(duan)第02讲 数据通信―概念及数据传输方式

北京化工大学北方学院信息院章数据通信基础基本要求：掌握数据通信、通信系统、信道等基本概念；掌握带宽的概念和最大数据传输率的计算；正确认识数据编码技术及其作用；正确认识和理解串行传输、并行传输单工传输、全双工栓出、半双工传输、同步传输、异步传输、调制、解调等基本概念；正确认识各种复用技术和交换技术；了解各种差错控制技术。北京化工大学北方学院信息院教学重点和难点：数据四种传输方式及特点数据的三种编码技术三种多路复用技术的原理数据的三种交换技术、差错控制技术及检错纠错码第2章数据通信基础北京化工大学北方学院信息院数据通信的基本概念本讲主要内容：数据通信的基本概念信道及其主要特征数据传输的几种方式北京化工大学北方学院信息院传输系统输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器PC机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号正文正文数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC机2.1数据通信的基本概念北京化工大学北方学院信息院几个术语数据(data)——运送信息的实体。信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。“模拟的”(analogous)——连续变化的。“数字的”(digital)——取值是离散数值。调制——把数字信号转换为模拟信号的过程。解调——把模拟信号转换为数字信号的过程。北京化工大学北方学院信息院基本概念数据及计算机通信术语–数据(Data)：传递(携带)信息的实体。–信息(Information)：是数据的内容或解释。–信号(Signal)：数据的物理量编码(通常为电编码)，数据以信号的形式传播。•模拟信号与数字信号•基带(Baseband)与宽带(Broadband)北京化工大学北方学院信息院–信道(Channel)：传送信息的线路(或通路)–比特(bit)：信息量的单位。比特率为每秒传输的二进制位个数。–码元(CodeCell)：时间轴上的一个信号编码单元2.1.1基本概念北京化工大学北方学院信息院信号同步脉冲同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始▲同步脉冲也可位于码元的中部▲一个码元也可有多个同步脉冲相对应北京化工大学北方学院信息院基本概念–模拟信号：时间上连续，包含无穷多个信号值–数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的信号值北京化工大学北方学院信息院模拟的和数字的数据、信号模拟数据模拟信号放大器调制器模拟数据数字信号PCM编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号数字发送器北京化工大学北方学院信息院–波特(Baud)：码元传输的速率单位。波特率为每秒传送的码元数（波形数）(即信号传送速率)•1Baud=log2M(bit/s)其中M是信号的编码级数。也可以写成Rbit=Rbaudlog2M上式中：Rbit-比特率，Rbaud-波特率•一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。•换句话说，一个码元中可以传送多个比特。•例如，M=16，波特率为9600时，数据传输率为38.4kbit/s2.1.1基本概念北京化工大学北方学院信息院–误码率：信道传输可靠性指标，是概率值–信息编码：将信息用二进制数表示的方法。–数据编码：将数据用物理量表示的方法。•例如：字符‘A’的ASCII编码(是信息编码的一种)为01000001，其数据编码可能为01000001t2.1.1基本概念北京化工大学北方学院信息院–带宽•带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹（Hz）为单位计量。•在计算机网络中，一般使用每秒位数(b/s或bps)作为带宽的计量单位。主要单位：Kb/s，Mb/s，Gb/s•一个以太局域网理论上每秒可以传输1千万比特，它的带宽相应为10Mb/s。2.1.1基本概念北京化工大学北方学院信息院通信系统模型通信的三个要素：信源、信宿和信道噪声信源发送器信道接收器信宿源系统目的系统数据通信系统的构成：•传输系统(传输线路和传输设备)•源系统(信源+发送器)和目的系统(信宿+接收器)北京化工大学北方学院信息院信息通过数据通信系统传输–把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地。–信息和数据(0,1比特)一般不能直接在介质上传输。–编码：数据（模拟/数字）适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错–调制：数字信号适合传输的形式（模拟信号）——按频率、幅度、相位–解调：接收波形（模拟信号）数字信号–解码：数字信号原始数据信息→数据→信号→在信道上传输→信号→数据→信息数据编码调制解调数据解码北京化工大学北方学院信息院数据通信基本过程包含两项内容：数据传输和通信控制过程与打电话的对比–建立物理连接拨号，拨通对方–建立逻辑连接互相确认身份–数据传送互相通话–断开逻辑连接互相确认要结束通话–断开物理连接双方挂机北京化工大学北方学院信息院信道及其主要特征信道的分类：北京化工大学北方学院信息院信道及其主要特征–数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。–模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。北京化工大学北方学院信息院公式：用于理想低通信道Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速率提供了依据。–例如，话音级线路的带宽为3100Hz，根据上式计算的信道最大数据率如右表所示C=2Wlog2MC=数据传输率，单位bit/sW=带宽，单位HzM=信号编码级数M最大数据率(C)26200bps412400bps818600bps1624800bps3231000bps北京化工大学北方学院信息院非理想信道–实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。–损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。–延迟会使接收端的信号产生畸变。–噪声会破坏信号，产生误码。•持续时间0.01s的干扰会破坏约560个比特(56Kbit/s)信噪比是信号功率与噪声功率之比北京化工大学北方学院信息院公式：有限带宽高斯噪声干扰信道例：信道带宽W=3.1KHz，S/N=2000，则C=3100*log2(1+2000)≈34Kbit/s即该信道上的最大数据传输率不会大于34Kbit/sS/N:信噪比C=Wlog2(1+S/N)北京化工大学北方学院信息院=2Wlog2M–数据传输率C随离散信号或电平数增加而增加。C=Wlog2(1+S/N)–无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。北京化工大学北方学院信息院不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信道：模拟信道、数字信道数据传输方式数据传输：用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。北京化工大学北方学院信息院模拟传输和数字传输话音移频,调制模拟数字模拟模拟PCM编码数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制话音移频,调制模拟数字模拟模拟PCM编码数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制话音移频,调制模拟数字模拟模拟PCM编码数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制话音移频,调制模拟数字模拟模拟PCM编码数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制北京化工大学北方学院信息院基带传输和频带传输基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。–例如：以太网宽带传输：数字信号需调制成频带模拟信号后再传送，接收方需要解调–例如：通过电话模拟信道传输–例如：闭路电视的信号传输北京化工大学北方学院信息院将二进制数据转化成模拟信号进行传输，需要载波，即调制解调。在线路上直接传输基带信号。北京化工大学北方学院信息院并行通信和串行通信并行通信：字符编码的各位能同时传输，每条信道对应一个bit，n条信道组成了n位并行信号。串行通信：代码的若干位按位串行排列成数据流，在一条信道上传输。北京化工大学北方学院信息院单工通信和双工通信当数据通信在点－点之间进行时，按照数据传输方向及其时间关系来划分的单工通信：发送端和接收端只有一个传输通道，并且单方向传输数据。比如计算机和输出设备之间。（无线电广播）半双工通信：两个设备之间有两个传输通道，通信双方都可以发送或接收信息，但不能同时双向发送。即可切换方向的单工通信。（对讲机）全双单工通信：两个设备之间有两个传输通道，可同时双向传送数据。（电话）北京化工大学北方学院信息院同步传输和异步传输在异步传输方式中，数据的传输以字符为单位。当发送一个字符代码时，需按一定规定进行.在同步传输的方式下，以固定的时钟节拍发送数据信号。字符间要求通信双方的时钟在每一位上保持严格同步，两个数据位之间无时间间隔，即采用的是位同步技术.北京化工大学北方学院信息院本节小结–信道（数字/模拟信号，数字模拟信道，调制/编码，带宽，最大传输能力，数字通信基本过程）–传输媒体（有线/无线，基带/宽带）–数据传输方式（模拟传输与数字传输、并行通信与串行通信、基带传输与频带传输、单工通信与双工通信、同步与异步传输）北京化工大学北方学院信息院