【正文】 第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容n 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)n 數(shù)據(jù)通信方式n 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)n 數(shù)據(jù)交換技術(shù)n 流量控制n 差錯(cuò)檢測(cè)編碼n 傳輸介質(zhì)n 物理層接口及標(biāo)準(zhǔn)n 寬帶接入技術(shù) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)n 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型n 數(shù)據(jù)通信的基本概念n 數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)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(jiǎn)單的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)216。定義：指 以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線路連接分布在各地的 而執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能的系統(tǒng)216?；咀饔茫涸趦蓚€(gè)實(shí)體之間交換數(shù)據(jù) 216?；窘M成三要素：信源、信道、信宿 計(jì)算機(jī)或終端數(shù)據(jù)終端設(shè)備n 信源 ：信息發(fā)送端n 信宿 ：信息接收端n 信道 ：傳輸信息的通道 有線信道、無(wú)線信道 數(shù)字信道、模擬信道n 變換器168。作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)。168。變換器一般有 編碼器 或 調(diào)制器n 反變換器168。作用是將接收到的信號(hào)恢復(fù)成發(fā)送端原來(lái)的信號(hào)，是變換器的反向功能。168。反變換器一般有 譯碼器 或 解調(diào)器n 噪聲源n模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào) 或數(shù)字信號(hào)。216。編碼 ：把 數(shù)據(jù) 變換為 數(shù)字信號(hào) 的過(guò)程216。譯碼 ：把 數(shù)字信號(hào) 變換為 數(shù)據(jù) 的過(guò)程216。調(diào)制 ：把 數(shù)據(jù) 變換為 模擬信號(hào) 的過(guò)程216。解調(diào) ：把 模擬信號(hào) 變換為 數(shù)據(jù) 的過(guò)程 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù) ：n 由數(shù)字、字符和符號(hào)等組成，是信息的載體n 數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)際含義信息： n 按一定要求以一定格式組織起來(lái)的、具有一定意義的數(shù)據(jù)n 信息有具體含義信號(hào) ：n 信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表示，具有確定的物理描述，如電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。n 電磁信號(hào)一般有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種形式數(shù)字信號(hào)：隨時(shí)間 離散 變化的信號(hào)，如脈沖信號(hào)等模擬信號(hào) ：隨時(shí)間 連續(xù) 變化的信號(hào)，如正弦波信號(hào)等1 0 111 00n碼元 ：代表不同 離散數(shù)值 (狀態(tài) )的 基本波形n碼元代表的離散數(shù)值可以是 多進(jìn)制 的，也可以是 二進(jìn)制 的216。如：當(dāng)使用二進(jìn)制編碼時(shí)，只有兩種不同的碼元， 分別代表 0狀態(tài)和 1狀態(tài)216。 碼元代表的離散數(shù)值是多進(jìn)制的情況 如：傳送 “101011000110111010……” 方法一：直接傳送 每個(gè)碼元攜帶 1bit 碼元代表的離散值是二進(jìn)制的，兩種碼元 方法二：分組： “101,011,000,110,111,010……” 每個(gè)碼元攜帶 3bit 碼元代表離散值是 0~7(八進(jìn)制 )，八種碼元 可用 8種不同的振幅、頻率、相位進(jìn)行調(diào)制 n 數(shù)據(jù)通信 ：n 定義：指信源和信宿之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)的通信方式。n 狹義：指數(shù)字信號(hào)n 廣義：包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)n 數(shù)字通信 ：在通信信道中傳送數(shù)字信號(hào)的通信方式n 模擬通信 ：在通信信道中傳輸模擬信號(hào)的通信方式數(shù)據(jù)通信與數(shù)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(diào)制器信宿解調(diào)器數(shù)字信道數(shù)字信道模擬信道信源調(diào)制器信宿解調(diào)器模擬信道 數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)n 數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)： 衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘膮?shù)n 衡量 有效性 的指標(biāo) : 信道帶寬和信道容量 傳輸速率 (數(shù)據(jù)傳輸速率、碼元速率 ) 傳輸延遲n 衡量 可靠性 的指標(biāo) : 誤碼率(1)信道帶寬和信道容量n 信道帶寬： 信道具有的一定頻率范圍 (頻帶寬度)n 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 帶寬分配？無(wú)線電 微波 紅外線可見(jiàn)光 紫外線X射線 ? 射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無(wú)線電 調(diào)頻無(wú)線電 海事無(wú)線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLF MF HF VHF UHF SHF EHF THF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)無(wú)線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜n信道容量216。定義：指單位時(shí)間內(nèi)信道所能傳輸?shù)?最大 信 息量，它表征信道的傳輸能力。216。表示方式： a) 以碼元速率表示 ：指信道在單位時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)淖畲蟠a元數(shù)，單位 “ 波特 ” b) 以數(shù)據(jù)傳輸速率表示 ：指單位時(shí)間內(nèi)最多可傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)的位數(shù)，單位 “bit/s”n 信道容量和信道帶寬的關(guān)系n 一般情況下，信道帶寬越寬，一定時(shí)間內(nèi)信道上傳輸?shù)男畔⒘烤驮蕉?，則信道容量就越大，傳輸效率就越高。n 香農(nóng)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(hào)功率 S/N—— 信噪比，一般用分貝 (dB)作為度量單位C = W log2(1+S/N)信噪比 (dB)=10log10(S/N)(dB)216。 奈奎斯特準(zhǔn)則 ：在帶寬受限、無(wú)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(hào)可取離散值的個(gè)數(shù) (狀態(tài)數(shù) ) log2N—— 信號(hào)所表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)216。 數(shù)據(jù)傳輸速率 R和碼元速率 B的關(guān)系216。 最大碼元速率 BmaxC = 2Wlog2NR = Blog2N因?yàn)?Rmax=C，所以 Bmax=2WRmax=Bmaxlog2N 由題意知： 10log10(S/N) = 30 可得出 ： S/N = 1000 根據(jù)香農(nóng)公式： 最大數(shù)據(jù)傳輸率 =3000log2(1+S/N) ≈30K(bit/s)例 1:電話系統(tǒng)的典型參數(shù)是信道帶寬為 3000Hz，信噪比為 30dB，則該系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是多少？例 2：對(duì)于某帶寬為 4000Hz的低通信道，采用 16種不同的狀態(tài)來(lái)表示數(shù)據(jù)。(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(nóng)定理，信道的 最大傳輸速率是多少？(1)最大碼元速率 Bmax=2W=24000=8000( 波特 ) 最大傳輸速率 =Bmaxlog2N=8000log216=32K(bit/s)(2)由題知： 10log10(S/N) = 30 可得出： S/N=1000 最大傳輸速率 = Wlog2(1+S/N) = 4000log2(1+1000) ≈40K(bit/s) 數(shù)據(jù)通信方式n 并行通信與串行通信n 單工通信、半雙工通信和全雙工通信n 異步傳輸與同步傳輸 并行通信與串行通信n 并行通信n 定義：指利用多根傳輸線將多位數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行傳送。n 特點(diǎn)：線路多、成本高n 適用場(chǎng)合：距離短、數(shù)據(jù)量大n 串行通信n 定義：指利用一條傳輸線將數(shù)據(jù)一位一位地按順序（由低位到高位）分時(shí)傳輸n 特點(diǎn)：線路少、成本低n 適用場(chǎng)合：距離遠(yuǎn)、距離近且速度不高源 目的01001100并行數(shù)據(jù)T源 目的串行數(shù)據(jù)8T01001100 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(shí)、雙向同時(shí)、雙向 異步傳輸與同步傳輸n 異步傳輸n 異步是指發(fā)送端和接收端不使用共同的時(shí)鐘，也不在數(shù)據(jù)中傳輸同步信號(hào)n 發(fā)送端和接收端必須約定 數(shù)據(jù)幀格式 和 比特率起始位 (1個(gè) )—— 每個(gè)數(shù)據(jù)幀開(kāi)始傳送的標(biāo)志；低電平。數(shù)據(jù)幀格式數(shù)據(jù)位 (5～ 8個(gè) )—— 緊跟著起始位傳送；低位前，高位后。表示一個(gè)字符校驗(yàn)位 (1個(gè) )—— 用于校驗(yàn)是否傳送正確；可選。停止位 ()—— 表示該數(shù)據(jù)幀傳送結(jié)束；高電平?？臻e位 —— 傳送數(shù)據(jù)幀之間的間隔；高電平。起始位 校驗(yàn)位 停止位 空閑位數(shù)據(jù)位低位 高位數(shù)據(jù)幀0/1 0/1 0/10/1 101 1 1…空閑位下一個(gè)數(shù)據(jù)幀n 同步傳輸n 以一個(gè)數(shù)據(jù)幀為傳輸單位，每個(gè)數(shù)據(jù)幀附加起始和結(jié)束標(biāo)志n 同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復(fù)雜n 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(biāo)志 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 結(jié)束標(biāo)志例１ :設(shè)數(shù)據(jù)幀為 1個(gè)起始位、 7個(gè)數(shù)據(jù)位、 1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和 1個(gè)停止位，如果比特率為1200bps。用 7位數(shù)據(jù)位代表一個(gè)字符，求每秒能傳送的最多字符數(shù)是多少？不存在空閑位時(shí)，可傳送的字符數(shù)最多1200/（ 1+7+1+1）＝ 120個(gè) 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)n 基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸n 數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)n 多路復(fù)用技術(shù) 基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸1)基帶傳輸n 基帶信號(hào)： 來(lái)自信源的電脈沖信號(hào)n 基帶傳輸： 在信道中直接傳輸基帶信號(hào)的傳輸方式n 基帶信號(hào)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 。n 通常在進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M信道中，必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行 調(diào)制 (modulation)。 2)頻帶傳輸n 頻帶信號(hào)： 將基帶信號(hào)變換 (調(diào)制 )成便于在模擬信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍 (300～3400Hz)的信號(hào)n 頻帶傳輸： 將頻帶信號(hào)在信道中傳輸?shù)姆绞健 頻帶傳輸實(shí)際上就是 模擬傳輸n 頻帶傳輸?shù)幕A(chǔ)是 載波頻率恒定的模擬信號(hào)3)寬帶傳輸n寬帶： 包括大部分電磁波頻譜n寬帶傳輸： 將寬帶信號(hào)在信道中傳輸?shù)姆绞健?數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)n 編碼與調(diào)制的原因： n 數(shù)據(jù)在傳輸中容易產(chǎn)生誤碼n 編碼和調(diào)制技術(shù)可使系統(tǒng)具有糾錯(cuò)能力和抗干擾能力n 可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生n 編碼與調(diào)制的任務(wù)：n 提高數(shù)據(jù)傳輸效率n 降低誤碼率n信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體表現(xiàn)形式n數(shù)據(jù)與信號(hào)之間的四種組合：168。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) ?模擬信號(hào)168。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) ?數(shù)字信號(hào)168。模擬數(shù)據(jù) ?數(shù)字信號(hào)168。