【正文】 第2章 數據通信技術的基礎知識數據通信技術的基本內容數據通信基本概念數據通信系統(tǒng)基本結構信息、數據、信號數據通信的主要技術指標數據傳輸方式串行通信、并行通信單工通信、半雙工通信、全雙工通信基帶傳輸、頻帶傳輸、寬帶傳輸數據的同步技術異步傳輸、同步傳輸數據編碼技術數字數據信號模擬傳輸幅移鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK數字傳輸不歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼模擬數據信號模擬傳輸調幅、調頻、調相數字傳輸脈沖編碼調制PCM多路復用技術時分多路復用、頻分多路復用、波分多路復、碼分多路復用數據交換技術電路交換、報文存儲轉發(fā)交換、報文分組存儲轉發(fā)交換（數據報方式、虛電路方式）傳輸介質傳輸介質類型與特點差錯控制技術檢錯碼、糾錯碼和差錯控制機制信息、數據和信號 l 通信的目的是交換信息。信息的載體可以是多媒體，包含語音、音樂、圖形圖像、文字和數據等。計算機的終端產生的信息一般是字母、數字和符號的組合。為了傳送這些信息，首先要將每一個字母、數字或括號用二進制代碼表示。目前常用的二進制代碼有國際5號碼（IA5）、擴充的二、十進制交換碼EBCDIC碼和信息交換用標準代碼 ASCII碼等。l 被傳輸的二進制代碼稱為數據（Data）。l 信號是數據在傳輸過程中的電信號的表示形式。數據通信系統(tǒng)基本結構l 數據通信系統(tǒng)的基本通信模型：產生和發(fā)送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源與信宿通過通信線路進行通信，在數據通信系統(tǒng)中，也將通信線路稱為信道； l 在數據通信系統(tǒng)中，傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，而傳輸數字信號的系統(tǒng)稱為數字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng) l 模擬通信系統(tǒng)通常由信源、調制器、信道、解調器、信宿以及噪聲源組成。信源所產生的原始模擬信號一般都要經過調制再通過信道傳輸。到達信宿后，通過解調器將信號解調出來。l 普通的電話、廣播、電視等都屬于模擬通信系統(tǒng)。數字通信系統(tǒng) l 數字通信系統(tǒng)由信源、信源編碼器、信道編碼器、調制器、信道、解調器、信道譯碼器、信源譯碼器、信宿、噪聲源以及發(fā)送端和接收端時鐘同步組成。l 計算機通信、數字電話以及數字電視都屬于數字通信系統(tǒng)。通信信道的分類 l 信道是信號傳輸的通道，包括傳輸媒體和通信設備。傳輸媒體可以是有形媒體，如電纜、光纖等，也可以是無形媒體，如傳輸電磁波的空間。信道可以按不同的方法分類：l 有線信道與無線信道；l 模擬信道與數字信道；l 專用信道和公用信道；有線信道與無線信道 l 信道按所使用的傳輸介質分類，可以分為有線信道與無線信道； l 有線信道l 使用有形的媒體作為傳輸介質的信道稱之為有線信道。有線信道包括電話線、雙絞線、同軸電纜和光纜等；l 無線信道l 以電磁波在空間傳播方式傳送信息的信道稱之為無線信道。無線信道包括無線電、微波、紅外線和衛(wèi)星通信信道等。模擬信道與數字信道l 按傳輸信號的類型分類，信道可以分為模擬信道與數字信道；l 模擬信道l 能傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道。模擬信號的電平隨時間連續(xù)變化，語音信號是典型的模擬信號。如果利用模擬信道傳送數字信號，則必須經過數字與模擬信號之間的變換（A/D變換器）。調制解調器就是完成這種變換的。l 數字信道l 能傳輸離散數字信號的信道稱為數字信道。離散的數字信號在計算機中指由“0”和“1”的二進制代碼組成的數字序列。當利用數字信道傳輸數字信號時不需要進行變換，通常需要進行數字編碼。專用信道和公用信道 l 信道按使用方式可以分為專用信道和公用信道：l 專用信道l 專用信道是一種連接于用戶設備之間的固定電路，它可以由用戶自己架設或向電信部門租用。l 公用信道l 也稱公共交換信道，它是一種通過交換機轉接、為大量用戶提供服務的信道。數據通信的技術指標 l 數據通信速率（傳輸速率）：傳輸率是指數據在信道中傳輸的速度。數據通信速率分為兩種：碼元速率和信息速率。l 碼元速率RB：l 每秒中傳送的碼元數，單位為波特/秒（Baud/s），又稱為波特率；l 信息速率Rb：l 每秒中傳送的信息量，單位為比特/秒（bit/s），又稱為比特率；l 對于一個用二進制表示的信號（兩級電平），每個碼元包含1個比特信息，其信息速率與碼元速率相等；對于一個用四進制表示的信號（四級電平），每個碼元包含了2個比特信息，因此，它的信息速率應該是碼元速率的2倍。 碼元速率和信息速率l 一般來說，對于采用M進制電平傳輸信號時，信息速率和碼元速率之間的關系是：l Rb=RBlog2M誤碼率和誤比特率 誤碼率和誤比特率是衡量數據傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的重要參數。誤碼率是指二進制碼元在數據傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，誤比特率是指在傳輸中出錯比特的概率。 l 在實際的數據傳輸系統(tǒng)中，電話線路在300～2400bps傳輸速率時，平均誤碼率在102～106之間，在4800～9600bps傳輸速率時平均誤碼率在102～104之間。而計算機通信的平均誤碼率要求低于109。信道帶寬與信道容量 l 信道帶寬是指信道中傳輸的信號在不失真的情況下所占用的頻率范圍，通常稱為信道的通頻帶，單位用赫茲（Hz）表示。信道帶寬是由信道的物理特性所決定的，例如，電話線路的頻率范圍在300～3400Hz，則它的帶寬300～3400Hz。l 信道容量是衡量一個信道傳輸數字信號的重要參數。信道容量是指單位時間內信道上所能傳輸的最大比特數，用每秒比特數（bps）表示。當傳輸的信號速率超過信道的最大信號速率時，就會產生失真。數據的串行傳輸和并行傳輸 l 并行通信l 數據以成組的方式在多個并行信道上同時進行傳輸。l 并行通信的優(yōu)點是速度快，但發(fā)端與收端之間有若干條線路，導致費用高，僅適合于近距離和高速率的通信。數據的串行傳輸和并行傳輸l 串行通信l 數據流以串行方式在一條信道上傳輸，由于計算機內部都采用并行通信，因此，數據在發(fā)送之前，要將計算機中的字符進行并/串變換，在接收端再通過串/并變換，還原成計算機的字符結構，才能實現串行通信。l 串行通信的優(yōu)點是收、發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實現，成本低，但速度比較低。1通信線路的連接方式——點對點l 點對點的連接就是在發(fā)送端和接收端之間采用一條線路連接，使用的線路可以是專用線路、租用線路或交換線路。l 使用租用或交換線路的連接方式，適合于在地理上比較分散的站點之間傳輸數據，比如通過公用電話交換網，實現點點的連接。1通信線路的連接方式 ——多點線路 l 多點線路連接是指各個站點通過一條公共通信線路連接。l 在多點線路連接方式中，一條線路被所有的站點共享，若所有的站點可以同時發(fā)送數據，則這條線路在空間上是共享的，通常采用頻分復用或波分復用技術傳輸數據；若所有的站點只能輪流使用線路發(fā)送數據時，那么它在時間上是共享的，通常采用時分復用技術傳輸數據。1信道的通信方式——單工通信 l 單工方式指通信信道是單向信道，數據信號僅沿一個方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時候都不能改變信號傳送方向。l 無線電廣播和電視都屬于單工通信。 1信道的通信方式 ——半雙工通信 l 半雙工通信是指信號可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一個信道只允許單方向傳送，即兩個方向的傳輸只能交替進行，而不能同時進行。當改變傳輸方向時，要通過開關裝置進行切換。l 半雙工信道適合于會話式通信，比如公安系統(tǒng)使用的“對講機”和軍隊使用的“步話機”。l 半雙工方式在計算機網絡系統(tǒng)中適用于終端與終端之間的會話式通信。1信道的通信方式 ——全雙工通信 全雙工通信是指數據可以同時沿相反的兩個方向作雙向傳輸。比如，電話通話。1信號的傳輸方式——基帶傳輸l 基帶傳輸l 就數字信號而言，它是一個離散的方波，“0”代表低電平，“1”代表高電平，這種方波固有的頻帶稱為基帶，方波信號稱為基帶信號，因此，基帶實際上就是數字信號所占用的基本頻帶?；鶐鬏斒窃谛诺乐兄苯觽鬏敂底中盘枺覀鬏斆襟w的整個帶寬都被基帶信號占用，雙向地傳輸信息。1信號的傳輸方式 ——頻帶傳輸l 頻帶傳輸l 所謂頻帶傳輸是指將數字信號調制成音頻信號后再發(fā)送和傳輸，到達接收端時再把音頻信號解調成原來的數字信號?？梢姡诓捎妙l帶傳輸方式時，要求發(fā)送端和接收端都要安裝調制器和解調器。l 在實現遠距離通信時，經常借助于電話線路，此時就需要利用頻帶傳輸方式。利用頻帶傳輸，不僅解決了利用電話系統(tǒng)傳輸數字信號的問題，而且可以實現多路復用，以提高傳輸信道的利用率。1信號的傳輸方式——寬帶傳輸l 寬帶傳輸l 寬帶傳輸采用75Ω的CATV電視同軸電纜或光纖作為傳輸媒體，帶寬為300MHz。使用時通常將整個帶寬劃分為若干個子頻帶，分別用這些子頻帶來傳送音頻信號、視頻信號以及數字信號。寬帶同軸電纜原是用來傳輸電視信號的，當用它來傳輸數字信號時，需要利用電纜調制解調器（Cable Modem）把數字信號變換成頻率為幾十兆赫茲到幾百兆赫茲的模擬信號。l 可利用寬帶傳輸系統(tǒng)來實現聲音、文字和圖像的一體化傳輸，這也是通常所說的“三網合一”，即語音網、數據網和電視網合一。另外，使用