第二章数据通信

1、 信息：消息中有意义的内容 数据：所有能输入到计算机并被计算机程序处理的符号总称 信号：数据在传输过程中的电磁波表现的形式 通信：是指信息通过传输信道从一个地方传送到另一个地方的过程 通信的目的：信息的交流 通信中产生和发送信息的一端叫做：信源 通信中接收信息的一端叫做：信宿 信源和信宿之间的通信线路称为：信道1 1信号按其因变量的取值范围分为：信号按其因变量的取值范围分为： 模拟信号：是指因变量完全随连续消息的变化而变化的信号 数字信号：是指表示消息得因变量是离散，自变量的时间取值也是离散得2 2转换过程转换过程 模拟信号采样编码数字信号 数字信号解码平滑模拟信号1、模拟通信系统、模拟通信系

2、统2、数字频带传输通信系统、数字频带传输通信系统3、数字基带传输通信系统、数字基带传输通信系统4、模拟信号数字化传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统 1、衰减 2、失真 3、噪声：信息在传输过程中可能会受到外界的干扰出现噪声的因素：出现噪声的因素： 热噪声：是由导体中电子的热震动引起的交调噪声 串扰脉冲噪声 信道：数据信号传输的通道 物理信道和逻辑信道物理信道和逻辑信道 有线信道和无线信道有线信道和无线信道 模拟信道和数字信道模拟信道和数字信道 专用信道和公用信道专用信道和公用信道 1、带宽，用H表示 2、位速率又称信号速率，用S表示 3、码元传输速率又称波特率或者调制速率，用B来表示 4

3、、数据速率 是单位时间内所传送二进制代码的有效位数， 5、信道容量 又叫信道最大传输速率，即单位时间内最 大可传输的信息位数(无噪声)奈奎斯特公式C=2B N其中C为信道容量，B为带宽，N为离散个数 （有噪声）香农公式：C=B （1+S/N) 其中C为信道容量，B为信道带宽，N为离散个数，S/N为接收端的信噪比 实际应用中的公式S/N=10lg（S/N） 7、误码率，不能低于 普通的电话线路带宽约为3KHz，码元的离散个数为16，求码元的极限限值，以及最大传输速率 例2：已知信噪比为30db，带宽约为3KHz，求信道的最大数据传输率 例3：若在一条50KHz信道上传输1.544Mb/s的载波，

4、信噪比至少要多大 有线：双绞线，同轴电缆，光纤等 无线：无线电，微波，红外线等 1双绞线双绞线 双绞线(TwistedPair wiring)是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕(一般以顺时针缠绕)在一起制成的一种通用配件，属于信息通信网络传输介质。双绞线既可以用来传输数字信号，也可以传输模拟信号。 同轴电缆(Coaxial Cable)的中心有根导线，导线外面是绝缘层，绝缘层的外面是屏蔽金属，金属屏蔽层可以是密集型的，也可以是网状的，用于屏蔽电磁干扰和辐射，电缆的最外层又包了一层绝缘材料 同轴电缆可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种。同轴电缆既可用于基带传输，也可用于宽带传输。基带传

5、输时可传送多路信号。当需要将计算机连接到电缆的某一点时，要利用T型头 光纤是一种由石英玻璃(SiO2)、塑料或晶体等对光透明的材料制成的能传输光波的纤维，光纤通常制成横截面很小的双层同心圆柱体，这种圆柱体称为纤芯。在纤芯外围再加一层包层，便形成裸光纤。纤芯的折射率较高，包层的折射率较低。 无线电无线电 微波微波 卫星卫星 激光激光 接口类型 1并行和串行接口并行和串行接口 并行接口指的是以并行的方式传送信息的接口，每一次都是将一个字节的所有位同时进行传送。串行接口指的是接口与I()设备之间是以串行方式传送数据，即每一个字是在设备与接口之间一位一位地进行数据传送。因此，要求串行接口中必须设置具有

6、移位功能的数据缓冲器，以实现数据格式的串一并转换。 2同步和异步接口同步和异步接口 同步接口指的是操作按照处理机控制的节拍进行，不论是处理机与I/O设备，还是存储器与I/O设备，在交换信息时都与处理机的节拍同步。 异步接口指的是操作不由处理机节拍控制，处理机与IO设备之间交换信息，采用应答方式。通常把交换信息的两个设备分别称为主控设备和从属设备，如果将处理机叫做主控设备，每一个IO设备则被称为从属设备。 主控设备提出交换信息的“请求”信号，经接口传递到从属设备，从属设备完成主控设备指定的操作后又会通过接口向主控设备发出“回答”信号。整个信息交换过程就是按这样一问一答的过程进行。 3可编程和不可

7、编程接口可编程和不可编程接口 可编程接口指的是其功能及操作方式，可通过程序来改变或选择。不可编程接口指的是其功能及操作不能用程序来改变，但可通过连线逻辑来实现。 1、RS-232-C RS-232一C是由EIA联合其他计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通信的标准，它是使用最早，应用最广泛的异步串行通信接口。 USB(Universal Serial Bus)的中文含义是“通用串行总线”。USB是应用在PC领域的接口技术，由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。 是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设

8、备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。最新一代是USB 3.1，传输速度为10Gbit/s，新型Type C插型不再分正反。 IEEE1394接口是苹果公司开发的串行标准，俗称火线接口（firewire）。同USB一样，IEEE1394也支持外设热插拔，可为外设提供电源，省去了外设自带的电源，能连接多个不同设备，支持同步数据传输。 ISDN用户网络接口有两种接口，即BRI和PRI BRI (Basic Rate Interface)：基本速率接口，BRI是大部分用户所用的接口，用户可以在这种接口上接入最多达8个的各种类型终端，进行语音、数据和图像等多种业

9、务的通信。 PRI也称为基群速率接口，是一种线路类型的通常叫法。它一般应用于：第一、运营商提供的语音服务接入ISDN网后可以直接使用电话机与外部通信；第二、从路由器到PBX设备语音线路，可以在PBX的设备下面接Fax和电话机。电话机可以通过路由器与内网IP Phone取得联系。ISDN接口接口 通信网络中的传输形式基本上可分为基带传输和频带传输。 1基带传输基带传输 由计算机或终端产生的数字信号，频谱都是从零开始的，这种未经调制的信号所占用的频率范围叫基本频带(这个频带从直流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫)，简称基带(Baseband)，这种数字信号就称为基带信号。基带传输是按照数字信号原有的

10、波形(脉冲形式)在信道上直接传输，它要求信道具有较宽的频带。基带传输不需要调制、解调，设备花费少，适用于较小范围的数据传输。 2频带传输频带传输 频带传输是一种采用调制、解调技术的传输形式。在发送端，采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“O”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输。在接收端，通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”或“0”。 在远程通信中，不能直接传输原始的电脉冲基带信号，因此就需要利用频带传输。频带传输不仅克服了目前远程通信不能直接传输基带信号的缺点，而且实现了多路复用，从而提高了通信线路的利用率。 为实现数字信号

11、的频带传输，必须用数字信号对载波进行调制，传输数字信号的3种基本的调制方式： 1、幅移键控ASK 2、频移键控FSK 3、相移键控PSK 数字幅度调制使用数字基带信号去控制频带信号的幅度，使载波信号的幅度随基带信号的变化而变化。 数字频率调制就是由数字基带信号去控制正弦载波的频率，使载波信号的频率随基带信号的变化而变化，实现频谱变换的过程，而载波振幅保持不变。 二进制相移键控是利用二进制数字基带信号控制连续载波的相位，进行频谱变换的过程。发送端发出的二进制相移键控信号是相位随数字基带信号变化的振荡信号，这种信号又可分为二进制绝对相移键控(2DPSK)和二进制相对相移键控(2DPSK)。二进制相

12、对相移键控 1单极性非归零码 单极性非归零码的一个波形这是最简单常用的基带信号形式。这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1，或者说，它在一个码元时间内用脉冲的有或无来对应表示0或1。其特点是极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。 2单极性归零编码 单极性归零码在每一码元的时间问隔内，当发l 时，发出正电平，但是发电流的时间短于一个码元的 时间。当发0时，完全不发送电平。这样发1时有一部分时间不发电平，幅度降为零电平。单极性零码与单极性非归零码的区别是，有电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，所以称为归零波形。单极性归零波形可以直接提取定时信息，是其

13、他波形提取定时信号时需要采用的一种过渡波形非归零电平编码(NRZL) 非归零电平编码指的是用正电平来描述信号1，用负电平来描述信号0。 在采用NRZL的情况下，若线路上的电平为0，则说明当前线路上没有信号传输。非归零反相编码(NRZI) 非归零反相编码指的是如果传输一个比特的起始时刻发生了电平跳变，那么这个比特就代表二进制1，如果此刻没有发生电平跳变，那么这个比特就代表二进制的0。 在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。 研究的原因与目的：研究的原因与目的： 1、通信线路建设费用昂贵，需要充分利用线路的容量 2、实际传输介质容量已超过单一信道通信量 将一个区域的多个用户信息通过多路复用器汇集

14、，然后将汇集后的信息群通过一条高速物理线路传送到接收设备，接收设备通过多路复用器将信息群分离成各个单独的信息，再分发给多个用户。复复用用/ /解解复复用用复复用用/ /解解复复用用高高速速线线路路低低速速线线路路低低速速线线路路 频分多路复用 FDM Frequency Division Multiplexing 波分多路复用 WDM Wavelength Division Multiplexing 时分多路复用 TDM Time Division Multiplexing 频分多路复用FDM：指的是按照频率参量的差别来分割信号的复用方式 使用使用FDM的前提是：物理信道的可用带的前提是：物理

15、信道的可用带宽要远远大于各原始信号的带宽。宽要远远大于各原始信号的带宽。 每个频带之间留出适当的频率范围，作每个频带之间留出适当的频率范围，作为保护信道或警戒信道，以减少各段信为保护信道或警戒信道，以减少各段信号的相互干扰号的相互干扰 适合模拟数据信号传输，广泛用于广播电视等领域 频带3频带2频带1f01f02f03BW=N B=N （Bm+Bg）其中： BW：实际总带宽 B：每信道占有带宽 Bm：每信道实际带宽 Bg： 每信道警戒频带 时分多路行复用（TDM，Time Division Multiplexing),指的是以时间作为分割信号的参量，信号在时间位置上分开但它们能占用的频带是重叠的

16、。 当传输信道所能达到的数据传输速率超过了传输信号所需的数据速率时即可采用TDM。 时间片内独占信道带宽 适合基带数据信号传输 分类：同步时分多路复用 统计时分多路复用（异步时分多路复用）多路复用器多路复用器ABCABC A A通 信 时 间 片B B通 信 时 间 片C C 通 信 时 间 片波分多路复用波分多路复用WDM 波分多路复用主要用于全光纤网组成的通信系统中 光纤通道技术采用波长分隔多路复用技术，简称波分复用，波分复用是频分复用的一种特殊表现形式。光光 纤纤 耦耦 合合 器器光光 栅栅光光 纤纤 耦耦 合合 器器光光 栅栅共共 享享 光光 纤纤光光 纤纤 1 1光光 纤纤 2 2光

17、光 纤纤 3 3光光 纤纤 4 4差错控制和流量控制差错控制和流量控制 通过通信信道接收到的数据与原来发送的数据不一致的现象，称为“传输差错”，简称“差错”。 差错控制主要有两种途径：差错控制主要有两种途径：硬件途径。这种途径选用高可靠性的设备和传输媒体(如光纤)及相应的辅助措施(如屏蔽)来提高传输的可靠性。 软件途径。这种途径通过通信协议来实现差错控制。在通信协议中，通过差错控制编码(包括检错码和前向纠错码)实现的差错检测、肯定确认、超时重传、否认重传、选择重传等措施来实现差错控制。 根据差错发生的位置，分为三种类型：通信链路差错：指有关通信链路上故障、干扰造成的传输错误问题 路由差错 ：有

18、关传输报文在路由过程中阻塞、丢失、死锁以及报文顺序错而造成传输的差错问题通信结点差错 ：有关通信中某结点的资源限制、环境条件或文本不符、协议同步关系以及操作错误、硬件故障等，可能影响通信链路的正确联接或正常通常的错误中断等问题 通信过程中的差错大致分为两大类： 一、是由热噪声引起的随机错误 二、是由冲突噪声引起的突发错误 突发错误影响局部，而随机错误影响全局 热噪声差错是指由传输介质导体的分子热运动产生的差错， 如噪声脉冲，衰减，延迟失真等 特点：时刻存在，幅度较小，强度与频率无关，但频谱很宽。因此，热噪声是随机类噪声，其引起的差错被称为“随机差错”。这种传输差错是不可避免的，但应当尽量减小 冲击噪声差错是指由外部因素引起的差错。是产生差错的主要原因 如：电磁干扰，太阳噪声，工业噪声等引起的差错， 特点：幅度大，持续时间长 由于冲击噪声可能引起多个相邻数据位的突发性错误，因此，它引起的传输差错，被称为“突发差错” 差错控制（error control）是在数字通信中利用编码方法对传输中产生的差错进行控制，以提高数字消息传输的准确性。 奇偶检验在数据的尾部附加上奇偶检验位，使得码字中比特“1”的个数保持为奇数(奇检验)或偶数(偶检验) 被广泛用于诸