第二章 数据通信、传输媒体与编码调制

第2章数据通信基础本章主要介绍的内容有：数据通信的基本概念数据通信方式数据通信传输介质数据编码技术数据传输速率传输介质数据网简介2.1数据通信的基本概念数据通信是指在计算机之间、计算机与终端以及终端与终端之间传送表示字符、数字、语音、图像的二进制代码0、1比特序列的过程。信号（Signal）是数据的电磁波表示形式。按照在传输介质上传输的信号类型，可以分为：模拟信号数字信号两类相应地将数据通信系统分为：模拟通信系统数字通信系统两种。2.1数据通信的基本概念2.1.1数据、信息与信号1．信息和数据数据是信息的载体，信息则是数据的具体内容和解释，有具体含义，表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像及动画等。信息涉及数据所表示的内涵，而数据涉及信息的表现形式，它可以是数字、文字、语音、图形或图像等，数据是通信双方交换的具体内容。2.1数据通信的基本概念2.1.1数据、信息与信号2．信号在数据通信中，信息被转换为适合在通信信道上传输的电磁波编码。这种在信道上传输的电磁波编码叫做信号（Signal）。信号是数据在传输过程中的电磁波的表示形式。2.1数据通信的基本概念2.1.1数据、信息与信号下图分别表示模拟信号和数字信号。(a)v(t)v(t)tt(b)2.1数据通信的基本概念2.1.2数据通信系统信息传输信系统由三个主要部分组成：信源（发送机）、信宿（接收机）和信道。发送设备发送机信道接收设备接收机图3-3数据传输系统模型信息信息信号信号编码器调制器信道译码器解调器比特流比特流信号信号2.1数据通信的基本概念2.1.2数据通信系统计算机网络中数据通信图示说明。通信子网资源子网CCPBCCPDCCPCCCPECCPACCPF主机H主机HAB2.2数据通信方式2.2.1并行传输与串行传输发送端接收端串行通信信道(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道(b)2.2数据通信方式2.2.2异步传输与同步传输下图为异步传输起始位数据位0数据位1数据位2数据位3数据位4数据位5数据位6校验位停止位停止位字符2字符1字符3字符4┗─┳─┛┗┳┛┗┳┛任意间隔任意间隔任意间隔2.2数据通信方式2.2.3数据传输方向发送接收单向通道双向通道双向通道(a)(b)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送2.2数据通信方式2.2.4连接方式下图分别为点到点连接方式和多点连接方式。计算机计算机调制解调器调制解调器公共电话交换网图3-9多点连接通信服务器终端终端终端2.2数据通信方式2.2.5基带传输与频带传输数据信号的基本传输方式有两种，即：基带传输频带传输除此之外，在前两种数据信号基本传输方式的基础上演化而来还有：宽带传输数字数据传输2.3数据编码技术数据通信的数据编码方式分为两类：模拟数据编码与数字数据编码。数据编码方法模拟数据编码数字数据编码振幅键控ASK移频键控FSK移相键控PSK非归零码NRZ曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码2.3数据编码技术2.3.1模拟数据编码方法010010ωωπ0πππ0+0+π+0+0+0ω2ω1ω2+π数据（a）ASK（b）FSK（c）PSK（绝对）（d）PSK（相对）ω1ω2ω12.3数据编码技术2.3.2数字数据编码方法010110010数字数据（a）NRZ编码NRZ编码的同步时钟（b）曼彻斯特编码（c）差分曼彻斯特编码2.3数据编码技术2.3.3脉冲编码调制方法2.4数据传输速率1．信道带宽信道上传输的是电磁波信号，某个信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。2．数据传输速率与信道最大传输速率数据传输速率是指信道每秒所能传输的二进制比特数。信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的，即信道带宽越宽，数据传输速率越高，所以人们可以用“带宽”去取代“速率”。2.4数据传输速率3误码率误码率是衡量通信系统在正常工作情况下传输可靠性的指标。误码率是指二进制码元在传输过程中被传错的概率。4传输延迟、利用率和抖动传输延迟是指计算机系统的发送和接收处理之间的时间。利用率是吞吐量和最大数据传输速率之比。延迟不是固定不变的，它的实时变化叫做抖动（Jitter）。2.5传输介质传输介质是指数据通信系统中发送器和接收器之间的物理路径，它是传输数据的物理基础。传输介质分为有线和无线两大类。有线传输介质包括双绞线、同轴电缆和光缆；无线传输介质是指利用大气和外层空间作为传播电磁波的通路。现在比较流行的使用方式为：局域网由双绞线连接到桌面，光缆作为通信干线，卫星用于跨国界传输。2.5传输介质2.5.1双绞线双绞线通常有非屏蔽式和屏蔽式两种。下图是非屏蔽双绞线UTP。灰色保护套双绞线线芯图1-15非屏蔽双绞线UTP2.5传输介质2.5.2同轴电缆同轴电缆有粗缆和细缆之分，下图所示为细同轴电缆段。内导体透明绝缘体外导体黑色保护套图1-16细同轴电缆2.5传输介质2.5.3光纤包带层防护套填充物光纤及包层远程电源线加强芯图1-19四芯光缆剖面图2.5传输介质2.5.4无线传输介质无线传输主要包括：无线电波、微波、红外线和激光等，各种无线传输对应的电磁波谱范围如下图所示。10010210410610810101012101410161018102010221024无线电微波红外紫外线可见光X-射线γ-射线1041051061071081091010101110121013101410151016f(Hz)f(Hz)双绞线同轴电缆无线电(AM)无线电(FM)电视频道卫星通信地面微波通信光纤频段LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF2.5传输介质1．地面微波通信图1-21微波地面中继通信地球表面2.5传输介质2．卫星微波通信卫星微波通信（简称卫星通信）实际上是使用人造地球卫星作为中继器来转发信号的。