最简单易学的数据通信基础

第2章数据通信技术的基础知识辽宁工程技术大学职业技术学院包剑2006年9月计算机网络基础2第2章数据通信技术的基础知识学习目标新课讲授本章小结本章习题返回主要内容计算机网络基础3本章主要内容数据通信的基本概念数据传输方式数据传输的同步技术数据的编码技术多路复用技术数据交换技术传输介质差错控制技术目录页计算机网络基础4数据通信技术的基本内容数据通信基本概念数据通信系统基本结构信息、数据、信号数据通信的主要技术指标数据传输方式串行通信、并行通信单工通信、半双工通信、全双工通信基带传输、频带传输、宽带传输数据的同步技术异步传输、同步传输数据编码技术数字数据信号模拟传输幅移键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK数字传输不归零码NRZ、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码模拟数据信号模拟传输调幅、调频、调相数字传输脉冲编码调制PCM多路复用技术时分多路复用、频分多路复用、波分多路复、码分多路复用数据交换技术电路交换、报文存储转发交换、报文分组存储转发交换（数据报方式、虚电路方式）传输介质传输介质类型与特点差错控制技术检错码、纠错码和差错控制机制目录页计算机网络基础5本章学习目标了解计算机通信中信息、数据与信号的基本概念，以及数据通信系统的基本结构；掌握模拟数据编码方法与数字数据编码的基本原理与主要特点；了解基带传输的定义与主要特点，了解频带传输的定义；掌握数据传输速率的定义；掌握串行与并行通信，单工、半双工与全双工通信，模拟通信、数字通信的特点；计算机网络基础6本章学习目标解多路复用技术的分类，掌握FDM、WDM、TDM的基本工作原理；掌握异步传输与同步传输方式的主要特点；掌握双绞线、同轴电缆、光缆、无线通信信道、卫星通信的特点；了解广域网中数据交换方式的类型，掌握分组交换方法的基本工作原理；了解数据通信中差错产生的原因与差错类型，掌握误码率的定义与循环冗余编码CRC的基本工作原理；目录页计算机网络基础7第2章数据通信技术的基础知识2.1基本概念2.2数据的传输2.3数据传输的同步技术2.4数据的编码和调制技术2.5数据交换技术2.6信道复用技术2.7传输媒体的类型与特点2.8通信接口及设备2.9差错控制技术目录页计算机网络基础82.1基本概念2.1.1信息、数据和信号2.1.2数据通信系统的基本结构2.1.3通信信道的分类2.1.4数据通信的技术指标计算机网络基础9数据通信基础通信计算机计算机网络计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。计算机网络基础10自古以来，信息的交换一直在进行，诸如通信、交换意见、交流思想等，这些都是广义上的通信。最简单的通信方式就是交谈，声音通过空气媒质把要交换的信息带到了对方，完成了通信过程，这种通信方式的固有缺点就是通信距离短，只能以米(m)为单位。古时候远距离通信有书信和烽火台，但它们的信息量有限。这些都不是现代意义上的通信。现代意义上的通信以电报和电话的产生为标志。电报方面，1835年莫尔斯发明了电报，1837年发明了莫尔斯电码，同年，出现了电磁式有线电报机，1896年马可尼发明了无线电报机。电话方面，1876年贝尔发明了电话机，1878年人工交换局出现，1892年自动交换局出现。在此后的近100年间，人类主要的通信方式就是这两种形式，它们为人类社会的快速发展发挥了积极的作用。数据通信基础--通信的历史计算机网络基础1120世纪30年代开始，随着各种通信方面的理论的形成，如调制理论、信息论、噪声理论、预测理论和统计理论等，使得通信技术取得了一系列的突破。50年代形成了以电话为主电报为辅的通信体系。在此后的50年间，随着电子技术的发展，器件方面出现了重大突破，由最初的电子管发展为晶体管、集成电路、可编程逻辑器件、超大规模集成电路。人类发明了更多的电器设备，如：收音机、电视机、雷达、卫星、计算机等，使人类的通信进入了一个全新的阶段。数据通信基础--通信的历史计算机网络基础122.1.1信息、数据和信号通信的目的是交换信息。信息的载体可以是多媒体，包含语音、音乐、图形图像、文字和数据等。计算机的终端产生的信息一般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要将每一个字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进制代码有国际5号码（IA5）扩充的二、十进制交换码EBCDIC码信息交换用标准代码ASCII码等。计算机网络基础132.1.1信息、数据和信号国际5号码（IA5）国际5号码是一种7单位代码，以7位二进制码来表示一个字母、数字或符号，最早是美国国家标准化协会在1963年提出的，称为美国信息交换用标准代码(ASCII，AmericanStandardCodeforInformationInterchange)，后被ISO和ITU-T采纳并发展成为国际通用的信息交换用标准代码。7位二进制共有128个代码，可表示128个不同的字母、符号和数字。32个作为控制字符使用，它们只产生控制功能，不可被显示或打印；其余均为显示或打印用的图形字符，包括大、小写英文字母各26个，数字10个，以及其他图形符号33个。计算机网络基础142.1.1信息、数据和信号表2-1列出了国际5号码编码表。计算机网络基础152.1.1信息、数据和信号扩充的二、十进制交换码EBCDIC码EBCDIC码是扩充的二-十进制码的简称，是由IBM公司提出的一种8单位代码。由于第8位用于扩充功能，不能作奇偶校验，故这种码一般作为计算机的内部码使用。信息交换用汉字代码信息交换用汉字代码是汉字信息交换用的标准代码，它适用于一般的汉字处理、汉字通信等系统之间的信息交换。汉字用两个字节表示，每个字节均采用国家标准GB1988-80“信息处理交换用的七位编码字符集”的7单位代码。计算机网络基础162.1.1信息、数据和信号被传输的二进制代码称为数据（Data）。信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。主要形式有：模拟信号：连续变换的电信号，它的取值可以是无限个。数字信号：是一种离散信号，它的取值是有限的。1011011tf(t)f(t)t(a)模拟信号(b)数字信号计算机网络基础172.1.1信息、数据和信号模拟与数字的特点模拟：波动性；持续变化；反映事物的本质；在电信业已被广泛使用超过100年；数字：离散性；跃变性；设备性能先进，较为便宜；计算机网络基础182.1.1信息、数据和信号模拟与数字的特点雪六角形凉白色信息数据信号计算机网络基础192.1.1信息、数据和信号模拟数据有意义的实体涉及数据的内容和解释在某个区间产生连续的值产生离散的值数据的电、磁(或电子)编码是一种连续变化的电磁波是一系列的电压脉冲数字数据模拟信号数字信号数据涉及到事物的形式信号信息计算机网络基础202.1.1信息、数据和信号模拟数据是指在某个区间内的连续值。例如：声音或视频都是强度连续变化的波形；用传感器采集到的数据：温度压力数字数据泛指离散值。例如：文字整数计算机网络基础212.1.1信息、数据和信号1．信息（Information）：一般认为信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。2．数据（Data）：数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。3．信号（Signal）：信号是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述。例如电压、磁场强度等。在数据通信系统中，人们关注得更多的是数据和信号。4.模拟和数字：信号可以是模拟的也可以是数字的。与信号的分类相对应，信道也分为传输模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。数据可以是模拟的也可以是数字的。计算机网络基础222.1.1信息、数据和信号从通信的信号形式上看，信号(Signal)是数据的电磁(或电子)编码，是传递消息的载体。通信系统中所使用的信号是指电、磁信号，即随时间变化的电压、电流或磁场。从数学角度看，信号通常是时间的函数，在时域上可划分为连续函数和离散函数。信号可分为以下两种：模拟信号：指连续变化的电信号，例如语音信号、当前的电视信号等；数字信号：指离散的一系列电脉冲，如计算机所用的二进制代码“1”和“0”表示的信号。计算机网络基础232.1.2数据通信系统基本结构数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将通信线路称为信道。在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，而传输数字信号的系统称为数字通信系统。信源信宿信道信源信宿噪声（干扰）信道A.理想状态B.实际环境下01011010010010110100100101101001001010010110出错计算机网络基础24数据传输质量参数传输损耗由于传输存在损耗，任何通信系统接收到的信号和发送的信号均会有所不同。对于模拟信号，传输损耗导致了各种随机的改变而降低了信号的质量。对于数字信号，传输损耗则会引起位串错误。影响传输损耗的主要参数有：衰减衰减失真延迟变形噪声计算机网络基础25数据传输质量参数影响传输损耗的主要参数有：衰减(又称衰耗，Attenuation)在任何传输介质上，信号强度都将随距离延伸而减弱。对有线类介质，信号衰减具有对数函数性；对无线类介质，信号衰减则是距离和大气组成所构成的复合函数。计算机网络基础26数据传输质量参数影响传输损耗的主要参数有：衰减由图2-2所示的衰减与频率的特性关系图可见，输入信号经传输系统后变小了，即形成了衰减。随着频率的不同，衰减值是不一样的。低频和高频段的衰减大，中频段衰减小，图中的实曲线称为衰减-频率特性。频率f1传输系统输入信号输出信号衰减放大器特性Of2f3衰减—频率特性增益—频率特性计算机网络基础27数据传输质量参数影响传输损耗的主要参数有：衰减失真模拟传输系统为了实现长距离传送，采用放大器等来解决传输损耗问题，但噪声也会随之放大，尤其在多次放大后会产生噪声累加，这将会引起数据出错。另外，长距离传送对放大器的增益-频率特性提出了很高的要求。在理想情况下，放大器应能使信号在整个工作频率范围得到均匀补偿，但这种技术非常复杂，不利于规模化处理。对数字传输系统来说，由于数字传输与数字信号的内容有关，衰减会影响数据的完整性，为了延长传输距离，常选用中继器(或称再生器)再生信号。数字传输不会产生噪声累加。计算机网络基础28数据传输质量参数影响传输损耗的主要参数有：时延失真在数据传输系统中，一个有限频带的传输介质不仅会影响信号的幅度特性，而且会影响其相位特性。由于相位-频率特性是非线性的，致使不同频率成分的信号到达接收端的相位不同，而造成时间有先后，通常是中心频率附近的信号传输速率最高，而频带两侧的信号传输速率较低，产生时延失真。时延失真对数字数据传输的影响很大，会引起信号内部的相互串扰，这是限制其最高传输速率值的主要原因。计算机网络基础29数据传输质量参数影响传输损耗的主要参数有：噪声噪声干扰是影响数据传输质量的一个重要因素。在传输过程中，不可避免地会引入噪声。噪声来源很多，就其性质和影响来说，可分为两大类。随机噪声脉冲噪声计算机网络基础30数据传输质量参数1)随机噪声随机噪声的特点是在时间上分布比较平稳，常称之为白噪声(WhiteNoise)。造成这类噪声干扰的原因较多：热噪声：通信传输介质和电子器件热运动所引入的噪声，它是温度的函数，不可能完全消除。内调制杂音：系统的非线性因素造成的交调干扰。串扰：系统电磁耦合所致，有近端串扰、远端串扰两种，如图2-3所示。外加干扰近端串扰远端串扰计算机网络基础31数据传输质量参数2)脉冲噪声脉冲噪声是非连续的、不规则的电磁干扰，如闪电。脉冲噪声对模拟数据的影响至多只是造成话音传输中加入了短暂的劈啪声，但在数字数据传输过程中，脉冲噪声是导致信号出错