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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,數據通信入門教程,本章內容概要,數據通信的基本概念,傳輸介質,數據編碼技術,基帶傳輸的基本概念,差錯控制方法,2,本章學習要求,了解：,數據通信的基本概念,掌握：傳輸介質的基本特點,了解：主要的數據編碼技術,掌握：基帶傳輸的基本概念,掌握：差錯控制方法的定義,3,本章內容概要,數據通信的基本概念,傳輸介質,數據編碼技術,基帶傳輸的基本概念,差錯控制方法,4,2.1,數據通信的基本概念,信息、數據與信號,數據傳輸類型與通信方式,5,2.1.1,信息、數據與信號,通信的目的是,交換信息,，信息的載體可以是數
2、字、文字、語音、圖形或圖像，計算機產生的信息一般是字母、數字、語音、圖形或圖像的組合,為了傳送這些信息，首先要將字母、數字、語音、圖形或圖像用,二進制數據,來表示,為了傳輸二進制代碼的數據，必須將它們用模擬或數字編碼的方式表示,數據通信是指在不同計算機之間傳送表示字母、數字、符號的二進制代碼,0,、,1,比特序列的模擬或數字信號的過程,6,信息編碼標準,ASCII,碼被國際標準化組織,ISO,接受，成為國際標準,ISO 646,，又稱為國際,5,號碼,ASCII,碼用于計算機內碼，也用做數據通信中的編碼標準,ASCII,碼采用,7,位二進制比特編碼，可以表示,128,個字符,ASCII,字符分
3、為兩類：圖形字符與控制字符。圖形字符包括：數字、字母、運算符號、商用符號等,7,多媒體網絡應用,隨著計算機技術的發(fā)展，多媒體技術得到廣泛應用,與文本、圖形信息傳輸相比較，語音、圖像信息傳輸要求數據通信系統(tǒng)具有高速率與低延時的特性,如果每幀圖像由,1024,768,個點陣組成，圖像顏色有,256,種，每個點陣用,1,字節(jié)二進制數表示，每秒鐘傳送,30,幀圖像，則每秒需要傳送,235,929,601,字節(jié),如果傳送數字化的語音信號，每秒鐘對語音信號進行,22,050,次取樣，每次取樣值用,1,字節(jié)表示，單聲道每秒鐘需要傳送,22,050,字節(jié)；雙聲道立體聲每秒鐘需要傳送,44,100,字節(jié),多媒體
4、技術在網絡中的應用，將對數據通信系統(tǒng)提出更高要求,8,信號的概念,信號是,數據傳輸過程中電信號的表示形式,模擬信號,(analog signal),的電平是連續(xù)變化的,數字信號,(digital signal),是用兩種不同電平表示,0,、,1,比特序列的電壓脈沖信號,9,數據、信息和信號,數據,(data),是傳遞信息（,information,）的載體，,在計算機網絡中傳輸的二進制代碼稱為數據,，包括數字、文字、語言、圖像、圖形、聲音等。,數據與信息的區(qū)別在于數據僅涉及事物的表示形式，而信息則涉及對數據所表示內容的解釋。信息是一種有意義的數據，而數據又是信息的一種量化物理符號。,信號,(s
5、ignal),則是數據在傳輸過程中的電氣的或電磁波的表示形式。,10,2.1.2,數據傳輸類型與通信方式,計算機網絡中兩臺計算機的通信過程,11,1.,數據傳輸類型,模擬通信：調制解調,數字通信：波形變換,12,2.,數據通信方式,串行通信、并行通信,單工通信、半雙工或全雙工通信,同步通信、異步通信,13,串行通信與并行通信,14,1,單工通信,單工通信就是指傳送的信息始終是一個方向，而不進行與此相反方向的傳送。如圖所示。,無線電廣播和電視信號傳播都是單工傳送的例子。,15,2,半雙工通信,半雙工通信是指信息流可在兩個方向上傳輸，但同一時刻只限于一個方向傳輸。如圖所示。如對講機就是以這種方式通
6、信的。,半雙工通信由要頻繁調換信道方向，故效率低，但可節(jié)省傳輸線路。,16,3,全雙工通信,全雙工通信是指能同時做雙向通信。如圖所示。這種方式適用于計算機,計算機間通信。,全雙工與半雙工比較,全雙工通信效率高，控制簡單，但是結構較復雜，成本較高。,17,同步技術,同步是數字通信中必須解決的一個重要問題。,所謂,同步,，就是要求通信的收發(fā)雙方在,時間基準,上保持一致。,數據通信的同步包括以下兩種：,（,1,）位同步,（,2,）字符同步,18,位同步（,bit synchronous,）,要求接收端根據發(fā)送端發(fā)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。這個過程就叫做,位同步,。,
7、實現位同步的方法主要有以下兩種：,外同步法：,外同步法是在發(fā)送端發(fā)送一路數據信號的同時，另外發(fā)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，實現收發(fā)雙方的位同步。,內同步法：,內同步法是從自含時鐘編碼的發(fā)送數據中提取同步時鐘的方法。曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼都是自含時鐘編碼方法。,19,字符同步（,character synchronous,）,僅僅識別各位數碼是不夠的，至少要對各個字符正確地識別出來，如下圖所示。,串行數碼和字符同步,按位串聯數碼,b1b2b8b1b2b8b1,，如果能把它劃分為（,b1b2b8,）（,b1b2b8,）,這即為實現了字符同步。
8、如果劃分為（,b2b3b8 b1,）（,b2b3b8 b1,）,則沒有實現字符同步。,20,字符同步（,character synchronous,）,保證收發(fā)雙方正確傳輸字符的過程就叫做,字符同步,。,實現字符同步的方法主要有以下兩種：,1.,同步式（,synchronous,）,采用同步方式進行數據傳輸稱為,同步傳輸,。同步傳輸將字符組織成組，以組為單位連續(xù)傳送。在每組字符之前加上一個或多個用于同步控制的同步字符,SYN,，每個數據字符內不加附加位。接收端接收到同步字符,SYN,后，根據,SYN,來確定數據字符的起始與終止，以實現同步傳輸的功能。同步傳輸的工作原理如圖,2.5,所示。,21
9、,圖,2.5,2.,異步式（,asynchronous,）,采用異步方式進行數據傳輸稱為,異步傳輸,。異步傳輸的特點是：每個字符作為一個獨立的整體進行發(fā)送，字符之間的時間間隔可以是任意的。為了實現字符同步，每個字符的第一位前加,1,位起始位（邏輯,1,），字符的最后一位后加,1,、,1.5,或,2,位終止位（邏輯,0,）。異步傳輸的比特流結構如圖,2.6,所示。,在實際問題中，人們也將同步傳輸叫做同步通信，將異步傳輸叫做異步通信。同步通信的傳輸效率要比異步通信的傳輸效率高，因此同步通信方式更適用于高速數據傳輸。,23,圖,2.6,24,本章內容概要,數據通信的基本概念,傳輸介質,數據編碼技術,
10、基帶傳輸的基本概念,差錯控制方法,25,2.2,傳輸介質,類型,有形介質,雙絞線,同軸電纜,光纖,無線電,微波,衛(wèi)星通信,無形介質,26,2.2.1,雙絞線、同軸電纜與光纖,傳輸介質的特性：,物理特性：傳輸介質物理結構的描述,傳輸特性：傳輸介質允許傳送數字或模擬信號，以及調制技術、傳輸容量、頻率范圍,地理范圍：傳輸介質最大傳輸距離,抗干擾性：傳輸介質防止噪聲與電磁干擾對傳輸數據影響的能力,相對價格：器件、安裝與維護費用,27,雙絞線,類型,屏蔽雙絞線（,STP,）,非屏蔽雙絞線（,UTP,）,28,雙絞線的結構與類型,29,同軸電纜,類型,基帶同軸電纜（數字信號的傳輸）,寬帶同軸電纜（劃分成多
11、條通信信道）,銅芯,外屏蔽層,保護套,絕緣層,30,同軸電纜的結構,31,光纜,光纖即光導纖維，采用非常細的、透明度較高的石英玻璃纖維作為纖芯，外涂一層低折射率的包層和保護層。,類型,多模光纖,單模光纖,多根光纖組成光纜,32,光纖的,結構,33,光纖的工作原理,34,2.2.2,無線與衛(wèi)星通信,電磁波譜與通信類型的關系,35,無線通信,高頻無線電波的傳播路徑,36,蜂窩無線通信,頻分多址接入,(FDMA),時分多址接入,(TDMA),碼分多址接入,(CDMA),37,衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信的最大特點是,通信距離遠,，且通信費用與通信距離無關；衛(wèi)星通信的另一特點就是具有,較大的傳播時延,。,38,
12、本章內容概要,數據通信的基本概念,傳輸介質,數據編碼技術,基帶傳輸的基本概念,差錯控制方法,39,2.3,數據編碼技術,數據編碼類型,模擬數據編碼方法,數字數據編碼方法,脈沖編碼調制方法,40,一般說來，模擬數據和數字數據都可以轉換為模擬信號或數字信號。因此在數據通信中，我們有以下四種情況：,（,1,）,模擬數據、模擬信號,。,（,2,）,模擬數據、數字信號,。,（,3,）,數字數據、模擬信號,。,（,4,）,數字數據、數字信號,。,下圖給出了模擬的和數字的數據、信號的示意圖。,41,模擬、數字數據和模擬、數字信號圖,42,2.3.1,數據編碼類型,數字通信信道：,以數字脈沖形式傳輸數據的信道
13、。,模擬通信信道：,以連續(xù)模擬信號形式傳輸數據的信道。,43,2.3.2,模擬數據編碼方法,電話信道是一種典型的模擬信道，它的覆蓋面最廣、應用最普遍,為了利用電話信道傳輸計算機的數字信號，首先要將數字信號轉換成模擬信號。,調制,(modulation),是將數字信號變換成模擬信號的過程，解調,(demodulation),是將模擬信號還原成數字信號的過程,44,下圖,表示了出現一個誤碼的示意圖,45,調制器的主要作用就是個,波形變換器,，解調器的作用就是個,波形識別器,。,調制就是進行,波形變換,?；蛘吒鼑栏裥?，是進行,頻譜變換,，將基帶數字信號的頻譜變換成為適合于在模擬信道中傳輸的頻譜。最基
14、本的二元制調制方法有以下幾種：,（,1,）,調幅,(AM),（,2,）,調頻,(FM),（,3,）,調相,(PM),46,模擬數據編碼類型,（調幅）振幅鍵控,(amplitude-shift keying,，,ASK),通過改變載波信號的振幅來表示數字信號,（調頻）移頻鍵控,(frequency-shift keying,，,FSK),通過改變載波信號的角頻率來表示數字信號,（調相）移相鍵控,(phase-shift keying,，,PSK),通過改變載波信號的相位值來表示數字信號,絕對調相：相位的絕對值,相對調相：相位的相對偏移值,47,模擬數據信號的編碼方法,48,2.3.3,數字數據編
15、碼方法,非歸零碼,(non-return to zero,，,NRZ),用負電平表示邏輯,“,0,”,，用正電平表示邏輯,“,1,”,曼徹斯特編碼,(Manchester),每比特的周期,T,分為前,T/2,與后,T/2,兩部分；通過前,T/2,傳送該比特的反碼，通過后,T/2,傳送該比特的原碼,差分曼徹斯特編碼,(difference Manchester),每比特的中間跳變只起同步作用；每比特的值根據其開始邊界是否發(fā)生跳變決定：未發(fā)生跳變?yōu)?“,1,”,，發(fā)生跳變?yōu)?“,0,”,。,49,數字數據編碼,的波形,50,2.3.4,脈沖編碼調制方法,脈沖編碼調制,(pulse code mod
16、ulation,，,PCM),是模擬數據數字化的主要方法,脈沖編碼調制的基本操作：,采樣是隔一定的時間間隔，將模擬信號的電平幅度值取出做為樣本,量化是將樣本幅度按量化級決定取值的過程,編碼是用相應位數的二進制代碼表示量化后樣本的量級,51,1),采樣，以采樣頻率,Fs,把模擬信號的值采出；,2),量化，使連續(xù)模擬信號變?yōu)闀r間軸上的離散值；,3),編碼，將離散值變成一定位數的二進制數碼。,脈沖編碼調制方法：模擬數據數字化,52,采樣、量化與編碼的過程,53,PCM,用于數字語音系統(tǒng),聲音分為,128,個量化級,每個量化級采用,7,位二進制編碼表示,采樣速率為,8000,樣本,/,秒,數據傳輸速率應達到,7,位,8000/,秒,=56Kbps,如果每個量化級采用,7+1=8,位二進制編碼表示,數據傳輸速率應達到,8,位,8000/,秒,=64Kbp,54,本章內容概要,數據通信的基本概念,傳輸介質,數據編碼技術,基帶傳輸的基本概念,差錯控制方法,55,2.4,基帶傳輸的基本概念,基帶傳輸與傳輸速率,帶寬與傳輸速率,56,2.4.1,基帶傳輸與數據傳輸速率,基帶傳輸是在數字通信信道上直接傳送
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