第二章-第一部分課件

第二章數據通信基礎知識本章內容2.1數據通信系統2.2數據通信方式2.3數據傳輸技術2.4數據交換技術2.5流量控制2.6差錯檢測編碼2.7傳輸介質2.8物理層接口及標準2.9寬帶接入技術2.1數據通信系統2.1.1數據通信系統模型2.1.2數據通信的基本概念2.1.3數據通信的主要技術指標2.1.1數據通信系統模型信源變換器信道反變換器信宿發(fā)送端噪聲源接收端簡單的數據通信系統模型數據通信系統定義：指以計算機為中心，用通信線路連接分布在各地的而執(zhí)行數據傳輸功能的系統基本作用：在兩個實體之間交換數據基本組成三要素：信源、信道、信宿計算機或終端數據終端設備信源：信息發(fā)送端信宿：信息接收端信道：傳輸信息的通道有線信道、無線信道數字信道、模擬信道變換器作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸的信號。變換器一般有編碼器或調制器反變換器作用是將接收到的信號恢復成發(fā)送端原來的信號，是變換器的反向功能。反變換器一般有譯碼器或解調器噪聲源模擬數據和數字數據都可以轉換為模擬信號或數字信號。編碼：把數據變換為數字信號的過程譯碼：把數字信號變換為數據的過程調制：把數據變換為模擬信號的過程解調：把模擬信號變換為數據的過程2.1.2數據通信的基本概念數據：由數字、字符和符號等組成，是信息的載體數據沒有實際含義信息：按一定要求以一定格式組織起來的、具有一定意義的數據信息有具體含義信號：信號是數據的具體物理表示，具有確定的物理描述，如電壓、磁場強度等。電磁信號一般有模擬信號和數字信號兩種形式數字信號：隨時間離散變化的信號，如脈沖信號等模擬信號：隨時間連續(xù)變化的信號，如正弦波信號等1011100碼元：代表不同離散數值(狀態(tài))的基本波形碼元代表的離散數值可以是多進制的，也可以是二進制的如：當使用二進制編碼時，只有兩種不同的碼元，分別代表0狀態(tài)和1狀態(tài)碼元代表的離散數值是多進制的情況如：傳送“101011000110111010……”

方法一：直接傳送每個碼元攜帶1bit

碼元代表的離散值是二進制的，兩種碼元

方法二：分組：“101,011,000,110,111,010……”

每個碼元攜帶3bit

碼元代表離散值是0~7(八進制)，八種碼元可用8種不同的振幅、頻率、相位進行調制

數據通信：定義：指信源和信宿之間傳送數據信號的通信方式。狹義：指數字信號廣義：包括數字信號和模擬信號數字通信：在通信信道中傳送數字信號的通信方式模擬通信：在通信信道中傳輸模擬信號的通信方式數據通信與數字通信的區(qū)別？信源編碼器信宿譯碼器信源編碼器信宿譯碼器信源調制器信宿解調器數字信道數字信道模擬信道信源調制器信宿解調器模擬信道2.1.3數據通信的主要技術指標數據通信的主要技術指標：衡量數據傳輸的有效性和可靠性的參數衡量有效性的指標:信道帶寬和信道容量傳輸速率(數據傳輸速率、碼元速率)傳輸延遲衡量可靠性的指標:誤碼率(1)信道帶寬和信道容量信道帶寬：信道具有的一定頻率范圍(頻帶寬度)

（帶寬分配：參照謝希仁P41電磁波的頻譜）按信道頻率范圍不同，可分為三類：

窄帶信道——帶寬為0~300Hz

音頻信道——帶寬為300~3400Hz

寬帶信道——帶寬為3400Hz以上信道容量定義：指單位時間內信道所能傳輸的最大信息量，它表征信道的傳輸能力。表示方式：

a)以碼元速率表示：指信道在單位時間內可傳輸的最大碼元數，單位“波特”

b)以數據傳輸速率表示：指單位時間內最多可傳輸的二進制數的位數，單位“bit/s”信道容量和信道帶寬的關系一般情況下，信道帶寬越寬，一定時間內信道上傳輸的信息量就越多，則信道容量就越大，傳輸效率就越高。香農定理：在帶寬受限、有高斯白噪聲干擾的條件下：

C——信道容量，bit/s

W——信道帶寬，Hz

N——噪聲功率

S——信號功率

S/N——信噪比，一般用分貝(dB)作為度量單位C=Wlog2(1+S/N)信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)奈奎斯特準則：在帶寬受限、無噪聲干擾的條件下：

C——信道容量，bit/s

W——信道帶寬，Hz

N——信道上傳輸信號可取離散值的個數(狀態(tài)數)

log2N——信號所表示的二進制數據的位數數據傳輸速率R和碼元速率B的關系最大碼元速率BmaxC=2Wlog2NR=Blog2N因為Rmax=C，所以Bmax=2WRmax=Bmaxlog2N由題意知：10log10(S/N)=30

可得出：S/N=1000

根據香農公式：

最大數據傳輸率=3000log2(1+S/N)≈30K(bit/s)例1:電話系統的典型參數是信道帶寬為3000Hz，信噪比為30dB，則該系統的最大數據傳輸速率是多少？例2：對于某帶寬為4000Hz的低通信道，采用16種不同的狀態(tài)來表示數據。

(1)按照奈奎斯特定理，信道的最大碼元速率是多少？

最大傳輸速率是多少？

(2)如果信道的信噪比為30dB，按照香農定理，信道的

最大傳輸速率是多少？(1)最大碼元速率Bmax=2×W=2×4000=8000(波特)最大傳輸速率=Bmaxlog2N=8000log216=32K(bit/s)(2)由題知：S/N=1000最大傳輸速率=Wlog2(1+S/N)=4000log2(1+1000)

≈40K(bit/s)2.2數據通信方式2.2.1并行通信與串行通信2.2.2單工通信、半雙工通信和全雙工通信2.2.3異步傳輸與同步傳輸2.2.1并行通信與串行通信并行通信定義：指利用多根傳輸線將多位數據同時進行傳送。特點：線路多、成本高適用場合：距離短、數據量大串行通信定義：指利用一條傳輸線將數據一位一位地按順序（由低位到高位）分時傳輸特點：線路少、成本低適用場合：距離遠、距離近且速度不高源目的01001100并行數據T源目的串行數據8T010011002.2.2單工通信、半雙工通信和全雙工通信全雙工站A站B站A站B站A站B半雙工單工單向分時、雙向同時、雙向2.2.3異步傳輸與同步傳輸異步傳輸異步是指發(fā)送端和接收端不使用共同的時鐘，也不在數據中傳輸同步信號發(fā)送端和接收端必須約定數據幀格式和比特率起始位(1個)——每個數據幀開始傳送的標志；低電平。數據幀格式數據位(5～8個)——緊跟著起始位傳送；低位前，高位后。表示一個字符校驗位(1個)——用于校驗是否傳送正確；可選。停止位(1.5/2個)——表示該數據幀傳送結束；高電平?？臻e位——傳送數據幀之間的間隔；高電平。起始位校驗位停止位空閑位數據位低位高位數據幀0/10/10/10/110111…空閑位下一個數據幀同步傳輸以一個數據幀為傳輸單位，每個數據幀附加起始和結束標志同步通信的數據傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復雜兩種形式：

面向字符的同步傳輸、面向比特的同步傳輸~~~~起始標志數據數據數據結束標志例１:設數據幀為1個起始位、7個數據位、1個奇偶校驗位和1個停止位，如果比特率為1200bps。用7位數據位代表一個字符，求每秒能傳送的最多字符數是多少？不存在空閑位時，可傳送的字符數最多1200/（1+7+1+1）＝120個2.3數據傳輸技術2.3.1基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸2.3.2數據編碼與調制技術2.3.3多路復用技術2.3.1基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸1)基帶傳輸基帶信號：來自信源的電脈沖信號基帶傳輸：在信道中直接傳輸基帶信號的傳輸方式基帶信號往往包含有較多的低頻成分或直流成分，僅適合近距離傳輸。通常在進行遠距離傳輸的模擬信道中，必須對基帶信號進行調制(modulation)。2)頻帶傳輸頻帶信號：將基帶信號變換(調制)成便于在模擬信道中傳輸的、具有較高頻率范圍(300～3400Hz)的信號頻帶傳輸：將頻帶信號在信道中傳輸的方式。頻帶傳輸實際上就是模擬傳輸頻帶傳輸的基礎是載波頻率恒定的模擬信號3)寬帶傳輸寬帶：包括大部分電磁波頻譜寬帶傳輸：將寬帶信號在信道中傳輸的方式。2.3.2數據編碼與調制技術編碼與調制的原因：

數據在傳輸中容易產生誤碼編碼和調制技術可使系統具有糾錯能力和抗干擾能力可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生編碼與調制的任務：提高數據傳輸效率降低誤碼率信號是數據的具體表現形式數據與信號之間的四種組合：數字數據模擬信號數字數據數字信號模擬數據數字信號模擬數據模擬信號（一）數字數據調制為模擬信號數字數據可以由多種不同形式的電脈沖信號的波形來表示。要將基帶信號(即數字數據