第02章数据通信基础

第2章数据通信基础

1、数据通信的概念

2、传输方式

3、传输介质

4、基带传输与频带传输

5、差错控制12.1基本概念数据：载荷信息的物理符号或有意义的实体。

模拟数据：在某个区间连续取值。

数字数据：在某个区间离散取值。信号：数据的电磁波或电编码，是数据的具体表示形式。

模拟信号：信号的取值是连续的，如话音信号。

数字信号：信号的取值是离散的。信道：传输信号的一条通路。

模拟信道：传输模拟信号的信道。

数字信道：传输数字信号的信道2基带信号：将数字“1”和“0”直接用两种不同的电压表示，然后送到线路上去传输，这种高电平和低电平不断交替的信号就是基带信号。基带传输：将基带信号直接送到线路上传输。频带信号：将基带信号进行调制后形成的模拟信号。频带传输：将频带信号送到线路上去传输。

3信道的几个主要技术指标数据率、传输速度、比特率、bpsS=1/T*log2N调制速率、码元速率、波特率

B=1/TS=B*log2N信道容量：信道传输的最大速率

Smax

=2W(Baud)=2Wlog2L(bps)4（二）信道的几个主要技术指标信道的传播速率：信号在单位时间内传送的距离吞吐量：数值上等于信道在单位时间内成功传输的总信息量，bps出错率：吴码率

P=Ne/N5数字通信系统的基本结构信源信源编码器信道编码器调制器发射机传送信道接收机解调器信道解码器信源解码器信宿干扰62.2数据传输

1.传输方式（串/并行通信）串行传输并行传输72、通信方式单工通信：信号只能向一个方向传输，任何时候不能改变信号的传输方向。半双工通信：信号可以双向传输，但必须交替进行，同一时刻只能向一个方向传送。全双工通信：信号可以同时双向传送

83、数字传输与模拟传输基带传输与频带传输典型的模拟传输系统是传统的电话通信系统ModemModemPCPC电话线路数-模模-数92.3同步方式是指通信的收发双方在时间基准上保持一致。包括：位同步、字符同步位同步：收端根据发送端的发送数据的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准与时钟频率即位同步。

外同步是在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现双方的同步。

内同步是指从自含有时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法。10字符同步：以字符位单位进行发送和接收异步方式：以字符为单位，起始位数据位校验位停止位同步方式：以字符块为单位，在块的前后使用一些特殊的字符作为成帧信息。112.4数据编码和调制技术

一、模拟数据编码方法（频带传输）正弦波：振幅控制(ASK)：通过改变载波信号的振幅来表示信号1、0移频控制(FSK)：通过改变载波信号的频率来表示信号1、0移相控制(PSK)：通过改变载波信号的相位来表示信号1、0

绝对相位：用相位的绝对值来表示数字信号0、1。相对相位：用相位是否产生偏移或反转来表示0、1。

12二、数字数据编码方法

l

非归零码（NRZ）：用负电压代表“0”，正电压代表“1”。应用于计算机串口与调制解调器之间。l

曼彻斯特编码：中间有一次由低电平向高电平的跳跃表示“1”，由高电平向低电平跳跃表示“0”，自含时钟，应用于以太网。l

差分曼彻斯特编码：中间有跳变（自含时钟）。若码元值为“0”，码元的起始位有跳变。若码元值为“1”，码元的起始位无跳变。应用于令牌环网。13三、脉冲编码调制方法:PCM技术典型应用：语音数字化，分三个步骤：采样：对信号进行采样,隔一定时间间隔，将模拟信号的电平幅度值取出类作为样本。量化：根据量化级进行取整量化：如16级、128级量化。编码：根据量化级对整数编码为二进制。如：量化级：16量化值：10编码：1010在目前常用的语音数字化系统中，多采用128个量化级，7为编码。14PCM的工作过程采样量化编码幅度幅度..011010001010010110001010011...模拟数据数字信号量化级+127-1270121.5124.4126.2124.6123.2122124125125123样本幅度值量化取整量化值编码采样话音信号152.5交换技术（数据交换）

线路交换（电路交换）交换方式分类：报文交换存储转发数据报报文分组交换虚电路

16（一）线路交换方式

在通信子网中建立一个物理连接（电话）

1、

线路交换方式的通信过程

(1)

线路建立阶段

(2)

数据传输阶段

(3)线路释放阶段

优点：实时性强，适用于交互式会话通信。缺点：不适用于突发性通信，系统效率低。

17（二）存储转发交换方式

1、

存储转发的基本概念存储转发方式是将发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定的格式组成一个数据单元进入通信子网，通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路由选择和存储转发功能。2、

存储转发的分类报文交换：将发送的数据当作一个逻辑单元，加上目的地址、源地址与控制信息，按一定的格式打包后组成一个报文。报文分组交换：限制数据的最大长度，将一个长报文分成多个报文分组，接收站再将多个报文分组按顺序重新组成一个长报文。

18（三）数据报方式

1.

数据包方式的工作过程（1）源主机将报文分成很多组，依次发送到与其相连接的通信子网的通信控制处理机上(结点A)。（2）结点A对每一个分组进行差错检验，并根据网络情况为每一个分组启动路由算法。（3）若结点A将分组传输到结点C，结点C要进行差错检验，正确则发送确认信息ACK。其余结点相同。2．数据包方式的特点（1）同一报文的不同分组在通信子网中可能经过不同的路径（2）同一报文的不同分组到达目的时，分组可能出现乱序、重复和丢失（3）每一个分组在传输过程中都必须有目的地址和源地址。

数据报是报文分组存储转发的一种方式。不需要建立连接，每一个分组可以独立的选择一条传输路径。19（四）虚电路方式

虚电路将数据报方式与线路交换方式结合起来，在发送数据前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路。

1、

虚电路方式的工作过程虚电路建立阶段、数据传输阶段、虚电路拆除阶段

2、

虚电路方式的特点（1）报文分级发送前，在收发双方建立一条虚电路即逻辑连接。（2）一次通信的所有报文分组都通过此虚电路顺序传输，报文不必带有目的地址、源地址等信息（3）报文经过每一个结点时，只进行差错检验，不进行路由选择。（4）每一个结点可以同其它结点建立多条虚电路连接。

20主机A通信子网主机D数据报方式主机C主机B主机A主机C通信子网主机D虚电路方式主机B21四种交换的比较（P25）222.6多路复用技术

多路复用技术就是把许多个单个信号在一个信道上同时传输的技术。SDM（空分复用技术）：各子信道是一独立的物理链路。FDM（频分多路复用技术）：按频率划分信道，适用于模拟信号传输TDM（时分多路复用技术）：按时间划分信道，适用于数字信号传输WDM（波分复用技术）

：按光波波长划分信道主要用于接入网，很少用于长距离传输。DWDM（密集波分复用技术）：更高密度的光信号复用。如16波、48波等。23频分复用(FDM)：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源时分复用(TDM)：所有用户在不同的时间占用同样的的频带宽度242.7传输介质及主要特性

1、双绞线:是当前最普通的传输介质，由两根绝缘的金属导线扭在一起而成。分为无屏蔽双绞线（UTP）和有屏蔽双绞线（STP）两种。

2、同轴电缆:网络的数据通过中心导体进行传输；电磁干扰被外部导体屏蔽。因此，为了消除电磁干扰，同轴电缆的外部导体应当接地。基带同轴电缆宽带同轴电缆电缆线类型阻抗直径应用RG-1150欧姆0.40英寸10BASE5RG–58A/U50欧姆0.18英寸10BASE2RG-6293欧姆0.25英寸ARCnetRG–59U75欧姆0.25英寸CATV（电视）25玻璃封套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳26

3、光纤（P19）光纤的结构：光缆由纤芯、包层和护套层组成光纤通信系统的工作原理:光发送机：（发光二极管LED、注入型激光二极管ILD）光接收机：(光电二极管PIN检波器、APD检波器)分类：单模式光纤：仅允许一束光通过，速度快、距离远、价格高。多模式光纤：则允许多路光束通过。2728四、无线介质

无线电波是频率范围为104Hz~108Hz的电磁波

微波微波是频率在108Hz~1011Hz之间的电磁波，微波的方向性好，频带较宽

红外线红外线的穿透性比较差，多用在一个较小的区域内激光29地面微波接力地球地面站之间的直视线路

微波传送塔30卫星通信地球地面站地面站35,860公里地球31常用传输媒体的比较32

2.9差错控制技术差错产生的原因：噪声

噪声的类型：热噪声、冲击噪声332差错控制差错控制：发现、检测、纠正错误的方法差错控制编码：通过对信息序列实施某种变幻，使原来彼此独立、没有相关性的信息码元序列，经过变换产生某种相关性，接受端根据此相关性来检查和纠正传输序列中的差错。分为：检错码：能发现错误但不能自动纠错纠错码：能发现错误又能纠正错误齐偶校验码、CRC循环冗余码34常用差错编码差错检测编码：奇偶校验码；水平垂直奇偶校验码；CRC循环冗余码等；差错纠错编码：汉明码；卷积码；35（1）检错重发ARQ方式：优点：（1）只需要少量的冗余码，就可以得到极低的输出误码率；（2）有一定的自适应能力；不足：（1）需要反向信道，故不能用于单向传输系统，并且实现重发控制比较复杂；（2）通信效率低，不适合严格实时传输系统。发收能够发现