cha数据通信技术

计算机控制工程计算机控制工程第二章数据通信技术数据交换技术4数据通信技术3

数据通信基础1数据传输介质2电话系统示例5计算机控制工程信息、数据和信号一第一节数据通信基础知识数据通信是控制系统基础，目的是交换信息。信息（Information）:载体是数字、文字、语音、图形和图像，计算机终端产生的信息一般是字母、数字、符号的组合。数据（Data）：为传送信息，首先要将每一个字母、数字或符号用二进制表示。被传输的进位制代码称为数据（Data)（如何表示问题？）信号（Signal）：数据在传输过程中电磁波、光波等表示形式。有数字和模拟信号两种表示。(如何传输)计算机控制工程1、数据通信系统一般结构数据通信系统结构二第一节数据通信基础知识数据通信系统是以计算机为中心，用通信线与分布在远地的数据终端设备连接起来，执行数据通信的系统。由主计算机、终端设备、通信线路和信号变换器组成。计算机计算机信号

变换器信号

变换器通信线路计算机控制工程第一节数据通信基础知识信号变换器：计算机及外围设备产生交换信息多为二进制代码信息，表现为系列脉冲信号。通信线路多采用电话线，在远距离传输中采用模拟交流信号。数字信号和模拟信号之间转换需要信号变换器。数字信号->模拟信号：调制器模拟信号->数字信号：解调器数据传输多是双向的，任一端即可以发送数据也可以接受数据，故通信线路两端都应有调制器和解调器，总称调制解调器MODEM。计算机控制工程第一节数据通信基础知识数字通信系统:数据终端设备DTE和数据通信设备DCE：DTE：计算机系统和终端设备。它们都是数据信息的源和目的地。DTE能进行一般数据输入输出外，还应该有纠错控制功能；DCE：通信线路上的设备如MODEM和其它一些中间设备称为数据通信设备，是网络设备的总称。计算机控制工程2、通信线路的连接方式第一节数据通信基础知识▶点－点连接：终端和计算机之间直接通过调制解调器连接，连接的线路可以是专用线路或租用线路，适用通信量较大场合。终端计算机MODEMMODEM计算机控制工程第一节数据通信基础知识▶分支式：通过主线路与计算机连接方式。计算机为控制站，负责对各终端信息进行发送控制和接受控制。各终端为从站。控制站可采用轮询方式对接受和发送进行控制，该方式充分利用线路，线路利用率高。计算机MODEMMODEM终端MODEM终端………主线路计算机控制工程第一节数据通信基础知识▶集线式：当多个终端设备都要与距离较远的计算机通信时，可把终端先经过集中器集中起来，再用一频带较高线路与计算机连接计算机终端…低速线路集中器终端计算机控制工程3、单向和双向通信第一节数据通信基础知识▶单向通信：通信线上的数据始终按一个方向创送，为保证数据传送正确，接受端要对接受的数据进行校验，若校验出错，接受端请求重发原信息。请求重发信号是检测信号，其方向与数据信息方向相反。这样，单工通信的线路一般采用两个信道，分别传送数据和控制信号，简称二线制。终端计算机A数据信号B检测信号计算机控制制工程第一节数数据通信基基础知识▶双向向不不同同时时通通信信：数数据据信信息息可可以以双双向向传传送送，，但但同同一一时时刻刻一一个个信信道道只只允允许许单单方方向向传传送送，，要要求求A、、B两端端都都有有发发送送装装置置和和接接受受装装置置。。半半双双工工方方式式适适用用于于终终端端之之间间回回话话式式通通信信，，但但是是由由于于通通信信中中要要频频繁繁调调换换信信道道方方向向，，故故效效率率低低。。K1发送装置接受装置接受装置发送装置K2数据信道检测信号计算算机机控控制制工工程程第一一节节数数据据通通信信基基础础知知识识▶双向向同同时时通通信信：数数据据信信息息能能同同时时两两个个方方向向进进行行通通信信，，即即有有两两个个信信道道，，可可同同时时向向两两个个方方向向传传输输信信息息。。它它相相当当于于把把两两个个相相反反方方向向的的单单工工通通信信方方式式组组合合起起来来，，因因此此一一般般采采用用四四线线制制。。全全双双工工通通信信效效率率高高，，控控制制简简单单，，但但组组成成系系统统造造价价高高，，适适于于计计算算机机之之间间通通信信。。发送装置接受装置接受装置发送装置数据信道监测信号数据信道监测信号计算算机机控控制制工工程程1、、傅傅立立叶叶分分析析数据通信理论基础三第一一节节数数据据通通信信基基础础知知识识19世世纪纪初初期期，，法法国国数数学学家家傅傅立立叶叶证证明明：：任任何何正正常常的的周周期期为为T的函函数数g(t),都可以由由无限个个正弦和和余弦函函数合成成：其中：是基频；；是正弦和和余弦函函数n次谐波的的振幅；；计算机控控制工程程第一节数数据通通信基础础知识通过傅立立叶级数数可以重重新合成成原始函函数，即即已经知知道周期期T和振幅能能够得到到时间函函数g(t)。对于任意给定的g(t)，通过数学分析可得到：思考：傅傅立叶变变换与数数据通信信的关系系。计算机控控制工程程第一节数数据通通信基础础知识例：传输8比比特字节节编码的的ASCII字符“b”，待传输的的位模式式为01100010。0101011000解：对此此信号进进行傅立立叶变换换：Tt/us计算机控控制工程程第一节数数据通通信基础础知识同理：计算机控控制工程程第一节数数据通通信基础础知识低次谐波的幅度的平方根物理意义：相应频率率nf处所传输输的能量量成正比比。所有传输输设备信信号传输输过程中中都会损损失能量量，然而而不同的的傅立叶叶分量的的衰减程程度不同同，因而而输出信信号发生生畸变。。通常在在截止频频率fc（Hz））以上的所所有谐波波衰减极极大。（（传输介介质物理理特性、、滤波器器）思考：如如果带宽宽仅允许许最低几几次谐波波通过，，那么接接受信信号将呈呈现什么么样的形形状？计算机控控制工程程第一节数数据通通信基础础知识变好计算机控控制工程程第一节数数据通通信基础础知识假设比特特率为每每秒b▶发送8比比特信息息所需要要的时间间为：8/b秒，▶一次谐波波的频率率为：b/8Hz，▶普通语音音级线路路（电话话线）截截止频率率3000Hz，▶那么允许许通过的的最高谐谐波次数数则为：：24000/b次结论：限限制带宽宽就是限限制数据据传输速速率计算机控控制工程程第一节数数据通通信基础础知识说明（（截止频频率fc为3000Hz）计算机控控制工程程第一节数数据通通信基础础知识2、奈奎奎斯特（（Nyquist）定理（有有限带宽宽无噪声声信道））如果一个个任意信信号通过过带宽为为H的低通滤滤波器，，那么每每秒采样样2H就能完整整的重现现被滤波波的信号号，以每每秒高于于2H的速度采采样是无无意义的的。若被被传信号号电平分分为V级，则最最大数据据传输率率为：Nyquist公式为估估算已知知带宽信信道的最最高数据据传输速速率提供供了依据据。例如：：一个个无噪噪音的的3000Hz信道不不能高高于6000b/s的速率率传输输二进进制信信号。。V最大数数据率率(C)26200bps412400bps818600bps1624800bps3231000bps计算机机控制制工程程第一节节数数据通通信基基础知知识如果是是非理理想信信道情情况又又会如如何？？实际的的信道道上存存在损损耗、、延迟迟、噪噪声。。损耗引引起信信号强强度减减弱，，导致致信噪噪比S/N降低。。延迟会会使接接收端端的信信号产产生畸畸变。。噪声会会破坏坏信号号，产产生误误码。。如：持持续时时间0.01s的干扰扰会破破坏约约560个个比特特(56Kbit/s)计算机机控制制工程程第一节节数数据通通信基基础知知识3、香香农（Shanon）定理（（有限限带宽宽噪声声信道道）信噪比比（S/N)：信号功功率和和噪声声功率率之比比。例：一一个3000Hz,信噪比比为30dB信道，，不管管使用用多少少信号号级电电平，，也不不管采采用多多大采采样频频率，，决不不能大大于30000b/s速率传传输数数据。。任何带宽为H,信噪比为S/N的信道，最大数据传输率为：分贝贝（（dB)：10log10S/N计算机机控制制工程程第一节节数数据通通信基基础知知识4、Nyquist和Shannon比较Nyquist：数据传传输率率随信信号编编码级级数V增加而而增加加。Shannon：无论采采样频频率多多高，，信号号编码码分多多少级级，此此公式式给出出了信信道能能达到到的最最高传传输速速率。。原因：：噪声的的存在在将使使编码码级数数不可可能无无限增增加。计算机机控制制工程程数据通信系统的主要技术指标四第一节节数数据通通信基基础知知识数据通通信系系统的的技术术指标标主要要从数数据的的数量量和质质量来来衡量量。数数量指指传输输线上上传输输数据据的速速度(数据传传输速速率)，质质量指指标指指数据据传输输的可可靠性性（出出错率率)。。1、传输速率（数据传输速率和调制速率）数据传输速率S：指单位时间内传送二进制代码的位数，单位：bps。传输速率S为：信号脉冲重复周期（码元周期）1个脉冲信号代表的有效状态数，为2的整幂数:单位脉冲表示比特数。如：n＝4表示1个单位脉冲为2比特，即1个脉冲信号传送2位二进制数据。计算机机控制制工程程第一节节数数据通通信基基础知知识调制速速率B：信号经经调制制后的的传输输速率率，也也可以以说是是信号号在调调制过过程中中信号号状态态变化化的次次数，，以波波特B为单位位：B＝1/T两种速速率之之间存存在如如下关关系：：可以看看出：：当n＝2时，S＝B，即在二二元制制调制制方式式中，，数据据传输输率和和调制制速率率相等等。计算机机控制制工程程第一节节数数据通通信基基础知知识出错率率指信信息传传输的的错误误率，，是数数据通通信系系统在在正常常工作作情况况下，，传输输可靠靠性的的指标标，由由于传传输中中信息息的最最小单单位不不同，，可以以是比比特、、码元元、码码字、、一组组码字字。出出错率率表示示方法法有：：2、出错率率（1）误特特率Pb：接受的错误误比特数占占传输总比比特数数的比例。。（2）误码码率Ps：接受的错误误码元数占占传输总码码元数数的比例。。（3）误字字率Pw：接受的错误误码字占传传输总码字字数的的比例。计算机控制制工程第一节数数据通信基基础知识信道传输信信息的最大大能力，通通常用数据据传输速率率来表示。。信道容量量由信道频频带（带宽宽）HZ，可使用的时时间T及能通过的的信号功率率与噪声功功率之比决决定，信道道容量表达达式为：3、信道容容量C：信道容量(bps)；；B：信道带宽（（Hz)；S:接受端信号号的平均功功率（W）；N:信道内噪声声平均功率率（W）；计算机控制制工程第一节数数据通信基基础知识同步步:接受端按按照发送端端所发送码码元的重复复频率率及起止时时间来接受受数据，使使收发双方方在在时时间基准上上保持一致致同步技术五同步过程:在通信过过程中，接接受端根据据发送端发发送数数据的起止止时间和重重复频率校校正自己的的时时间间基准与重重复频率的的过程。计算机控制制工程第一节数数据通信基基础知识1、码元同步码元为时间间轴上的一一个信号编编码单元;使接受端端接受的每每一码元都都和发送端端准确保持持同步。实实现码元同同步的方法法有外同步步法和内同同步法。外同步法：根据发送端发送的同步时钟作为接受端同步标准的方法。t码元1码元2码元3码元4码元5信号同步脉冲计算机控制制工程内同步法：从自含时时钟编码的的发送数据据中提取同同步时钟的的方法如曼彻斯特编编码差分曼彻斯斯特编码都是自含时时钟法。第一节数数据通信基基础知识计算机控制制工程第一节数数据通信基基础知识2、字符同步以字符为边边界实现字字符的同步步接收，也也称为起止止式或异步步制：2）每个字符前加一位起始位（逻辑1），字符最后

一位后加1、1.5或2位停止位（逻辑0）。1）每个字符作为一个独立的整体进行发送，字符

之间的时间间隔是任意的；起始位数据位停止位间隔,不固定计算机控制制工程第一节数数据通信基基础知识3、帧同步面向字符帧帧：由面向字字符型数据据链路控制制协议产生生，所有用用于同步（（SYN，76H）及其它数据据链路控制制信息均用用一个特定定字符表示示面向比特帧帧：由面向比比特的数据据链路控制制协议产生生，典型链链路控制协协议只规定定一个特殊殊帧标志字字符F（7EH），用它表示一一帧数据传传输的开始始与结束，，同时F也起到比特特同步的作作用。帧起始控制信息数据帧结束校验和0–nbit8bit8bit8-32m计算机控制制工程第一节数数据通信基基础知识目的:为了有效效地利用传传输系统，，希望通过过同时携带带多个信号号来高效地地使用传输输介质，就就需要采用用多路复用用技术：频频分多路复复用FDM和时分多路路复用TDM多路复用（multiplexing）六1、频分多路复用（FDM）介质的可用带宽往往超过给定信号所需要的带宽，如果每个信号以不同的载波频率进行调制，而且每个载波频率是完全独立的，即信号的带宽不互相重叠，那么就可以同时携带多路信号。每个信号需要一个以它的载波频率为中心的一定带宽，称为通道。为了防止干扰，使用保护带隔离通道。计算机控制制工程第一节数数据通信基基础知识FDM计算机控制制工程第一节数数据通信基基础知识2、时分多多路复用（（TDM）时分多路复复用FDM方案利用每每个信号在在时间上的的交叉，在在一个传输输通路上传传输多个数数字信号，，这种交叉叉可以为位位、字节、、或块级别别的。计算机控制制工程数据传输介介质是信息息传送载体体，即通信信线路或物物理通道。。网络通信信常用介质质：架空明明线，双绞绞线，同轴轴电缆、光光纤通信缆缆、无线通通信和卫星星通信。介介质特性包包括：数据传输介质特性一第二节数数据传输介介质▶物理特性：传输介质的物理特征；▶传输特性：传输信号调制技术、传输容量及频带；▶地理范围：无中间设备无失真传送最大距离；▶抗干扰性：噪声对传输信息的影响能力；▶价格：线路安装、维护等费用总和。计算机控制制工程第二节数数据传输介介质1、磁介质质缺点：时间间延迟大；；优点：通信信容量大；；例：8mm工业标准的的磁带保存存7GB信息，一个个50cm×50cm×50cm箱子容纳1000盘盘；在美国国联邦快运运24h内可将这箱箱磁带送到到任何地方方；则传输输带宽：56000Gb/86400s=6748Mb/s如果到达目目的地为1h，则传输带宽宽超过15Gb/s。。计算机控制制工程2、架空明明线：最早使用传传输介质。。早期长途途电话线就就是架空明明线。缺点：通信信容量小、、易受外界界干扰，线线路损耗大大；优点：技术术简单、价价格便宜，，目前仍广广泛使用；；第二节数数据传输介介质3、双绞线线：双绞线由两两根导线绞绞合而成，，是最简单单、经济的的传输介质质，将1对对或多对双双绞线安装装在1个套套筒中就构构成了双绞绞线电缆。。1对双绞绞线可以传传输数字信信号，也可可以传输模模拟信号。。安装方便便、可靠性性好，抗干干扰能力强强，特别适适用短距离离的传输，，特别适用用于局域网网中的通信信。计算算机机控控制制工工程程内导体芯线绝缘内屏蔽外屏蔽外套第二二节节数数据据传传输输介介质质计算算机机控控制制工工程程非屏屏蔽蔽双双绞绞线线：由多多对对双双绞绞线线和和一一个个塑塑料料外外皮皮构构成成，，国国际际电电气气工工业业协协会会（（EIA））为双双绞绞线线定定义义了了5种种不不同同质质量量级级别别（（1～～5类类）），，计计算算机机常常用用第第3、、4、、5类类。。其其中中第第5类类双双绞绞线线由由于于增增加加了了缠缠绕绕密密度度和和高高质质量量的的材材料料，，极极大大地地改改善善了了传传输输介介质质的的特特性性可可以以用用于于高高速速网网络络。。最最新新技技术术可可以以在在100m的距离内实现现100Mbps的数据传输率率。第二节数据据传输介质屏蔽双绞线：在绞线与塑料料封套间有一一层铝箔包着着双绞线。屏屏蔽双绞线的的传输速率在在100m内可达到500Mbps。普遍使用传输输速率16Mbps，最大传输距离离是几百米。。计算机控制工工程第二节数据据传输介质屏蔽双绞线STP非屏蔽双绞线线UTP铝箔屏蔽减少少干扰和串音音双绞线外无任任何屏蔽层计算机控制工工程4、同轴电缆缆第二节数据据传输介质铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套同轴电缆由绕绕同一轴线的的两个导体组组成。电缆中中央为一根单单芯铜导线。。同轴电缆具具有很高的抗抗干扰性，通通信容量大，，适应范围较较宽。典型基基带电缆最大大距离限制在在几公里内，，宽带电缆可可达到几十公公里。同轴电电缆广泛应用用于有线电视视和某些局域域网。计算机控制工工程第二节数据据传输介质5、光纤：计算机：70年代：：100ns内执行一条指指令90年代：1ns内执行一条指指令每10年提高高10倍通信：70年代：：56kb/s(ARPANET)，出错率10－590年代：1Gb/s(现代光纤通信信),出错率率~0每10年提高高100倍以以上单CPU已经接近物理理极限，光导导纤维技术带带宽完全超过过50000Gb/s(50Tb/s)计算机控制工工程第二节数据据传输介质旧思维：奈奎斯特和和香农关于铜铜线带宽有限限理论；新思维：所有的计算算机都是无可可救药的慢，，网络应该该不惜惜任何代价避避免计算，不不管浪费的带带宽宽有多少。光传传输输系系统统由由三三个个部部分分组组成成：：光源源；；传输输介介质质；；检测测器器；；计算算机机控控制制工工程程第二二节节数数据据传传输输介介质质单模模和和多多模模光光纤纤多模模光光纤纤：不不同同光光线线在在光光纤纤内内部部以以不不同同的的反反射射角角（（光光线线入入射射角角大大于于临临界界值值角角度度））传传播播，，每每一一束束光光线线有有一一个个不不同同的的模模式式。。单模模光光纤纤：光光纤纤直直径径减减小小到到一一个个光光波波波波长长大大小小的的时时，，光光在在其其中中没没有有反反射射，，而而沿沿直直线线传传播播。。计算算机机控控制制工工程程第二二节节数数据据传传输输介介质质6、、电电磁磁波波谱谱电子子运运动动时时产产生生的的可可以以自自由由传传播播的的电电磁磁波波，，在在真真空空中中传传播播速速度度相相等等，，与与频频率率无无关关。。频率率（（f）：：电磁磁波波每每妙妙振振动动次次数数，，单单位位赫赫兹兹（（Hz））波长长（（λ）：：两两个个相相邻邻的的波波峰峰或或（（波波谷谷））之之间间距距离离。。f,λ,c在真真空空中中的的基基本本关关系系是是：：λf＝c计算算机机控控制制工工程程第二二节节数数据据传传输输介介质质LF:低频频；；MF：：中频频；；HF：：高频频；；VHF:甚高高频频；；UHF：：超高高频频；；SHF：：特高高频频；；EHF：：极高高频频；；THF：：巨高高频频；；计算算机机控控制制工工程程第二二节节数数据据传传输输介介质质无线线电电波波、、微微波波、、红红外外和和可可见见光光部部分分可可通通过过调调节节振振幅幅、、频频率率或或波波的的相相位位传传输输信信息息；；紫外外线线、、X射线线和和伽伽码码射射线线频频率率更更高高，，但但是是很很难难生生成成和和调调制制，，穿穿过过建建筑筑物物传传播播性性能能不不好好，，而而且且对对生生物物有有害害。。电磁磁波波可可运运载载的的信信息息量量与与它它的的带带宽宽有有关关。。当当前前技技术术条条件件下下，，在在较较低低频频率率下下每每赫赫兹兹编编码码几几个个比比特特来来实实现现，，但但是是在在高高频频下下，，某某些些时时候候可可以以达达到到每每赫赫兹兹40bit。计算机控制工工程第二节数据据传输介质波段越宽，数数据传输速率率越高；波长越小，数数据传输速率率越高；光纤波段：最具有吸引引力！计算机控制工工程第二节数据据传输介质7、无线电传传输无线电容易产产生，传播很很远，很容易易穿过建筑物物，而且无线线电波是全方方向传播。但但是带宽较小小。VLF、LF、MF波段，无线电沿地面传输，传输距离达到1000km。HF、VHF波段，地表电波被地球吸收，但利用电离层反射进行长距离通话。计算机控制工工程第二节数据据传输介质8、卫星传输输卫星通信是一一种较新的通通信技术，它它利用人造卫卫星作为中间间站转发微波波信号，实现现各地之间的的通信。一般般来说，地面面通信线路的的成本随着距距离的增加而而增加，卫星星通信成本则则与距离无关关，在远距离离、通信面大大的领域多选选用卫星通信信。由于卫星星通信能覆盖盖1/3的地地球表面，因因此能方便的的实现洲际之之间的通信。。优点：卫星通通信还具有通通信容量大、、可靠性。计算机控制工工程第二节数据据传输介质9、微波传输输微波沿直线传传播，通信频频率很高，两两个带宽为2MHz的频率可容纳纳500条语语音线路，用用来传输数字字信号，传输输速率可达到到几Mbps。由于微波沿直直线传播，在在地面传输距距离有限，一一般在40～～60公里，，当传输距离离超出上述范范围时，要设设置中继站。。微波通信也也可与有线结结合使用。优点：微波通通信具有通信信容量大，受受外界干扰小小、传输质量量高、初建费费用小等优点点缺点：保密性性差。计算机控制工工程第二节数据据传输介质10、红外线线与毫米波传传输无导向的红外外线和毫米波波广泛应用于于短距离通信信。具有相对对方向性。如如：电视遥控控装置优点：安全性性好，而且使使用红外线系系统不需要授授权权，是是室内无线网网较好的候选选对象。缺点：不能穿穿透坚实的物物体。11、光波传传输计算机控制工工程第二节数据据传输介质通信介质性能能比较：计算机控制工工程传输介质的选选择取决于：：网络结构、、通信容量、、可靠性和价价格。数据传输介质的选择二第二节数据据传输介质1、双绞线价价格便宜，但但带宽受限制制，对于低通通信容量要要求的的局域网来说说，双绞线是是最好选择；；2、对大多数数局域网来说说，当连接设设备较多且通通信容量较较大时时选择同轴电电缆为宜；3、在高速数数字通信网中中，及通信质质量的要求，，应选用光光纤；；4、移动环境境应优先使用用无线网络。。计算机控制工工程模拟数据在某某个区间产生生连续的值，，如声音、视视频、传感器器压力、温度度数据等；数字数据产生生离散的值，，如文本信息息和整数。模拟数据通信和数字数据通信一第三节数据据通信技术1、为实现长长距离传输，，模拟信号都都包括放大器器，对于于模拟数数据可以允许许许多位变形形；对于数字字信号将将产生错错误；2、数字传输输与信号内容容有关，衰减减会危及数据据的完整整性；为为获得更大传传输距离，可可使用中继器器。计算机控制工工程数据编码技术二第三节、数据据通信技术数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信道：模拟信道、数字信道计算机控制工工程话音移频,调制模拟数字模拟模拟PCM编码数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制第三节数据据通信技术用数字信号承承载数字或模模拟数据——编码用模拟信号承承载数字或模模拟数据——调制计算机控制工工程第三节数据据通信技术编码与解码调制与解调计算机控制工工程1、数字数据据，模拟信号号第三节数据据通信技术模拟信号发送送的基础是一一种称之为载载波信号的连连续的频率恒恒定的信号号。通通过调调制振振幅、、频率率、相相位、、或者者这些些载波波特性性的组组合来来对数数字数数据进进行编编码，，由此此产生生对数数字数数据的的模拟拟信号号进行行调制制的三三种基基本形形式：：■幅移键键控法法（Amplitude－ShiftKeying））■频移键键控法法（Frequency－ShiftKeying））■相移键键控法法（Phase－ShiftKeying））基本原原理：：用数数字信信号对对载波波的不不同参参量进进行调调制。。载波S(t)=Acos(t+)计算机机控制制工程程1）幅幅移键键控法法（Amplitude－ShiftKeying））第三节节数数据通通信技技术用载波波频率率的两两个不不同的的振幅幅表示示两个个二进进制值值。用用振幅幅恒定定载波波的存存在来来表示示一个个二进进制位位，而而另一一个二二进制制数字字用载载波的的不存存在表表示。。ASK方式易易受增增益变变换的的影响响，是是一种种效率率相当当低的的调制制技术术，在在音频频线路路上，，通常常只能能达到到1200bps。计算机机控制制工程程2）频频移键键控法法（Frequence－ShiftKeying））第三节节数数据通通信技技术用载波波频率率附近近的两两个不不同频频率来来表示示两个个二进进制值值。FSK方式与与ASK相比不不易受受干扰扰的影影响，，在音音频线线路上上通常常达到到1200bps，同时还还适用用高频频无线线电传传输。。计算机机控制制工程程3）相相移键键控法法（Phase－ShiftKeying））第三节节数数据通通信技技术PSK利用载载波信信号的的相位位移动动来表表示：：PSK方式具具有较较强的的抗干干扰能能力，，而且且比FSK更为有有效，，在音音频线线路上上，传传输速速率可可达到到9600bps。计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术问题题：Nyquist定理说说明为为了获获得更更高的的速度度，仅仅靠增增加采采样频频率是是不够够的，，如何何能够够在有有限带带宽的的情况况下，，获得得更高高的传传输速速率？？解决方方式：如何何能够够从每每个样样本中中得到到更多多比特特，采采用先先进的的调制制方式式增加加每次次采样样携带带的比比特数数，即即增加加V。在实际际中，，大多多数调调制解解调器器每秒秒采样样2400次，以以下以以此为为例说说明：：计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术概念回回顾：：带宽宽，波波特率率，样样本，，位速速率：：带宽（（Bandwidth）：Thebandwidthofamediumistherangeoffrequenciesthatpassthroughitwithminimumattenuation.Itisaphysicalpropertyofthemedium(usuallyfrom0tosomemaximumfrequency)andmeasuredinHz.波特（（Bandwidth）、、样本（（Symbol））：Thebaudrateisthenumberofsamples/secmade.Eachsamplesendsonepieceofinformation,thatis,onesymbol.Thebaudrateandsymbolratearethusthesame.计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术位速率率（bitrate））：Thebitrateistheamountofinformationsentoverthechannelandisequaltothenumberofsymbols/sectimesthenumberofbits/symbol.先进的的调制制技术术主要要目的的就是是在一一个Symbol中能够够同时时传输输多个个比特特。计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术正交相相移键键控QPSK已知：：波特特率为为2400每波特特包含含2位位；位速率率＝2400××2＝＝4800bps；计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术已知：：波特特率为为2400每波特特包含含4位位；位速率率＝2400××4＝＝9600bps；积分调调幅(QAM-16)计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术已知：：波特特率为为2400每波特特包含含6位位；位速率率＝2400××6＝＝14400bps；积分调调幅(QAM-64)计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术星座模模型：：每一种种高速速调制制解调调器都都有自自己的的星座座模型型，并并且仅仅仅能能够和和使用用同样样标准准的调调制解解调器器会话话。星座模模型中中点很很多（（如QAM-64）），在检检测的的振幅幅和相相位中中即使使只是是有一一点噪噪声都都可能能导致致错误误，对对于QAM来说，，就可可能产产生6个的的错误误，为为了降降低错错误的的可能能性，，调制制解调调器都都增加加一个个校验验位，，对点点进行行仔细细编码码以尽尽可能能检测测出错错误。。－－－－格子子架编编码。。计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术QAM-128，V32bisfor14,400bps计算机机控制制工程程2、数数字数数据，，数字字信号号第三节节数数据通通信技技术对于传传输数数字信信号来来说，，有三三种编编码方方法：：不归归零制制NRZ（Non－ReturntoZero））；曼彻斯斯特编编码；；差动动曼彻彻斯特特编码码1）不归零制NRZ缺点：难以决定一位结束和一位开始；存在直流分量计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术2）曼曼彻斯斯特编编码曼彻斯斯特编编码常常用于于局部部网络络传输输，在在其编编码方方式中中，每每一位位的中中间有有一个个跳变变，从从高到到低跳跳变为为1，，从低低到高高表示示为0，位位中间间的跳跳变既既作为为时钟，又作作为数据。计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术3）差差动曼曼彻斯斯特编编码位中间间的跳跳变仅仅提供供时钟钟定时时，用用每位位周期期开始始时有有无跳跳变表表示编编码。。两种曼曼彻斯斯特编编码时时钟、、数据据均包包含在在信号号数据据流中中，也也称为为自同步步编码码。计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术三种编编码比比较计算机机控制制工程程3、模模拟数数据，，数字字信号号第三节节数数据通通信技技术利用数数字信信号对对模拟拟数据据进行行编码码的最最常见见例子子是脉脉冲代代码调调制PCM。PCM常用于于对声声音信信号进进行编编码，，是以以采样样定理理为基基础的的：如果在在规定定的时时间间间隔内内，以以高于于两倍倍最高高有效效信号号频率率的速速率对对信号号f(t)进行采采样的的话，，那么么这些些采样样值包包含了了原始始信号号的全全部信信息，，利用用低通通滤波波器可可以从从这些些采样样中重重新构构造出出函数数f(t)。例：声声音数数据限限于4000Hz以下频频率；；那么么每秒秒钟8000次次采样样可以以满足足完整整的声声音信信号特特征计算机机控制制工程程第三节节数数据通通信技技术要转换换的模模拟数数据主主要是是电话话语音音信号号语音信信号要要在数数字线线路上上传输输，必必须将将语音音信号号转换换成数数字信信号。。这需需要经经过三三个步步骤：：采样：：按一一定间间隔对对语音音信号号进行行采样样量化：：对每每个样样本舍舍入到到量化化级别别上编码：：对每每个舍舍入后后的样样本进进行编编码编码后后的信信号称称为PCM信号(脉码调调制,PulseCodedModulation)计算机控控制工程程第三节数数据通通信技术术话音信道道带宽<4kHz采样时钟钟频率：：8kHz(>2倍话音最最大频率率)量化级数数：256级(用用8位二二进制码码表示)数据率：：8000次/s*8bit=64kbit/s每路PCM信号的速速率=64000bit/s计算机控控制工程程PCM举例：第三节数数据通通信技术术计算机控控制工程程◆什么是交交换？交换就是是按某种种方式动动态地分分配传输输线路资资源例如，电电话交换换机在用用户呼叫叫时为用用户选择择一条可可用的线线路进行行接续。。用户挂挂机后则则断开该该线路，，该线路路又可分分配给其其它用户户。◆为什么要要采用交交换技术术？节省线路路投资，，提高线线路利用用率◆实现交换换的方法法主要有有：电路交换换、报文文交换、、分组交交换第四节数数据交交换技术术计算机控控制工程程第四节数数据交交换技术术BDCAEF通信线路路中的交交换技术术计算机控控制工程程线路交换（CircuitSwitching）一第四节数数据交交换技术术线路交换换是通过过网络中中的节点点在两个个站之间间建立一一条专用用的通信信线路。。如电话话系统。。1、线路路建立：：在传输输任意数数据之前前，都必必须建立立端到端端的的线路。。2、数数据传传送：：建立立物理理连接接后就就可进进行数数据传传送，，数据据可以以数字字或模模拟的的，连连接一一般为为双向向。3、线线路拆拆除：：传送送周期期结束束后，，必须须结束束连接接，释释放专专用资资源；；线路交交换可可能效效率很很低，，通道道容量量在连连接期期间是是专用用的，，即使使是没没有数数据发发送。。计算机机控制制工程程第四节节数数据交交换技技术交换设设备在在通信信双方方找出出一条条实际际的物物理线线路的的过程程。特点：数据传传输前前需要要建立立一条条端到到端的的通路路。—“面向连连接的的”过程：建立连连接→→通信信→释释放连连接优缺点点：建立连连接的的时间间长；；一旦建建立连连接就就独占占线路路，线线路利利用率率低；；无纠错错机制制；建立连连接后后，传传输延延迟小小。不适用用于计计算机机通信信，因因为计计算机机数据据具有有突发发性的的特点点，真真正传传输数数据的的时间间不到到10%。。计算机机控制制工程程报文交换（MessageSwitching）二第四节节数数据交交换技技术报文交交换不不需要要在两两个站站之间间建立立一条条专用用通路路，可可以把把一个个目的的地址址附加加在报报文上上，然然后报报文从从网络络的节节点到到另一一个节节点传传送。。在每每个节节点中中，接接受整整个报报文，，暂存存这个个报文文，然然后发发送到到下一一个站站点，，属于于存储储－转转发（（Store－and－forward）的方式式。报文交交换节节点通通常为为一台台通用用小型型计算算机，，它具具有足足够的的存储储容量量来缓缓冲进进入的的报文文，一一个报报文的的每个个节点点延迟迟时间间等于于接受受报文文所有有位所所需时时间加加上等等于等等待时时机重重传到到下一一节点点所需需要的的排队队延迟迟时间间。计算机机控制制工程程第四节节数数据交交换技技术这种方方法比比起线线路交交换有有如下下优点点：1、线线路利利用率率高；；2、不不需要要同时时使用用发送送器和和接收收器来来传输输数据据；3、报报文交交换系系统可可以把把一个个报文文发送送到多多个目目的地地；4、能能够建建立报报文的的优先先级；；5、报报文交交换网网可以以进行行速度度和代代码的的转换换。缺点：不能满足实时或交互式的通信要求计算机机控制制工程程分组交换（PacketSwitching）三第四节节数数据交交换技技术分组交交换结结合报报文交交换和和线路路交换换的优优点，，而减减少两两者的的缺点点。分分组交交换与与报文文交换换的主主要差差别在在于：：在分组交换换网络中，，要限制传传输数据单单位的长度度；报文交交换系统适适应于更大大的报文；；另外，分分组通常不不归档，分分组拷贝仅仅仅为了纠纠正错误。。把数据单位位的最大长长度限制在在较小的长长度内，可可以使性能能有显著增增长。分组组交换可以以提高整体体网络的利利用率。分分组交换有有：数据报报和虚电路路两种方式式。计算机控制制工程第四节数数据交换技技术1、数据报报（datagram)方式每个分组独独立处理；；具有同样样目的地址址的分组不不一定遵循循同样的路路径，到达达目的站后后，在将其其按顺序组组装。2、虚电路（virtualcircuit)方式在发送任何分组之间，需要建立一条逻辑连接。与数据报区别在于各节点不需要为每个分组作路径选择判断，解除了站的不必要的通信处理负担。计算机控制制工程第四节数数据交换技技术优点：■对转发结点点的存储要要求较低，，可以用内内存来缓冲冲分分组——速度快；■转发延时小小——适用于交互互式通信；；■某个分组出出错可以仅仅重发出错错的分组——效率高；■各分组可通通过不同路路径传输，，容错性好好。计算机控制制工程报文ABCD排队延迟报文交换呼叫请求呼叫应答数据ABCD处理

延迟线路交换分组1分组2分组3ABCD分组交换分组4t第四节数数据交换技技术各种交换技术的比较四计算机控制制工程第四节数数据交换技技术不同交换技技术适用于于不同的场场合：1、对于交交互式通信信来说，报报文交换是是不合适的的；2、对于较较轻负载，，线路交换换是合适的的；3、对于两个站站之间重和和持续负载载，租用线线路交换线线合适适的；；4、对有一一批必须交交换中等或或大量数据据设备时，，优先考虑虑分组交换换方法；5、数据报报分组交换换适用短报报文；6、虚电路路分组交换换适用长交交换和减轻轻各站的处处理负担。。计算机控制制工程第四节数数据交换技技术三种交换方方式主要特特点：1、线路交交换：在数数据传送前前必须首先先设置一条条完全的通通路，在线线路释放以以前，该通通路将被一一对用户完完全占占用；；对于突发发式的通信信，线路交交换效率不不高；2、报文交交换：报文文从源点传传送到目的的地采用存存储转发的的方式，在在传送报文文时，同时时只占一段段通道；在在交换换节点点中需要缓缓冲存储，，报文需要要排队，因因此，报文文交换不能能满足实时时通信的要要求；3、分组交交换：报文文分成分组组传送，并并规定了最最大的分组组长度，在在数据报分分组交换中中，目的地地需要重新新组转转报文文，分组交交换技术数数据网络中中最广泛采采用技术。。计算机控制制工程第五节电电话系统相距较远的的多台计算算机连接时时,由于1、费用；；2、非法因此，网络络设计必须须依赖现有有的电话通通信设施，，如公用电电话交换网网PSTN（（publicswitchedtelephonenetwork)存在问题：：考虑比特率率和误码率率