第二章数据通信基础知识

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二、数据通信的特性
1、数据通信的性能指标 衡量数据通信的性能的指标：传输速率和误码率 传输速率 ① 传码率：每秒钟传送的码元数，称为传码率（RB）， 单位为波特。 码元：数字信号的编码。 注意：不一定是二进制，也可为其它进制。例1或0为1 个码元，A表示16进制的1个码元。 每个码元的时间宽度为TB，因此RB ＝1/TB
二、数据通信的特性
无噪声的信道容量（理想） 奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信 道带宽H的关系：B=2*H (波特) 奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式： C=2*H*log2N (bps) 说明：C为信道容量，H为信道的带宽，单位为Hz；N 为一个码元所取的离散值个数。

同步制字符同步的性能: 同步方式效率高，但一旦有错误，就要全部重传，在通信中 多普遍采用同步制字符传输。
三、数据通信方式
例1：信源以字节(8比特)为单位传输数据，对下列两种情况 分 别计算有效数据传输速率： (1)异步串行传输，无校验位、1位停止位； (2)同步串行传输，每帧包含48位控制位和4096位数据位。 例2：某公司采用一条租用专线与在外地的分公司相连，使用 的Modem的数据传输率为2400bps,现有数据12×106字节，若以 异步方式传送，不加校验位，1位停止位，则最少需要多少时 间（以秒为单位）才能传输完毕？（设数据信号在线路上的 传 播延迟时间忽略不计）问1分钟能传多少汉字？
二、数据通信的特性
2、信道容量
表示一个信道的最大数据传输速率，单位：bps 信道容量与数据传输速率的区别：前者表示信道的最大数据 传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数 据传输速率。 在实际中，通常用带宽表示网络的传输速率。带宽与传输速 率的关系：奈奎斯特定律和香农定律
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三、数据通信方式
3、数据同步方式 同步的目的是使接收端与发送端在时间基准上一致 ( 包括开始时间、位边界、重复频率等)。 在通信过程中必须解决同步问题。 数据通信的同步有： • 位同步 • 字符同步 • 帧同步
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三、数据通信方式
位同步 接收端根据发送端发送数据的时钟频率与数据的起始时刻， 校正自己的时钟频率与接收数据的起始时刻，这个过程叫做 位同步。实现位同步的方式有：外同步法和内同步法 外同步法 发送端在发送数据前，先向接收端发送一串同步时钟，接收 端根据此时钟频率来校正时钟频率，以便在接收数据的时始 终与发送端保持同步。 内同步法（自同步法） 通过特殊编码(曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码)，这些数 据编码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步信号来锁 定自己的时钟脉冲频率。
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例：普通电话线路带宽约3kHz，则码元速率极限值： B=2*H=2*3k=6kBaud 若码元的离散值个数N=16，则最大数据传输速率 C=2*3k*log216=24kbps。
二、数据通信的特性
带噪信道容量 香农公式（Shannon）： C=H*log2(1+S/N) (bps) 说明：S为信号功率，N为噪声功率。 在通信系统中，信噪比通常用分贝dB表示。 S/N(dB)=10lg(S/N)
三、数据通信方式
同步制 同步传榆是将多个字符组织成组，以组为单位连续传送。 原理 在每组字符之前加上一个或多个用于同步控制的字符SYN，字 符之间不再添加任何附加的位。接收端收到同步控制字符SYN 后，确定字符的起始和终止，以实现同步传输的功能。

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SYN
SYN
字符
字符
…
字符
字符
字符
②
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二、数据通信的特性
思考题：在数字传输系统中,码元速率为1200波特,数据速率 为4800bps,则信号取几种不同的状态?若要使得码元速率与数 据速率相等,则信号取几种状态？
来自百度文库
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二、数据通信的特性

误码率
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由于噪声的干扰，信号在传输过程中会出现差错，差错的多 少决定了数据通信的质量。 • 误码率Pe=发生差错的码元数/传输的总码元数 • 误比特率Pb=发生差错的比特数/传输的总比特数 说明： 在计算机网络中，一般要求误比特率低于10-6，若误比特率达 不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。
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三、数据通信方式
③
帧同步
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帧同步方式是以识别一个帧的开始和结束来同步的。分为“ 面 向字符的帧同步方式”和“面向比特的帧频同步方式”两种 。 ① 帧（Frame）是数据链路中的传输单位，由数据和控制信 息部分组成的二进制序列。 ② 面向字符的帧同步方式是以同步字符（SYN）来标识一个 帧的开始，适用于字符类型的数据帧。例：BSC协议 ③ 面向比特的帧同步方式是以特殊位序列（7EH，即 01111110）来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型 的帧。例HDLC协议、PPP协议、帧中继等。
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分类：
基带同轴电缆和宽带同轴电缆
特点：
基带同轴电缆一般只用于总线结构的局域网中。由于外 导电体具有屏蔽电磁作用，所以抗干扰性强，但价格较 贵，逐步淘汰。
信道 信源 噪声 信宿
一、基本概念

信号分类：模拟信号和数字信号
① 模拟信号：随时间连续变化的电流、电压或电磁波。 例电话、电视和广播 ② 数字信号：一系列离散的电脉冲，其值限制在有限的几 个数字之内。例:用1表示恒定的正电压，0表示恒定的 负电压。 波形图：
V(t)
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V(t)
0
t
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三、数据通信方式
2、数据的传输方式
基带传输 基带：计算机或终端的数字信号都是二进制序列，它是一 种矩形脉冲信号，这种矩形脉冲信号称为基带信号。 基带传输是指在通信介质上传输0或1数字信号。 特点： ① 基带传输传输的是数字信号，不需要调制解调器； ② 基带传输受距离和传输介质的限制，距离长，容易发 生畸变，适合短距离的数据传输，用于局域网。
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三、数据通信方式
基带传输适用于局域网传输，计算机的远程通信中，通常是
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借助于电话交换网来实现，此时需要频带传输。 频带传输 将基带信号变换（调制）成能在模拟信道中传输的模拟信 号（频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。 特点： ① 计算机网络的远距离通信通常采用的是频带传输； ② 频带传输在发送端和接收端都要设臵调制解调器，基 带信号与频带信号的转换需要调制解调器完成。
三、数据通信方式

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单工、半双工和全双工 ① 单工：信号只能向一个方向传输，不能改变信号的传 输方向。例：电视机
②
半双工：信号可以双向传输，但是必须交替进行，一 个时间只能向一个方向传输，它是一种切换方向的单 工通信。例：对讲机
三、数据通信方式
③
全双工：信号可以同时在两个方向上传输。例：电话
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第二章数据通信基础知识
本章讲授内容
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1、基本概念 2、数据通信的特性 3、数据通信方式 4、传输介质 5、数据编码 6、多路复用技术 7、数据交换技术 8、差错控制与检测
一、基本概念


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信号：数据的电磁或电子编码形式 信源：通信中产生和发送信息的一端 信宿：接收信息的一端 信道：信号传输的通道（传输介质和相关设备） 噪声：信号在传输的过程中受到的干扰
四、传输介质
传输介质是连接网络上各个节点的物理通道，分为有 线介质和无线介质。 计 1、有线介质
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同轴电缆 铜芯 外部导体 外部保护层
四、传输介质
型号：
• • • • RG-8或RG-11 （阻抗50欧姆）——粗缆 RG-58（50欧姆）——细缆 RG-59（75欧姆）——CATV细缆 RG-62（93欧姆）——ARCnet网络及IBM3270系统专用

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例：已知信噪比为30dB，带宽为3kHz，求信道的最大数据传 输 速率。 ∵ 10lg(S/N)=30 ∴ S/N=1030/10=1000 ∴ C=3k×log2(1+1000)≈30k bps
二、数据通信的特性
例：带宽为4KHz的信道，若有8种不同的物理状态表示数据， 信噪比为30db，问按照奈奎斯特定理计算，其极限速率是多 少？按香农定理计算，其极限速率又为多少？ 解： （1）奈奎斯特定理：Cmax=2Hlog2N, H=4KHz Cmax= 2*4K*log28 = 24Kbps （2）香农定理：Cmax=Hlog2（1+S/N）,H=4KHz, 又∵10lgS/N=30 ∴ S/N=1000 Cmax=4K*log2（1+1000）≈40Kbps 思考：该题究竟该以哪个为准？
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二、数据通信的特性

奈奎斯公式和香农公式的比较
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奈奎斯公式：C=2Hlog2N 数据传输率C随信号编码级数增加而增加。 香农公式：C=Hlog2(1+S/N) 无论信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输 速率。因为噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。
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并 行 通 信 信 道
。
b3 b4 b5 b6 b7
三、数据通信方式
串行通信与并行通信的特点：
①
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②
③ ④
串行通信采用一条信道进行通信，并行通信采用多条信 道同时通信； 串行通信传输的数据从低位到高位依次进行，并行通信 同时进行； 相同速率下，并行通信传输的码元数是串行通信的n倍； 在实际通信中，大都采用串行通信。
0
t
模拟信号
数字信号
一、基本概念
模拟信道：以连续模拟信号形式传输的信道 例：电话线路、有线电视线路 模拟信道传输的特点： 在传输一定距离后信号衰减，克服的办法是用放大器来增强 信号的能量，但噪音也会增强，会引起信号畸变。 数字信道：以数字脉冲形式传输数据的信道 例：双绞线、同轴电缆 数字信道传输特点： 长距离传输也会衰减，克服的办法是使用中继器，把数字信 号恢复为“0、1”的标准电平后继续传输。故数字信道在传输 时，信号质量要好。 注意：模拟信号不一定只在模拟信道上传输，数字信号也不 一定只在数字信道上传输。
二、数据通信的特性
思考题：要在带宽为4KHZ的信道上用4秒钟发送完20k字节的 数据块,按照香农公式,信道的信噪比最小应为多少分贝(取整
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数值)?
三、数据通信方式
1、信道的通信方式

串行通信与并行通信
b7 发送端 串行通信信道 (a ) 发送端 b0 b1 b2 接收端 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 (b ) b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 接收端
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二、数据通信的特性
信息速率：每秒钟传输的比特数，单位bps，记为Rb 说明： 二进制的码元是0或1，一个码元携带的信息量为1b， 故RB=Rb N进制的码元携带的信息量为I=Log2N，故Rb= RB*Log2N 常用的数据传输速率单位： 1Kbps=1×103bps 1Mbps=1×103Kbps 1Gbps=1×103Mbps
①
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三、数据通信方式
②
字符同步
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以字符为边界实现字符的同步接收 异步制 在一个字符的前后加上起止符，字符内同步,字符之间异步。 字符传输时设臵1个起始位、8个数据位和2个停止位，下一字 符的起始位在前一字符的停止位之后的任意时间出现。 异步制字符同步的性能: ① 字符起、止位用于同步时钟调整，每个字符开始时都会 重新同步； ② 每两个字符之间的间隔时间不固定； ③ 增加了辅助位，传输效率低。例：采用1个起始位、 8个 数据位、2个停止位时，其效率为8/11<72%。
三、数据通信方式
宽带传输 借助频带传输，将链路容量分解成多个信道，每个信道可 以携带不同的信号，这就是宽带传输。 宽带传输中的所有信道都可以同时发送信号。 例：CATV、ISDN等。 基带和宽带的区别： ① 数据传输速率不同。基带数据传输速率通常在1Mb／s～ 2.5Mb／s；宽带数据传输速率通常在5Mb／s～10 Mb／。 ② 传输信号不同，基带传输数字信号，宽带传输模拟信号 ③ 宽带传输一定是采用频带传输技术。