互聯(lián)網(wǎng)體系課件：第3課 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第三課

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)引入現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不僅僅是一個(gè)時(shí)髦的名詞。事實(shí)上它已經(jīng)成為人們生活不可缺少的一部分，就象空氣和水一樣。概述數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼多路復(fù)用技術(shù)異步與同步通信差錯(cuò)控制與校驗(yàn)信息交換技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)幕驹硎煜ぎ惒脚c同步通信的接口標(biāo)準(zhǔn)掌握常用數(shù)據(jù)編碼及多路復(fù)用技術(shù)掌握信息交換技術(shù)學(xué)習(xí)完本課程，您應(yīng)該能夠：數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標(biāo)

返回本章首頁(yè)數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念1、信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型信息（Information）:

對(duì)數(shù)據(jù)的解釋?zhuān)墙?jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)。

是客觀事物屬性和相互聯(lián)系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)（Data）:

記錄下來(lái)可以被鑒別的符號(hào)。

一般可以理解為“信息的數(shù)字化形式”或“數(shù)字化的信息形式”。狹義的“數(shù)據(jù)”通常是指具有一定數(shù)字特性的信息，如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)中區(qū)別于程序的計(jì)算數(shù)據(jù)等。但在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被廣義地理解為在網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)字編碼。分為：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：以連續(xù)電波表示的數(shù)據(jù)形式。模擬數(shù)據(jù)：以離散的編碼電波表示的數(shù)據(jù)形式。數(shù)據(jù)通信的基本概念信號(hào)（Signal）：簡(jiǎn)單地講就是攜帶信息的傳輸介質(zhì)。在通信系統(tǒng)中使用的電信號(hào)、電磁信號(hào)、光信號(hào)、載波信號(hào)、脈沖信號(hào)、調(diào)制信號(hào)等術(shù)語(yǔ)就是指攜帶某種信息的具有不同形式或特性的傳輸介質(zhì)。

數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)&信息&信號(hào)信息：是人對(duì)現(xiàn)實(shí)世界事物存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的某種認(rèn)識(shí)。

數(shù)據(jù)：

是把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式。

信號(hào)：是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)。

數(shù)據(jù)通信的基本概念雪六角形涼白色信息數(shù)據(jù)信號(hào)例子：

數(shù)據(jù)通信的基本概念

模擬：

波動(dòng)性；

持續(xù)變化；

反映事物的本質(zhì)；

在電信業(yè)已經(jīng)被廣泛

使用超過(guò)100年；

數(shù)字：

離散性；

躍變性；

設(shè)備性能先進(jìn)，

較為便宜；

模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)通信的基本概念（a）模擬信號(hào)

（b）數(shù)字信號(hào)

數(shù)據(jù)通信的基本概念信道：傳遞信息的通道，包括發(fā)送、接收設(shè)備和傳輸介質(zhì)。頻寬：傳輸信道所能傳輸信號(hào)的最大頻率，單位Ｈz。碼元：承載信息的基本信號(hào)單位，如脈沖信號(hào)表示數(shù)據(jù)有效值狀態(tài)，一個(gè)單位脈沖就為一個(gè)碼元。數(shù)據(jù)通信的基本概念帶寬：設(shè)備改變信號(hào)的最大速率，目前常用的定義為:通信介質(zhì)每秒所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，單位bit/s。數(shù)據(jù)傳輸率s:

又稱(chēng)比特率，是一種數(shù)字信號(hào)的傳輸速率，表示單位時(shí)間內(nèi)傳送的二進(jìn)制代碼的有效位（bit）,單位用比特

/?每秒（b/s）表示。數(shù)據(jù)通信的基本概念時(shí)延:

指一個(gè)報(bào)文或分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或一條鏈路）的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。由三部分組成：發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延。信道容量：給定帶寬上傳送的最大信息速率。數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信模型通信系統(tǒng)可劃分為三大部分，即源系統(tǒng)（發(fā)送端）、傳輸系統(tǒng)（傳輸網(wǎng)絡(luò)）和目的系統(tǒng)（接收端）。信源接收器接收的信號(hào)信宿信息源系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)傳輸系統(tǒng)信息發(fā)送器傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)數(shù)字比特流模擬信號(hào)公用電話網(wǎng)模擬信號(hào)數(shù)字比特流正文正文PC機(jī)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)通信系統(tǒng)實(shí)例數(shù)據(jù)通信模型模擬信道傳輸模擬數(shù)據(jù)普通電話模擬信道傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)電話線傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)數(shù)字信道傳輸模擬數(shù)據(jù)移動(dòng)電話數(shù)字信道傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)

數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)通信的基本概念頻帶傳輸：利用模擬信道實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)姆椒ǚQ(chēng)為頻帶傳輸。為了利用電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)字信號(hào)傳輸，必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為摸擬信號(hào)。為此需要在發(fā)送端選取音頻范圍的某一頻率的正（余）弦摸擬信號(hào)作為載波，用它運(yùn)載所要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，通過(guò)電話信道送至另一端；在接收端再將數(shù)字信號(hào)從載波上取出來(lái)，恢復(fù)為原來(lái)的信號(hào)波形。

調(diào)制:數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。

解調(diào):模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

常用的調(diào)制方法：調(diào)幅(AM)調(diào)頻(FM)調(diào)相(PM)正交調(diào)幅(QAM)數(shù)據(jù)通信的基本概念脈沖編碼調(diào)制（PCM，PulseCodeModulation）：是波形編碼中最重要的一種方式，在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信等均獲得了極為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)大多采用PCM體制。PCM過(guò)程主要由采樣、量化與編碼三個(gè)步驟組成。

數(shù)據(jù)通信的基本概念2.4.3數(shù)字傳輸系統(tǒng)現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)均采用脈碼調(diào)制PCM(PulseCodeModulation)體制。

采樣周期Tt信號(hào)t采樣1001001111000010t編碼t解碼t還原幅移鍵控方式（ASK，Amplitude-ShiftKeying）頻移鍵控方式（FSK，F(xiàn)requency-ShiftKeying）相移鍵控方式（PSK，Phase-ShiftKeying）

數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念基帶傳輸：由計(jì)算機(jī)或終端產(chǎn)生的，頻譜從零開(kāi)始而未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)所占用的頻率范圍叫基本頻帶，簡(jiǎn)稱(chēng)基帶。利用基帶信號(hào)直接傳輸?shù)姆绞椒Q(chēng)基帶傳輸。在基帶傳輸中，需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，即用不同電壓極性或電平值代表數(shù)字信號(hào)的“0”和“1”。

數(shù)字編碼方法：非歸零編碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)通信的基本概念曼徹斯特（Manchester）編碼：包括數(shù)據(jù)信息和時(shí)鐘信息，每一位的中間有一個(gè)跳變，從高到低的跳變表示1，從低到高的跳變表示0，位中間的跳變既作為時(shí)鐘，又作為數(shù)據(jù)。差分曼徹斯特編碼：若碼元為1，則其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平一樣；但若碼元為0，則其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平相反。不論碼元是１或０，在每個(gè)碼元的正中間時(shí)刻，一定要有一次電平的轉(zhuǎn)換。差分曼徹斯特編碼需要較復(fù)雜的技術(shù)，但可以獲得較好的抗干擾性能。數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)有效性可靠性數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)傳輸速率差錯(cuò)率在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，為了高效合理地利用資源，通常采用多路復(fù)用技術(shù)

.通過(guò)多路復(fù)用器將多路信號(hào)組合在一條物理信道上傳輸,到接收端再用多路分用器（也稱(chēng)多路譯碼器）將各路信號(hào)分離并輸出,從而提高通信線路的利用率，降低通信成本多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用返回本章首頁(yè)多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）：當(dāng)介質(zhì)的有效帶寬超過(guò)被傳輸?shù)男盘?hào)帶寬時(shí)，可以把多個(gè)信號(hào)調(diào)制在不同的載波頻率上，從而在同一介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送多路信號(hào)，即將信道的可用頻帶（帶寬）按頻率分割成多路信號(hào)的方法劃分為若干個(gè)互不交疊的頻段，每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)頻段，從而形成多個(gè)子信道；在接收端用適當(dāng)?shù)臑V波器將多路信號(hào)分開(kāi)，分別進(jìn)行解調(diào)和終端處理。頻分多路復(fù)用主要應(yīng)用于模擬信號(hào)。FDM子信道示意圖多路復(fù)用技術(shù)FDM原理多路復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）：將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用，這樣，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用不僅限于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。同步時(shí)分：時(shí)分方案中的時(shí)間片是分配好的，而且是固定不變的。異步時(shí)分：允許動(dòng)態(tài)地分配傳輸媒體的時(shí)間片。多路復(fù)用技術(shù)TDM子信道示意圖可用頻段頻率時(shí)間ABCDABCDABCDABCD組成子信道A的時(shí)隙時(shí)分復(fù)用幀多路復(fù)用技術(shù)TDM原理2多路復(fù)用器MUX源1源2源3源4源5源6多路復(fù)用器MUX目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4目標(biāo)5目標(biāo)634561234516多路復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）：在光纖信道上使用的頻分復(fù)用的一個(gè)變種,將光信號(hào)劃分為多個(gè)波段,用來(lái)實(shí)現(xiàn)一根光纖同時(shí)傳輸多個(gè)光載波信號(hào)。因?yàn)槟壳熬W(wǎng)絡(luò)的主干多為光纖,所以波分復(fù)用是主要的復(fù)用技術(shù)之一。多路復(fù)用技術(shù)輸出要聯(lián)系的控制信息發(fā)送數(shù)據(jù)可調(diào)波長(zhǎng)發(fā)送器固定波長(zhǎng)發(fā)送器可調(diào)波長(zhǎng)接收器固定波長(zhǎng)接收器固定波長(zhǎng)接收器可調(diào)波長(zhǎng)接收器可調(diào)波長(zhǎng)發(fā)送器固定波長(zhǎng)發(fā)送器同意聯(lián)系多路復(fù)用技術(shù)碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）：又稱(chēng)碼分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）,是一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù),共享時(shí)間和頻率資源。多路復(fù)用技術(shù)異步與同步通信同步通信:

同步就是接收端按發(fā)送端發(fā)送的每個(gè)碼元的起止時(shí)間及重復(fù)頻率來(lái)接收數(shù)據(jù)，并且要校準(zhǔn)自己的時(shí)鐘以便與發(fā)送端的發(fā)送取得一致，實(shí)現(xiàn)同步接收。

返回本章首頁(yè)異步與同步通信異步通信:

發(fā)送端可以在任意時(shí)刻發(fā)送字符，字符之間的間隔時(shí)間可以任意變化。該方法是將字符看作一個(gè)獨(dú)立的傳送單元，在每個(gè)字符的前后各加入1～3位信息作為字符的開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)志位，以便在每一個(gè)字符開(kāi)始時(shí)接收端和發(fā)送端同步一次，從而在一串比特流中可以把每個(gè)字符識(shí)別出來(lái)。

并行數(shù)據(jù)傳輸:

在并行數(shù)據(jù)傳輸中，至少有8個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)從一個(gè)設(shè)備傳送到另一個(gè)設(shè)備，發(fā)送設(shè)備將8個(gè)數(shù)據(jù)位通過(guò)8條數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備。接收設(shè)備在收到這些數(shù)據(jù)后，不需經(jīng)過(guò)任何改變就可以直接使用。計(jì)算機(jī)內(nèi)部的總線數(shù)據(jù)傳送通常都是以并行方式進(jìn)行傳輸?shù)?。串行?shù)據(jù)傳輸:

在串行數(shù)據(jù)傳輸中，每次由源地傳到目的地的數(shù)據(jù)只有一位，與同時(shí)傳輸好幾位數(shù)據(jù)的并行傳輸相比，串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斔俣纫炔⑿袀鬏斅趯?shí)際應(yīng)用中往往選擇串行數(shù)據(jù)傳輸，這是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布哂薪?jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。通常情況下，并行通信用于距離較近的情況，串行通信用于距離較遠(yuǎn)的情況。串行傳輸與并行傳輸串行傳輸與并行傳輸串行傳輸:

數(shù)據(jù)在一個(gè)信道上一位一位依次傳輸。數(shù)據(jù)線數(shù)目與與傳輸數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)。特點(diǎn)：

1、通信線路數(shù)小，線路利用率高適合于遠(yuǎn)距離傳輸。

2、在發(fā)送端和接收端需要并/串轉(zhuǎn)換和串/并轉(zhuǎn)換。

3、需要實(shí)施同步措施，以確保不產(chǎn)生錯(cuò)字。并行傳輸:

數(shù)據(jù)在多個(gè)信道上同時(shí)傳輸。數(shù)據(jù)線數(shù)目與與傳輸數(shù)據(jù)相同并可能多一校驗(yàn)線。特點(diǎn)：

1、不需要對(duì)傳輸代碼進(jìn)行時(shí)序轉(zhuǎn)換

2、需要數(shù)據(jù)線數(shù)目多。

3、傳輸速率高。串行傳輸與并行傳輸數(shù)字通信原理

7.按照數(shù)字信號(hào)碼元排列方法的不同，可分為：串序傳輸：將數(shù)字信號(hào)碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在信道中傳輸。并序傳輸：將數(shù)字信號(hào)碼元分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號(hào)碼元序列同時(shí)在信道中傳輸。串序與并序傳輸示意圖：

數(shù)字通信原理

串序傳輸：發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備01101101數(shù)字通信原理

并序傳輸：發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備01101001011001101010110110010101……數(shù)字通信原理

數(shù)字通信的主要特點(diǎn)：無(wú)噪聲積累，能保證較高的通信質(zhì)量便于加密處理數(shù)字信號(hào)便于直接與計(jì)算機(jī)接口形成智能網(wǎng)數(shù)字通信原理

高度的靈活性和通用性設(shè)備便于集成化、微型化但是，數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶為代價(jià)而換取得，并且數(shù)字通信對(duì)同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。數(shù)字通信原理

由于數(shù)字通信的一系列優(yōu)點(diǎn)，人們熟悉的短波通信、微波通信以及迅速發(fā)展的移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、光纖通信等都向數(shù)字化方向發(fā)展。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字通信將在今后的通信方式中取代模擬通信而占據(jù)統(tǒng)治地位。單工通信：只能有一個(gè)方向的通信而沒(méi)有反方向的交互電視半雙工通信：一方發(fā)送，另一方接收，過(guò)一段時(shí)間后再反過(guò)來(lái)。但不能雙方同時(shí)發(fā)送，也不能同時(shí)接收。電話全雙工通信：通信雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)通信的基本方式數(shù)據(jù)通信方式發(fā)方收方A方A方B方B方單工通信半雙工通信全雙工通信差錯(cuò)控制編碼就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行抗干擾編碼，目的是為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)的容錯(cuò)性和可靠性，它在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⒋a元序列中，以一定的編碼規(guī)則附加一些校驗(yàn)碼元，接收端利用該規(guī)則進(jìn)行相應(yīng)的譯碼，譯碼的結(jié)果有可能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)或糾正差錯(cuò)。在差錯(cuò)控制碼中，檢錯(cuò)碼是指能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)差錯(cuò)的編碼，糾錯(cuò)碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)而且能夠自動(dòng)糾正差錯(cuò)的編碼。當(dāng)然，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力是用信息量的冗余和降低系統(tǒng)的效率為代價(jià)來(lái)?yè)Q取的。差錯(cuò)控制與校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)碼：每個(gè)字符增加一個(gè)附加位,使字符中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或者偶數(shù)。多用于低速傳輸。只能檢驗(yàn)奇數(shù)位出錯(cuò)。奇校驗(yàn)：

110010110

附加位

110110111偶校驗(yàn)：

110010111110110110差錯(cuò)控制與校驗(yàn)水平冗余校驗(yàn)水平冗余校驗(yàn)是把數(shù)個(gè)字符組成一組，對(duì)一組字符的同一位（水平方向）進(jìn)行奇或偶校驗(yàn)，得到一列校驗(yàn)碼。發(fā)送時(shí)按字符一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送，最后發(fā)送一列校驗(yàn)碼。