【正文】 第 2章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ) 【 本章內(nèi)容簡(jiǎn)介 】 數(shù)據(jù)通信技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。本章從數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型入手，介紹了信號(hào)編碼和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)以及差錯(cuò)控制技術(shù)等內(nèi)容。 【 本章重點(diǎn)難點(diǎn) 】 數(shù)據(jù)傳輸通信方式和傳輸速率，數(shù)據(jù)復(fù)用技術(shù)和交換技術(shù)，模擬、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，差錯(cuò)控制編碼。 第 2章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ) 習(xí)題 ? 在同一信道上的同一時(shí)刻，能夠進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送的通信方式為（） ? 數(shù)據(jù)傳輸速率公式： S=1/T*log2N中， T的含義是 ( )。 設(shè)傳輸 1K字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中有 1位出錯(cuò)，則信道的誤碼率為（ ） ? （ ）是線路上單位時(shí)間傳送的波形個(gè)數(shù)。 A、誤碼率 B、數(shù)據(jù)傳輸速率 C、 波特率 D、 調(diào)制速率 ? 帶寬的單位是（ ）。 A、 bps B、 Mbps C、 Hz D、 安培 ? 設(shè)信道誤碼率為 ，幀長(zhǎng)為 10Kbit,若差錯(cuò)為單比特錯(cuò)，則在該信道上幀出錯(cuò)率是（ ） A、 10% B、 5% C、 20% D、 % 1．通信系統(tǒng)模型 信源 變換器 信道 反變換器 信宿噪聲發(fā)送端 接收端圖 21 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)模型 2．?dāng)?shù)據(jù)、信號(hào)和信息 （ 1）在某種意義上來說，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳送的東西都是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式，它能被識(shí)別，也可以被描述。例如二進(jìn)制數(shù)、字符等。 （ 2）信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)，具有確定的物理描述，例如電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)可通過參量（幅度）表示，模擬信號(hào)的參量是隨時(shí)間連續(xù)的，數(shù)字信號(hào)的參量是離散取值的，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的表示如圖 22所示。 （ 3）信息在不同的領(lǐng)域有各種不同的定義，一般認(rèn)為信息是人對(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)。 F Ft t圖 22 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的表示 3．模擬與數(shù)字通信 根據(jù)信道中傳送信號(hào)的類型，通常分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩類。前者在信道中傳送模擬信號(hào)，而后者在信道中傳送數(shù)字信號(hào)。 模擬信號(hào)在傳輸一定距離后都會(huì)衰減，克服的辦法是用放大器來增強(qiáng)信號(hào)的能量，但噪音分量也會(huì)增強(qiáng)，以至?xí)鹦盘?hào)畸變。數(shù)字信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸也會(huì)衰減，克服的辦法是使用中繼器，把數(shù)字信號(hào)恢復(fù)為 “ 0”、 “ 1”的標(biāo)準(zhǔn)電平后再繼續(xù)傳輸。 1．并行通信方式 并行通信方式是指將數(shù)據(jù)以成組方式在兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸，還可附加一位數(shù)據(jù)校檢位。如圖 23顯示了二進(jìn)制代碼 0110如何以并行方式從位置 A傳輸?shù)轿恢?B，每位都有自己的傳輸線路，因此，所有的 4位均可同時(shí)在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期 (T)內(nèi)傳輸。 A BT01014T0 1 0 1A B圖 23 并行通信方式 圖 24 串行通信方式 2．串行通信方式 串行通信方式是指按時(shí)間先后將數(shù)據(jù)依次在一條信道一位一位地傳送，如圖 24顯示了了二進(jìn)制代碼 0110如何以串行方式從位置 A傳輸?shù)轿恢?B，它需要在 4個(gè)時(shí)鐘脈沖周期(4T)來傳送。串行通信的特點(diǎn)是通信線路簡(jiǎn)單，成本低，但是傳輸速度慢，常用于遠(yuǎn)距離通信。 3．串行通信的方向性結(jié)構(gòu) （ 1）單工。這種方式只允許數(shù)據(jù)按一個(gè)固定的方向傳送，像無線電廣播就是單工通信的例子。如圖 25（ a）所示。 （ 2）半雙工方式。這種方式可在二個(gè)方向上非同時(shí)雙向傳送，如圖 25（ b）所示。 （ 3）全雙工方式。通信雙方可同時(shí)收、發(fā)信息，如圖 25（ c）所示。 A B 數(shù)據(jù)發(fā)送器 接收器數(shù)據(jù)發(fā)送器 接收器A B 數(shù)據(jù)發(fā)送器 接收器數(shù)據(jù)發(fā)送器 接收器B A 數(shù)據(jù)發(fā)送器 接收器數(shù)據(jù)發(fā)送器 接收器(a)單工 (b)半雙工 (c)全雙工 圖 25 串行通信的方向性結(jié)構(gòu) 1．信道 信道是通信雙方之間以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)傳遞信號(hào)的通路，由傳輸介質(zhì)及其兩端的信道設(shè)備共同組成。任何信道都具有有限帶寬，所以從抽象的角度看，信道實(shí)質(zhì)上是指定的一段頻帶，它允許信號(hào)通過，但又給信號(hào)限制和損害。 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于 10 6 ，誤碼率公式為： Pe=(Ne／ N) 100% (21) 2．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率。 為了衡量數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)的速度高低，實(shí)際中采用了兩個(gè)不同的單位來度量，這就是波特率和比特率。 （ 1）比特率 比特率是指數(shù)字信號(hào)的傳輸速率，又稱為 信息速率 ，它反映一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)每秒傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，單位為位 /秒，記作 bps或 bit/s。一個(gè)波形所攜帶的信息量等效于該波形所代表的二進(jìn)制碼元數(shù)， N為一個(gè)波形代表的有效狀態(tài)數(shù)。比特率 S可按下式計(jì)算： S=1/T log2N （ 22） 【 例 21】 采用四相調(diào)制方式，即 N=4，且 T= 104秒，求該信道的比特率和波特率。 解： S=1/T log2N=1/（ 104） log28=2400（ bps） B=1/T=1/（ 104） =1200（ Baud） （ 2）波特率 波特率是指在信道上傳輸信號(hào)的 波形速率 ，反映單位時(shí)間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特，記作 Baud。 B=1/T （ Baud） （ 23） 式 23中， T為信號(hào)碼元的寬度，單位為秒。 由式 21和 22可以得出： S=B log2N （ 24） B=S/ log2N（ Baud） （ 25） 3．信道容量 （ 1）信道截止頻率與帶寬 通常把信號(hào)在信道傳輸過程中某個(gè)分量的振幅衰減到原來的 (即輸出信號(hào)的功率降低了一半 )時(shí)所對(duì)應(yīng)的那個(gè)頻率稱為信道的截止頻率，如圖 27(a)所示。頻率在 0～ fc范圍內(nèi)的諧波在信道傳輸過程中不發(fā)生衰減，而在之上的所有諧波在傳輸過程中衰減都很大。 截止頻率反映了信道固有的物理特性，在數(shù)據(jù)傳輸中，人們還經(jīng)常提到信道的帶寬。所謂 “ 信道帶寬 ” ，是指信道中能夠傳送信號(hào)的最大頻率范圍，如圖 27(b) 所示。 A0 . 7 0 70 f c fAf0 f 1 f 20 . 7 0 7( a ) 截止頻率 ( b ) 帶寬圖 26 信道截止頻率與帶寬 （ 2）離散信道的容量 奈奎斯特?zé)o噪聲下的碼元速率極限值 B與信道帶寬 H的關(guān)系如下： B=2 H (Baud) （ 26） 離散無噪信道的容量計(jì)算公式（奈奎斯特公式）為： C=2 H log2N (bps) （ 27） 【 例 22】 普通電話線路帶寬約 3kHz，求碼元速率極限值。若碼元的離散值個(gè)數(shù) N=16，求最大數(shù)據(jù)傳輸速率。 解： B=2 H=2 3k=6kBaud C=2 3k log216=24kbps 4．傳輸介質(zhì) （ 1）雙絞線（ Twisted Pair） 雙絞線的傳輸速率取決于芯線質(zhì)量、傳輸距離、驅(qū)動(dòng)和接收信號(hào)的技術(shù)等，芯線為軟銅線，一般線徑為 ～ ，每根線加絕緣層并有顏色來標(biāo)記。雙絞線分非屏蔽雙絞線（ UTP）和屏蔽雙絞線（ STP）兩種，如圖 27所示。 保護(hù)套 屏幕外套 雙絞線對(duì) 保護(hù)套 雙絞線對(duì)圖 27 屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線 4．傳輸介質(zhì) （ 2）同軸電纜（ Coaxial Cable） 同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線 (單股實(shí)心線或多股絞合