《数据通信系统》PPT课件.ppt

1、第三章：数据通信系统，教学目标，了解模拟传输和数字传输的基本原理。掌握常用的数据编码和复用技术。掌握信息交换技术。3.1数据通信的基本概念，3.1.1信息、数据和信号，通信就是交换信息。信息是客观事物属性和相关特征的表征，反映了客观事物的存在形式和运动状态。数据是信息的载体，可以理解为“信息的数字形式”，可以是数字、字符、声音、图形和图像。“数据”通常指具有某些数字特征的信息，如统计数据、气象数据、测量数据和由计算机存储、处理和传输的二进制数字代码。信号是数据的电磁波表示。模拟数据和数字数据都可以用这两个信号来表示。3.1.1信息、数据和信号、模拟信号和数字信号、模拟数据、数字数据和模拟信号和

2、数字信号、3.1.2数据通信系统模型、源系统：也可称为源或发送器；中间系统：传输网络；目的地系统：它也可以被称为接收器。3.1.3数据通信中的主要性能指标，在数据通信系统中，为了描述数据传输速率和传输质量的大小，需要使用波特率和比特率等技术指标。波特率和比特率是以不同方式描述系统传输质量的参数。比特率s，也称为信息速率，反映了数据通信系统每秒以位/秒或bps传输的二进制数据的位数。波特率波特率是一种调制速率，也称为波形速率。它是指数字信号的调制速率，即调制模拟信号每秒的变化次数，即数据通信系统中线路上每秒传输的波形数，单位为波特。3.1.3数据通信中的主要性能指标，比特率与波特率的关系，3.1

3、.3数据通信中的主要性能指标，误码率是衡量通信系统线路质量的一个重要参数，它被定义为传输系统中二进制符号传输不正确的概率。它大约等于发送的二进制码元的数量与发送的二进制码元的总数之比，即PeNeN，其中Ne表示接收的错误比特的数量，而n表示发送的比特的总数。带宽最初是指某个信号的带宽。众所周知，一个特定的信号通常由许多不同的频率组成。因此，带宽是信道允许传输的信号的最高频率和最低频率之间的差值，单位是赫兹、千赫、兆赫等。3.1.4数据通信过程中涉及的主要技术问题，计算机之间的通信结构图，3.2数据通信方式，3.2.1并行传输，这通常用于计算机系统内和与外围设备的大量频繁数据传输。这样，每个数据

4、码的每个比特被同时传输。从发送端到接收端的信道需要几条相应的传输线。3.2.2串行传输在串行数据传输中，数据在通信线路上逐位传输。由于计算机内部运行大多采用并行传输方式，当实际采用串行传输时，应使用转换设备进行并行/串行和串行/并行转换。串行数据传输，3.2.2串行传输，(1)单工通信任何只能通过一个物理信道进行单向信息传输的通信称为单工通信。单工通信，3.2.2串行传输，(2)半双工通信半双工通信意味着双向传输是可能的，但是因为只有一个物理信道(双线系统)，传输同时限于一个方向。半双工通信，3.2.2串行传输(3)全双工通信全双工通信是指通信双方可以不受任何限制地随时进行双向通信。该系统通常

5、用于实时数据交换，需要两个以上的物理通道(三线制或四线制)。全双工通信、3.3数据交换技术、3.3.1电路交换和电路交换的最典型例子是电话在过去的100年里，经过多次改革和更新，它已经从电话交换机的手动交换发展到现代程控交换机的自动交换。电路交换图，3.3.1电路交换，特征：在数据传输开始前必须设置一个专用通道。在释放线路之前，路径完全被一对用户占用。对于突发通信，电路切换效率不高。优点：数据传输可靠快速，无数据丢失，保持原有顺序。缺点：在某些情况下，当电路空闲时，通道很容易被浪费。在短时间数据传输中，建立和拆除电路所花费的时间是不值得的。因此，它适用于系统之间需要大量高质量数据传输的情况。3

6、.3.2报文交换，报文交换方式的数据传输单位是报文，是站内一次发送的数据块，长度是无限可变的。在每个节点接收到整个消息并检查其是否正确后，它临时存储该消息，然后使用路由信息找出下一个节点的地址，然后将整个消息发送给下一个节点。每个节点上消息的延迟时间等于接收消息所需的时间加上转发到下一个节点所需的排队延迟时间之和。3.3.2消息交换，优点：电路利用率高。因为许多消息可以在两个节点之间分时共享信道，所以对于相同的流量，要求电路的传输容量较低。在电路交换网络中，当业务量变大时，新的呼叫就不能被接受。在消息交换网络上，当通信量很大时，仍然可以接收消息，但是传输延迟会增加。消息交换系统可以向多个目的地

7、发送消息，但电路交换网络很难做到这一点。消息交换网络可以转换速度和代码。缺点：不能满足实时或交互通信的要求，消息通过网络的延迟时间长且不确定。有时，当一个节点接收到太多数据而没有空间存储或不能及时转发时，它必须丢弃该消息，并且发送的消息不能按顺序到达目的地。3.3.3分组交换是对消息交换的改进，它将消息分成几个分组，每个分组都有一个长度上限。分组的有限长度减少了每个节点所需的存储容量，并且分组可以存储在存储器中，这提高了交换速度。分组交换网络示意图，3.3.3分组交换，优点：高效率：在分组传输过程中动态分配传输带宽，逐段占用通信链路。灵活性：每个节点都有智能，并为每个数据包独立选择转发路由。快

8、速：以数据包为传输单位，在通信之前无需建立连接就可以发送数据包。完美的网络协议：分布式多路由通信子网。缺点：大延迟：当数据包在节点交换机中存储和转发时，由排队引起的延迟。当网络流量很大时，延迟可能非常大。高开销：每个数据包携带的控制信息会导致系统的额外开销。在实际应用中有两种类型的分组交换：虚电路和数据图。前者面向连接，后者无连接。3.3.4各种数据交换技术的性能比较、电路交换：数据传输前必须设置完整的路径。在删除线之前，路径完全被一对用户占用。电路交换效率不高，适合轻负载和间接负载使用租用线路进行通信。消息交换：消息以存储转发的方式从源传输到目的地，消息需要排队。因此，消息交换不适合交互通信

9、，不能满足实时通信的要求。分组交换：分组交换类似于消息交换，但是消息被分成分组，并且指定了最大长度。分组交换技术是数据网络中应用最广泛的交换技术之一，适用于交换中等或大量的数据。、3.4复用技术、3.4.1时分复用技术。时分复用时分复用将信道的传输时间分成几个时间片，也称为时隙。给每个用户分配一个时间片，在用户占用的时间片内，用户使用通信信道的所有带宽。时分复用原理示意图，3.4.2频分复用技术(FDM)，频分复用的基本原理是：由于每个逻辑信道占用的频率范围(即频带)不同，即每个信道占用的频带互不重叠，在进行多信道数据传输时，每个信道的多信道信号需要用不同的载波频率进行调制，相邻信道之间用“告

10、警频带”进行隔离， 3.4.3波分复用(WDM)，光纤通道技术采用波分复用方法，简称波分复用(WDM)，是目前正在开发的一项新技术。波分复用原理示意图，3.4.4复用比较，频分复用：按频率划分，多个信号可以同时存在并传输，每个信号有不同的频带。时分复用：按时间划分，每个时隙只存在一个信号，在信道中以时分和旋转的方式传输多个信号。光波分复用：按波长划分，多个信号可以同时存在和传输。每个信号都有不同的波长，其本质是频分复用。3.4.5码分多址，适用于多目标遥测。扩频后，信号功率分布在一个较宽的频段，接收不易被阻断。抗干扰能力强，保密性好，误码率低。使用的载波频率不需要应用到相关部门。它与广泛使用的

11、“码分多址数字蜂窝移动通信系统”之间的主要区别在于，后者通常传输单个语音信号，这需要由庞大的无线网络支持，而前者主要传输编码组信号，这通常不需要庞大的网络支持。3.5差错控制和检查，3.5.1差错原因和差错类型，传输差错是指接收数据通过通信信道后与传输数据不一致的现象。当数据从信源开始传输时，由于信道中总是存在一些噪声，所以接收到的信号在到达目的地时是信号和噪声的叠加。通道噪声可分为热噪声和脉冲噪声。热噪声由传输介质导体的电子热运动产生。如噪声脉冲、衰减、延迟失真等。热噪声的特点是：它一直存在，振幅小，强度与频率无关，但频谱宽，是一种随机噪声。通信过程中的传输错误由随机错误和突发错误组成。计算

12、机网络通信系统对平均误码率的要求低于10-6。为了满足这一要求，我们必须解决自动检错和纠错的问题。3.5.2检错纠错(1)检错法：检错法的工作原理是在发送数据时，发送方增加一些额外的检错潜力，从而达到无错传输的目的。常见的检错码包括奇偶校验码、分组码和循环冗余码。(2)纠错码：的工作原理是在发送数据时，发送方增加足够的附加电位，使接收方能够准确检测错误并自动纠正。这些冗余信息被称为纠错码，这些信息足以让接收机发现错误。(3)奇偶校验：奇偶校验也称为垂直冗余校验(VRC)，是一种基于字符的校验方法。一个字符由8位组成，低7位是信息字符的ASCII码，最高的位称为奇偶校验位。3.5.2检错纠错，ASCII字符“Y”的7位代码为1011001，有4个“1”。因此，在“偶校验”期间，校验位应该是“0”，以确保整个字符中的1数是偶的，因此整个发送的字符是01011001。并且“奇数校验”意味着为了确保整个字符中的1的数量是奇数，校验位sh、奇偶校验位设置、3.5.2检错纠错，如果采用奇数奇偶校验，发送端发送的字符码