第二章-第一部分课件

第二章数据通信基础知识本章内容2.1数据通信系统2.2数据通信方式2.3数据传输技术2.4数据交换技术2.5流量控制2.6差错检测编码2.7传输介质2.8物理层接口及标准2.9宽带接入技术2.1数据通信系统2.1.1数据通信系统模型2.1.2数据通信的基本概念2.1.3数据通信的主要技术指标2.1.1数据通信系统模型信源变换器信道反变换器信宿发送端噪声源接收端简单的数据通信系统模型数据通信系统定义：指以计算机为中心，用通信线路连接分布在各地的而执行数据传输功能的系统基本作用：在两个实体之间交换数据基本组成三要素：信源、信道、信宿计算机或终端数据终端设备信源：信息发送端信宿：信息接收端信道：传输信息的通道有线信道、无线信道数字信道、模拟信道变换器作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。变换器一般有编码器或调制器反变换器作用是将接收到的信号恢复成发送端原来的信号，是变换器的反向功能。反变换器一般有译码器或解调器噪声源模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信号或数字信号。编码：把数据变换为数字信号的过程译码：把数字信号变换为数据的过程调制：把数据变换为模拟信号的过程解调：把模拟信号变换为数据的过程2.1.2数据通信的基本概念数据：由数字、字符和符号等组成，是信息的载体数据没有实际含义信息：按一定要求以一定格式组织起来的、具有一定意义的数据信息有具体含义信号：信号是数据的具体物理表示，具有确定的物理描述，如电压、磁场强度等。电磁信号一般有模拟信号和数字信号两种形式数字信号：随时间离散变化的信号，如脉冲信号等模拟信号：随时间连续变化的信号，如正弦波信号等1011100码元：代表不同离散数值(状态)的基本波形码元代表的离散数值可以是多进制的，也可以是二进制的如：当使用二进制编码时，只有两种不同的码元，分别代表0状态和1状态码元代表的离散数值是多进制的情况如：传送“101011000110111010……”

方法一：直接传送每个码元携带1bit

码元代表的离散值是二进制的，两种码元

方法二：分组：“101,011,000,110,111,010……”

每个码元携带3bit

码元代表离散值是0~7(八进制)，八种码元可用8种不同的振幅、频率、相位进行调制

数据通信：定义：指信源和信宿之间传送数据信号的通信方式。狭义：指数字信号广义：包括数字信号和模拟信号数字通信：在通信信道中传送数字信号的通信方式模拟通信：在通信信道中传输模拟信号的通信方式数据通信与数字通信的区别？信源编码器信宿译码器信源编码器信宿译码器信源调制器信宿解调器数字信道数字信道模拟信道信源调制器信宿解调器模拟信道2.1.3数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标：衡量数据传输的有效性和可靠性的参数衡量有效性的指标:信道带宽和信道容量传输速率(数据传输速率、码元速率)传输延迟衡量可靠性的指标:误码率(1)信道带宽和信道容量信道带宽：信道具有的一定频率范围(频带宽度)

（带宽分配：参照谢希仁P41电磁波的频谱）按信道频率范围不同，可分为三类：

窄带信道——带宽为0~300Hz

音频信道——带宽为300~3400Hz

宽带信道——带宽为3400Hz以上信道容量定义：指单位时间内信道所能传输的最大信息量，它表征信道的传输能力。表示方式：

a)以码元速率表示：指信道在单位时间内可传输的最大码元数，单位“波特”

b)以数据传输速率表示：指单位时间内最多可传输的二进制数的位数，单位“bit/s”信道容量和信道带宽的关系一般情况下，信道带宽越宽，一定时间内信道上传输的信息量就越多，则信道容量就越大，传输效率就越高。香农定理：在带宽受限、有高斯白噪声干扰的条件下：

C——信道容量，bit/s

W——信道带宽，Hz

N——噪声功率

S——信号功率

S/N——信噪比，一般用分贝(dB)作为度量单位C=Wlog2(1+S/N)信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)奈奎斯特准则：在带宽受限、无噪声干扰的条件下：

C——信道容量，bit/s

W——信道带宽，Hz

N——信道上传输信号可取离散值的个数(状态数)

log2N——信号所表示的二进制数据的位数数据传输速率R和码元速率B的关系最大码元速率BmaxC=2Wlog2NR=Blog2N因为Rmax=C，所以Bmax=2WRmax=Bmaxlog2N由题意知：10log10(S/N)=30

可得出：S/N=1000

根据香农公式：

最大数据传输率=3000log2(1+S/N)≈30K(bit/s)例1:电话系统的典型参数是信道带宽为3000Hz，信噪比为30dB，则该系统的最大数据传输速率是多少？例2：对于某带宽为4000Hz的低通信道，采用16种不同的状态来表示数据。

(1)按照奈奎斯特定理，信道的最大码元速率是多少？

最大传输速率是多少？

(2)如果信道的信噪比为30dB，按照香农定理，信道的

最大传输速率是多少？(1)最大码元速率Bmax=2×W=2×4000=8000(波特)最大传输速率=Bmaxlog2N=8000log216=32K(bit/s)(2)由题知：S/N=1000最大传输速率=Wlog2(1+S/N)=4000log2(1+1000)

≈40K(bit/s)2.2数据通信方式2.2.1并行通信与串行通信2.2.2单工通信、半双工通信和全双工通信2.2.3异步传输与同步传输2.2.1并行通信与串行通信并行通信定义：指利用多根传输线将多位数据同时进行传送。特点：线路多、成本高适用场合：距离短、数据量大串行通信定义：指利用一条传输线将数据一位一位地按顺序（由低位到高位）分时传输特点：线路少、成本低适用场合：距离远、距离近且速度不高源目的01001100并行数据T源目的串行数据8T010011002.2.2单工通信、半双工通信和全双工通信全双工站A站B站A站B站A站B半双工单工单向分时、双向同时、双向2.2.3异步传输与同步传输异步传输异步是指发送端和接收端不使用共同的时钟，也不在数据中传输同步信号发送端和接收端必须约定数据帧格式和比特率起始位(1个)——每个数据帧开始传送的标志；低电平。数据帧格式数据位(5～8个)——紧跟着起始位传送；低位前，高位后。表示一个字符校验位(1个)——用于校验是否传送正确；可选。停止位(1.5/2个)——表示该数据帧传送结束；高电平。空闲位——传送数据帧之间的间隔；高电平。起始位校验位停止位空闲位数据位低位高位数据帧0/10/10/10/110111…空闲位下一个数据帧同步传输以一个数据帧为传输单位，每个数据帧附加起始和结束标志同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂两种形式：

面向字符的同步传输、面向比特的同步传输~~~~起始标志数据数据数据结束标志例１:设数据帧为1个起始位、7个数据位、1个奇偶校验位和1个停止位，如果比特率为1200bps。用7位数据位代表一个字符，求每秒能传送的最多字符数是多少？不存在空闲位时，可传送的字符数最多1200/（1+7+1+1）＝120个2.3数据传输技术2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输2.3.2数据编码与调制技术2.3.3多路复用技术2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输1)基带传输基带信号：来自信源的电脉冲信号基带传输：在信道中直接传输基带信号的传输方式基带信号往往包含有较多的低频成分或直流成分，仅适合近距离传输。通常在进行远距离传输的模拟信道中，必须对基带信号进行调制(modulation)。2)频带传输频带信号：将基带信号变换(调制)成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围(300～3400Hz)的信号频带传输：将频带信号在信道中传输的方式。频带传输实际上就是模拟传输频带传输的基础是载波频率恒定的模拟信号3)宽带传输宽带：包括大部分电磁波频谱宽带传输：将宽带信号在信道中传输的方式。2.3.2数据编码与调制技术编码与调制的原因：

数据在传输中容易产生误码编码和调制技术可使系统具有纠错能力和抗干扰能力可极大地避免码流传送中误码的发生编码与调制的任务：提高数据传输效率降低误码率信号是数据的具体表现形式数据与信号之间的四种组合：数字数据模拟信号数字数据数字信号模拟数据数字信号模拟数据模拟信号（一）数字数据调制为模拟信号数字数据可以由多种不同形式的电脉冲信号的波形来表示。要将基带信号(即数字数据