第02章數據通信基礎

第2章數據通信基礎

1、數據通信的概念

2、傳輸方式

3、傳輸介質

4、基帶傳輸與頻帶傳輸

5、差錯控制12.1基本概念數據：載荷信息的物理符號或有意義的實體。

模擬數據：在某個區間連續取值。

數字數據：在某個區間離散取值。信號：數據的電磁波或電編碼，是數據的具體表示形式。

模擬信號：信號的取值是連續的，如話音信號。

數字信號：信號的取值是離散的。信道：傳輸信號的一條通路。

模擬信道：傳輸模擬信號的信道。

數字信道：傳輸數字信號的信道2基帶信號：將數字“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就是基帶信號。基帶傳輸：將基帶信號直接送到線路上傳輸。頻帶信號：將基帶信號進行調制后形成的模擬信號。頻帶傳輸：將頻帶信號送到線路上去傳輸。

3信道的幾個主要技術指標數據率、傳輸速度、比特率、bpsS=1/T*log2N調制速率、碼元速率、波特率

B=1/TS=B*log2N信道容量：信道傳輸的最大速率

Smax

=2W(Baud)=2Wlog2L(bps)4（二）信道的幾個主要技術指標信道的傳播速率：信號在單位時間內傳送的距離吞吐量：數值上等于信道在單位時間內成功傳輸的總信息量，bps出錯率：吳碼率

P=Ne/N5數字通信系統的基本結構信源信源編碼器信道編碼器調制器發射機傳送信道接收機解調器信道解碼器信源解碼器信宿干擾62.2數據傳輸

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：信號只能向一個方向傳輸，任何時候不能改變信號的傳輸方向。半雙工通信：信號可以雙向傳輸，但必須交替進行，同一時刻只能向一個方向傳送。全雙工通信：信號可以同時雙向傳送

83、數字傳輸與模擬傳輸基帶傳輸與頻帶傳輸典型的模擬傳輸系統是傳統的電話通信系統ModemModemPCPC電話線路數-模模-數92.3同步方式是指通信的收發雙方在時間基準上保持一致。包括：位同步、字符同步位同步：收端根據發送端的發送數據的起止時間和時鐘頻率來校正自己的時間基準與時鐘頻率即位同步。

外同步是在發送端發送一路數據信號的同時，另外發送一路同步時鐘信號。接收端根據接收到的同步時鐘信號來校正時間基準與時鐘頻率，實現雙方的同步。

內同步是指從自含有時鐘編碼的發送數據中提取同步時鐘的方法。10字符同步：以字符位單位進行發送和接收異步方式：以字符為單位，起始位數據位校驗位停止位同步方式：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數據編碼和調制技術

一、模擬數據編碼方法（頻帶傳輸）正弦波：振幅控制(ASK)：通過改變載波信號的振幅來表示信號1、0移頻控制(FSK)：通過改變載波信號的頻率來表示信號1、0移相控制(PSK)：通過改變載波信號的相位來表示信號1、0

絕對相位：用相位的絕對值來表示數字信號0、1。相對相位：用相位是否產生偏移或反轉來表示0、1。

12二、數字數據編碼方法

l

非歸零碼（NRZ）：用負電壓代表“0”，正電壓代表“1”。應用于計算機串口與調制解調器之間。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”，自含時鐘，應用于以太網。l

差分曼徹斯特編碼：中間有跳變（自含時鐘）。若碼元值為“0”，碼元的起始位有跳變。若碼元值為“1”，碼元的起始位無跳變。應用于令牌環網。13三、脈沖編碼調制方法:PCM技術典型應用：語音數字化，分三個步驟：采樣：對信號進行采樣,隔一定時間間隔，將模擬信號的電平幅度值取出類作為樣本。量化：根據量化級進行取整量化：如16級、128級量化。編碼：根據量化級對整數編碼為二進制。如：量化級：16量化值：10編碼：1010在目前常用的語音數字化系統中，多采用128個量化級，7為編碼。14PCM的工作過程采樣量化編碼幅度幅度..011010001010010110001010011...模擬數據數字信號量化級+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152.5交換技術（數據交換）

線路交換（電路交換）交換方式分類：報文交換存儲轉發數據報報文分組交換虛電路

16（一）線路交換方式

在通信子網中建立一個物理連接（電話）

1、

線路交換方式的通信過程

(1)

線路建立階段

(2)

數據傳輸階段

(3)線路釋放階段

優點：實時性強，適用于交互式會話通信。缺點：不適用于突發性通信，系統效率低。

17（二）存儲轉發交換方式

1、

存儲轉發的基本概念存儲轉發方式是將發送的數據與目的地址、源地址、控制信息按照一定的格式組成一個數據單元進入通信子網，通信子網中的結點是通信控制處理機，它負責完成數據單元的接收、差錯校驗、存儲、路由選擇和存儲轉發功能。2、

存儲轉發的分類報文交換：將發送的數據當作一個邏輯單元，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報文。報文分組交換：限制數據的最大長度，將一個長報文分成多個報文分組，接收站再將多個報文分組按順序重新組成一個長報文。

18（三）數據報方式

1.

數據包方式的工作過程（1）源主機將報文分成很多組，依次發送到與其相連接的通信子網的通信控制處理機上(結點A)。（2）結點A對每一個分組進行差錯檢驗，并根據網絡情況為每一個分組啟動路由算法。（3）若結點A將分組傳輸到結點C，結點C要進行差錯檢驗，正確則發送確認信息ACK。其余結點相同。2．數據包方式的特點（1）同一報文的不同分組在通信子網中可能經過不同的路徑（2）同一報文的不同分組到達目的時，分組可能出現亂序、重復和丟失（3）每一個分組在傳輸過程中都必須有目的地址和源地址。

數據報是報文分組存儲轉發的一種方式。不需要建立連接，每一個分組可以獨立的選擇一條傳輸路徑。19（四）虛電路方式

虛電路將數據報方式與線路交換方式結合起來，在發送數據前，需要在發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程虛電路建立階段、數據傳輸階段、虛電路拆除階段

2、

虛電路方式的特點（1）報文分級發送前，在收發雙方建立一條虛電路即邏輯連接。（2）一次通信的所有報文分組都通過此虛電路順序傳輸，報文不必帶有目的地址、源地址等信息（3）報文經過每一個結點時，只進行差錯檢驗，不進行路由選擇。（4）每一個結點可以同其它結點建立多條虛電路連接。

20主機A通信子網主機D數據報方式主機C主機B主機A主機C通信子網主機D虛電路方式主機B21四種交換的比較（P25）222.6多路復用技術

多路復用技術就是把許多個單個信號在一個信道上同時傳輸的技術。SDM（空分復用技術）：各子信道是一獨立的物理鏈路。FDM（頻分多路復用技術）：按頻率劃分信道，適用于模擬信號傳輸TDM（時分多路復用技術）：按時間劃分信道，適用于數字信號傳輸WDM（波分復用技術）

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

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

2、同軸電纜:網絡的數據通過中心導體進行傳輸；電磁干擾被外部導體屏蔽。因此，為了消除電磁干擾，同軸電纜的外部導體應當接地。基帶同軸電纜寬帶同軸電纜電纜線類型阻抗直徑應用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芯玻璃內芯塑料外套玻璃封套外殼26

3、光纖（P19）光纖的結構：光纜由纖芯、包層和護套層組成光纖通信系統的工作原理:光發送機：（發光二極管LED、注入型激光二極管ILD）光接收機：(光電二極管PIN檢波器、APD檢波器)分類：單模式光纖：僅允許一束光通過，速度快、距離遠、價格高。多模式光纖：則允許多路光束通過。2728四、無線介質

無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，多用在一個較小的區域內激光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差錯控制技術差錯產生的原因：噪聲

噪聲的類型：熱噪聲、沖擊噪聲332差錯控制差錯控制：發現、檢測、糾正錯誤的方法差錯控制編碼：通過對信息序列實施某種變幻，使原來彼此獨立、沒有相關性的信息碼元序列，經過變換產生某種相關性，接受端根據此相關性來檢查和糾正傳輸序列中的差錯。分為：檢錯碼：能發現錯誤但不能自動糾錯糾錯碼：能發現錯誤又能糾正錯誤齊偶校驗碼、CRC循環冗余碼34常用差錯編碼差錯檢測編碼：奇偶校驗碼；水平垂直奇偶校驗碼；CRC循環冗余碼等；差錯糾錯編碼：漢明碼；卷積碼；35（1）檢錯重發ARQ方式：優點：（1）只需要少量的冗余碼，就可以得到極低的輸出誤碼率；（2）有一定的自適應能力；不足：（1）需要反向信道，故不能用于單向傳輸系統，并且實現重發控制比較復雜；（2）通信效率低，不適合嚴格實時傳輸系統。發收能夠發現