数据通信技术参考资料

第2讲《数据通信技术》

1.教学内容

概要介绍本章学习内容2.教学要求

阐明本章要求掌握的内容1245数据通信的基本知识数据传输数据交换技术信道的多路复用技术7差错控制技术6传输介质3数据编码与调制技术13掌握：数据通信基本知识，数据交换技术，信道的多路复用技术。理解：数据的传输和数据的编码与调制技术，差错控制技术的应用。了解：传输介质种类及性能。22.1数据通信和数据通信系统

2.1.1信息、数据和信号

2.1.3通信信道的分类

2.1.2数据通信系统的基本组成

2.1.4数据通信的技术指标

1．信息、数据及信号的概念

⑴信息与数据

数据是信息的载体，它是信息的表示形式，可以是数字、字符、符号等。单独的数据没有实际的含义。数据和信息既有区别又有联系，数据是独立的，虽然数据本身并没有含义，但把数据按一定规则、形式组织起来时，就可以传达某种意义，这种具有某种意义的数据集合就是信息。⑵信号

信号是数据在传输过程中的具体物理表示形式，具有确定的物理描述，如电压、磁场强度等。信号一般有模拟信号和数字信号两种表示方式。2．数据通信系统的基本组成

⑴．数据终端设备（DTE）:可以是计算机、数据输入/输出设备及数据终端。通信控制器负责和通信线路的连接，并完成数据缓冲、流量控制、差错检验等功能，计算机网络中使用的网卡就是通信控制器。⑵．数据通信设备（DCE）:数据通信设备（DCE）的功能是把通信控制器发出的信号转换为适合于在通信信道传输的信号。⑶．传输信道：传输信道是传输数据的通道，包括传输媒体和通信设备。

3．通信信道的分类

通信信道就是传输数据的通道。

⑴．有线信道和无线信道⑵．模拟信道与数字信道⑶．专用信道与公共信道4．数据通信的技术指标

⑴．信道带宽:信道带宽是描述信道传输能力的技术指标，它的大小是由信道的物理特性决定的。信道上传输的是电磁波信号，信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽，带宽的单位为赫兹（Hz）。⑵．数据传输速率:数据传输速率也称为比特率，是指信道每秒所传输的二进制比特数，记为bps。⑶．信道的容量：信道传输数据速率的上限，称为信道的容量。信道容量一般表示为单位时间内最多可传输的二进制数据的位数。

香农（shannon）定理用下列公式表示：C＝Wlog2(1+S/N)（bps）式中C为信道容量，W为信道带宽，N为噪声功率S为信号功率。2.2数数据据的的传传输输2.2.1串串/并并行行通通信信2.2.3信信道道的的通通信信方方式式2.2.2数数据据传传输输的的同同步步技技术术2.2.4信信号号的的传传输输方方式式2.2.5通通信信线线路路的的连连接接方方式式1．．串/并并行行通通信信⑴．．串串行行通通信信⑵．并行行通通信信2．．数据据传传输输的的同同步步技技术术收、、发发双双方方在在时时间间基基准准上上保保持持一一致致，，这这种种协协调调一一致致的的通通信信过过程程称称为为同同步步。。⑴异异步步传传输输异步步传传输输的的特特点点是是：：1））每每个个字字符符作作为为一一个个独独立立的的整整体体进进行行传传送送；；2））字字符符之之间间的的时时间间间间隔隔是是任任意意的的；；3））为为了了进进行行字字符符同同步步，，每每个个字字符符的的第第一一位位前前加加1位位起起始始位位，，字字符符的的最最后后加加上上1、、1.5或或2位位的的终终止止位位，，在在需需要要的的情情况况下下，，再再加加一一个个校校验验位位。。⑵同同步步传传输输同步步传传输输不不是是以以字字符符为为单单位位而而是是以以数数据据块块(帧帧，，一一组组字字符符或或比比特特流流)为为单单位位进进行行传传输输的的。。同同步步传传输输不不再再为为数数据据块块内内的的每每个个字字符符添添加加起起始始位位和和停停止止位位，，而而是是在在数数据据块块之之前前加加上上一一个个或或多多个个同同步步字字符符SYN。。接接收收端端接接收收到到SYN字字符符，，并并根根据据SYN来来实实现现二二进进制制位位的的同同步步和和确确定定数数据据块块的的起起始始位位。3．信信道道的的通通信信方方式式按照照信信号号传传送送方方向向和和时时间间的的关关系系，，信信道道的的通通信信方方式式可可以以分分为为三三种种：：单单工工、、半半双双工工和和全全双双工工通通信信。。⑴．．单单工工通通信信⑵．．半半双双工工通通信信⑶．．全全双双工工通通信信4．．通通信信的的传传输输方方式式⑴．．基基带带传传输输在数数据据通通信信中中，，表表示示计计算算机机二二进进制制比比特特序序列列0和和1的的数数字字信信号号是是典典型型的的矩矩形形脉脉冲冲信信号号，，该该矩矩形形脉脉冲冲信信号号的的固固有有频频带带称称为为基基带带，，矩矩形形脉脉冲冲信信号号称称为为基基带带信信号号。。⑵．．频频带带传传输输利用用模模拟拟信信号号进进行行数数据据传传输输是是一一种种比比较较普普遍遍的的通通信信方方式式，，即即频频带带传传输输方方式式。。5．．通通信信线线路路的的连连接接方方式式⑴．．点点到到点点连连接接方方式式⑵.多多点点连连接接方方式式2.3数据据的的编编码码和和调调制制技技术术2.3.1数字字数数据据的的数数字字信信号号传传输输2.3.2数字字数数据据的的模模拟拟信信号号传传输输2.3.3模拟拟数数据据的的数数字字信信号号传传输输1．．数数字字数数据据的的数数字字信信号号传传输输基带带信信号号在在基基带带传传输输方方式式中中虽虽然然不不需需要要调调制制，，但但却却要要经经过过一一定定的的编编码码才才能能传传输输，，经经过过编编码码的的数数字字信信号号一一般般具具有有便便于于识识别别、、自自带带时时钟钟同同步步、、传传输输效效率率更更高高等等特特点点。。最最常常用用的的数数字字信信号号编编码码方方法法有有不不归归零零编编码码（（NRZ)、、曼彻彻斯斯特特（（Manchester）编编码码等。。曼彻彻斯斯特特（（Manchester））编编码码曼彻彻斯斯特特编编码码是是目目前前应应用用最最广广泛泛的的编编码码方方法法之之一一，，曼曼彻彻斯斯特特编编码码的的特特点点是是：：1））每每比比特特的的周周期期T分分为为前前T/2和和后后T/2两两部部分分；；2））前前T/2传传送送该该比比特特的的反反码码，，后后T/2传传送送该该比比特特的的原原码码。。2．．数数字字数数据据的的模模拟拟信信号号传传输输数字字数数据据的的模模拟拟信信号号传传输输是是借借助助于于载载波波信信号号实实现现的的。。载载波波是是频频率率和和幅幅值值固固定定的的周周期期信信号号，，通通常常是是正正（（余余））弦弦周周期期信信号号。。载波波的的正正（（余余））弦弦信信号号可可用用下下列列公公式式表表示示：：u（（t））=umsin(ωωt+φφ)载波波u（（t））中中有有三三个个参参量量：：振振幅幅um、角角频频率率ωωt及相相位位φφ。。可可以以通通过过改改变变三三个个参参量量的的方方法法实实现现模模拟拟数数据据信信号号编编码码。。⑴．振幅键控控（AmplitudeShiftKeying,ASK）⑵．频移键控控（FrequencyShiftKeying,FSK））⑶．移相键控控（PhaseShiftKeying,PSK）3．模拟数据据的数字信号号传输模拟数据的数数字化主要通通过脉冲码调调制技术（PulseCodeModulation,PCM）来实现。。PCM工作包包括采样、量量化及编码三三部分操作。。⑴.采样:采采样是在一定定的时间间隔隔内，将模拟拟信号的电平平幅值取出作作为样本，代代表这一区间间原信号的幅幅值。⑵.量化:量量化就是把采采样所得的信信号幅值按转转换器的量级级分级取整。。⑶.编码:编编码是用相应应位数的二进进制代码表示示量化后的采采样样本的量量级。2.4数据交换技术术2.4.1电路交换2.4.2存储转发交换换1．电路交换换1．建立电路路:电路交换换在数据传输输之前，必需需先建立一条条点到点的电电路。2．传输数据据:在站点A与站点B通通过通信子网网的物理线路路建立连接以以后，站点A与站点B就就可以通过该该连接实时、、双向地交换换信息。3．电路拆除除:数据传输输完毕，就要要终止电路连连接。2．存储转发发交换⑴报文交换：：报文交换方方式是以报文文为单位发送送信息。报文文包括三部分分内容：报头头、报文正文文和报尾。报报头由发信站站地址、收信信站地址及其其他辅助信息息组成。⑵报文分组交交换：报文分分组交换方式式与报文交换换方式相比，，它采用了较较短的格式化化信息单位，，称为报文分分组。报文分组交换换又分为数据据报交换和虚虚电路交换。。1）数据报交交换2）虚电路分分组交换虚电路分组交交换就是两个个用户的终端端设备在开始始互相发送和和接收数据之之前需要通过过通信网建立立逻辑上的路路径。虚电路路不是一条专专用线路，它它可以与其他他连接共享。。2.5

多路复用技术技术

2.5.2时分多路复用用2.5.1频分多路复用技术

2.5.3波分多路复用用2.5.4码分多路复用用1．多路复用技术术在广域网和局局域网的通信信中，一些高高容量的传输输介质如同轴轴电缆、光缆缆、地面微波波及卫星通信信等可传输的的频带很宽，，为了高效合合理地利用资资源，通常采采用多路复用用技术，即在在一条物理线线路上建立多多条通信信道道，使多路数数据信号共用用一条电路进进行传输。按按照使用技术术的不同有分分为：频分多路复用用、时分多路路复用及波分分多路复用。。2.频分多路路复用频分多路复用用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)是是将具有一定定带宽的线路路划分为多条条占有较小带带宽的信道，，各条信道中中心频率不重重和，每个信信道之间相距距一定的间隔隔，每条信道道供一个用户户使用。3.时分多路路复用时分多路复用用（TimeDivisionMultiplexing,TDM）是将将线路用于传传输的时间划划分成若干个个时间片（时时隙），每个个用户分得一一个时间片，，在其占有的的时间片内，，用户使用通通信线路的全全部带宽。4．波分多路复用用波分多路复用用（WaveDivisionMultiplexing,WDM）技术术主要用于全全光纤网组成成的通信系统统中。波分多多路复用是指指在一根光纤纤上能同时传传送多个波长长不同的光载载波的复用技技术，如图所所示。2.6

传输介质

2.6.2无无线传输介介质2.6.1有线传输介质

1．有线传输介质质(1)双绞线线1）屏蔽双绞绞线2）非屏蔽双双绞线⑵．同轴电缆缆⑶．光纤2．无线传输输⑴．微波通信信:微波通信信就是利用地地面微波进行行通信。微波波是一种频率率很高的电磁磁波，其频率率范围为300MHz～～300GHz,微波波通信主要使使用的是2～～40GHz的频率范围围。微波的重重要特点是在在空间沿直线线传播，不能能绕射，因而而微波在地面面的传输距离离有限，一般般为40～60km。⑵．红外通信信:红外通信信使用波长约约为750nm～10μμm的红外线线传送数据，，有较强的方方向性，受太太阳光的干扰扰大。红外通通信是一种廉廉价、近距离离、无连线、、低功耗和保保密性较强的的通信方案。。⑶．卫星通信信:卫星通信信是利用地球球同步卫星作作为中继，来来转发微波信信号的一种远远距离的特殊殊微波通信方方式。当地球球同步卫星位位于36000km高空空时，其发射射角可以覆盖盖地球上的1/3的区域域。只要在赤赤道上空的同同步轨道上等等距离地放置置三颗间隔120o卫星，就就能实现现全球的的通信。。2.7

差错控制技术

2.7.2差差错的控控制方法法2.7.1差错的产生

1．差错错的产生生传输差错错是指通通过通信信信道传传输后接接收的数数据与发发送的数数据不一一致的现现象。由由于任何何通信信信道总是是不可避避免地存存在一定定程度的的噪声干干扰，这这些噪声声的干扰扰可能导导致传输输差错的的产生，，如图所所示。通通信信道道的噪声声分为两两类：一一类是热热噪声，，另一类类是冲击击噪声。。2．差错错的控制制方法⑴．差错错检测1)前向向纠错方方式:前前向纠错错（ForwardErrorCorrection,FEC）方式式的基本本原理是是：发送送端将信信息编成成具有检检错和纠纠错能力力的码字字并发送送出去，，接收端端检测到到接收信信息有错错后，通通过一定定的运算算，确定定差错的的具体位位置，并并自动加加以纠正正，然后后把纠错错后的数数据送到到接收端端，如图图2-34所示示。2)自动动请求重重发方式式:自动动请求重重发（AutomaticRepeatrequest,ARQ）方方式的基基本原理理是：发发送端对对所发送送的序列列进行差差错编码码，接收收端根据据检验序序列的编编码规则则判决有有无误码码，若发发现有误误码，则则利用反反馈信道道要求发发送端将将有错的的信息重重发一次次或多次次，直至至接收端端检测认认为无误误为止，，从而达达到纠正正差错的的目的，，如图所所示。⑵．差错错编码常用的差差错检测测编码有有奇偶校校验码、、水平垂垂直奇偶偶校验码码、循环环冗余校校验码CRC等等。1)奇偶偶校验码码采用奇偶偶校验码码时，在在每个字字符代码码传输之之前，先先检测并并计算出出数据位位中“1”的个个数（奇奇数或偶偶数），，并根据据使用的的是奇校校验还是是偶校验验来确定定奇偶校校验位的的值，然然后将其其附加在在数据位位之后进进行传输输。2）循环环冗余校校验码（（CyclicRedundancyCheck,CRC）循环冗余余校验码码是一种种比较复复杂的