02第二章数据通信技术基础.

第二章数据通信技术基础2.1数据通信技术2.2数据传输原理2.3数据通信的主要技术指标2.4差错检测与控制第一节数据通信系统DTEDTEDCEDCE数据通信系统模型数据通信系统的五个阶段以打电话为例Modem工作原理调制器解调器控制器接口接口数据输入数据输出电话线电话线Com1Com1调制器与解调器调制器1270Hz1070Hzin+-out解调器in1270Hz带通滤波1070Hz带通滤波检波检波-+outModemPOWERRS-232LINEPHONEV.42OHAAHSRDTDCDTRMRRS—232Modem管脚介绍针脚功能1234567820保护地发送数据接收数据请求发送允许发送数据设备准备好信号地载波检测数据终端就绪Modem连接方式载波数据建立就绪准备地传输DTEDCEDTEDCE1720645823172064582317206458231720645823数据空Modem连接方式235468207235468207DTEDTE送数据收数据清除待发送请求发送数据设备准备好数据载波检测数据终端准备好地线基本术语信息、信号、介质、信道的关系信息：数据的内容和含义信号：携带信息的传输媒体，数据的电磁或电子编码，分为数字信和模拟信号介质：提供信号传输的物质信道：用来表示向某一方向传送信息的媒体信息传输前的信息和信号信道发信息收信息传输中的信息和信号信号信源信宿模拟数据和数字数据数据：传输信息实体，涉及事物的形式。数据可分为模拟数据和数字数据。模拟数据：反映的是在某个区间内连续的值，如声音和图像等。数字数据：反映的是离散的值，如文本信息。模拟信号数字信号时域图和频域图频谱：任意非简谐运动均是由一系列不同频率不同振幅的简谐运动组成。利用傅立叶变换，1-11-11-1a)s(t)的曲线b)s(t)的一次傅立叶近似c)s(t)的三次傅立叶近似1-1d)s(t)的五次傅立叶近似1-1e)s(t)的十一次傅立叶近似1-1f)s(t)的二十一次傅立叶近似时域图和频域图ωf13f15f17f1……tA时域图频域图任何一个传输中的信号，都可用时域中波形的变化（时域图）和频域中频谱分量的结构（频域图）来表示它的基本特性ω为周期，行业中用五种单位计量周期：s,ms,μs,ns,ps频域图可分为最大振幅——频率图和相位——频率图，前者比较常用频域图1stA4AfAt0Af最大振幅——频率图：如果一个信号在瞬时发生变化，它的频率是无穷大，永不变化，它的频率是零频宽和有效频宽fA精致副本的频谱无穷大频宽fA有效频谱有效频宽在传输媒体上发送数字信号时，其实是在发送无穷多简单信号，若只传输那些具有重要振幅的分量（根据一定的门限）我们仍然可以以合理的精度在接收端复制出原数字信号有效频谱：无限频谱的一部分，是信号频谱中足以用来再生原始信号的部分有效频宽：有效频谱的宽度介质带宽和有效带宽传输介质有效频谱接收频谱介质带宽原始信号接收信号返回第二节数据传输原理AM(调幅)模拟信号传FM(调频)模拟数据PM(调相）数字信号传——PCM技术（脉冲编码调制技术）模拟信号传数字数据数据ASK(幅移键控)FSK(频移键控)PSK(相移键控)多相调制联合调制(QAM)数字信号传非归零制编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码数据传输的同步方式数据通信方式数字数据数字数据基带信号：频带信号：未经调制等变换，仍包含信号源基本频带的信号调制成的模拟信号数字数据用基带信号传称为基带传输，又称为数字传输数字数据用频带信号传称为频带传输，又称为模拟传输返回基带传输1011101a)不归零制编码b)曼彻斯特编码周期中间有跳变，下降沿为‘1’，上升沿为‘0’c)差分曼彻斯特编码周期中间有跳变，若周期开始也有跳变则为‘0’，否则为‘1’返回频带传输调制：是一种传输媒体的转换技术，调制信号的传输称载波通信载波信号：发送设备产生的一个高频信号作为基波来承载信息信号幅移键控ASK：根据数字信号来控制载波信号的振幅，‘1’时振幅不变，‘0’时振幅为零频移键控FSK：根据数字信号来控制载波信号的频率，‘0’时频率小，‘1’时频率大相移键控PSK：用载波信号的不同相位来表示二进制数，有几种调制状态称为几相调制，当有四种调制状态时，称为四相调制，每种状态用两位二进制表示相移键控——PSK绝对相位制：以未调载波信号的相位作为参考点，若已调载波信号的相位与参考点一致则为二进制数‘0’，若相位差180度则为‘1’相对相位制：以前一位数据的已调载波信号的相位作为参考点，若与前一位相位一致则为二进制数‘1’，若相位差180度则为‘0’调幅、调频、调相011010数据调幅调频调相多相调制比特位相位0000°00145°01090°011135°100180°101225°110270°111315°八相调制8——psk星座图联合调制——QAM目前的调制技术，改变不只一个模拟信号元素，将调幅和调相技术结合起来的调制技术称为联合调制(QAM)。有八种相位，两种振幅的QAM用星座图表示如下：联合调制中的失真问题失真的信号真正的星座点可识别不可识别星座点可存在的区域返回111110101100011010001000111110101100011010001000数字化编码为：001-011-110-111-110-100-011-011-011-011-100-101PCM脉码调制采PCPCMODEMMODEM长途交换局长途交换局数字载波系统模拟信号传输数字信号传输PCM脉冲编码技术应用返回数据传输的同步方式同步：使接受端时钟与数据脉冲频率相同，以保证正确接收信息，实现同步的方式有两种，同步传输和异步传输同步传输（位同步）传输的信息被组装成帧，每帧包含多个字节，字节间无间隙，由接收方解码时分解异步传输（群同步）传输的信息分成群（一字节），加起始位和终止位实现同步，字节间有间隙1001000110100100011000000010101001100110010111001001数据传输的同步方式数据流方向数据流方向同步传输（位同步）异步传输（群同步）1001000110每个字符之间有间隙1001000110停止位起始位字符之间无分界同步传输外同步——发数据前先发同步脉冲自同步——从数据信号波形中提取同步信号,如曼码，差分曼码。SYNSYN01011……同步的实现起止同步的实现数据移位寄存器接收方起止位检测本地时钟起止同步的实现外同步的实现移位寄存器本地时钟接收方自同步的实现移位寄存器本地时钟接收方返回通信方式并行方式串行方式计算机内部（网上通信）全双工通信方式双工通信方式单工通信方式多路复用方式并行并行串行非归零码非归零码曼彻斯特码数据通信方式并行方式01001001串行方式01001001发送方发送方接收方接收方0100100101001001101011010101001101011010101001110010011010111101011010101001单工通信半双工通信全双工通信传输方式多路复用技术多路复用技术——是为了提高线路的利用率，在一条通信介质上传送多路信号的技术，它包括如下几种方式：频分多路复用技术（FDMA）~~~同时同道不同频时分多路复用技术（TDMA）~~~同频同道不同时码分多路复用技术（CDMA）~~~同时同道同频不同编码波分多路复用技术（WDMA）~~~同时同道不同波长WaveDivisionMultiplexingAccessS1S2S3S4S5g1g2g3g4g5复合器分离器FDMA(FrequencyDivisionMultiplexing)----同时同道不同频不同频率的信号共同享受同一公共信道f11s2tMMMtMs1s3TDMA(TimeDivisionmultiplexing)----同频同道不同时将物理信道按时间分片，轮流分给多个信号使用，分为同步TDM和异步TDM。同步TDM——时间片预先分配好，固定的异步TDM——时间片动态分配，信息带地址abdbcabdbc……地址S1S2S3S4S5g1g2g3g4g5复合器分离器S2S1S5S2S3同步TDM时间片固定分配时间片S1S2S3S4S5g1g2g3g4g5复合器分离器S2S1S2S5S3......时间片动态分配时间片异步TDMCDMA(CodedivisionmultiplexingAccess)----同频同道同时不同编码CDMA：将每一个比特时间划分成m个短的间隔，称码片，通常m取值为64或128，每一个站点被指派一个唯一的码片序列，表示1（0），其反码表示0（1）。（128位）10000001111………………………….0011110101‘1’(128位反码）01111110000………………………….1100001010‘0’是扩频通信中的一种发送信息的数据率为n(bps),实际数据率为mn(bps)，频率为原来的m倍CDMA的正交公式CDMA要求每个站点的码片唯一，而且必须互相正交两个码片序列正交，即它们的内积为零，设A站的码片为向量S，B站的码片为向量T,S*T=1/mΣSi*Ti=0注：向量和各站码片反码的向量的内积也是零任何一个码片向量的规格化内积都是1，即S*S=1/mΣSi*Si=1一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值为-1由可知通信双方必须知道对方的码片序列例题：A站要接收B站发送的数据，必须知道B站所特有的码片序列B。A站用得到的码片向量B与接收到的未知信号进行求内积运算，当B站发送为‘1’时，内积结果为1，当B站发送为‘0’时，内积的结果为-1。所有其他站的信号都被过滤掉，其内积的相关项为0。CDMA的技术优势CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率复用等多种技术结合而成，含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，具有抗干扰性好，保密安全性高，同频率可在多个小区内复用使用，容量和质量之间可做权衡取舍。系统容量大——比GSM大4-5倍用户数增加，话音质量下降，但对用户数并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折中考虑CDMA系统的声码器可动态调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。门限根据噪声而改变，在背景噪声大的情况下，可得到较好的通话质量CDMA的技术优势“掉话”现象少，采用软切换技术，“先连接再断开”，完全克服了硬切换容易掉话的缺点频率规划简单，用户按不同的序列码区分，不相同的CDMA载波可在相邻小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。建网成本低，覆盖范围大，所需基站少，降低成本，手机电池寿命长多路复用技术举例FDMATDMA（三种频率）（一种频率）1238bit8bit8bittF多路复用技术的综合比较与组网频分时分固定分配——模拟载波通信动态分配——无线移动通信同步固定分配——数字载波通信统计随机分配——分组交换设备集中式多路复用技术的综合比较与组网分布式频分时分无线信道——无线网络有线信道——CATV宽带网有冲突——EthernetLAN无冲突——TokenLAN返回第三节数据通信的主要技术指标数据传输速率调制速率误码率信道容量技术指标数据传输速率（位速率）——单位时间传输的二进制代码位数，单位bps调制速率（波特率）——调制状态每秒转换的次数,单位波特Baud在二相制情况下波特率与比特率相等，多相制情况下两者不等S=(1/T)log2NB=1/T技术指标误码率信道容量(C)——该信道的最大数据传输率接收中错误码元数Ne传输的总码元数NPe=奈奎斯特公式：C=2H*Log2LH：带宽L：数字信号取值个数香农公式：C=H*Log2(1+S/N)bpsbpsS：信号功率N：噪声功率S/N：信噪比返回第四节差错检验与控制差错检测差错检测检错码纠错码——奇偶校验循环冗余校验海明码奇偶校验传输数据校验位水平奇校验10110101水平偶校验10110100水平垂直偶校验10110100(方阵法)00111100110