數(shù)據(jù)通信-課件

數(shù)據(jù)通信

（DataCommunications）1ppt課件數(shù)據(jù)通信課程概況課程的組成：教材基本內(nèi)容技術(shù)講座（1-2次）學(xué)生上講臺(tái)考試內(nèi)容安排：考查課，結(jié)果只有及格/不及格閉卷考試，卷面80分，出勤10分，作業(yè)10分教材以外補(bǔ)充部分20分，以作業(yè)作為考試內(nèi)容0-10分課程學(xué)習(xí)要求：基本概念、基本理論、基本原理和基本常識(shí)及術(shù)語(yǔ)2ppt課件數(shù)據(jù)通信的概念什么是數(shù)據(jù)通信？在兩點(diǎn)或者多點(diǎn)之間以二進(jìn)制形式進(jìn)行信息交流的過(guò)程。數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的通信。

3ppt課件消息、信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)的概念★MIC放大器ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器Encoder編碼器語(yǔ)音識(shí)別電腦100011010…AE3F…OK…Message消息：是指通信過(guò)程中傳輸?shù)木唧w原始對(duì)象。例如原始的話音。Signal信號(hào)：是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，是消息的承載者。Data數(shù)據(jù)：是用來(lái)描述任何物體、概念、情況，且預(yù)先具有特定含義的數(shù)字、字母和符號(hào)。是攜帶有用信息的離散消息。Information信息：通常將有用的消息認(rèn)為是信息。消息信號(hào)數(shù)據(jù)信息4ppt課件信號(hào)的時(shí)域分類(lèi)-連續(xù)與離散信號(hào)5ppt課件信號(hào)的時(shí)域分類(lèi)-周期與非周期信號(hào)如果用時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)s(t)滿足s(t+T)=s(t)則該信號(hào)為周期信號(hào)。T為信號(hào)的周期。如不滿足s(t+T)=s(t)則該信號(hào)為非周期信號(hào)。6ppt課件信號(hào)攜帶信息方式-幅度、相位、頻率7ppt課件信號(hào)的頻域概念信號(hào)通常由很多頻率組成組成部分都是正弦波可以通過(guò)Fourier

分析得到頻域特性信號(hào)g(t)的周期為T(mén),f=1/T為基頻8ppt課件信號(hào)的頻域概念9ppt課件信號(hào)的頻域概念-信號(hào)帶寬100300500700900頻率帶寬=900-100=800幅度10ppt課件窄帶、寬帶和超寬帶★信號(hào)帶寬與中心頻率之比（相對(duì)帶寬）小于1%的信號(hào)稱(chēng)之為窄帶信號(hào)（NarrowBand）。相對(duì)帶寬在1%-25%之間稱(chēng)為寬帶信號(hào)(Broadband)相對(duì)帶寬大于25%，或者帶寬超過(guò)500MHz的稱(chēng)為超寬帶(UltraWideband)UWB。11ppt課件數(shù)據(jù)(Data)數(shù)據(jù)：是任何描述物體、概念、情況、形式的事實(shí)、數(shù)字、字母和符號(hào)。數(shù)據(jù)可以在物理介質(zhì)上記錄或傳輸并通過(guò)外圍設(shè)備被計(jì)算機(jī)接受，經(jīng)過(guò)處理而得到結(jié)果。數(shù)據(jù)是信息的載體，用來(lái)表示信息。信息交換就是訪問(wèn)數(shù)據(jù)及傳輸數(shù)據(jù)。12ppt課件信息（Information）信息是可以度量的，通常使用信息量來(lái)度量。信息量的度量：香農(nóng)規(guī)定，一個(gè)消息所荷載信息量I，等于它所表示事件發(fā)生的概率P的倒數(shù)的對(duì)數(shù)。信息量的計(jì)算公式：I=log2(1/P)=-log2(P)信息量的單位：如果對(duì)數(shù)以2為底，單位為比特（B）。如果對(duì)數(shù)以e為底，單位為奈特（nat)。如果對(duì)數(shù)以10為底，單位為哈特萊（Hartley）。事件發(fā)生的概率越高，信息量越少。不可混淆信息量單位與2進(jìn)制的位。13ppt課件信息量的計(jì)算★在數(shù)據(jù)通信中通常以二進(jìn)制（1和0）方式進(jìn)行，因此如果0，1等概率，則每個(gè)符號(hào)的信息量為I=-log2(1/2)=1(bit)對(duì)于M進(jìn)制，每個(gè)符號(hào)等概率，則每個(gè)符號(hào)的信息量為I=log2M(bit)信息量具有加性，所以多個(gè)符號(hào)組成的消息的信息量：M為消息中符號(hào)的數(shù)量，ni為第i個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的次數(shù)，Pi為第i個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率當(dāng)消息組成的符號(hào)數(shù)N很大時(shí)，其中一個(gè)符號(hào)的信息量稱(chēng)為平均信息量。也稱(chēng)為熵（Entropy）如果知道一個(gè)消息的符號(hào)總數(shù)和平均信息量，可以通過(guò)I=N.H來(lái)計(jì)算信息總量14ppt課件信息量的計(jì)算例題

已知一消息源由A、B、C、D四個(gè)符號(hào)組成，他們出現(xiàn)的概率分別為1/4、1/4、3/8、1/8，且每個(gè)符號(hào)互相獨(dú)立。消息源每秒鐘輸出2400個(gè)符號(hào)。試求每個(gè)符號(hào)的信息量和該信息源在1分鐘內(nèi)的信息總量。

IA=IB=-log2(1/4)=2(bit) IC=-log2(3/8)=1.415(bit) ID=-log2(1/8)=3(bit)I=N*H=60*2400*1.905626=274410(bit)15ppt課件模擬通信、數(shù)字通信和數(shù)據(jù)通信★

信息源（簡(jiǎn)稱(chēng)信源）出來(lái)的信號(hào)叫基帶信號(hào)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制（頻譜搬移）的原始電信號(hào)。分為模擬基帶信號(hào)和數(shù)字基帶信號(hào)。信道：包括收發(fā)設(shè)備在內(nèi)的信號(hào)通路三者的區(qū)別：模擬通信：模擬—模擬。。。模擬—模擬；數(shù)字通信：模擬—數(shù)字。。。數(shù)字—模擬；數(shù)據(jù)通信：數(shù)字—數(shù)字—數(shù)字信源信宿信道發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲逐級(jí)抽象16ppt課件通信數(shù)字化的好處TimeTimeAmplitudeAmplitude110011101011干擾不影響通信干擾影響通信17ppt課件通信數(shù)據(jù)化的好處原始數(shù)據(jù)（101110）校驗(yàn)（1011）原始數(shù)據(jù)（100110）校驗(yàn)（1011）傳輸中出錯(cuò)原始數(shù)據(jù)（100110）校驗(yàn)（1011）糾正錯(cuò)誤恢復(fù)正確數(shù)據(jù)18ppt課件通信協(xié)議的作用原始數(shù)據(jù)（101110）校驗(yàn)（1011）原始數(shù)據(jù)（100110）校驗(yàn)（0011）傳輸中出錯(cuò)校驗(yàn)沒(méi)通過(guò)通知重傳原始數(shù)據(jù)（101110）校驗(yàn)（1011）校驗(yàn)通過(guò)，繼續(xù)通信通信協(xié)議保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃酝ㄐ艆f(xié)議保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?9ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成

★數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）：指我們通常使用的PC等數(shù)據(jù)電路（DCE）：例如modem中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（CCS）數(shù)據(jù)鏈路（DL）DTEDCE傳輸信道DTEDCE數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)鏈路20ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成

21ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成

TTHHHH交換節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)終端計(jì)算機(jī)22ppt課件數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)★

485總線、移動(dòng)電話基站、公安專(zhuān)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)、FDDI網(wǎng)、INTERNET多路由計(jì)算機(jī)網(wǎng)主要體現(xiàn)資源共享、用戶可管理和與通信技術(shù)相結(jié)合。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)屬于面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)（因?yàn)閭鬏敳糠忠呀?jīng)標(biāo)準(zhǔn)化），而數(shù)據(jù)通信網(wǎng)屬于面向通信（傳輸）的網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)常見(jiàn)的五種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線、星狀、樹(shù)狀、環(huán)狀和網(wǎng)狀23ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-串行傳輸與并行傳輸

串行傳輸是較簡(jiǎn)單的一種傳輸方式，容易實(shí)現(xiàn)且成本低，在長(zhǎng)距離連接中也比較可靠；缺點(diǎn)是需要外加同步措施，通常要增加位同步、幀同步，浪費(fèi)一部分帶寬。并行傳輸速度快，一個(gè)單位時(shí)間可以傳送多個(gè)比特信息，不需要外加措施同步；缺點(diǎn)是要求有多個(gè)通道，成本高，不適合遠(yuǎn)距離傳輸。發(fā)送端接收端00010111…發(fā)送端發(fā)送端11100控制線數(shù)據(jù)線串行傳輸并行傳輸24ppt課件串行傳輸與并行傳輸誰(shuí)更強(qiáng)

★要辯證的看待串行傳輸與并行傳輸方式，如果個(gè)單元分布集中，傳輸距離短使用并行方式效率較高；例如計(jì)算機(jī)主板、IC內(nèi)部。反之分布較為分散，傳輸距離較長(zhǎng)串行則具備優(yōu)勢(shì)，例如計(jì)算機(jī)硬盤(pán)等外設(shè)的連接。SerialATA2.0和SerialATA3.0規(guī)范中所將達(dá)到最高300MB/s及600MB/s的傳輸率，這足以讓ParallelATA中現(xiàn)有最高規(guī)范的133MB/s相形見(jiàn)拙。

在ParallelATA接口標(biāo)準(zhǔn)中，共定義了40根針腳，其中包含對(duì)設(shè)備模式進(jìn)行識(shí)別的信號(hào)針腳，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸針腳，中斷請(qǐng)求及地線等針腳，因此40針和40針80芯數(shù)據(jù)線的接頭也就與之相對(duì)應(yīng)。隨著接口速度的不斷提升，各相鄰線纜間的串?dāng)_和來(lái)自機(jī)箱內(nèi)部的電磁干擾越發(fā)嚴(yán)重，使得原本為了解決此類(lèi)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的40針80芯數(shù)據(jù)線也變得力不從心。25ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-異步傳輸與同步傳輸異步傳輸是指收發(fā)兩端各自有獨(dú)立的位定時(shí)時(shí)鐘，數(shù)據(jù)率是收發(fā)雙方約定的，收端利用數(shù)據(jù)本身來(lái)進(jìn)行同步的傳輸方式。具體是在每一個(gè)字節(jié)（8bit）前后增加起始位和結(jié)束位的方式，通常起始位才用一個(gè)碼元寬度的低電平，結(jié)束位為1、1.5、2個(gè)碼元寬度。異步傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要收發(fā)之間的同步專(zhuān)線；缺點(diǎn)是傳輸速率不高，而且效率較低。舉例：電腦232串口，最高速率115200。同步傳輸收發(fā)雙方采用統(tǒng)一的時(shí)鐘節(jié)拍來(lái)完成數(shù)據(jù)的傳送。通常接收端在收到的數(shù)據(jù)流中首先利用數(shù)據(jù)建立位同步，然后建立幀同步。同步建立后數(shù)據(jù)接收就不需要起始位和終止位了。因此同步傳輸通常是以幀為單位的。舉例：MPT1327信令中AAAAC4D7XXXXXXXXXXXXPPPP26ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-異步傳輸波形27ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-單工、半雙工和全雙工★

單工傳輸是指數(shù)據(jù)只能從一個(gè)終端發(fā)出，另一個(gè)或多個(gè)終端只能接收的工作方式。例如廣播、電視信號(hào)。可以理解為國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人面向老百姓講話。沒(méi)有返回通道，只能聽(tīng)。

發(fā)送端接收端信道數(shù)據(jù)28ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-單工、半雙工和全雙工★半雙工是指數(shù)據(jù)既可以從終端A發(fā)終端B，反過(guò)來(lái)也可以，但不能同時(shí)進(jìn)行。例如對(duì)講機(jī)。理解為公安局長(zhǎng)和警察之間，需要返回信息時(shí)可以返回，屬于命令下達(dá)型。

發(fā)送端接收端信道數(shù)據(jù)接收端發(fā)送端AB29ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-單工、半雙工和全雙工★全雙工是指終端A和B之間同時(shí)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。例如電話。真正屬于老百姓使用的方式，適合吵架。發(fā)送端發(fā)送端數(shù)據(jù)接收端接收端數(shù)據(jù)30ppt課件實(shí)時(shí)通信、即時(shí)通信和非實(shí)時(shí)通信通?？梢杂脤?duì)通信的延時(shí)要求高低來(lái)區(qū)分實(shí)時(shí)（Realtime）通信對(duì)延時(shí)要求高，例如雙工電話，通常延時(shí)超過(guò)400ms將嚴(yán)重影響全雙工的通信，例如以前的國(guó)際長(zhǎng)途.非實(shí)時(shí)通信對(duì)延時(shí)的要求較低，例如手機(jī)短信即時(shí)通信(InstantMessaging)介于兩者之間，例如QQ，MSN等。隨著網(wǎng)絡(luò)條件的逐步改善，目前更接近與實(shí)時(shí)通信31ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要質(zhì)量指標(biāo)★有效性和可靠性是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)最主要的兩個(gè)指標(biāo)。傳輸速率碼元傳輸速率RB通常也叫碼元速率、數(shù)碼率、傳碼率、碼率、波形速率或調(diào)制速率。單位為波特RB=1/Tb數(shù)據(jù)信息速率也叫信息速率、傳信率、比特率等。用Rb表示單位為比特/秒RB與Rb關(guān)系：Rb=RB*log2M，M為多進(jìn)制，M=2時(shí)二者相等。差錯(cuò)率誤碼率：Pe=傳輸中出錯(cuò)的碼元總數(shù)/傳輸碼元總數(shù)誤信率：Pb=出現(xiàn)錯(cuò)誤的信息量（比特?cái)?shù)）/系統(tǒng)傳輸?shù)目傂畔⒘浚ū忍財(cái)?shù)）誤組率：Pg=出錯(cuò)的碼組數(shù)/系統(tǒng)傳輸?shù)目偞a數(shù)32ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)例題某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用4電平調(diào)制，碼元傳輸速率為1200波特，在半小時(shí)內(nèi)共收到54bit錯(cuò)誤信息，請(qǐng)計(jì)算系統(tǒng)的誤信率。誤比特率=出現(xiàn)錯(cuò)誤的信息量（比特?cái)?shù)）/系統(tǒng)傳輸?shù)目傂畔⒘浚ū忍財(cái)?shù)）=54/(1200*log24*60*30)=1.25e-533ppt課件誤碼率=誤信率?★二進(jìn)制情況下相等多進(jìn)制時(shí)誤碼率≥誤信率+3/+1和-1/-3容易產(chǎn)成混淆,但+3/-1和-3/+1不容易+3錯(cuò)成+1,錯(cuò)了一個(gè)碼元,但只錯(cuò)了一個(gè)比特的信息假設(shè)共傳送5個(gè)碼元,錯(cuò)了一個(gè)碼元(+3錯(cuò)成+1)誤碼率=20%;誤信率=10%+1+3+1-1-301001011+3010034ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)例題頻帶利用率：η=傳輸速率/占用頻帶

單位：比特／秒·赫（b／s·Hz）、波特／赫（B／Hz）。

例如某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其傳信率為9600bit/s，占用頻帶為6kHz，則其頻帶利用率為η＝1.6bit/(s·