数据通信基础知识2

数据通信基础知识(重要概念、技术).数据通信的基本概念–数据:模拟数据、数字数据；–信号:模拟信号、数字信号；周期信号、非周期信号.信号编码技术–数字/数字、模拟/数字、数字/模拟、模拟/模拟.数据传输模式–按信号流向：单工、半双工、全双工–按信号特点：基带、频带–按传输顺序：串行传输（异步、同步）、并行传输.传输媒介–有线传输介质、无线传输介质.差错控制–错误检测–错误纠正.多点传输中–数据交换技术：线路交换、报文交换、分组交换–链路复用技术：频分复用、时分复用、波分复用.数据通信设备–终端设备–互连设备数据信号..模拟数据：在某个区间产生连续的值。例如：声音、视频、大多数用传感器收集的数据（温度和压力等）都是连续值。..数字数据：指产生离散的值。例如：文本信息和整数。2.1.2模拟信号..是一种连续变化的电磁波，可以按照不同频率在各种介质上传输。..正弦波是模拟信号的最基本形式，是一个非常平滑的振动曲线。..一个正弦波可以用三个特性来描述：振幅、频率和相位。2.1.3数字信号..数字信号指离散的一系列电脉冲。如计算机所使用的二进制代码“0”和“1”。描述数字信号的两个术语：..位的间距：发送一个信号位所需要的时间。..位的速率：每秒钟所发送的位数，通常简写为bps(bitspersecond)。..模拟：波动性；持续变化；易受噪音干扰；不易衰减；..数字：离散性；跃变性；不易受干扰，可靠性高；易衰减；较为便宜；..数据：是信息的表示形式。分为：数字数据（文本）、模拟数据（语音、视频）。..信号:是数据的物理表现。分为：数字信号、模拟信号..数据必须被转化为电磁信号、光信号才能传输。编码技术..数据的编码方式依赖于数据的原始形式和传输信号的形式。数字/数字模拟/数字数字/模拟模拟/模拟..任何数据都要被转化为信号才能在传输介质上传输。编码技术：数字-模拟编码..数字-模拟编码：用模拟信号来表示数字数据。..典型应用—Modem调制解调器..原理：S(t)=Acos(ωt+φ),其中A、ω、φ可变。..三种基本方式：..幅移键控：频率、相位不变，两种幅值。..频移键控：幅值、相位不变，两种频率。..相移键控：频率、幅值不变，两种相位。..组合方式：正交调幅，利用幅移键控和相移键控组合。幅移键控(ASK)..通过改变信号的强度（振幅）来表示二进制0、1。振幅改变的同时，频率和相位保持不变。缺点：受噪声影响大，信号易受干扰。频移键控(FSK)..通过改变信号的频率来表示二进制0、1。频率改变的同时，振幅和相位保持不变。特点：抗干扰性好。相移键控(PSK)..通过改变信号的相位来表示二进制0、1。相位改变的同时，振幅和频率保持不变。（抗干扰性好）相移键控(PSK)..比特率：数字信号的传输速率，指单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数，其单位为每秒比特数bit/s(bps)。..波特率：单位时间内信号状态改变次数，单位为波特(Baud)。..关系：比特率=波特率X单个状态对应的二进制位数。4相位相移键控(PSK)..单个状态对应几位二进制？2..数据传输速度是2相位PSK的2倍。正交调幅（QAM）..正交调幅：同时利用正弦波的两个特性（振幅和相位）。数字-模拟编码：正交调幅（QAM）编码技术：数字-数字编码..数字-数字编码：用数字信号来表示数字数据。..可分为：..单极性编码..极化编码..双极性编码..▲单极性编码：只使用一种电压值进行编码。存在的问题：难同步。需引入同步时钟脉冲。优点：实现简单、廉价。..▲极化编码：采用两种电压值（一正一负）进行编码。分为：..不归零编码..归零编码..双相位编码（曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码）..●不归零编码：..高电平为“1”，低电平为“0”；..在一个比特传输时间中，电压保持不变。..●归零编码..1:正电压到零的跳变。..0:负电压到零的跳变。..存在问题：每比特位需两次信号变化，增加占用的带宽。●双相位编码（曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码）..曼彻斯特编码：1-正电平到负电平的跳变。0-负电平到正电平的跳变。..每个比特中间引入跃迁(跳变)代表不同比特和同步信息。..能得到和归零编码同样的效果，但仅需要两种电平振幅。差分曼彻斯特编码..比特开始位置有跃迁代表比特0，没有代表比特1。..比特中间均有跃迁用于携带同步信息，比特开始的附加跃迁代表不同比特。双相位编码（曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码）特点：..将时钟和数据包含在信号数据流中，在数据波形上携带了时钟脉冲信息。..在传输编码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，这种编码又称为字同步编码。..接收端利用这个跳变来产生接收同步时钟脉冲，因此可以用较高的传输速率来传输数据。..▲双极性编码：采用三种电压值（正、负、零）进行编码。..伪三元码：电压0代表二进制1，正负电压交换代表0。..没有完全解决同步问题。编码技术：模拟-数字编码..模拟-数字编码：用数字信号来表示模拟数据。主要有两种方法：（1）脉冲幅度调制（PAM）..由PAM产生的信号看起来似乎是数字式的，但由于脉冲的振幅和采样信号一样，所以其取值是随意的,数字化效果不好。（2）脉码调制（PCM：PulseCodeModulation）..原理:..对采样后信号进行分级处理，分为2^n个预先确定的振幅。..量化时挑出最接近采样振幅的那一级，用它所对应的比特序列对这个脉冲进行编码。（2）脉码调制（PCM：PulseCodeModulation）..使脉冲真正数字化的一种方法，最常用的模拟-数字编码。..举例：假设将整个振幅范围划分成8个振幅（量化级），每一个振幅对应一个3比特的二进制数。..量化级别N，每次采样对应1bN位二进制数。(见书14页例)编码技术：模拟-数字编码..重建的精确度取决于采样的频率s。..采样频率过小：导致某些振荡完全丢失，重建的信号可能会跟原始的信号相差很远。..采样频率太高：数据量太大。采样频率必须至少是信号最高有用频率的两倍。..信息的编码方式依赖于信息的原始形式和传输信号的形式。..任何数据都要被转化为电磁信号才能在传输介质上传输。编码技术：模拟-模拟编码..模拟-模拟编码：用模拟信号来表示模拟数据。..研究发现，高频振荡的正弦波信号能够传输更远的距离。可以将这种高频振荡的正弦波信号作为携带信息的“载波”信号来传输模拟数据。..利用原始模拟数据的特征去调整“载波”的某个参数（如幅度、频率、相位），该过程称为调制。（l）幅度调制（AM，AmplitudeModulation）简称调幅，使载波幅度随原始的模拟数据幅度变化而得到的信号（已调信号），而载波的频率不变。（2）频率调制（FM：FrequencyModulation），简称调频，使载波频率随原始的模拟数据的幅度变化而得到的信号，而载波的幅度不变。（3）相位调制（PM：PhaseModulation），简称调相，使载波相位随原始的模拟数据的幅度变化而得到的信号，而载波的幅度不变。无线广播电台等仍采用调幅、调频技术。2.2.2数据编码的格式（字符的编码）1．ASCII码ASCII（AmricanStandardColeforlnformationInterchange）是美国标准信息交换码。采用7位编码,是目前国际最为流行的编码之一。..标准的ASCII字符集包括了128个字符：.32个控制符：如：回车、换行等.96个可打印字符：大小写英文字母、数字和常用标点符号..每个字符对应一个7位二进制编码，称为该字符的ASCII码。..例:字符“A”的ASCII码为“1000001”，字符“!”的ASCII码为“0100001”。..因为计算机中存储和处理数据最基础的单位是字节（即8个二进制位），所以在计算机中，将字符的7位二进制ASCII码首位前加“0”，构成一个字节，便于存储和处理。2．莫尔斯码、博多码和BCD码（1）莫尔斯码由一系列的点和划组成，并且字母代码的长度不统一。常用于电报通信。（2）博多码（BaudotCode）..由Jean-Marie-EmileBaudot发明的代码，用5bit表示一个字符或字母。..数字与字母代码相同，用5位代码：上码11111（表示字母）和下码11011（表示数字或其它符号）区分。（3）BCD（BinaryCodeDecimal）码..用一组二进制码（4位或6位）来表示十进制数的编码方法，也称作二─十进制码。..根据不同的选取方法，可以编制出很多种BCD码，如8421码，5421码，2421码，5211码等。如不特殊声明，通常所说的BCD码就是8421码。2.3.1数据传输模式..数据传输模式:指数据在信道上传输所采取的方式。..按数据传输的流向和时间关系划分：单工、双工和全双工数据传输；..按传输的数据信号特点划分：基带传输、频带传输。..按数据传输的顺序划分：并行传输和串行传输（同步传输和异步传输）；数据通信方式（单工、半双工、全双工）..单工..通信是单向进行的，就象是单行道。一条链路的两个站点中只有一个可以进行传输，另一个只能接收。..键盘和传统监视器都是单工设备的例子。键盘只能作为输入，监视器只能作为输出。..半双工..每个站点都可以发送和接收，但是不能同时发送和接收。当其中一个设备在发送时，另一个只能接收，反之亦然。..对讲机是半双工系统的例子。..全双工..在全双工方式中(也叫双工方式)，两个站点同时都可以进行发送和接收。按传输的数据信号特点划分：..基带传输..只使用一种频率的数字传输技术，即直接将数字设备输出的二进制“1”或“0”的电压（或电流）信号送到电路的传输方式。..采用典型的矩形电脉冲信号。..整个信道只传输一种频率的信号，通信信道利用率低，常用于近距离传输。费用低。..频带传输：..长距离通信时，先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号）。..频带比基带传输得快且能覆盖较长的距离，但频带需要在每个连接末端接入一个调制解调器。将频带信号信号解调成数字信号。..例如：传统的电话通信信道只适用于传输音频范围(300Hz-3400Hz)的模拟信号，不适用于直接传输计算机的数字基带信号。为了利用电话网来传输数字信号,就必须将数字信号转换成模拟信号。传输方式(1)并行传输方式特点:传输速率高。需要n条传输线路,成本较高。通常用于近距离传输，距离限制在25英尺内。一组比特同时发送，每个比特都占据一条独立的线路。(2)串行传输方式：特点:线路数少,利用率高,投资小。需要进行并/串,串/并转换。该方式只有一条传输线路，比特依次发送。(3)异步传输以字符为单位进行传输，发送方和接收方在发送数据之前无需进行时间上的协调。每个字符都有起始位和停止位。特点:简单、有效。传输速度较慢，额外开销较大。(4)同步传输将多个字符组成数据块，以数据块为单位传输数据。传输过程中有专门的时钟节拍使发送方、接收方保持同步，使两者以同一频率工作。特点:传输速度快，效率较高。实现较复杂。RS-232标准（电子工业协会EIA提出的异步通信标准）“1”：-3V～-15V；“0”：+3V～+15V；每次传输一个字符，7位或8位；每位电压持续时间相同；每个字符前加一起始位（0），表示传输开始；传送完后加一停止位（1），表示传输结束；物理连线必须在15米内。异步传输..RS-232特点..在数据终端设备和数据通信设备之间进行串行二进制数据交换的接口..极化编码；..连接距离短（最大连接距离不超过15米）；..多用于计算机与Modem、键盘或终端之类的设备之间近距离传输字符。..为提供更大的传输距离和传输速率..RS-422..RS-4232.3.4数据传输信道..传输信道是指以传输物理媒质为基础，为发送设备和接收设备而建立的信号通路。..由有线或无线线路（包括交换设备）组成的信号通路。1．信道分类..按传输媒体：有线信道和无线信道。..按信号复用形式：频分制信道、时分制信道、波分制信道和码分制信道(CDMA)。..