计算机网络学习课件-第4讲 数字通信技术

1、第四讲第四讲 数据通信技术数据通信技术来源：河南学历考试网来源：河南学历考试网 数据通信技术 本章主要内容本章主要内容1.1. 数据通信基本概念数据通信基本概念2.2. 数据的传输和数据编码调制技术数据的传输和数据编码调制技术3.3. 数据交换技术数据交换技术4.4. 信道的多路复用技术信道的多路复用技术5.5. 通信接口与传输介质通信接口与传输介质6.6. 差错控制技术差错控制技术3.1 数据通信基本概念v信息（信息（InformationInformation）n客观事物的属性和相互联系特性的表现。客观事物的属性和相互联系特性的表现。v数据（数据（DataData）n信息的载体，它是信息的

2、表示形式。数据可以是数字、信息的载体，它是信息的表示形式。数据可以是数字、字符、符号等。字符、符号等。v信号（信号（SignalSignal）n数据在传输过程中的具体物理表示形式。数据在传输过程中的具体物理表示形式。基本概念v传输介质传输介质n通信中传送信息的载体，又称为信道（通信中传送信息的载体，又称为信道（ChannelChannel）n传输介质分为有线传输介质和无线传输介质。传输介质分为有线传输介质和无线传输介质。v信息、数据和信号三者的关系信息、数据和信号三者的关系n数据通过信号形式传输，信息由各种数据来表达。数据数据通过信号形式传输，信息由各种数据来表达。数据通信就是把表达这个信息的

3、数据通过物理信号进行传递。通信就是把表达这个信息的数据通过物理信号进行传递。模拟通信和数字通信 v通信系统模型通信系统模型v模拟信号模拟信号n是一个连续变化的物理量，一般用连续变化的电压表示。是一个连续变化的物理量，一般用连续变化的电压表示。 模拟通信和数字通信 v数字信号数字信号n是离散的，即在时间特性上幅度的取值是有限的离散值，是离散的，即在时间特性上幅度的取值是有限的离散值，一般用脉冲序列来表示。常用的数字是二进制数字一般用脉冲序列来表示。常用的数字是二进制数字0 0和和1 1，分别低电平和高电平两个状态信号。，分别低电平和高电平两个状态信号。v数字通信数字通信n使用数字信号进行数据传输

4、的通信系统。使用数字信号进行数据传输的通信系统。 模拟通信和数字通信v模拟信号与数字信号，在传输过程中都会受到干模拟信号与数字信号，在传输过程中都会受到干扰导致信号的变形。扰导致信号的变形。v数字信号的可靠性比模拟信号要高数字信号的可靠性比模拟信号要高v数字信号比较容易存储、处理和传输数字信号比较容易存储、处理和传输v模拟信号和数字信号是可以相互转换的。模拟信号和数字信号是可以相互转换的。数据通信的技术指标 v1.1.信道带宽信道带宽 n信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽n有效是指信号在传输过程中没有失真有效是指信号在传输过程中没有

5、失真n为使数据信号通过信道的失真尽量小，就要求有足够的为使数据信号通过信道的失真尽量小，就要求有足够的带宽带宽v2.2.数据传输速率数据传输速率n数据传输速率也称为比特率，是指信道每秒所能传输的数据传输速率也称为比特率，是指信道每秒所能传输的二进制比特数，单位为二进制比特数，单位为bpsbps。n数据传输速率的高低，由每位数据所占用的时间决定数据传输速率的高低，由每位数据所占用的时间决定 数据通信的技术指标 v3.3.信道的容量信道的容量 n信道传输数据速率的上限，称为信道的容量。信道传输数据速率的上限，称为信道的容量。n信道容量与信道带宽、噪声功率和信号功率的关系信道容量与信道带宽、噪声功率

6、和信号功率的关系 香农定理：香农定理：C CWlog2(1+S/N )Wlog2(1+S/N )，其中，其中C C信道容量；信道容量；WW为信道带宽；为信道带宽；NN为噪声功率；为噪声功率；S S为信号功率。为信号功率。 信噪比即信噪比即S/NS/N，通常采用，通常采用10lgS/N10lgS/N来表示，其单位为分来表示，其单位为分贝（贝（dBdB）。）。 奈奎斯特定理给出了有限带宽、无噪声离散信道的信道奈奎斯特定理给出了有限带宽、无噪声离散信道的信道容量公式：容量公式：C=2Wlog2LC=2Wlog2L，式中，式中L L是信号有效状态的数是信号有效状态的数量量 。数据通信的技术指标 n例例

7、1 1：典型的模拟电话系统带宽为：典型的模拟电话系统带宽为3kHz3kHz，信噪比为，信噪比为30dB30dB，即，即S/NS/N10001000，它的信道容量为：，它的信道容量为： C C3000log3000log2 2(1+1000)30000bps(1+1000)30000bpsn例例2 2，一个无噪声，一个无噪声3kHz3kHz带宽的信道，若传输二进制信带宽的信道，若传输二进制信号（号（L=2L=2），它的信道容量为：），它的信道容量为： C=2C=230003000loglog2 22=6000bps2=6000bps数据通信的技术指标v4.4.波特率波特率n波特率是传输的信号值每

8、秒变化的次数。如果被传输的波特率是传输的信号值每秒变化的次数。如果被传输的信号周期为信号周期为T T秒，则波特率秒，则波特率Rb=1/TRb=1/T。n波特率波特率RbRb与比特率与比特率R R的关系：的关系：R RRblogRblog2 2V V，其中，其中V V表表示所传输信号所包含的离散电平数示所传输信号所包含的离散电平数n采用不同的调制方法，波特率和比特率的相对关系也就采用不同的调制方法，波特率和比特率的相对关系也就不一样不一样调制速率（调制速率（baud）1200120012001200多相调制的相数多相调制的相数二相调制（二相调制（V2） 四相调制（四相调制（V4） 八相调制（八相

9、调制（V8） 十六相调制（十六相调制（V16）数据传输速率数据传输速率(bps)1200240036004800数据通信的技术指标 v5.5.信道延迟信道延迟 n信号沿信道传输需要一定的时间，这就是信道延迟。信号沿信道传输需要一定的时间，这就是信道延迟。n信道延迟发送和接收处理时间传输介质的延迟时间信道延迟发送和接收处理时间传输介质的延迟时间发送和接收设备的响应时间通信设备转发时间发送和接收设备的响应时间通信设备转发时间v6.6.误码率误码率 n误码率是接收错误的码元数占传送总码元数的比例。误码率是接收错误的码元数占传送总码元数的比例。 Pe= Ne /N Pe= Ne /Nn误码率越低，通信

10、系统可靠性越高，通信质量越好。误码率越低，通信系统可靠性越高，通信质量越好。3.2 数据的传输 v数据传输模式数据传输模式n串行通信串行通信 数据是一位一位地在通信线路上传输的数据是一位一位地在通信线路上传输的 串行通信技术标准串行通信技术标准RS-232,RS-422,RS-485,USBRS-232,RS-422,RS-485,USBn并行通信并行通信 要传输的数据中的多个数据位同时在两个设备中传输要传输的数据中的多个数据位同时在两个设备中传输 计算机内部的总线结构就是并行通信计算机内部的总线结构就是并行通信 通信线路的连接方式v点到点连接方式点到点连接方式 n点到点的连接就是在发送端和接

11、收端之间采用一条线路点到点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。路。 图图3-2点到点连接示意图点到点连接示意图 通信线路的连接方式v多点连接方式多点连接方式 n多点连接方式是指各个站点通过一条公共的通信线路或多点连接方式是指各个站点通过一条公共的通信线路或集线器连接起来。集线器连接起来。 图33多点连接示意图1 图34多点连接示意图2 信道的通信方式v单工通信单工通信 n在单工通信方式中，信号只能向一个方向传输。在单工通信方式中，信号只能向一个方向传输。n典型例子：无线广播电台的广播、电视

12、播放典型例子：无线广播电台的广播、电视播放图图3-5单工通信单工通信信道的通信方式v半双工通信半双工通信 n在半双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须交替在半双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须交替进行，在任一时刻只能向一个方向传送。进行，在任一时刻只能向一个方向传送。n典型例子：对讲机、串行通信标准典型例子：对讲机、串行通信标准图图3-6半双工通信半双工通信信道的通信方式v全双工通信全双工通信 n在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送数据在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送数据 。n典型例子：以太网通信、串行通信标准典型例子：以太网通信、串行通信标准232232图图3-7全双工通

13、信全双工通信 信号的传输方式 v基带传输基带传输 n在数据通信中，二进制比特序列在数据通信中，二进制比特序列0 0和和1 1的数字信号按照的数字信号按照矩形脉冲信号的固有频率进行传输称为基带传输。矩形脉冲信号的固有频率进行传输称为基带传输。n基带传输的优点：无须调制就可以传送数字信号，简化基带传输的优点：无须调制就可以传送数字信号，简化了通信处理过程，提高了传输速度了通信处理过程，提高了传输速度n基带传输适合于近距离（几公里以内）传输基带传输适合于近距离（几公里以内）传输信号的传输方式 v频带传输频带传输n频带传输方式是将数字信号调制成模拟音频信号后再发频带传输方式是将数字信号调制成模拟音频信

14、号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。字信号。n频带传输不仅可以利用电话系统传输数字信号，而且可频带传输不仅可以利用电话系统传输数字信号，而且可以实现多路复用，提高信道的利用率。以实现多路复用，提高信道的利用率。n频带传输既适合于近距离（几公里以内）传输，也适合频带传输既适合于近距离（几公里以内）传输，也适合远距离传输远距离传输 信号的传输方式 v宽带传输宽带传输n宽带是指比音频更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱，宽带是指比音频更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱，利用宽带进行的数据传输称为宽带传输。利用宽带进行的数据传输

15、称为宽带传输。n宽带传输系统可以是模拟或数字传输系统。宽带系统可宽带传输系统可以是模拟或数字传输系统。宽带系统可容纳全部的广播信号，可以把声音、图像及数据等信息容纳全部的广播信号，可以把声音、图像及数据等信息综合到一个物理信道进行高速数据传输。综合到一个物理信道进行高速数据传输。n宽带传输的优点是传输距离远，可达几十公里，但技术宽带传输的优点是传输距离远，可达几十公里，但技术复杂，传输成本较高复杂，传输成本较高 。数据传输的同步技术 v通信双方在发送接收比特序列时，要求接收端按通信双方在发送接收比特序列时，要求接收端按照发送端所发送的二进制位的传送频率和起止时照发送端所发送的二进制位的传送频率

16、和起止时间来接收数据，使收发两端在时间基准上保持一间来接收数据，使收发两端在时间基准上保持一致，我们把这种协调一致的通信过程称为同步。致，我们把这种协调一致的通信过程称为同步。 v同步最基本的单位是字符同步，可以有异步传输同步最基本的单位是字符同步，可以有异步传输和同步传输两种方式。和同步传输两种方式。数据传输的同步技术v异步传输（异步传输（Asynchronous TransmissionAsynchronous Transmission）n不发送数据时，信道一直处于高电平状态，每传送一个不发送数据时，信道一直处于高电平状态，每传送一个字符（字符（7 7位或位或8 8位）都要在字符前加位）都

17、要在字符前加1 1个起始位（起始位个起始位（起始位为低电平），表示字符的开始，在字符代码和校验码后为低电平），表示字符的开始，在字符代码和校验码后面加面加1 1或或2 2位停止位（停止位为高电平），表示字符结位停止位（停止位为高电平），表示字符结束。接收方根据这种规则进行同步。束。接收方根据这种规则进行同步。 图3-8异步传输方式数据传输的同步技术v同步传输（同步传输（Synchronous TransmissionSynchronous Transmission） n是以数据块（一组字符或比特流）为单位进行传输的。是以数据块（一组字符或比特流）为单位进行传输的。在数据块之前先发送一个或多个同步字符在数据块之前先发送一个或多个同步字符SYNSYN，用于，用于接收方进行同步检测，从而使通信双方进入同步状态。接收方进行同步检测，从而使通信双方进入同步状态。在同步字符之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，在同步字符之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送完毕，再使用同步字符来标识整个发送过程结束发送完毕，再使用同步字符来标识整个发送过程结束 。图3-9同步传输方式数据传输的同步技术v异步、同步传输的比较异步、同步传输的比较