第二章通信技术

在计算机网络的数据通信系统中，最常用的信 调制解调器和光纤通信网中的光电 号变换器是调制解调器 调制解调器 转换器。
通信信道
通信信道是信息在信号变换器之间传输的通道。
如电话线路等模拟通信信道、专用数字通信 信道、宽带电缆（CATV）和光纤等。
2.2数字信号与模拟信号 2.2数字信号与模拟信号
数字信号和模拟信号 数字信号与模拟信号的转换 数字信号的传输方式 数字信道与模拟信道
同步传输
当不传送信息代码时，在线路上传送的是全1或其他特定代码，在传输 开始时用同步字符SYN（编码为0010110）使收发双方进入同步。当搜 索到两个以上SYN同步字符时，接收端开始接收信息，此后就从传输信 息中检测同步信息。在两个连续的报文之间，应插入两个以上的SYN同 步字符。
图 同步式代码结构 一般在高速传输数据的系统中采用同步式。
数据同步方式
同步技术：用来验证数据传输是否正确的方法。 目的：接收方必须知道每一位信号的开始及其宽度， 以便正确的采样接收。 同步技术分为：同步传输和异步传输
同步传输
含义：指在传输数据前加上一个或几个特殊的 同步字符，在接收端去掉同步字符，剩下的就 是传输的数据。
同步传输
面向字符方式 面向比特位方式
曼彻斯特码和差分曼彻斯特码
图所示为曼彻斯特码。在每一个码元时间间隔内， 当发0时，在间隔的中间时刻电平从高向低跳变； 当发1时，在间隔的中间时刻电平从低向高跳变。 这类码元的特点是在每一码元的时间间隔内，至少有 一次跳变。
图所示为差分曼彻斯特码。在每一个码元的时间间隔 内，无论发1或发0，在间隔的中间都有电平的跳变， 但发1 时，间隔开始时刻电平不跳变， 发 0 时，间隔开始时刻电平会跳变。
通信方式
通信方式：通信双方的信息交互的方式。 分类： 单工通信 半双工通信 全双工通信
单工通信
单工通信就是指传送的信息始终是一个方 向，而不进行与此相反方向的传送。如图 所示。单工通信线路一般采用二线制。
无线电广播和电视信号传播都是单工传送的例子。
半双工通信
半双工通信：指通信的双方都可以发送信息和接收信息， 但不能同时发送(或接收），只能交替进行。如图所示。
全双工与半双工比较,全双工通信效率高，控 制简单，但是结构较复杂，成本较高。
三种工作方式比较
数字数据传输
并行传输 串行传输
并行传输方式
在并行传输方式中，可以同时传输多个二进制位。
0 0 1 2 3 1 1 0 0 1 2 3
数 据 发 送 端
数 据 接 收 端
…
n -1
信号地
n -1
信号地
典型的并行通信的例子是计算机和并行打印机之间的通信。
数字调制
含义：先用数字信号对特定频率的载波进 行调制
数字调制方式： ：
幅移键控 频移键控 相移键控
：用载波的两个不同振幅表示0和 幅移键控法ASK 幅移键控法ASK——调幅 ASK：用载波的两个不同振幅表示 和1 ASK 调幅 ：用载波的两个不同频率表示0和 频移键控法FSK FSK——调频 FSK：用载波的两个不同频率表示 和1 频移键控法FSK 调频 相移键控法PSK PSK——调相 PSK：用载波的起始相位的变化表示 和1 相移键控法PSK 调相 ：用载波的起始相位的变化表示0和
0 时钟 NRZ Manchester 差分 Manchester
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
例子
基带信号所占用的频带很宽，它要求信道具有 从直流到高频的频率特性，它通过直流脉冲发 送时需要独占信道的容量，及基带系统一次仅 能传输一个信号。基带系统上的一个节点在传 输数据时，网络中所有节点必须等到该节点传 输结束才可以发送数据。
基带传输容易受衰减的影响，传输距离受到 限制。为了补偿信号的损失，基带系统使用 中继器再生和放大信号。
大多数局域网都采用基带传输。如Ethernet网
数字通信技术的优点
抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累， 抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高 灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、 灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均 可传输 传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处 传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、 理 数字信号的加密比模拟信号容易， 数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高 数字电路容易用超大规模集成电路实现， 数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设 备的小型化、微型化， 备的小型化、微型化，也降低了功耗
异步传输
含义：它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息。 它在 要传输的字符前设置一启动用的起始位，预告字符的信息代码即 将开始，在信息代码和校验位（一般总共为8比特）结束以后， 再设置1－2位比特的终止位，表示该字符已结束。终止位也反映 了平时不进行通信时的状态，即处于“传号”状态。
图为字母“A”的代码（1000001）在异步方式时的代码结构
信号
数字信号 模拟信号
模拟信号：
定义： 指信号的波高和频率是连续变化的 信号。通过连续变化的物理量来表示信息。
t
如：语音信号和广播电视信号。
模拟信号
简单模拟信号（正弦波）
不能被分解为更简单大模拟信号．
复杂模拟信号
可以被分解成多个正弦波
数字信号：
定义：指离散的信号 离散的信号。使用有限个状态来表 离散的信号 示信息。
如微机内部的异步通信适配器（ 如微机内部的异步通信适配器（UART）、数字基带 ） 网中的网卡就是通信控制器。 网中的网卡就是通信控制器。
EIA-232标准
DB－25针/孔连接头； 如p12 表2－3
RS－232标准
Pc机的串口标准 DB－9 如p13表2－4
信号变换器
它的功能：把通信控制器提供的数据转换 转换成 转换 适合通信信道要求的信号形式，或把信道中 传来的信号转换成可供数据终端设备使用的 数据，最大限度地保证传输质量。
数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器。 数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器。
数据终端设备
即数据的生成者和使用者，它根据协议控制 通信的功能。 • 最常用的数据终端设备就是网络中的微机。 此外，数据终端设备还可以是网络中的专用 数据输出设备，如打印机等。
通信控制器
它的功能除进行通信状态的连接、监控和 拆除等操作外，还可接收来自多个数据终 端设备的信息，并转换信息格式。
正确区分和识别每个比特（即每位）； ① 正确区分和识别每个比特（即每位）； 区分出每个代码（如一个ASCII码字符），即 码字符）， ② 区分出每个代码（如一个 码字符），即 区分出每个代码的起始和结束位； 区分出每个代码的起始和结束位； 区分出完整的报文数据块（数据帧） ③ 区分出完整的报文数据块（数据帧）的开始和 结束位。 结束位。 以上三个问题对应着三个概念：位同步、 以上三个问题对应着三个概念：位同步、字符同 步和帧同步。通常解决上述问题的办法有两种： 步和帧同步。通常解决上述问题的办法有两种：同 步传输方式和异步传输方式。 步传输方式和异步传输方式。这两种传输方式的区 别在于发送和接收设备的时钟是异步的， 别在于发送和接收设备的时钟是异步的，还是同步 的。
到达目的地后， 到达目的地后，使用 解调器把载波所携带 的信号检测出来， 的信号检测出来，恢 复为原始信号的形式
近距离传输方法
基带传输
– 一般把原始的电信号所固有的频带称为基本频带， 简称“基带”（Base Band）。基带传输是指基带
信号不经频率变换（调制）而直接在信道 信号不经频率变换（调制） 上传输。
数字到数字编码
将计算机发送的数字信号“1”或“0”用两 种不同的电压来表示，直接送到线路上传输。 如要在较长距离此传输，则必须将它们做码 码 型转换
码型分为： 单极性码、 双极性码、 曼彻斯特码和差分曼彻斯特码
单极性码
表示信号的电压或电流是单极性的，即逻辑“1”用 即逻辑“ ” 即逻辑 高电平或正向电流表示，而逻辑“ ” 电平表示。 高电平或正向电流表示，而逻辑“0”用0电平表示。 电平表示 单极性码有不归零型（NRZ）和归零型（RZ） 两种，如图所示。
t
2.3 信号传输技术
近距离传输方法:基带传输 按照信号的原样进行传输。 远距离传输方法:频带传输
利用由他们调制载波的高频载波信号进行传送。
数字信号与模拟信号的转换
为了使数字信号传输更远，可以将数字信 号转换成模拟信号来传输。同时研究发现， 高频振荡的正弦波信号在长距离通信比其 高频振荡的正弦波信号 它信号传送得更远。因此可把这种正弦波 作为携带信息的“载波”，采用调制解调 技术。
在串行通信中，为了节省信道， 在串行通信中，为了节省信道，通常不能 设立专用的握手信号线进行收发双方的数 据同步， 据同步，必须在串行数据信道上传输的数 据编码中解决此问题。 据编码中解决此问题。在数据串行传输过 程中，传输的是已编码的各种传输码形， 程中，传输的是已编码的各种传输码形， 接收到的是变化的电平信号， 接收到的是变化的电平信号，为了正确识 别和恢复代码，必须解决以下问题： 别和恢复代码，必须解决以下问题：
并行传输方式
优点：速度快 缺点： 缺点：成本高
串行传输方式
在串行传输方式中，数据信息是逐位在一条线 路上和在一个信道上进行传输的。
0 1 0 0 1 1 0 1 信号 数据 发送端 信号地 信号 数据 接收端 信号地
例子
数据同步方式 无论是并行传输还是串行传输， 无论是并行传输还是串行传输，数据发送 方发出数据后， 方发出数据后，接收方如何在合适的时刻正 确地接收数据， 确地接收数据，即从发送方连续不断地送来 的数据中，正确地区分出每一个代码， 的数据中，正确地区分出每一个代码，即收 发两端保持同步（ 发两端保持同步（同步是指接收端要按发送 端所发送的每个码元的重复频率和起止时间 接收数据）， ），以正确完成传输任务是一个必 接收数据），以正确完成传输任务是一个必 须解决的问题。 须解决的问题。