第02章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、數(shù)據(jù)通信的概念

2、傳輸方式

3、傳輸介質(zhì)

4、基帶傳輸與頻帶傳輸

5、差錯(cuò)控制12.1基本概念數(shù)據(jù)：載荷信息的物理符號(hào)或有意義的實(shí)體。

模擬數(shù)據(jù)：在某個(gè)區(qū)間連續(xù)取值。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：在某個(gè)區(qū)間離散取值。信號(hào)：數(shù)據(jù)的電磁波或電編碼，是數(shù)據(jù)的具體表示形式。

模擬信號(hào)：信號(hào)的取值是連續(xù)的，如話音信號(hào)。

數(shù)字信號(hào)：信號(hào)的取值是離散的。信道：傳輸信號(hào)的一條通路。

模擬信道：傳輸模擬信號(hào)的信道。

數(shù)字信道：傳輸數(shù)字信號(hào)的信道2基帶信號(hào)：將數(shù)字“1”和“0”直接用兩種不同的電壓表示，然后送到線路上去傳輸，這種高電平和低電平不斷交替的信號(hào)就是基帶信號(hào)?；鶐鬏敚簩⒒鶐盘?hào)直接送到線路上傳輸。頻帶信號(hào)：將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成的模擬信號(hào)。頻帶傳輸：將頻帶信號(hào)送到線路上去傳輸。

3信道的幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)率、傳輸速度、比特率、bpsS=1/T*log2N調(diào)制速率、碼元速率、波特率

B=1/TS=B*log2N信道容量：信道傳輸?shù)淖畲笏俾?/p>

Smax

=2W(Baud)=2Wlog2L(bps)4（二）信道的幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)信道的傳播速率：信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)傳送的距離吞吐量：數(shù)值上等于信道在單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)目傂畔⒘?，bps出錯(cuò)率：吳碼率

P=Ne/N5數(shù)字通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)信源信源編碼器信道編碼器調(diào)制器發(fā)射機(jī)傳送信道接收機(jī)解調(diào)器信道解碼器信源解碼器信宿干擾62.2數(shù)據(jù)傳輸

1.傳輸方式（串/并行通信）串行傳輸并行傳輸72、通信方式單工通信：信號(hào)只能向一個(gè)方向傳輸，任何時(shí)候不能改變信號(hào)的傳輸方向。半雙工通信：信號(hào)可以雙向傳輸，但必須交替進(jìn)行，同一時(shí)刻只能向一個(gè)方向傳送。全雙工通信：信號(hào)可以同時(shí)雙向傳送

83、數(shù)字傳輸與模擬傳輸基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)湫偷哪M傳輸系統(tǒng)是傳統(tǒng)的電話通信系統(tǒng)ModemModemPCPC電話線路數(shù)-模模-數(shù)92.3同步方式是指通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致。包括：位同步、字符同步位同步：收端根據(jù)發(fā)送端的發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率來(lái)校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率即位同步。

外同步是在發(fā)送端發(fā)送一路數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，另外發(fā)送一路同步時(shí)鐘信號(hào)。接收端根據(jù)接收到的同步時(shí)鐘信號(hào)來(lái)校正時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，實(shí)現(xiàn)雙方的同步。

內(nèi)同步是指從自含有時(shí)鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時(shí)鐘的方法。10字符同步：以字符位單位進(jìn)行發(fā)送和接收異步方式：以字符為單位，起始位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位停止位同步方式：以字符塊為單位，在塊的前后使用一些特殊的字符作為成幀信息。112.4數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制技術(shù)

一、模擬數(shù)據(jù)編碼方法（頻帶傳輸）正弦波：振幅控制(ASK)：通過(guò)改變載波信號(hào)的振幅來(lái)表示信號(hào)1、0移頻控制(FSK)：通過(guò)改變載波信號(hào)的頻率來(lái)表示信號(hào)1、0移相控制(PSK)：通過(guò)改變載波信號(hào)的相位來(lái)表示信號(hào)1、0

絕對(duì)相位：用相位的絕對(duì)值來(lái)表示數(shù)字信號(hào)0、1。相對(duì)相位：用相位是否產(chǎn)生偏移或反轉(zhuǎn)來(lái)表示0、1。

12二、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法

l

非歸零碼（NRZ）：用負(fù)電壓代表“0”，正電壓代表“1”。應(yīng)用于計(jì)算機(jī)串口與調(diào)制解調(diào)器之間。l

曼徹斯特編碼：中間有一次由低電平向高電平的跳躍表示“1”，由高電平向低電平跳躍表示“0”，自含時(shí)鐘，應(yīng)用于以太網(wǎng)。l

差分曼徹斯特編碼：中間有跳變（自含時(shí)鐘）。若碼元值為“0”，碼元的起始位有跳變。若碼元值為“1”，碼元的起始位無(wú)跳變。應(yīng)用于令牌環(huán)網(wǎng)。13三、脈沖編碼調(diào)制方法:PCM技術(shù)典型應(yīng)用：語(yǔ)音數(shù)字化，分三個(gè)步驟：采樣：對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣,隔一定時(shí)間間隔，將模擬信號(hào)的電平幅度值取出類作為樣本。量化：根據(jù)量化級(jí)進(jìn)行取整量化：如16級(jí)、128級(jí)量化。編碼：根據(jù)量化級(jí)對(duì)整數(shù)編碼為二進(jìn)制。如：量化級(jí)：16量化值：10編碼：1010在目前常用的語(yǔ)音數(shù)字化系統(tǒng)中，多采用128個(gè)量化級(jí)，7為編碼。14PCM的工作過(guò)程采樣量化編碼幅度幅度..011010001010010110001010011...模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)量化級(jí)+127-1270121.5124.4126.2124.6123.2122124125125123樣本幅度值量化取整量化值編碼采樣話音信號(hào)152.5交換技術(shù)（數(shù)據(jù)交換）

線路交換（電路交換）交換方式分類：報(bào)文交換存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)文分組交換虛電路

16（一）線路交換方式

在通信子網(wǎng)中建立一個(gè)物理連接（電話）

1、

線路交換方式的通信過(guò)程

(1)

線路建立階段

(2)

數(shù)據(jù)傳輸階段

(3)線路釋放階段

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性強(qiáng)，適用于交互式會(huì)話通信。缺點(diǎn)：不適用于突發(fā)性通信，系統(tǒng)效率低。

17（二）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

1、

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的基本概念存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式是將發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定的格式組成一個(gè)數(shù)據(jù)單元進(jìn)入通信子網(wǎng)，通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)是通信控制處理機(jī)，它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯(cuò)校驗(yàn)、存儲(chǔ)、路由選擇和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能。2、

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分類報(bào)文交換：將發(fā)送的數(shù)據(jù)當(dāng)作一個(gè)邏輯單元，加上目的地址、源地址與控制信息，按一定的格式打包后組成一個(gè)報(bào)文。報(bào)文分組交換：限制數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度，將一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文分成多個(gè)報(bào)文分組，接收站再將多個(gè)報(bào)文分組按順序重新組成一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文。

18（三）數(shù)據(jù)報(bào)方式

1.

數(shù)據(jù)包方式的工作過(guò)程（1）源主機(jī)將報(bào)文分成很多組，依次發(fā)送到與其相連接的通信子網(wǎng)的通信控制處理機(jī)上(結(jié)點(diǎn)A)。（2）結(jié)點(diǎn)A對(duì)每一個(gè)分組進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況為每一個(gè)分組啟動(dòng)路由算法。（3）若結(jié)點(diǎn)A將分組傳輸?shù)浇Y(jié)點(diǎn)C，結(jié)點(diǎn)C要進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)，正確則發(fā)送確認(rèn)信息ACK。其余結(jié)點(diǎn)相同。2．?dāng)?shù)據(jù)包方式的特點(diǎn)（1）同一報(bào)文的不同分組在通信子網(wǎng)中可能經(jīng)過(guò)不同的路徑（2）同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的時(shí)，分組可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)和丟失（3）每一個(gè)分組在傳輸過(guò)程中都必須有目的地址和源地址。

數(shù)據(jù)報(bào)是報(bào)文分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的一種方式。不需要建立連接，每一個(gè)分組可以獨(dú)立的選擇一條傳輸路徑。19（四）虛電路方式

虛電路將數(shù)據(jù)報(bào)方式與線路交換方式結(jié)合起來(lái)，在發(fā)送數(shù)據(jù)前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路。

1、

虛電路方式的工作過(guò)程虛電路建立階段、數(shù)據(jù)傳輸階段、虛電路拆除階段

2、

虛電路方式的特點(diǎn)（1）報(bào)文分級(jí)發(fā)送前，在收發(fā)雙方建立一條虛電路即邏輯連接。（2）一次通信的所有報(bào)文分組都通過(guò)此虛電路順序傳輸，報(bào)文不必帶有目的地址、源地址等信息（3）報(bào)文經(jīng)過(guò)每一個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，只進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)，不進(jìn)行路由選擇。（4）每一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以同其它結(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。

20主機(jī)A通信子網(wǎng)主機(jī)D數(shù)據(jù)報(bào)方式主機(jī)C主機(jī)B主機(jī)A主機(jī)C通信子網(wǎng)主機(jī)D虛電路方式主機(jī)B21四種交換的比較（P25）222.6多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)就是把許多個(gè)單個(gè)信號(hào)在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)。SDM（空分復(fù)用技術(shù)）：各子信道是一獨(dú)立的物理鏈路。FDM（頻分多路復(fù)用技術(shù)）：按頻率劃分信道，適用于模擬信號(hào)傳輸TDM（時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)）：按時(shí)間劃分信道，適用于數(shù)字信號(hào)傳輸WDM（波分復(fù)用技術(shù)）

：按光波波長(zhǎng)劃分信道主要用于接入網(wǎng)，很少用于長(zhǎng)距離傳輸。DWDM（密集波分復(fù)用技術(shù)）：更高密度的光信號(hào)復(fù)用。如16波、48波等。23頻分復(fù)用(FDM)：所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源時(shí)分復(fù)用(TDM)：所有用戶在不同的時(shí)間占用同樣的的頻帶寬度242.7傳輸介質(zhì)及主要特性

1、雙絞線:是當(dāng)前最普通的傳輸介質(zhì)，由兩根絕緣的金屬導(dǎo)線扭在一起而成。分為無(wú)屏蔽雙絞線（UTP）和有屏蔽雙絞線（STP）兩種。

2、同軸電纜:網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通過(guò)中心導(dǎo)體進(jìn)行傳輸；電磁干擾被外部導(dǎo)體屏蔽。因此，為了消除電磁干擾，同軸電纜的外部導(dǎo)體應(yīng)當(dāng)接地?；鶐S電纜寬帶同軸電纜電纜線類型阻抗直徑應(yīng)用RG-1150歐姆0.40英寸10BASE5RG–58A/U50歐姆0.18英寸10BASE2RG-6293歐姆0.25英寸ARCnetRG–59U75歐姆0.25英寸CATV（電視）25玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼26

3、光纖（P19）光纖的結(jié)構(gòu)：光纜由纖芯、包層和護(hù)套層組成光纖通信系統(tǒng)的工作原理:光發(fā)送機(jī)：（發(fā)光二極管LED、注入型激光二極管ILD）光接收機(jī)：(光電二極管PIN檢波器、APD檢波器)分類：?jiǎn)文Ｊ焦饫w：僅允許一束光通過(guò)，速度快、距離遠(yuǎn)、價(jià)格高。多模式光纖：則允許多路光束通過(guò)。2728四、無(wú)線介質(zhì)

無(wú)線電波是頻率范圍為104Hz~108Hz的電磁波

微波微波是頻率在108Hz~1011Hz之間的電磁波，微波的方向性好，頻帶較寬

紅外線紅外線的穿透性比較差，多用在一個(gè)較小的區(qū)域內(nèi)激光29地面微波接力地球地面站之間的直視線路

微波傳送塔30衛(wèi)星通信地球地面站地面站35,860公里地球31常用傳輸媒體的比較32

2.9差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)產(chǎn)生的原因：噪聲

噪聲的類型：熱噪聲、沖擊噪聲332差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制：發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)、糾正錯(cuò)誤的方法差錯(cuò)控制編碼：通過(guò)對(duì)信息序列實(shí)施某種變幻，使原來(lái)彼此獨(dú)立、沒(méi)有相關(guān)性的信息碼元序列，經(jīng)過(guò)變換產(chǎn)生某種相關(guān)性，接受端根據(jù)此相關(guān)性來(lái)檢查和糾正傳輸序列中的差錯(cuò)。分為：檢錯(cuò)碼：能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤但不能自動(dòng)糾錯(cuò)糾錯(cuò)碼：能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤又能糾正錯(cuò)誤齊偶校驗(yàn)碼、CRC循環(huán)冗余碼34常用差錯(cuò)編碼差錯(cuò)檢測(cè)編碼：奇偶校驗(yàn)碼；水平垂直奇偶校驗(yàn)碼；CRC循環(huán)冗余碼等；差錯(cuò)糾錯(cuò)編碼：漢明碼；卷積碼；35（1）檢錯(cuò)重發(fā)ARQ方式：優(yōu)點(diǎn)：（1）只需要少量的冗余碼，就可以得到極低的輸出誤碼率；（2）有一定的自適應(yīng)能力；不足：（1）需要反向信道，故不能用于單向傳輸系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)重發(fā)控制比較復(fù)雜；（2）通信效率低，不適合嚴(yán)格實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)。發(fā)收能夠發(fā)現(xiàn)