第二章数据通信基础

第2章

数据通信基础

2.1数据通信的基本概念

2.2数据传输方式

2.3数据传输类型及相应技术

2.4数据传输中的同步技术

2.5多路复用技术

2.6广域网中的数据交换技术2.7差错控制技术

本章学习目标

了解模拟传输与数字传输的基本原理熟悉异步与同步通信的接口标准掌握常用数据编码及多路复用技术掌握信息交换技术2.1数据通信的基本概念

2.1.1信息、数据和信号2.1.2信道及信道的分类

2.1.3码元和码字2.1.4数据单元2.1.5通信系统的主要技术指标2.1.6数据通信过程中涉及的主要技术问题1．信息、数据和信号(1)信息（Information）是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。

(2)数据（Data）一般可以理解为“信息的数字化形式”或“数字化的信息形式”。狭义的“数据”通常是指具有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量数据及计算机中区别于程序的计算数据等。但在计算机网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。

(3)信号（Signal）简单地讲就是携带信息的传输介质。在通信系统中我们常常使用的电信号、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等术语就是指携带某种信息的具有不同形式或特性的传输介质。

2．信道及信道的分类

1、信道及其组成2、物理信道及其逻辑信道3、有线信道和无线信道4、数据通信5、模拟信道和数字信道6、专用信道和公共信道

3．码元和码字

在计算机网络中传送的每一位二进制数被称为“码元”或“码位”，由7个码元组成的二进制序列被称为“码”例如：二进数“1000001”就是一个码字，在7位的ASII的数据通信中，这个码字就代表ASII码“A”4．数据单元在数据传输时，通常将较大的数据分割成较小的数据单元，并在每一个数据段上附加一些信息，这些附加信息通常包括单元和序号、地址和校验码。例如：小的数据分组及其附加信息一起称为“数据包”。在实际传输时，有时还要将数据包进一步分割成更小的逻辑数据单位，这就是“数据帧”。“数据包”和“数据帧”都是数据传输时的逻辑单位，将它们统称为“数据单元”。5．通信系统的主要技术指标图2-1通信系统模型图2-1所示的为单向通信系统，从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：（1）单向通信。又称单工通信，即只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。（2）双向交替通信。又称半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（或同时接收），这种通信方式往往是一方发送另一方接收。（3）双向同时通信。又称全双工通信，即通信双方可以同时发送和接收信息。图2-2通信系统实例图2-2是通信系统的一个实例，工作站通过公共电话网PSTN与一个服务器进行通信。在此模型中，数据通信系统要完成的一系列关键任务为：

（1）接口规范（2）同步（3）传输系统利用率（4）差错检测和校验

（5）灾难恢复（6）寻址和路由（7）网络安全（8）网络管理2.2数据传输方式

1．并行传输2．串行传输

并行传输并行传输：数据在多个信道上同时传输。数据线数目与与传输数据相同并可能多一校验线特点：不需要对传输代码进行时序转换需要数据线数目多。传输速率高串行传输串行传输：数据在一个信道上一位一位依次传输。数据线数目与与传输数据无关特点：通信线路数小，线路利用率高适合于远距离传输。在发送端和接收端需要并/串转换和串/并转换。需要实施同步措施，以确保不产生错字。2.3

数据传输类型及相应技术

2.3.1基带传输与数字信号的编码2.3.2频带传输与模拟信号的调制

2.3.1数字数据的数字信号编码

数字通信系统的任务是传输数字信息，数字信息可能来自数据终端设备的原始数据信号，也可能来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码信号。传输数字信息的方法是按传输波形来分类的。1．基带、基带信号和基带传输2．数字基带信号的编码1．基带方式对于码型的选择，通常要考虑以下的因素：对于传输频带低端受限的信道，线路传输码型的频谱中不应含有直流分量；

信号的抗噪声干扰能力强，产生误码时，在译码中产生的误码扩散或误码增值小；便于从信号中提取位同步定时信息；尽量减少基带信号频谱中高频分量，以节省传输频带，并减小串扰；编译码的设备应尽量简单。非归零编码编码规则非归零编码的特点与同步信号非归零编码的应用曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码克服不归零制编码缺点的一种编码方案是曼彻斯特（Manchester）编码，它是一种自同步编码方式，包括数据信息和时钟信息。

另一种曼彻斯特编码的变种叫做差分曼彻斯特编码，它的编码规则是：若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。不论码元是１或０，在每个码元的正中间时刻，一定要有一次电平的转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。101100高H低L“1攠高电平“0攠低电平中间跳“0攠上跳“1攠下跳中间总有跳变“0攠开头跳高H低L高H低L（a）不归零制编码（b）曼彻斯特编码（c）差分曼彻斯特编码图2-3常用数字信号编码2.3.2频带传输与模拟信号的调制调制、解调与频带传输模拟信号的调制调制解调制器的工作原理调制解调制器的分类与标准模拟信号的调制

通过调制振幅、频率和相位等载波特性或者这些特性的某种组合，来对数字数据进行编码。最基本的数字数据→模拟信号调制方式有以下三种（如图2-5所示）。（1）幅移键控方式（ASK，Amplitude-ShiftKeying）（2）频移键控方式（FSK，Frequency-ShiftKeying）（3）相移键控方式（PSK，Phase-ShiftKeying）图2-5对基带数字信号的几种调制方法返回本节调制解调制器的工作原理发送端的调制过程接受端的解调过程在一对电话线上实现双向通信的过程

调制解调制器的分类

常规的分类方式有以下几种：按连接方式分类按使用的通信线路分类按调制解调器的操作状态分类按调制解调器的调制原理分类调制解调器的标准调制解调器的标准：1、针对600b/s和1200b/s的全双工调制解调器的V.22标准2、针对1200b/s和2400b/s的全双工调制解调器的V.22bis标准3、针对7200、12000和14400b/s的全双工调制解调器的V.32bis标准4、针对高于14400b/s的带有数据压缩和差错检测功能的全双工调制解调器的V.42/MNP等更高标准2.2.3模拟数据的数字信号编码

脉冲编码调制（PCM，PulseCodeModulation）是波形编码中最重要的一种方式，在光纤通信、数字微波通信、卫星通信等均获得了极为广泛的应用，现在的数字传输系统大多采用PCM体制。PCM最初并不是用来传送计算机数据的，采用它是为了解决电话局之间中继线不够，使一条中继线不只传送一路而是可以传送几十路电话。PCM过程主要由采样、量化与编码三个步骤组成。2.4数据传输中的同步技术

2.4.1异步传输方式

2.4.2同步传输方式

2.4.1异步传输方式

什么是异步传输模式？异步传输的工作特点异步传输的应用特点异步传输的应用场合方法：每字符都要加起始位与停止位发送端与接收端必须采用相同的速率、相同的设置

异步传输方式2.4.2同步传输方式什么是同步传输方式同步传输的工作特点同步传输的应用特点同步传输的应用场合同步传输的时钟信号方法：每数据块都要加同步字符或比特序列面向字符的同步传输面向位流的同步传输同步传输方式2.5多路复用

2.5.1多路复用技术概述2.5.2频分多路复用2.5.3时分多路复用2.5.4波分多路复用技术2.5.1多路复用技术概述1、什么是多路复用技术2、多路复用技术的实质和研究目的人们研究多路复用的主要原因和目的多路复用技术的实质和工作原理3、多路复用技术的分类2.5.2频分多路复用当介质的有效带宽超过被传输的信号带宽时，可以把多个信号调制在不同的载波频率上，从而在同一介质上实现同时传送多路信号，即将信道的可用频带（带宽）按频率分割多路信号的方法划分为若干互不交叠的频段，每路信号占据其中一个频段，从而形成许多个子信道（图2-6）；在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理，这种技术称为频分多路复用（FDM，FrequencyDivisionMultiplexing）。

2.5.2频分多路复用

FDM原理2.5.3时分多路复用TDM是将传输时间划分为许多个短的互不重叠的时隙，而将