的波特种不同的相移，这种调制解调器的波特率为率为16

27、001600，数据速率为，数据速率为4800bps4800bps。Bell Modems通过通过四线四线的租用线在的租用线在全双工模式全双工模式工作工作；通过将导线的数量加倍和将相当于一条完整线路的通过将导线的数量加倍和将相当于一条完整线路的带宽分配给每一向的传输来得到全双工的性能；带宽分配给每一向的传输来得到全双工的性能；采用采用16-QAM16-QAM调制，调制，同步方式同步方式进行；进行；由于每个相移都代表一个四位组，因此数据速率为由于每个相移都代表一个四位组，因此数据速率为9600bps9600bps。ITU Modems，采用，采用4-DPSK4-DPSK调制技术，在调制技术，在60

28、0600波波特的传输速率下工作；特的传输速率下工作；DPSKDPSK是是差分相移键控差分相移键控，比特模式定义相位改变而，比特模式定义相位改变而不是当前相位；不是当前相位； 00 009090相位变化相位变化 01010 0相位变化相位变化 11 11270270相位变化相位变化 1010180180相位变化相位变化V.22bis 16-QAM Constellation，采用，采用1616QAMQAM（四位组）编码，（四位组）编码，四位组中的四位组中的低两位低两位仍按仍按1200bps1200bps模式下的差分相移键模式下的差分相移键控调制，控调制，高两位高两位根据下图来调制。根据下图来调制

29、。ITU Modems实质是实质是QAMQAM配置再加上冗余位，将数据流的每四位组成一个配置再加上冗余位，将数据流的每四位组成一个五位组，额外的第五位数值由计算得到，目的是减少五位组，额外的第五位数值由计算得到，目的是减少可能的匹配数，降低错误识别；可能的匹配数，降低错误识别；在基于回波消除技术的在基于回波消除技术的伪双工模式伪双工模式下采用下采用双线双线的双绞的双绞线；线；采用采用24002400波特的波特的3232QAMQAM编码，数据速率为编码，数据速率为: :4 4240024009600bps9600bpsV.32 Constellation and bandwidth星座图中的各点

30、位置越接近，传输噪声越有可能星座图中的各点位置越接近，传输噪声越有可能造成信号的错误识别。造成信号的错误识别。ITU Modems 是第一种提供是第一种提供14400bps14400bps的的ITU-TITU-T标准。标准。采用采用24002400波特率的波特率的6464QAMQAM编码，每个波特有编码，每个波特有6 6位；位；附加功能包括自动降速和提速。附加功能包括自动降速和提速。是是V.32bisV.32bis的增强版，采用的增强版，采用256256QAMQAM，提供提供19200bps19200bps的数据速率。的数据速率。ITU Modems采用采用24002400波特波特的的1281

31、28QAMQAM的的网格编码技术；网格编码技术；每次信号变化代表一个每次信号变化代表一个7 7比特模式比特模式：6 6数据位和数据位和1 1位位冗余位；冗余位；因此数据传输速率为：因此数据传输速率为：6 62400240014400bps14400bpsITU Modems 提供提供28800bps28800bps和和33600bps33600bps的速率，有时称的速率，有时称为为V.fastV.fast。具有数据压缩功能，速率可以达到平常的具有数据压缩功能，速率可以达到平常的2 2 3 3倍。倍。使用一种称为使用一种称为调制解调器的链路存取过程调制解调器的链路存取过程LAPMLAPM协议协议，是，是HDLCHDLC的一种版本，允许调制解调器纠正的一种版本，允许调制解调器纠正错误。错误。增加了增加了Lempel-Lempel-ZivZiv-Welch-Welch压缩方法，压