數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2課件

第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)12.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信是通過某種類型的物理介質(zhì)（如電話線）從一個地點(diǎn)向另一個地點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)（數(shù)字或字符），它是解決數(shù)據(jù)信息的傳輸、交換、分配、集中及兼容等問題的一門技術(shù)。數(shù)據(jù)通信技術(shù)是測控系統(tǒng)通信的基礎(chǔ)。四要素：信號、數(shù)據(jù)、信息和信道思考：四要素之間的關(guān)系是什么？2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信是通過某種類22.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.1信息信息（Information）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)動狀態(tài)。水溫100度、車速80km/h等都是信息；信息不同于信號，信號是信息的載體，信息則是信號所載荷的內(nèi)容；信息不同于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是記錄信息的一種形式，同樣的信息也可以用文字或圖像來表述。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.1信息信息（Info32.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data）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”；數(shù)字、字母和符號都是數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)中包含信息，信息通過解釋數(shù)據(jù)而產(chǎn)生；數(shù)據(jù)可以分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。模擬數(shù)據(jù)表示的信息為隨時間變化的連續(xù)信號；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示的信息為離散的數(shù)字信號；2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data42.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.3信號信號（Signal）是數(shù)據(jù)的具體表示形式，簡單地講就是攜帶信息的傳輸介質(zhì)。通信系統(tǒng)使用的信號主要有電信號、磁信號、光信號等；信號的特性表現(xiàn)為它的時間特性和頻率特性；信號的分類；信號的分析方法。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.3信號信號（Signa52.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.3信道信道即信號傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些接口設(shè)備；信道有物理信道和邏輯信道之分；2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.3信道信道即信號傳輸?shù)?2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成72.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

數(shù)據(jù)源(信源)：把待傳輸?shù)南⒒驍?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成原始電信號，如電話系統(tǒng)中電話機(jī)可看成是信源；發(fā)送設(shè)備：將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的原始電信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?；信道：信號傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。接收設(shè)備：任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號來。數(shù)據(jù)宿(信宿)：將復(fù)原的原始電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)源(信源)：把待82.3傳輸方式

2.3.1并行傳輸方式及串行傳輸方式(1)并行傳輸字符編碼的各個比特同時傳輸特點(diǎn)：一個比特的時間內(nèi)可以傳輸一個字符，傳輸速度快；每個比特傳輸要求一個單獨(dú)的信道支持，通信成本高；遠(yuǎn)距離傳輸時，可靠性較低。(2)串行傳輸將組成字符的各個比特串行的發(fā)往線路特點(diǎn)：傳輸速度慢，一次一個比特；通信成本低，傳輸只要求一個

單獨(dú)的信道支持2.3傳輸方式2.3.1并行傳輸方式及串行傳9

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸

(1)基帶傳輸

基帶傳輸是指在基本不改變數(shù)據(jù)信號頻率的情況下，在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)的原碼信號，即按數(shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸，不采用任何調(diào)制措施。它是目前廣泛應(yīng)用的最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。凡按數(shù)字信號原碼進(jìn)行的傳輸稱為基帶傳輸?；鶐鬏斨袀鬏?shù)氖且幌盗蟹讲娒}沖信號。目前大部分計算機(jī)局域網(wǎng)，包括控制局域網(wǎng)，都采用基帶傳輸方式。其特點(diǎn)是整個系統(tǒng)不用調(diào)制解調(diào)器，價格低廉。但傳輸距離一般不超過25km，數(shù)據(jù)傳輸速率小于l0Mbit/S。

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸10

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸

(2)載帶傳輸在一條物理信道上，把要傳輸?shù)囊宦窋?shù)字信號依附在另一載波信號上進(jìn)行傳輸，這樣的傳輸方式稱為載帶傳輸。載帶傳輸傳送的是一路具有載波頻率的連續(xù)信號。把被傳信號依附在載波上稱為調(diào)制，把被傳信號從載波上卸下來稱為解調(diào)。常用的調(diào)制方法有調(diào)頻方式、調(diào)幅方式及調(diào)相方式。執(zhí)行調(diào)制與解調(diào)任務(wù)的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸11

數(shù)據(jù)調(diào)制方式（a）調(diào)幅（b）調(diào)頻（c）調(diào)相數(shù)據(jù)調(diào)制方式12

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸(3)寬帶傳輸在一條物理信道上順序傳輸多路數(shù)字信號，每種要傳輸?shù)臄?shù)字信號依附在指定頻率的載波信號上，用不同頻率段進(jìn)行多路數(shù)字信號的傳輸，這樣的傳輸方式稱為寬帶傳輸。寬帶傳輸中同時傳輸?shù)氖菐捉M不同頻率的連續(xù)電信號。

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸13

2.3.3單工方式、半雙工方式與全雙工方式

單工:只能有一個方向的通信，而沒有反方向的交互。半雙工:可以雙向通信，但不能雙向同時通信。

全雙工:雙向同時通信。單向車道

交通管制的雙向車道

雙向車道

2.3.3單工方式、半雙工方式與全雙工方式142.4編碼2.4.1碼元

二進(jìn)制序列中的每一位稱為一個碼元,它只有0和1兩種狀態(tài)。表示0和1兩種狀態(tài)的電脈沖波形(即碼元波形)可以有多種形式。不同的碼元波形形成不同的編碼。常見的碼元波形有：(a)為單極性不歸零碼(b)雙極性不歸零碼(c)單極性歸零碼(d)雙極性歸零碼(e)曼徹斯特碼(f)差分碼適用于近距離、低速、抗干擾能力要求不高的場合，如實驗室環(huán)境下，芯片之間的短距離異步通信；通信距離、速度和抗干擾能力稍強(qiáng)，如電路或模塊之間的外部通信；自同步編碼方式，包括數(shù)據(jù)信息和時鐘信息。抗干擾能力強(qiáng)，適用于復(fù)雜環(huán)境下，長距離外部通信。CAN、4852.4編碼2.4.1碼元二進(jìn)制序列中的每一15圖3常用碼元波形的對比在每一位中間都有一個跳變，這個跳變既作為時鐘，又表示數(shù)據(jù)。從高到低的跳變表示1，從低到高的跳變表示0。由于這種方法把時鐘信號和數(shù)據(jù)信號同時發(fā)送出去，簡化了同步處理過程，所以，有許多數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用這種表示方法。圖3常用碼元波形的對比在每一位中間都有一個跳變，這個跳變16圖3常用碼元波形的對比它的編碼規(guī)則是：若碼元為1，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平一樣；但若碼元為0，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相反。不論碼元是１或０，在每個碼元的正中間時刻，一定要有一次電平的轉(zhuǎn)換。圖3常用碼元波形的對比它的編碼規(guī)則是：若碼元為1，則其前172.4.2內(nèi)部碼與通信碼2.4.3編碼與解碼在計算機(jī)內(nèi)使用的編碼稱為內(nèi)部碼。在計算機(jī)與外部設(shè)備（包括其它計算機(jī)）之間交換數(shù)據(jù)所使用的編碼稱為通信碼。把內(nèi)部碼碼元波形變換為通信碼碼元波形的過程稱為編碼。解碼是編碼的逆過程，它把計算機(jī)外部接收來的信息變換成內(nèi)部碼及其碼元波形。通過程序可方便的實現(xiàn)內(nèi)部碼與通信碼的互換，而碼元波形的變換，用簡單電路即可完成。2.4.2內(nèi)部碼與通信碼2.4.3編碼與解碼在計182.5復(fù)用技術(shù)2.5.1頻分復(fù)用2.5.2時分復(fù)用2.5.3波分復(fù)用解決一條信道上同時傳遞多路信號的問題。以載波信號的頻率區(qū)分不同的傳送信號。以占用信道的時間區(qū)分不同的傳送信號。以碼元波形區(qū)分不同的傳送信號。2.5復(fù)用技術(shù)2.5.1頻分復(fù)用2.5.2時分復(fù)用192.7同步技術(shù)同步技術(shù)的定義

在通信過程中，接收端根據(jù)發(fā)送端的起止時間和重復(fù)頻率校正自己的基準(zhǔn)時間與重復(fù)頻率的過程稱為同步過程，這種統(tǒng)一收端和發(fā)端的措施稱為同步技術(shù)。同步技術(shù)并不是同步傳輸時才使用的技術(shù)，如異步傳輸中就使用了外同步法。2.7同步技術(shù)同步技術(shù)的定義20在同步傳輸中，所有設(shè)備都使用一個共同的時鐘。在時鐘的協(xié)調(diào)下，每一位數(shù)據(jù)同步收發(fā)。傳輸?shù)拿總€數(shù)據(jù)位只在時鐘信號的上升沿或者下降沿之后的一個規(guī)定的時間內(nèi)有效。需要一條額外的線來傳輸時鐘信號。在異步傳輸中，每個通信節(jié)點(diǎn)都有自己的時鐘信號，每個通信節(jié)點(diǎn)必須在時鐘頻率上保持一致，并且所有的時鐘必須在一定誤差范圍內(nèi)相吻合。異步傳輸時，每一位數(shù)據(jù)不需要同步收發(fā)，但當(dāng)傳輸一個字節(jié)時，通常會包括一個起始位來同步時鐘。一數(shù)據(jù)幀往往包含幀頭和幀尾，用于同步。在同步傳輸中，所有設(shè)備都使用一個共同的時鐘。在時鐘的協(xié)調(diào)下，21同步的目的：

保證接收方在時間上與發(fā)送方取得同步，以便能夠正確地識別和接收發(fā)送方發(fā)來的數(shù)據(jù)。同步技術(shù)需要解決的主要問題有：

何時開始發(fā)送數(shù)據(jù)；發(fā)送過程中的數(shù)據(jù)傳輸速率；持續(xù)時間的長短；發(fā)送時間間隔的大小。當(dāng)發(fā)送端以某一速率，在一定的起始時間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)時，接收端也必須以同一速率在相同的起始時間內(nèi)接收數(shù)據(jù)。否則接收端與發(fā)送端就會產(chǎn)生微小誤差，隨著時間的增加，誤差將逐漸積累，并造成收發(fā)的失步（不同步），從而出現(xiàn)錯誤。同步的目的：221、幀同步2、位同步3、字符同步同步的實現(xiàn)方法：通信的基本單位是幀；通過幀信息的首尾標(biāo)志符實現(xiàn)同步。通信的基本單位是位；通過時鐘信號實現(xiàn)位同步。通信的基本單位是字符；異步傳輸利用起始位和停止位實現(xiàn)字符同步；同步傳輸利用專門的同步字符實現(xiàn)字符同步。1、幀同步同步的實現(xiàn)方法：通信的基本單位是幀；通信的基本單位232.8差錯控制方法1、概念通信雙方為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性而設(shè)定的有關(guān)檢錯和糾錯的策略和方法。2、原因

噪聲和干擾3、常用方法回聲法表決法自動重發(fā)糾錯法(ARQ)前向糾錯法(FEC)混合糾錯法(HEC)2.8差錯控制方法1、概念回聲法24差錯控制編碼就是對網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號進(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)差錯或糾正差錯。在差錯控制碼中，檢錯碼是指能自動發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)差錯的編碼，糾錯碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能夠自動糾正差錯的編碼。當(dāng)然，檢錯和糾錯能力是用信息量的冗余和降低系統(tǒng)的效率為代價來換取的。差錯控制編碼就是對網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號進(jìn)行抗干擾編碼，目的是252.9檢錯編碼1、字符奇偶校驗2、水平奇偶校驗3、累加和校驗4、異或和校驗碼5、循環(huán)冗余校驗碼（CRC）6、BCH校驗碼2.9檢錯編碼1、字符奇偶校驗261.字符奇偶校驗又稱為垂直奇偶校驗，一次只能校驗一個字符。編碼規(guī)則：在字符后面附上一位奇偶校驗位。若附上奇偶校驗位后使形成的數(shù)碼中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，就稱為偶校驗。如果使“l(fā)”的個數(shù)為奇數(shù)，則稱為奇校驗。例如：數(shù)碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，采用偶校驗時在數(shù)碼后面附上偶校驗位“1”，成為數(shù)碼l1001111，使“1’的個數(shù)為偶數(shù)。

特點(diǎn)：只需附加一位奇偶校驗位，編碼效率高；能檢出奇數(shù)個差錯，若發(fā)生2個、4個等偶數(shù)個差錯，接收端就無法檢出。

1.字符奇偶校驗例如：數(shù)碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，采用偶校272.水平奇偶校驗水平奇偶校驗，一次能校驗多個字符。編碼規(guī)則：在n個有效字符后面附上一個校驗字節(jié)。若附上奇偶校驗字節(jié)后使n個字節(jié)和校驗字節(jié)的同一位中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，就稱為偶校驗。如果使“l(fā)”的個數(shù)為奇數(shù)，則稱為奇校驗。該方法數(shù)據(jù)越長，可信度就越低。2.水平奇偶校驗28與碼元對應(yīng)的權(quán)282726252423222120

信息組10011100010100110010100110010101校驗和110101101將校驗和附在信息組之后一起傳送，校驗和只保留8位，溢出位不計。3.累加和校驗

數(shù)組級校驗方法。一次可以校驗多個數(shù)據(jù)。編碼規(guī)則：對發(fā)送數(shù)據(jù)按字節(jié)順序累加求和，對最高位溢出不作處理，最后得到一個累加和字節(jié)。累加和字節(jié)附在有效數(shù)據(jù)后面一并發(fā)出，用于檢錯。與碼元對應(yīng)的權(quán)28272294.異或(XOR)校驗

數(shù)組級校驗方法。一次可以校驗多個數(shù)據(jù)。編碼規(guī)則：用全0字節(jié)對發(fā)送數(shù)據(jù)按字節(jié)順序異或運(yùn)算，最后得到一個異或結(jié)果。該異或結(jié)果作為校驗碼附在有效數(shù)據(jù)后面一并發(fā)出，用于檢錯。5.循環(huán)冗余(CRC)校驗

循環(huán)冗余碼（CRC，CyclicRedundancyCode）校驗是目前在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信及存儲器中應(yīng)用最廣泛的一種校驗編碼方法，它所約定的校驗規(guī)則是：讓校驗碼能為某一約定代碼所除盡；如果除得盡，表明代碼正確；如果除不盡，余數(shù)將指明出錯位所在位置。4.異或(XOR)校驗數(shù)組級校驗方法。一次可302.10拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)由一個主節(jié)點(diǎn)和多個從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。任何兩個從節(jié)點(diǎn)之間的通信都要經(jīng)過主節(jié)點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)對主節(jié)點(diǎn)的依賴比較嚴(yán)重，可靠性較低，在分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用得較少?？偩€型結(jié)構(gòu)由一個總線和多個節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。節(jié)點(diǎn)之間通過總線可以靈活傳輸數(shù)據(jù)，但總線是分時復(fù)用的。即只有總線空閑時，節(jié)點(diǎn)才能發(fā)送數(shù)據(jù)。該結(jié)構(gòu)靈活、方便、可靠性高，在分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。2.10拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)由一個主節(jié)點(diǎn)和31環(huán)型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)環(huán)型結(jié)構(gòu)所有的節(jié)點(diǎn)通過鏈路組成一個環(huán)形。信息在環(huán)上只能按某一確定的方向傳輸。每個節(jié)點(diǎn)都具有中繼作用。該結(jié)構(gòu)控制簡單，但主要問題是在節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多時會影響通信速度，另外，環(huán)是封閉的，不便于擴(kuò)充。環(huán)型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)環(huán)型結(jié)構(gòu)所有的節(jié)點(diǎn)通過鏈路組成一個環(huán)形。信32多種結(jié)構(gòu)的復(fù)合星－星復(fù)合

總線－星復(fù)合

多種結(jié)構(gòu)的復(fù)合星－星復(fù)合332.11異步通信與同步通信1、異步通信異步通信是以字符為單位進(jìn)行傳輸?shù)?。在傳輸時允許在一個個編碼字符之間有不相等的間隔和停頓，異步通信要求按異步格式進(jìn)行傳輸，如上圖所示。2.11異步通信與同步通信1、異步通信異步34異步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。異步通信數(shù)據(jù)傳送按字符幀傳輸，一幀數(shù)據(jù)包含起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位。異步通信由各自獨(dú)立的時鐘控制數(shù)據(jù)的收發(fā)。異步通信適合長距離傳輸，實現(xiàn)容易，對線路和收發(fā)器要求較低；但傳輸?shù)男屎退俣鹊?。在單片機(jī)中主要采用異步通信方式。異步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。352、同步通信在同步通信中，信息不是以字符為單位傳輸?shù)亩且詳?shù)據(jù)塊為單位傳輸?shù)摹Ｒ粋€數(shù)據(jù)塊內(nèi)包含有若干個連續(xù)的字符，在字符間沒有空閑。若沒有字符發(fā)送，則應(yīng)插入同步字符，以確保各字符間時間間隔相等。2、同步通信在同步通信中，信息不是以字符為單位傳輸?shù)?6同步通信依靠同步字符保持通信同步。同步字符可以由用戶約定，也可以采用SYN代碼16H。通信時先發(fā)送同步字符，然后是連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)之間沒有間隙，也沒有起始位和停止位。同步通信的數(shù)據(jù)格式。同步通信要求把時鐘信號同時傳送，數(shù)據(jù)收發(fā)由統(tǒng)一的時鐘控制。同步通信傳輸效率高，適合高速傳輸?shù)囊?；適合短距離傳輸；長距離傳輸成本高，且時鐘信號容易受到噪聲的干擾。同步通信依靠同步字符保持通信同步。37比較：

異步通信同步通信同步方式起始/停止位同步字符時鐘獨(dú)立統(tǒng)一傳送內(nèi)容字符數(shù)據(jù)塊通信速度慢快通信距離遠(yuǎn)近可靠性高低

比較：異步通信38第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)392.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信是通過某種類型的物理介質(zhì)（如電話線）從一個地點(diǎn)向另一個地點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)（數(shù)字或字符），它是解決數(shù)據(jù)信息的傳輸、交換、分配、集中及兼容等問題的一門技術(shù)。數(shù)據(jù)通信技術(shù)是測控系統(tǒng)通信的基礎(chǔ)。四要素：信號、數(shù)據(jù)、信息和信道思考：四要素之間的關(guān)系是什么？2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信是通過某種類402.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.1信息信息（Information）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)動狀態(tài)。水溫100度、車速80km/h等都是信息；信息不同于信號，信號是信息的載體，信息則是信號所載荷的內(nèi)容；信息不同于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是記錄信息的一種形式，同樣的信息也可以用文字或圖像來表述。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.1信息信息（Info412.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data）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”；數(shù)字、字母和符號都是數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)中包含信息，信息通過解釋數(shù)據(jù)而產(chǎn)生；數(shù)據(jù)可以分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。模擬數(shù)據(jù)表示的信息為隨時間變化的連續(xù)信號；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示的信息為離散的數(shù)字信號；2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data422.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.3信號信號（Signal）是數(shù)據(jù)的具體表示形式，簡單地講就是攜帶信息的傳輸介質(zhì)。通信系統(tǒng)使用的信號主要有電信號、磁信號、光信號等；信號的特性表現(xiàn)為它的時間特性和頻率特性；信號的分類；信號的分析方法。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.3信號信號（Signa432.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.3信道信道即信號傳輸?shù)耐ǖ溃梢允怯芯€的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些接口設(shè)備；信道有物理信道和邏輯信道之分；2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.3信道信道即信號傳輸?shù)?42.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成452.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

數(shù)據(jù)源(信源)：把待傳輸?shù)南⒒驍?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成原始電信號，如電話系統(tǒng)中電話機(jī)可看成是信源；發(fā)送設(shè)備：將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的原始電信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?；信道：信號傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。接收設(shè)備：任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號來。數(shù)據(jù)宿(信宿)：將復(fù)原的原始電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)源(信源)：把待462.3傳輸方式

2.3.1并行傳輸方式及串行傳輸方式(1)并行傳輸字符編碼的各個比特同時傳輸特點(diǎn)：一個比特的時間內(nèi)可以傳輸一個字符，傳輸速度快；每個比特傳輸要求一個單獨(dú)的信道支持，通信成本高；遠(yuǎn)距離傳輸時，可靠性較低。(2)串行傳輸將組成字符的各個比特串行的發(fā)往線路特點(diǎn)：傳輸速度慢，一次一個比特；通信成本低，傳輸只要求一個

單獨(dú)的信道支持2.3傳輸方式2.3.1并行傳輸方式及串行傳47

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸

(1)基帶傳輸

基帶傳輸是指在基本不改變數(shù)據(jù)信號頻率的情況下，在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)的原碼信號，即按數(shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸，不采用任何調(diào)制措施。它是目前廣泛應(yīng)用的最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。凡按數(shù)字信號原碼進(jìn)行的傳輸稱為基帶傳輸?；鶐鬏斨袀鬏?shù)氖且幌盗蟹讲娒}沖信號。目前大部分計算機(jī)局域網(wǎng)，包括控制局域網(wǎng)，都采用基帶傳輸方式。其特點(diǎn)是整個系統(tǒng)不用調(diào)制解調(diào)器，價格低廉。但傳輸距離一般不超過25km，數(shù)據(jù)傳輸速率小于l0Mbit/S。

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸48

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸

(2)載帶傳輸在一條物理信道上，把要傳輸?shù)囊宦窋?shù)字信號依附在另一載波信號上進(jìn)行傳輸，這樣的傳輸方式稱為載帶傳輸。載帶傳輸傳送的是一路具有載波頻率的連續(xù)信號。把被傳信號依附在載波上稱為調(diào)制，把被傳信號從載波上卸下來稱為解調(diào)。常用的調(diào)制方法有調(diào)頻方式、調(diào)幅方式及調(diào)相方式。執(zhí)行調(diào)制與解調(diào)任務(wù)的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸49

數(shù)據(jù)調(diào)制方式（a）調(diào)幅（b）調(diào)頻（c）調(diào)相數(shù)據(jù)調(diào)制方式50

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸(3)寬帶傳輸在一條物理信道上順序傳輸多路數(shù)字信號，每種要傳輸?shù)臄?shù)字信號依附在指定頻率的載波信號上，用不同頻率段進(jìn)行多路數(shù)字信號的傳輸，這樣的傳輸方式稱為寬帶傳輸。寬帶傳輸中同時傳輸?shù)氖菐捉M不同頻率的連續(xù)電信號。

2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸51

2.3.3單工方式、半雙工方式與全雙工方式

單工:只能有一個方向的通信，而沒有反方向的交互。半雙工:可以雙向通信，但不能雙向同時通信。

全雙工:雙向同時通信。單向車道

交通管制的雙向車道

雙向車道

2.3.3單工方式、半雙工方式與全雙工方式522.4編碼2.4.1碼元

二進(jìn)制序列中的每一位稱為一個碼元,它只有0和1兩種狀態(tài)。表示0和1兩種狀態(tài)的電脈沖波形(即碼元波形)可以有多種形式。不同的碼元波形形成不同的編碼。常見的碼元波形有：(a)為單極性不歸零碼(b)雙極性不歸零碼(c)單極性歸零碼(d)雙極性歸零碼(e)曼徹斯特碼(f)差分碼適用于近距離、低速、抗干擾能力要求不高的場合，如實驗室環(huán)境下，芯片之間的短距離異步通信；通信距離、速度和抗干擾能力稍強(qiáng)，如電路或模塊之間的外部通信；自同步編碼方式，包括數(shù)據(jù)信息和時鐘信息?？垢蓴_能力強(qiáng)，適用于復(fù)雜環(huán)境下，長距離外部通信。CAN、4852.4編碼2.4.1碼元二進(jìn)制序列中的每一53圖3常用碼元波形的對比在每一位中間都有一個跳變，這個跳變既作為時鐘，又表示數(shù)據(jù)。從高到低的跳變表示1，從低到高的跳變表示0。由于這種方法把時鐘信號和數(shù)據(jù)信號同時發(fā)送出去，簡化了同步處理過程，所以，有許多數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用這種表示方法。圖3常用碼元波形的對比在每一位中間都有一個跳變，這個跳變54圖3常用碼元波形的對比它的編碼規(guī)則是：若碼元為1，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平一樣；但若碼元為0，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相反。不論碼元是１或０，在每個碼元的正中間時刻，一定要有一次電平的轉(zhuǎn)換。圖3常用碼元波形的對比它的編碼規(guī)則是：若碼元為1，則其前552.4.2內(nèi)部碼與通信碼2.4.3編碼與解碼在計算機(jī)內(nèi)使用的編碼稱為內(nèi)部碼。在計算機(jī)與外部設(shè)備（包括其它計算機(jī)）之間交換數(shù)據(jù)所使用的編碼稱為通信碼。把內(nèi)部碼碼元波形變換為通信碼碼元波形的過程稱為編碼。解碼是編碼的逆過程，它把計算機(jī)外部接收來的信息變換成內(nèi)部碼及其碼元波形。通過程序可方便的實現(xiàn)內(nèi)部碼與通信碼的互換，而碼元波形的變換，用簡單電路即可完成。2.4.2內(nèi)部碼與通信碼2.4.3編碼與解碼在計562.5復(fù)用技術(shù)2.5.1頻分復(fù)用2.5.2時分復(fù)用2.5.3波分復(fù)用解決一條信道上同時傳遞多路信號的問題。以載波信號的頻率區(qū)分不同的傳送信號。以占用信道的時間區(qū)分不同的傳送信號。以碼元波形區(qū)分不同的傳送信號。2.5復(fù)用技術(shù)2.5.1頻分復(fù)用2.5.2時分復(fù)用572.7同步技術(shù)同步技術(shù)的定義

在通信過程中，接收端根據(jù)發(fā)送端的起止時間和重復(fù)頻率校正自己的基準(zhǔn)時間與重復(fù)頻率的過程稱為同步過程，這種統(tǒng)一收端和發(fā)端的措施稱為同步技術(shù)。同步技術(shù)并不是同步傳輸時才使用的技術(shù)，如異步傳輸中就使用了外同步法。2.7同步技術(shù)同步技術(shù)的定義58在同步傳輸中，所有設(shè)備都使用一個共同的時鐘。在時鐘的協(xié)調(diào)下，每一位數(shù)據(jù)同步收發(fā)。傳輸?shù)拿總€數(shù)據(jù)位只在時鐘信號的上升沿或者下降沿之后的一個規(guī)定的時間內(nèi)有效。需要一條額外的線來傳輸時鐘信號。在異步傳輸中，每個通信節(jié)點(diǎn)都有自己的時鐘信號，每個通信節(jié)點(diǎn)必須在時鐘頻率上保持一致，并且所有的時鐘必須在一定誤差范圍內(nèi)相吻合。異步傳輸時，每一位數(shù)據(jù)不需要同步收發(fā)，但當(dāng)傳輸一個字節(jié)時，通常會包括一個起始位來同步時鐘。一數(shù)據(jù)幀往往包含幀頭和幀尾，用于同步。在同步傳輸中，所有設(shè)備都使用一個共同的時鐘。在時鐘的協(xié)調(diào)下，59同步的目的：

保證接收方在時間上與發(fā)送方取得同步，以便能夠正確地識別和接收發(fā)送方發(fā)來的數(shù)據(jù)。同步技術(shù)需要解決的主要問題有：

何時開始發(fā)送數(shù)據(jù)；發(fā)送過程中的數(shù)據(jù)傳輸速率；持續(xù)時間的長短；發(fā)送時間間隔的大小。當(dāng)發(fā)送端以某一速率，在一定的起始時間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)時，接收端也必須以同一速率在相同的起始時間內(nèi)接收數(shù)據(jù)。否則接收端與發(fā)送端就會產(chǎn)生微小誤差，隨著時間的增加，誤差將逐漸積累，并造成收發(fā)的失步（不同步），從而出現(xiàn)錯誤。同步的目的：601、幀同步2、位同步3、字符同步同步的實現(xiàn)方法：通信的基本單位是幀；通過幀信息的首尾標(biāo)志符實現(xiàn)同步。通信的基本單位是位；通過時鐘信號實現(xiàn)位同步。通信的基本單位是字符；異步傳輸利用起始位和停止位實現(xiàn)字符同步；同步傳輸利用專門的同步字符實現(xiàn)字符同步。1、幀同步同步的實現(xiàn)方法：通信的基本單位是幀；通信的基本單位612.8差錯控制方法1、概念通信雙方為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性而設(shè)定的有關(guān)檢錯和糾錯的策略和方法。2、原因

噪聲和干擾3、常用方法回聲法表決法自動重發(fā)糾錯法(ARQ)前向糾錯法(FEC)混合糾錯法(HEC)2.8差錯控制方法1、概念回聲法62差錯控制編碼就是對網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號進(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)差錯或糾正差錯。在差錯控制碼中，檢錯碼是指能自動發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)差錯的編碼，糾錯碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能夠自動糾正差錯的編碼。當(dāng)然，檢錯和糾錯能力是用信息量的冗余和降低系統(tǒng)的效率為代價來換取的。差錯控制編碼就是對網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號進(jìn)行抗干擾編碼，目的是632.9檢錯編碼1、字符奇偶校驗2、水平奇偶校驗3、累加和校驗4、異或和校驗碼5、循環(huán)冗余校驗碼（CRC）6、BCH校驗碼2.9檢錯編碼1、字符奇偶校驗641.字符奇偶校驗又稱為垂直奇偶校驗，一次只能校驗一個字符。編碼規(guī)則：在字符后面附上一位奇偶校驗位。若附上奇偶校驗位后使形成的數(shù)碼中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，就稱為偶校驗。如果使“l(fā)”的個數(shù)為奇數(shù)，則稱為奇校驗。例如：數(shù)碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，采用偶校驗時在數(shù)碼后面附上偶校驗位“1”，成為數(shù)碼l1001111，使“1’的個數(shù)為偶數(shù)。

特點(diǎn)：只需附加一位奇偶校驗位，編碼效率高；能檢出奇數(shù)個差錯，若發(fā)生2個、4個等偶數(shù)個差錯，接收端就無法檢出。

1.字符奇偶校驗例如：數(shù)碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，采用偶校652.水平奇偶校驗水平奇偶校驗，一次能校驗多個字符。編碼規(guī)則：在n個有效字符后面附上一個校驗字節(jié)。若附上奇偶校驗字節(jié)后使n個字節(jié)和校驗字節(jié)的同一位中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，就稱為偶校驗。如果使“l(fā)”的個數(shù)為奇數(shù)，則稱為奇校驗。該方法數(shù)據(jù)越長，可信度就越低。2.水平奇偶校驗66與碼元對應(yīng)的權(quán)282726252423222120

信息組10011100010100110010100110010101校驗和110101101將校驗和附在信息組之后一起傳送，校驗和只保留8位，溢出位不計。3.累加和校驗

數(shù)組級校驗方法。一次可以校驗多個數(shù)據(jù)。編碼規(guī)則：對發(fā)送數(shù)據(jù)按字節(jié)順序累加求和，對最高位溢出不作處理，最后得到一個累加和字節(jié)。累加和字節(jié)附在有效數(shù)據(jù)后面一并發(fā)出，用于檢錯。與碼元對應(yīng)的權(quán)28272674.異或(XOR)校驗

數(shù)組級校驗方法。一次可以校驗多個數(shù)據(jù)。編碼規(guī)則：用全0字節(jié)對發(fā)送數(shù)據(jù)按字節(jié)順序異或運(yùn)算，最后得到一個異或結(jié)果。該異或結(jié)果作為校驗碼附在有效數(shù)據(jù)后面一并發(fā)出，用于檢錯。5.循環(huán)冗余(CRC)校驗

循環(huán)冗余碼（CRC，CyclicRedundancyCode）