第2章数据通信技术(1).ppt

1、第2章 数据通信基础知识 学习内容： 2.1数据通信的基本概念 2.2 数据编码技术 2.3 数据通信方式 2.4 传输介质 2.5 信道复用技术 2.6 数据交换技术 2.7 差错控制技术,学习目标： 理解数据通信主要技术指标； 掌握带宽的概念； 熟悉串行传输、并行传输、单工传输、全双工传输、半双工传输、同步传输、异步传输、调制、解调等基本概念； 熟悉数据编码技术及其作用； 熟悉各种复用技术； 熟悉各种交换技术。,重点内容： 数据通信主要技术指标 数据的传输方式及特点； 数据的三种编码技术； 三种多路复用技术的原理； 数据的三种交换技术； 难点内容： 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码； 多路复

2、用技术的原理； 数据交换技术。,数据（Data） 是对客观事实进行描述和记载的物理符号；是传递（携 带）信息的载体。 信息（Information） 是数据的含义或解释。 信号（Signal） 数据的物理量编码（通常为电磁编码），数据以信号的 形式在介质中传播。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 数据与信号,模拟信号 模拟信号是指时间连续，幅值可连续取值的信号。 如：语音信号、温度、压力传感器的输出信号。 数字信号,t,模拟信号与数字信号可相互转化。,数字信号指幅度的取值被限制在有限个离散数值之内的信号。 二进制码就是一种数字信号，计算机数据、数字电话和数字电视等都是数字信号。,计算机产

3、生的数字信号，频谱范围从0赫起可高到数兆赫。这个频带叫基本频带，简称基带（base band）。,2.1.2 数据通信系统基本结构,噪声 任何信道都不完美，对传输的信号产 生干扰,信源 产生和发送信息的设备,发送器 根据传输介质特性，进行信号变换,接收器 接受信号，还原成合适的信号,信宿 接受和处理信息的设备,信道 信源和信宿间的通信线路,DCE （Data Communications Equipment）数据通信设备。它在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放链路的连接，如Modem。DCE设备通常是与DTE对接,1. 码元与比特 码元（Code cell） 信

4、号传输时，一个波形称为一个码元（信号编码单元）。,2.1.3 数据通信的主要技术指标,比特：二进制数的一位。,2. 信号传输率与数据传输速率,信号传输率 (波特率) B 单位时间内传送的波形数，单位为波特(Baud)，又称波形速率 (线路上每秒钟传送的波形个数) ，或称码元速率 。 数据传输率 (比特率) S 单位时间内所传送的二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。,比特率S和波特率B的关系,SBlog2N,上式中，N为一个码元所取的离散值个数。 通常N=2K，K为一个码元所表示的二进制信息的位数 K=log2N； 当N=2时， S=B,3. 带宽 物理信道频带宽度，即信道允许传

5、送信号的最高频率和最低频率之差。单位：Hz。 在计算机网络中，带宽可以理解为数据传输率，单位bps 4.信道容量 信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限(受信号衰减限制），单位为bps。 注意： 在通信领域Kbps为103bps。 而在计算机中表示存储容量时，KB表示210（1024）字节。,信道容量的计算 无噪声的信道容量 奈奎斯特公式： C=2Hlog2N(b/s) 式中： H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单位为赫(Hz)； N为一个码元所取的离散值个数。 例2-1 普通电话线路带宽约3k Hz，若码元的离散值个数N=16，则最大数据传输速率是多少？

6、 C=23klog216=24(kb/s)。,有噪声的信道容量 香农公式： C=Hlog2(1+S/N) (b/s) 式中，S为信号功率，N为噪声功率，S/N称为信噪比。 通常把信噪比表示成10lg(S/N)分贝(dB)。 例2-2 已知信噪比为30dB，带宽为3kHz，求最大数据传输速率是多少？ 因为：10lg(S/N)=30，所以S/N=1030/10=1000， 信道的最大数据传输率为： C=3klog2(1+1000)30 (kb/s),2.2.1 数据通信类型 根据信道允许传输信号类型的不同，分为模拟通信和数字通信。 模拟通信 在线路上传输模拟信号的通信方式 数字通信 是指用数字信号

7、作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。,2.2 数据编码技术,数字通信的特点 抗噪声（干扰）能力强 可以控制差错，提高了传输质量 能适应各种通信业务 易于加密、保密性强 通信设备微型化、集成化 缺点 占用频带宽,数字或 模拟数据,Modulator,Demodulator,数字或 模拟数据,模拟信号,g(t),g(t),模拟信道,发送方,接收方,调制器,解调器,1. 调制与解调 调制：对信号源的信息进行处理,使其变为适合于信道传输形式的过程。 解调：接受方将收到的已调制的信号还原成原信号。,2.2.2 数据的模拟信号编码,2. 对模拟信号的调制 对模拟信号调制

8、的实质是频谱搬移。 其作用和目的是： 将调制信号转换成适合于信道 传输的已调信号； 实现信道的多路复用； 提高信道利用率； 减少干扰，提高系统抗干扰能力； 实现传输带宽与信噪比之间的互换。,：相位,A : 振幅,：角频率,调制的基础是载波，载波有三要素：幅度、频率 和相位，针对载波的不同要素对它进行调制 。,2. 对数字信号的调制,U(t)= Asin(t+), 幅移键控ASK：载波的振幅随基带数字信号而变化,U(t)=Am sin(t+),U(t)=0 sin(t+),“0”,“1”, 频移键控FSK：载波的频率随基带数字信号而变化,U(t)=Am sin(1t+),U(t)=Am sin(

9、2t+),“0”,“1”,用载波的两个不同频率表示0和1,(如f1 2.4KHz),(如f2 1.2KHz),0100 1 1 1 0 0, 相移键控PSK：用载波的起始相位的变化表示1 和0,U(t)=Am sin(t+1),U(t)=Am sin(t+2),“0”,“1”,(2 =),(1 =0),相位调制占用频带较窄，抗干扰。,0 1 0 0 1 1 1 0 0,对数字信号的几种调制方法,基带信号,幅移键控,频移键控,相移键控,0 1 0 0 1 1 1 0 0,1）移频键控原理,3. 调制解调器的工作原理,发送端,接收端,t,码元1,码元2,码元3,码元4,码元5,信号,数据编码是用不

10、同的电平来表示一定的数字。,定义,分类,不归零编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码,2.2.3 数据的数字信号编码,1) 不归零编码NRZ,用高电平表示1，低电平表示0，高低直接转换，不回到零电平处。,缺点：不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。,1. 数字信号的数字化编码,2）曼彻斯特编码,编码方法是将每个码元分成两个相等的间隔； 码元“1”是由高至低电平转换，即其前半个码元的电平为高电平，后半个码元的电平为低电平。 码元“0”是从低电平到高电平的变换，即其前半个码元的电平为低电平，后半个码元的电平为高电平。 码元中间的电平跳变可作为同步信号。,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,3）差分曼彻斯特编码,码元1时，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；若码元为0，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。,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,模拟编码与数字编码的区别,模拟编码,用模拟信号承载数字或模拟数据,数字编码,用数字信号承载数字或模拟数据,2. 模拟信号的数字化编码,使模