Ch2—数据通信基础

1、第第2 2章章 数据通信基础数据通信基础2.1 2.1 数据传输的基本概念数据传输的基本概念2.2 2.2 传输损耗传输损耗2.3 2.3 数据编码方法数据编码方法2.4 2.4 通信传输媒介通信传输媒介2.1数据传输的基本概念数据传输的基本概念 2.1.1 2.1.1 并行传输与串行传输并行传输与串行传输 2.1.2 2.1.2 单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工 2.1.3 2.1.3 异步传输与同步传输异步传输与同步传输 2.1.4 2.1.4 传输速率传输速率 2.1.1 并行传输与串行传输 信号传输方式：描述确定了数据具体如何在通信设备间进行传输。 串行/并行传输：在计算机内部

2、各部件之间以及计算机与计算机之间进行通信时，根据一次传输数据的多少可将数据传输方式分为串行和并行。2.1.1 并行传输与串行传输1.并行传输：多个数据位（对一个编码字符）同时在通信设备间的多条通道上传输，并且每个bit都占用一条专用的传输通道；用于短距离设备间的通信/设备内部通信方式，相对速率较快如：Computer，Printer并行传输并行传输2.1.12.1.1并行传输与串行传输2.串行传输：编码字符的各个数据位一位一位顺序的在通信设备之间的一条通道上传输；适合远距离设备间的通讯，但传输速率较慢。例如：Computer与mouse和keyboard间。串行传输串行传输b7b6b5b4b3

3、b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b0b1b2b3b4b5b6b7串行信道并行信道(a)并行数据传输(b)串行数据传输2.1.2 2.1.2 单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工 根据通信在通信线路上的传输方向及其与时间的关系，串行通信可分为三种方式：单工/半双工/全双工方式。1.1.单工传输单工传输：数据始终只能在一个方向上传输，任何时间不能进行反向传输。如广播电视。2.1.2 2.1.2 单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工2.2.半双工传输半双工传输：数据允许在设备间两个方向上传输，但在某一时刻数据只被允许

4、在一个方向传输即设备间只有一条传输通道，所以信号只能分时传输。如对讲机；在同一时刻只能进行一个方向上传输而不能进行双向传输，但在不同时刻可以。2.1.2 2.1.2 单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工3.3.全双工传输全双工传输：克服半双工通讯发送方式和接收方式之间切换所花费的时间提高传输速率，为此在此基础上增加一条传输通道，允许数据同时在两个方向上传输，称为全双工。 串行通信过程中，数据是一位一位串行通信过程中，数据是一位一位依次传输的，发送端与接收端在相依次传输的，发送端与接收端在相应的时钟脉冲控制下进行发送和接应的时钟脉冲控制下进行发送和接收的，为使接收端能准确接收所传收的，为使接

5、收端能准确接收所传输信息，接收端必须知道：输信息，接收端必须知道： 2.1.2 2.1.2 单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工 2.1.2 2.1.2 单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工2.1.3 异步传输与同步传输 1.1.异步传输异步传输：起止式传输，它是利用起止起止式传输，它是利用起止方法来保持收发双方同步的。方法来保持收发双方同步的。 1 1）每次只能传输一个编码字符，可以连续）每次只能传输一个编码字符，可以连续发送多个字符，可以随即进行单独发送发送多个字符，可以随即进行单独发送2 2）起始位表示字符传输的开始，长度为）起始位表示字符传输的开始，长度为1bit1bit（“0

6、”0”）；停止位表示字符传输的）；停止位表示字符传输的结束，长度结束，长度1bit1bit，1.5bit1.5bit，2bit2bit（“1”1”） 3 3）发送端数据格式：发送端数据格式： 起始位起始位 字符代码字符代码 校验位校验位 停止位停止位 1 51 58 1 8 1 1,1.5,21,1.5,2 位数取决于编码方案位数取决于编码方案 提高传输可靠性提高传输可靠性 2.1.3 异步传输与同步传输异步传输与同步传输4）接收端：通过检测起始位和停止位来判断新近到达的字符，保持收发双方每传输一个字符就重新校验一次同步关系，不易造成时钟误差。2.1.3 异步传输与同步传输5）应用：低速传输系

7、统，因为其传输效率较低，如传输一个ASC码，数据代码7位，1位起止位，2位停止位，1位校验位，其效率7/(7+1+1+2)64且字符之间还可能有空隙 2.1.3 异步传输与同步传输起始位数据位0数据位1数据位2数据位3数据位4数据位5数据位6校验位停止位停止位字符2字符1字符3字符4任意间隔任意间隔任意间隔2.1.3 2.1.3 异步传输与同步传输异步传输与同步传输异步传输异步传输 2.同步传输：不是以字符而是以数据块为传输单位，其传输速率较高每次传输多个字符（数据块）且它们之间没间隙以及起始位，停止位保持收发同步，在数据块之前加上前文，在数据之后加上后文帧（frame）2.1.3 异步传输与

8、同步传输接收端：检测帧中的前文和后文（特定的标志序列）保持与发送端同步 数据格式：前文和后文的具体格式视传输控制规程而定，有面向字符与面向比特型两种方案 应用：高速传输系统中，其传输效率较高，因为字符间无需加入阶加位和间隙。 0111111001111110BAX. .01111110SYNSYNBAX. .SYN同步字符(一个或多个)同步位模式(一个或多个)可变长度的位数据块可变长度的字符数据块面向比特方案面向比特方案面向字符方案面向字符方案2.1.3 2.1.3 异步传输与同步传输异步传输与同步传输 同步传输每次传送的是一个完整的数据帧，发送端无需在字符间加入附加位和间隙，因而同步传输的效

9、率比异步传输的效率高。但由于收发双方需建立准确的同步关系，所以实现起来比较复杂。 SYN-同步符SOH-报文头开始STX-正文开始ETX-正文结束BCC-校验 二进制同步通信规程 高级数据链路控制 帧格式（HDLC）同步传输同步传输2.1.4 传输速率 传输速率就是指在单位时间内传输的信息量，即信息速率；它是评价通信系统好坏优劣的重要标准；在数据传输经常用到的指标有调制速率，数据信号速率和数据传输速率。 当要将数据进行远距离传送时，往往是将数据通当要将数据进行远距离传送时，往往是将数据通过调制解调技术进行传送的，即将数据信号先调过调制解调技术进行传送的，即将数据信号先调制在载波上传送，如制在载

10、波上传送，如QPSK、各种、各种QAM调制等，调制等，在接收端再通过解调得到数据信号。数据信号在在接收端再通过解调得到数据信号。数据信号在对载波调制过程中会使载波的各种参数产生变化对载波调制过程中会使载波的各种参数产生变化（幅度变化、相位变化、频率变化、载波的有或（幅度变化、相位变化、频率变化、载波的有或无等，视调制方式而定），波特率是描述数据信无等，视调制方式而定），波特率是描述数据信号对模拟载波调制过程中，载波每秒中变化的数号对模拟载波调制过程中，载波每秒中变化的数值，又称为调制速率，波特率又称符号率。值，又称为调制速率，波特率又称符号率。 码元：码元： 在数字通信中常常用时间间隔相同在数

11、字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字。这样的时的符号来表示一位二进制数字。这样的时间间隔内的信号称为二进制码元，而这个间间隔内的信号称为二进制码元，而这个间隔被称为码元长度。间隔被称为码元长度。 符号：符号： 即用于表示某数字码型的一定相位即用于表示某数字码型的一定相位或幅度值的一段正弦载波或幅度值的一段正弦载波其长度即符号长其长度即符号长度度。 符号又称单位码元，它是一个单元传送周符号又称单位码元，它是一个单元传送周期内的数据信息期内的数据信息 。2.1.4 传输速率传输速率 1.码元传输速率:又称波特率、传码率或调制速率，记作RB。指单位时间所传送的码元(即脉冲)数目，或者

12、表示信号调制过程中单位时间内调制信号波形的变换次数。单位为波特(Baud或Bd)。调制速率可表示为： RB1/T ； （2.1） 2.1.4 传输速率 例例2.12.1：如图如图2.72.7所示的调频波，其中一个所示的调频波，其中一个“0”0”或或“1”1”状态的最短时间长度为状态的最短时间长度为41741710-610-6秒，试求调制速率。秒，试求调制速率。解：根据以上公式解：根据以上公式 61041711TRB= 2400（波特） 2.1.4 传输速率 2.数据信号速率：单位时间内通过信道的信息量，简称比特率，记作,单位为bit/s（bps） 串行方式：（一路）MlogT1MlogRR22

13、Bb并行方式：（多路）i2n1iibMlogT1RRB为波特率，M为调制信号波的状态数(叫M进制数字传输)，T为单位调制信号波的时间长度。（公式 2.2）2.1.4 传输速率i在串行传输方式下在串行传输方式下波特率波特率与与比特率比特率之间之间的关系取决于的关系取决于调制信号波的状态数调制信号波的状态数。如果。如果只使用两种状态进行调制，那么两种速率只使用两种状态进行调制，那么两种速率在数值上是相等的在数值上是相等的。2.1.4 传输速率i例例2.2：若采用串行传输方式，且一个单位若采用串行传输方式，且一个单位调制信号波的时间长度为调制信号波的时间长度为41741710-10-6 6秒，那秒，

14、那么在使用么在使用2 2状态调制时，数据信号速率为状态调制时，数据信号速率为多少？若使用多少？若使用4 4状态调制，则数据信号速状态调制，则数据信号速率又为多少？率又为多少？2.1.4 传输速率i解：当M=2时 RB=1/T2400（波特） 根据公式（2.2）可得 Rb=RBlog2M=2400log22=24001=2400（bit/s） 当M=4时 RB=1/T2400（波特） Rb=RBlog2M=2400log24=24002=4800（bit/s） 二者关系：与基数有关，如： 波特率 1200 1200 1200 1200 调制相数 2 4 8 16 比特率 1200 2400 36

15、00 48002.1.4 传输速率 3.数据传输速率：单位时间内传输的数据量，数据量的单位为：比特、字符等，时间的单位可以是s，m，h等。如果数据量单位bit，时间单位s，则数据传输率即为数据信号速率如果数据量单位字符，时间单位min ，则需作个转换 。2.1.4 传输速率传输速率 例例2.4 2.4 若以若以异步方式传输若以若以异步方式传输EBCDICEBCDIC码，码，数据信号速率为数据信号速率为2400bps2400bps，且停止位的长度，且停止位的长度是是2 2位，试求相应的数据传输速率。位，试求相应的数据传输速率。2.1.4 传输速率传输速率 解：若以字符/分为单位，则数据传输速率为

16、 2400X60/1+8+2=13091（字符/分） 分母中的“1”和“2”分别是附加在字符代码前后的起始位和停止位的长度。 3.带宽 带宽(Bandwidth)：信号或信道占据的频率范围。 信道带宽：信道可以不失真地传输信号的频率范围，即信道能够传输的信号的最高频率和最低频率的差值。 系统的带宽（或者说信道带宽）通常是指系统的频率响应（幅度特性）曲线的幅度保持在其频带中心的取值的 倍（即70%）以内的频率区间，该频率区间宽度是最高分量频率与最低分量频率之差。：复杂2/ 13.带宽信号带宽：谐波的最高频率 f h 与最低频率 f l 之差（ f h - f l ）叫做信号的频带宽度，简称带宽。

17、一般而言，任何一个有限时间的信号之频谱宽度是无限的即信号频谱中各分量的频率理论上可扩展至无限。然而，信号的大部分功率实际上只集中在某个有限的频谱宽度内。所谓信号的有效带宽就是指包含信号大部分功率的这部分频谱的宽度。信号的半功带宽 信号的半功带宽，是通用的带宽定义。 半功率带宽是信号f(t)一个频率区间，在该区间内的频率分量对f(t) 功率的贡献是整个信号功率的一半。 信号的带宽和传输信号的系统的带宽（或者说信道带宽）是有区别的。 为了减小系统失真，要求系统有足够的带宽，而且信号带宽越宽，系统的带宽相应地也要越宽。2.2 传输损耗传输损耗2.2.1 2.2.1 衰损衰损2.2.2 2.2.2 失

18、真失真2.2.3 2.2.3 噪声噪声2.2.4 2.2.4 信噪比信噪比2.2.5 2.2.5 香农定理香农定理2.2.6 2.2.6 信道容量信道容量2.2.1 衰损 衰损：衰损：信号在传输介质中传输时将会有部信号在传输介质中传输时将会有部分分能量能量转化为热能或者被传输介质吸收，转化为热能或者被传输介质吸收，从而造成信号从而造成信号强度强度不断减弱。特别是在远不断减弱。特别是在远距离通信时不可忽视，在适当位置设立距离通信时不可忽视，在适当位置设立放放大器大器/ /转发器转发器/ /中继器中继器来增加强度。来增加强度。2.2.1 衰损 衰损用分贝来描述，它是衡量两个功率电平之间差别的度量。

19、 D=10lg(p1/p2) D单位：dB 21lg2021lg2021lg10D 21 P2P1 1P2P1 then 0D if21 P2P1 1P2P1 then 0D if22IIUUPPRIRUPPPPP所以出现了增益到即功率从出现了衰损到即功率从 例2.5：假设在传输系统上传输的信号具有：假设在传输系统上传输的信号具有12mW12mW的功率，而在一定距离远的某处测得的功率，而在一定距离远的某处测得功率为功率为7mW7mW，试求出这段线路上信号的衰损。，试求出这段线路上信号的衰损。 解：根据公式（解：根据公式（2.42.4）可得）可得 D=10 lg(p1/p2)= 10 lg(7/

20、12)=-D=10 lg(p1/p2)= 10 lg(7/12)=-2.34 2.34 （dBdB） 2.2.2 失真 失真：信号不同频率的分量在传输过程中受到不同程度的衰减和延迟的影响，最终使到达接收端的信号与发送端送出的初始信号在波形上有所差异，把这种传输过程中信号波形的变化称为失真。2.2.2 失真 根据产生的原因不同分为振幅失真，根据产生的原因不同分为振幅失真，延迟失真。延迟失真。振幅失真：由各个频率分量振幅值由各个频率分量振幅值发生不同变化而引起的失真，是由发生不同变化而引起的失真，是由传输设备和线路引起的衰损造成的传输设备和线路引起的衰损造成的延迟失真：由各频率分量的传播速由各频率

21、分量的传播速度不一致所造成的失真，容易造成度不一致所造成的失真，容易造成码间串扰码间串扰 图图2.9 失真的信号波形失真的信号波形 2.2.3 噪声 噪声：传输过程中插入到数据信号中不希望有的信号，根据产生原因不同分为四类：热噪声，交调噪声串音脉冲噪声。2.2.3 噪声 热噪声：由带电粒子在导电媒介中进行的分子热运动造成的（绝对存在的）无法被消除的。 噪声功率密度可作为热噪声值的度量,N0=KT N0：W/HZ； K：波尔兹曼常数 1.3810-23J/K； T：绝对温度 K2.2.3 噪声 高斯噪声：n维分布都服从高斯分布。 白噪声：功率谱密度在这个频率范围内分布均匀的噪声。 热噪声是一种高

22、斯白噪声。 2.2.3 噪声 交调噪声：多个不同频率的信号共享一个多个不同频率的信号共享一个传输媒介时可能产生的噪声，通常是通信传输媒介时可能产生的噪声，通常是通信系统中存在非线性因素造成的。（非线性系统中存在非线性因素造成的。（非线性因素因素元件故障引起的）元件故障引起的） 通常情况：发送端和接收端是以线性系统模式通常情况：发送端和接收端是以线性系统模式工作的，即输出为输入的常数倍。工作的，即输出为输入的常数倍。 干扰信号频率可能是：干扰信号频率可能是：f f1 1 f f2 2 ；f f1 1f f2 2；2f2f1 1 2f2f2 2 ；2f2f1 1f f2 2 ；mf1+mf2mf1

23、+mf2 串音：又称串扰，它是由一个信道中的信又称串扰，它是由一个信道中的信号对另一个信道中的信号产生的干扰。号对另一个信道中的信号产生的干扰。2.2.3 噪声脉冲噪声：是一种由突发的振幅很大持续时间很短，耦合到信号通路中的非连续尖峰脉冲引起的干扰，通常是由一些无法预知的因素造成的，如电火花，雷电； 脉冲噪声对模拟数据传输不会造成明显影响 但数字数据传输中脉冲噪声是产生差错的主要来源2.2.3 噪声噪声对数字信号传输造成的影响 2.2.3 噪声 脉冲噪声造成的干扰是不易被消除的，必须通过差错控制手段来确保数据传输的可靠性！2.2.4 信噪比 信噪比：信号在传输过程中不可避免地要信号在传输过程中

24、不可避免地要受到噪声的影响，受到噪声的影响，信噪比是用来描述在此信噪比是用来描述在此过程中信号受噪声影响程度的量过程中信号受噪声影响程度的量，它是衡，它是衡量传输系统性能的重要指标之一。量传输系统性能的重要指标之一。2.2.4信噪比 信噪比通常是指某一点上的信号功率与噪声功率之比，可用下面的公式表示信噪比 其中，/是信噪比，Ps是信号的平均功率，Pn是噪声的平均功率 nsPPNS2.2.4信噪比 有时为了使用方便也会采用分贝（dB）来表示信噪比，公式如下NSlg10PPlg10NSnsdB2.2.5 香农定理 给出了一种计算传输速率上限的方法。 香农定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的

25、极限传输速率为 （2.112.11） 式中C是极限传输速率，其单位是bit/s；B是信道带宽，其单位是Hz；S/N是信噪比，其中S为信号功率，N为噪声功率。 NSBC1log2 例2.8 假设一个音频电话线路支持的频率范 围为300 Hz到3 400 Hz，其信噪比是 25 dB，试求这个线路传输速率的上 限。 解：由题可知，这条线路的带宽 B=3 400300=3 100（Hz） 又因为信噪比为25 dB，故由公式（2.10）可得 316 因此根据公式（2.11），线路传输速率的上限约为 =3 100log2(317)25 761（bit/s） 也就是说，这条线路传输速率的上限将近26 kb

26、it/s。 NSBC1log2NS2.2.6 信道容量（补充） 比特率与有效频谱的关系比特率与有效频谱的关系 当比特率上升时，有效频谱也变宽。当比特率上升时，有效频谱也变宽。 而而有效带宽则根据系统中的噪声程度也会有有效带宽则根据系统中的噪声程度也会有所不同地增加。所不同地增加。 如图，假如比特率是如图，假如比特率是1000bps1000bps，有效带宽，有效带宽是是200Hz200Hz，则当比特率增加到，则当比特率增加到2000bps2000bps，有，有效带宽可能会相应为效带宽可能会相应为400Hz400Hz。信道容量 信道容量：信道容量：信道所能允许的不产生错误的信道所能允许的不产生错误

27、的最快的传输速率。对连续信道若最快的传输速率。对连续信道若B B为信道带为信道带宽，在加性高斯白噪声的干扰下，根据香宽，在加性高斯白噪声的干扰下，根据香农（农（ShannonShannon）信息论，其信道容量）信息论，其信道容量C C）噪声功率（）信号功率（）信道带宽（信道容量WWHzsbitNSBCNS B/ C)1 (log2信道容量 香农公式表明的是当信号与信道高斯白噪声的平均功率给定时，在具有一定频带宽度的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。 只要传输速率小于等于信道容量，则总可以找到一种信道编码方式，实现无差错传输；若传输速率大于信道容量，则不可能实现无差错传输。信道

28、容量 由香农公式可得以下结论： (1) (1) 增大信号功率增大信号功率S S可以增加信道容量，若信号功率可以增加信道容量，若信号功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大，即趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大，即(2) (2) 减小噪声功率减小噪声功率N (N (或减小噪声功率谱密度或减小噪声功率谱密度n n0 0) )可以可以增加信道容量，若噪声功率趋于零增加信道容量，若噪声功率趋于零( (或噪声功率谱或噪声功率谱密度趋于零密度趋于零) )，则信道容量趋于无穷大。，则信道容量趋于无穷大。(3) (3) 增大信道带宽增大信道带宽B B可以增加信道容量，但不能使信可以增加信道容量，但不能使信道容量

29、无限制增大。道容量无限制增大。信道容量 (4)任何一个信道都有C 如果信息速率RC ；理论上存在一种方法能以任意小的差错率通过信道数据如果信息速率RC；理论上不存在一种方法能以任意小的差错率通过信道数据信道容量香农定理是针对噪声信道而言的，它对香农定理是针对噪声信道而言的，它对模拟信道和数字信道都适用。对于模拟信道和数字信道都适用。对于无噪无噪声的数字信道声的数字信道而言，另有奈奎斯特而言，另有奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)准则指明其信道容量。准则指明其信道容量。信道容量奈奎斯特准则指出：频带宽度为奈奎斯特准则指出：频带宽度为B B（赫兹）（赫兹）的无噪声数字信道，所能传输的信号

30、的的无噪声数字信道，所能传输的信号的最高码元速率为最高码元速率为2B2B波特，则最大信息速波特，则最大信息速率率C C可由下式确定：可由下式确定： C=2Blog2N C=2Blog2N 比特比特/ /秒秒 式中，式中，N N为码元所能取的离散值的为码元所能取的离散值的个数个数。信道对信号传播的影响信号随着在信道上传输而变化。当变化过大时，受信端有可能无法辨当变化过大时，受信端有可能无法辨别它们。别它们。信道影响可能包含带宽限制、衰减、信道影响可能包含带宽限制、衰减、失真、噪声、干扰等，无线信道还包失真、噪声、干扰等，无线信道还包含空间的散射、折射、障碍反射、大含空间的散射、折射、障碍反射、大

31、气吸收等。气吸收等。信道对信号传播的影响2.3 数据编码方法 2.3.1 2.3.1 字符编码字符编码 2.3.2 2.3.2 码型及其编码方式码型及其编码方式 2.3 数据编码方法 将数字消息和模拟消息转换成通信硬件能够接受将数字消息和模拟消息转换成通信硬件能够接受和易于传输的信号，称这一过程为和易于传输的信号，称这一过程为编码编码。 根据编码功能的不同，可分为根据编码功能的不同，可分为 （1 1）第一次编码，把各种信息用二进制表示。）第一次编码，把各种信息用二进制表示。 （2 2）第二次编码，把二进制数转换成脉冲信号。）第二次编码，把二进制数转换成脉冲信号。 （3 3）第三次编码，差错控制

32、编码。）第三次编码，差错控制编码。 （4 4）第四次编码，基带信号变成频带信号。）第四次编码，基带信号变成频带信号。 本章主要讲述第一、二次编码，第三次编码将在第三章本章主要讲述第一、二次编码，第三次编码将在第三章讲述，第四次编码将在第五章讲述。讲述，第四次编码将在第五章讲述。2.3.1 字符编码 由于通信计算机处理设备只能识别、存储、和处理二进制的信息，而字符信息又是最重要的数据信息。这样为了使计算机能处理字符，规定了字符和二进制数之间的对应关系，又称字符编码(这也是一种信源编码）。它涉及到信息的表示，交换，处理，传输和存储国家或国际标准的形式来实施。2.3.1 字符编码 2.3.1 2.3

33、.1 字符编码字符编码 1.1.国际国际5 5号码号码 2.EBCDIC2.EBCDIC码码 3.3.国际国际2 2号码号码 4.4.计算机中的汉字编码计算机中的汉字编码1.1.国际国际5 5号码号码1.1.国际国际5 5号码：号码：由由ANSIANSI提出提出 ISO/CCITTISO/CCITT国际通国际通用的信息交换用标准码，即用的信息交换用标准码，即 ASCIIASCII码。码。每个字符用每个字符用7bit7bit表示，于是表示，于是IA5IA5编码集中总共有编码集中总共有2 27 7=128=128个不同编码字符。个不同编码字符。0 0列列,1,1列以及列以及SpaceSpace和和

34、DELDEL均属于控制字符，不可被显均属于控制字符，不可被显示和打印示和打印(34(34个个) )。0 09 9：Ox30-Ox39 CR:0 xD space:0 x20Ox30-Ox39 CR:0 xD space:0 x20AAZZ：Ox41-Ox5a aOx41-Ox5a az:Ox61z:Ox61OX7aOX7a增加可靠性增加可靠性：在：在7 7位码组增加位码组增加1 1位奇偶校验位构成位奇偶校验位构成8 8位位码组。码组。见书上见书上 表表2.1 2.1 2.EBCDIC码 2.EBCDIC码：extendedextended扩充的扩充的BCDBCD交换码交换码它是一种8位BCD，

35、共可表示256个字符；实际仅定义了134个字符，大量未定义的状态用户根据需要自行定义；8bit码长无法添加奇偶校验位，不适合远距离传输。 见书上 表2.2 3.国际2号码 3.3.国际国际2 2号码：号码：（IA2IA2码）：它是一种码）：它是一种5 5位二位二进制数表示字符的编码。进制数表示字符的编码。本来只能表示本来只能表示3232个字符，无法满足个字符，无法满足3636个个基本字符（基本字符（26+1026+10）的需要；）的需要；但通过转义控制码来转变紧随其后的编但通过转义控制码来转变紧随其后的编码所具有的含义，最终实现码所具有的含义，最终实现5 5位二进制数位二进制数表示表示5858

36、个字符的功能个字符的功能; ;广泛用在广泛用在电报电报通信领域。通信领域。4 4计算机中的汉字编码 在计算机上处理汉字要比处理西文字符复杂得多，处理汉字首先要确定汉字集合的大小，要解决汉字的输入、传输、存储、输出等一系列问题。在处理过程中每一个环节需要各自不同的编码，因此产生了汉字编码系统和汉字处理技术。 （1 1）汉字字符集汉字字符集 汉字字符集确定了计算机处理汉字的数量，目前，常用的汉字字符集有如下几种。 (1)GB 2312-80汉字编码 GB 2312码是中华人民共和国国家标准汉字信息交换用编码，全称信息交换用汉字编码字符集一基本集，标准号为GB 2312-80。字符集收录了6763个

37、汉字和682个非汉字图形字符。 (2)GBK编码(Chinese Internal Code Specification) GBK是又一个汉字编码标准(GB即国标，K是扩展的汉语拼音第一个字母)，全称汉字内码扩展规范。它共收录了21003个汉字和883个符号，并提供1894个造字码位，简、繁体字融于一库。 (3)UCS编码(Universal Multiple-Octet Coded Character Set) UCS是国际标准化组织ISO公布的一个编码标准，即Universal Multiple-Octet Coded Character Set(简称UCS)，译为通用多八位编码字符集。在

38、该字符集中，总共收录了20902个汉字。 (4)BIG-5码 BIG-5码是通行于台湾、香港地区的一个繁体字编码方案，俗称大五码。它广泛地应用于电脑业和因特网(Internet)中。它是一个双字节编码方案，收录了13461个符号和汉字。其中包括408个符号，13053个汉字。汉字分常用字5401个和次常用字7652个，各部分中的汉字按笔画或部首排列。 （2）汉字编码系统 在计算机上处理汉字要经过输入、存储、输出等过程，汉字在处理过程节中要用到不同的编码形式。汉字编码中涉及的编码如下。 (1)(1)区位码区位码 (2)(2)机内码机内码 (3)(3)输入码输入码 (4)(4)字形码字形码 (5)

39、(5)汉字地址码汉字地址码 (6)(6)内码和外码内码和外码 2.3.2 码型及编码方法 码型：码型：表示二进制数中表示二进制数中0 0和和1 1的信号形式的信号形式被称为被称为码形码形。通信用直流信号表示二进。通信用直流信号表示二进制数中的制数中的0 0和和1 1。 数字数据基带信号数字数据基带信号常用码型有二电平码，常用码型有二电平码，差分码，交替反转码（差分码，交替反转码（AMIAMI），曼彻斯），曼彻斯特码，差分曼彻斯特码，密勒码，多电特码，差分曼彻斯特码，密勒码，多电平码，和二进制编码等。平码，和二进制编码等。 0 1 0 1 1 1 0 1Digital to Digital En

40、coding数字-数字编码2.3.2 码型及编码方法 一、单极性编码一、单极性编码 1。单极性非归零编码单极性非归零编码 2.2.单极归零编码单极归零编码 二、极化编码分类图二、极化编码分类图 1.1.非归零电平码（非归零电平码（NRZ-LNRZ-L） 2.2.非归零反相码（非归零反相码（NRZ-INRZ-I） 3.3.极化编码极化编码_ _双极性归零编码双极性归零编码 4.4.极化编码极化编码_ _双相位编码双相位编码 5.5.双极性编码双极性编码 6.6.二电平码二电平码 7.7.差分码差分码 8.8.多电平码多电平码 9.9.双二进制码双二进制码数字-数字编码分类数字数字-数字编码数字编

41、码单极性单极性编码编码Unipolar极化极化编码编码Polar双极性双极性编码编码BipolarmBnB编码编码mBnB一、单极性编码 数字编码用电压改变来指示比特位的变化 单极性编码只使用一个电压值。代表二进制中的一个状态，而以零电压代表另一个状态。单极性编码单极性编码单极性单极性非归零码非归零码单极性归单极性归零码零码RZ码与NRZ码 归零码（RZ码）： Return Zero code 在整个码元期间高电平只维持一段时间，其余时间返回零电平， 即归零码的有电脉冲宽度比码元宽度窄(即占空比16Mbit/s主要用于10baseT,100baseT 和令牌环局域网类：100MHz100Mbi

42、t/s主要用于10baseT,100baseT网络类：250MHz常用的是3类线和5类线，5类线既可支持100Mbps的快速以太网连接，又可支持到150Mbps的ATM数据传输，是连接桌面设备的首选传输介质。双绞线种类双绞线种类双绞线双绞线（twisted pair)应用：传输模拟信号，电话线（传输模拟信号，电话线（1 1对双绞线）对双绞线）传输数字信号，局域网网线（传输数字信号，局域网网线（4 4对双绞线，对双绞线，双绞线电缆）双绞线电缆）特点：最常用、便宜的传输媒介最常用、便宜的传输媒介易受环境中电信号的干扰易受环境中电信号的干扰通常用于较短距离的连接通常用于较短距离的连接2.4.2 同轴

43、电缆(coaxial cable) 结构：同轴电缆由同轴的内外两个导体组同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是一根金属线（铜质），外导成，内导体是一根金属线（铜质），外导体是一根圆柱形的套管，一般是细金属线体是一根圆柱形的套管，一般是细金属线编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。层。 另外，同轴电缆的两端需要有另外，同轴电缆的两端需要有终结器终结器，中间连接需要收发器、中间连接需要收发器、T T形头、筒形连接器形头、筒形连接器等器件。等器件。2.4.2 同轴电缆(coaxial cable)绝缘层绝缘层内导体(铜芯)外导体(编织状)外保护层(塑料)外保

44、护层(塑料)外导体(编织状)2.4.2 同轴电缆(coaxial cable)比较便宜绝缘层保护外层绝缘层外导体铜芯铜芯 2.4.2 同轴电缆(coaxial cable) 分类与应用: :等效阻抗为等效阻抗为5050欧和欧和7575欧同轴欧同轴电缆：电缆：基带同轴电缆基带同轴电缆: : 50 50欧同轴电缆欧同轴电缆, ,用于基用于基带数字信号传输带数字信号传输, ,它又分为它又分为粗缆粗缆和和细缆细缆。宽带同轴电缆宽带同轴电缆: : 75 75欧同轴电缆欧同轴电缆, ,用于用于CATVCATV信号传输信号传输, , 一条电缆可以同时传一条电缆可以同时传输不同频率的多路模拟信号，输不同频率的

45、多路模拟信号，300300450MHz450MHz，100km100km，需要放大器，需要放大器。 2.4.2 同轴电缆(coaxial cable)粗缆(D=2.54cmD=2.54cm)10 10 兆比特每秒兆比特每秒非中继传输距离非中继传输距离500500米米需要使用收发器和收发电缆需要使用收发器和收发电缆AUIAUI接口接口细缆 (D=1.02cmD=1.02cm) 便宜的同轴电缆便宜的同轴电缆10 10 兆比特每秒兆比特每秒非中继传输距离非中继传输距离185185米米BNCBNC接口接口2.4.2 同轴电缆(coaxial cable)粗缆优缺点：优缺点： 价格稍高价格稍高 安装方便

46、（收发器、收发器电缆、安装方便（收发器、收发器电缆、TerminatorTerminator） 抗干扰能力强抗干扰能力强 距离中等距离中等 可靠性好可靠性好 2.4.2 同轴电缆(coaxial cable)细缆优缺点：优缺点： 价格低价格低 安装方便（安装方便（T T型连接器、型连接器、BNCBNC接头、接头、TerminatorTerminator） 抗干扰能力强抗干扰能力强 距离短距离短 可靠性差可靠性差2.4.2 同轴电缆2.4.3 光缆(optical fiber) 光纤即光导纤维。利用光导纤维作为光的传输介质，以光波为信号载体的光纤通信，只有20/30年的历史。 1960年，美MA

47、INMAN，红宝石激光器 1966年，英籍华人高锟（C.K.KAO）博士提出，Sio2 石英玻璃制成光纤，低消耗 1970年，美国康宁公司制出了损耗为20分贝的光纤。 光纤通信的原理 2.4.3 光缆(optical fiber)入射光1122折射光折射光反射光3光密介质光疏介质光纤通信的原理2.4.3 光缆(optical fiber) 见图，入射角逐渐增大，12是折射角，当入光纤通信的原理，是基于光线由光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射的特性射角，达到3时，发生全反射，即光波能量几乎全部反射，这样才可以达到长距离高速传输的目的。2.4.3 光缆(optical fi

48、ber) 结构： 纤芯：光导纤维(玻璃/塑料)包层：折射率比纤维小外套 分类：根据制作材料不同：塑料，玻璃，石英 根据传输模式不同：多模，单模根据光纤总折射率不同：突变型，渐变型根据工作状态：短波长，长波长，超长波长 2.4.3 光缆光缆(optical fiber) 单模光纤（single-mode）使用激光源100公里不中继内芯直径与光源波长相近(直径为810m/125 m)2.4.3 光缆光缆(optical fiber) 突变多模光纤（multi-mode）内芯密度均匀使用普通发光二极管（2公里不中继）内芯直径稍大（直径为62.5m/125m）2.4.3 光缆光缆(optical fi

49、ber) 渐变多模光纤（multi-mode）内芯密度不均匀,纤芯的折射率由中心向外按一定的规律逐渐减小，直至与包层交界处为最小。使用普通发光二极管（2公里不中继）内芯直径稍大（直径为62.5m/125m）单模光纤与多模光纤的比较单模光纤与多模光纤的比较 单模光纤 多模光纤 距离 长 短 数据传输率 高 低 光源 激光 发光二极管 信号衰减 小 大 端接 较难 较易 造价 高 低 光纤传送模式：光纤传送模式：MMFMMF 光纤传送模式：光纤传送模式：SMFSMF单模光纤突变多模光纤渐变多模光纤 典型的光缆典型的光缆常见规格：玻璃内芯常见规格：玻璃内芯50 m 缓变型缓变型MMF 62.5 m

50、缓变缓变/增强型增强型MMF 8.3 m 突变型突变型SMF 玻璃包层玻璃包层125 m 典型的光缆典型的光缆常见规格：玻璃内芯常见规格：玻璃内芯50um缓变型缓变型MMF 62.5um缓变缓变/增强型增强型MMF 8.3um突变型突变型SMF 玻璃包层玻璃包层125um 高密度多芯光缆剖面结构高密度多芯光缆剖面结构芯封套外套加强芯光纤外鞘加强芯光纤束光纤光纤 依靠光波承载信息依靠光波承载信息 速率高，通信容量大速率高，通信容量大 仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（100Gb/s100Gb/s） 传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能极好，保密性好抗干扰

51、性能极好，保密性好 轻便轻便2.4.4 无线通信 2.4.4.1 2.4.4.1 短波传输短波传输 2.4.4.2 2.4.4.2 地面微波传输地面微波传输 2.4.4.3 2.4.4.3 卫星微波通信卫星微波通信 2.4.4.4 2.4.4.4 电磁波传输电磁波传输 2.4.4.52.4.4.5 蜂窝电话蜂窝电话 2.4.4 无线通信 电磁波电磁波是发射天线感应电流而产生的电磁振荡辐射。这些电磁波在自由空间或空中传播，最后被接收天线所感应。免费的无线电广播和电视就是以这种方式传输信号的。无线通信无线通信无线通信 在真空中，所有的电磁波以相同的速度传播，与频率无关，大约为3108m/s。 在铜

52、线和光纤中，电磁波的传播速度为光速的2/3；而且变得与频率相关。 无线电波、微波、红外线和可见光部分都可通过调节振幅、频率或相位来传输信息。无线通信 紫外线、X射线和伽玛射线也可以用来传输信息且可以获得更好的效果，但它们难以生成和调制，穿过建筑物的特性不好，且对生物有害。 电磁波可运载的信息量与它的带宽有关。无线通信 无线电波用于无线电广播和电视的传输。例如，电视频道中的V H F （甚高频）的播送频率为3 0 M H z 3 0 0 M H z ，U H F （超高频）的播送频率为300 MHz3 G H z 。 无线电波也用于A M 和P M 广播、业余无线电、蜂窝电话和短波广播。 每一种

53、通信都必须无线电管理委员会申请一个频率波段。无线通信无线通信 短波通信是一种以波长为是一种以波长为1010100m100m的电磁波进行的电磁波进行信号传输的一种通信方式，其工作频率的范围在信号传输的一种通信方式，其工作频率的范围在3 330MHz 30MHz 微波通信是指用频率在是指用频率在300MHz300MHz到到10GHz10GHz的微波信号的微波信号进行通信。进行通信。 微波通信分为微波通信分为地面微波通信地面微波通信和和卫星微波通信卫星微波通信。2.4.4.1 短波传输n短波可以通过两种形式进行传播：n沿地球的表面以地波的形式传播和通过电离层的反射以天波的形式传播。n这两种传播形式有

54、其各自的频率范围和传输距离。无线通信短波传输n由于短波在以地波的形式进行传播时，陆地和海洋均会引起信号的衰损，所以短波一般采用天波的形式进行传播。在这种方式下，电波在经过电离层的一次反射或电离层与地面之间的多次反射后才能到达目的地。2.4.4.2 地面微波传输 微波传输一般发生在两个地面站之间。微波传输的两个特性限制了它的使用范围。首先，微波是直线传播的，它无法象某些低频波那样沿着地球的曲面传播。其次，大气条件和固体物将妨碍微波的传播。比如说，微波就无法穿过建筑物.无线通信无线通信-地面微波传输地面微波传输 如果要实现长途传送，可以在中间设置几个中继站。中继站上的天线依次将信号传递给相邻的站点

55、。这种传递不断持续下去就可以实现视线被地表切断的两个站点间的传输。无线通信无线通信-地面微波传输地面微波传输地面微波接力地面微波接力 两个地面站之间传送两个地面站之间传送 距离：距离：50 -100 km地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔地面微波通信特点 地面微波通信特点是：只能进行可视范围内的通信；大气对微波信号的吸收与散射影响较大。微波通信主要用于几到几十公里范围内（地面微波通信），不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信，速率也不高。2.4.4.3 卫星微波通信无线通信卫星微波通信 每颗卫星都有几个异频雷达收发机（Tr a n s p o n d

56、 e r ），用来接收某一特定频率范围内的信号，并用另一个不同的频率进行转播。一个地面发射机将（上行）信号发送给一颗卫星，接着卫星上的异频雷达收发机将信号转播到地球上的另一个区域（下行）。如今，卫星通信已普遍用于电话和电视信号的传送。很多人使用自己的接收器接收电缆电视信号无线通信卫星微波通信无线通信卫星微波通信 卫星收发信号的频率范围一般都很宽，每个异频雷达收发机处理一个特定范围内的信号。通常，上行和下行分别使用不同的频率，这它们才不会相互干扰。表2 列出了四个商业卫星通信的常用波段以及与之相关的上行频率和下行频率。还有其他波段用于军事和政治用途。无线通信卫星微波通信无线通信卫星微波通信 卫星微波通信是指利用人造卫星进行中转的通信方式。商用的通信卫星一般被发射在赤道上方3.6万公里的同步轨道上，另外也有中低轨道的小卫星通信，如Motorala公司的铱星系统。 特点