数据通信基础概念知识

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3.带宽 对于模拟信道来说,带宽是指物理信道的 频带宽度.意思是指,信道允许传送信号的 最高频率和最低频率之差,单位为 Hz,kHz,MHz等. 对于数字信道来说,带宽是指在信道上能 够传送的数字信号的速率,即数据传输速 率S.单位为b/s或bps.
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4.信道容量 是指物理信道能够传输数据的最大能力.当 信道上传输的数据速率大于信道所允许的 数据速率时,信道就不能用来传输数据了. 1948年香农经研究得出了著名的香农公式 该公式指出,信道的带宽和信噪比越高,则信 道的容量就越高. 在网络设计中,一定要注意所用的数据传输 速率一定要低于信道容量所规定的数值.
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数字数据 （a）NRZ 编码 NRZ 编码的 同步时钟 （b）曼彻斯特编码
0
1
0
1
1
0
0
1
0
（c）差分曼彻斯特 编码
数字数据到数字信号的编码方法
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2.频带传输与模拟信号的调制 (1)调制,解调与频带传输 在频带传输中常用普通电话线作为传输介质 电话线的带宽一般在300~3400Hz之间.传 统的电话通信信道是为传输语音信号而设计 的,它不适于直接传输频带很宽,又集中在低 频段的计算机产生的数字基带信号.为了利 用电话交换网实现计算机之间的数字信号传 输,必须将数字信号转换成模拟信号.
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1.3.2通信系统的主要技术指标 1.数据传输速率S(比特率) 比特率:是一种数字信号的传输速率,它是 指在有效带宽上,单位时间内所传送的二进 制代码的有效位数.常用 b/s,Mb/s等单位 来表示. 2.波形调制速率B(波特率) 波特率:是一种调制速率,它是指数字信号经 过调制后的速率,即经过调制后的模拟信号 每秒钟的变化次数.具体来讲,在数据传输过 程中,线路上每秒钟传输的波形个数就是波 特率B.
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为此,需要在发送端选取音频范围的某一 频率的正(余)弦模拟信号作为载波,用它运载 所要传输的数字信号,并通过电话信道将其 送至另一端;在接收端再将数字信号从载波 上分离出来,恢复为原来的数字信号波形. 这种利用模拟信道实现数字信号传输的方法 称为频带传输. 在发送端将数字信号转换为模拟信号的 过程称为调制.相应的调制设备称为调制器.
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在基带传输中,必须解决两个最基本的问题: 基带信号的编码问题;收发双方的同步问题. (2)基带信号的编码问题 常采用的编码方式有三种: ①不归零编码 编码规则.用正电压表示”1”,用负电压表 示 “0”. NRZ编码的特点与同步信号 优点: 简单,容易实现.
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缺点:收发双方无法保持同步.为了保证收 发同步,必须在发送NRZ编码的同时,用另一 个信道同时发送同步时钟信号. ②曼彻斯特编码（Manchester） 编码规则 每比特的周期T分为前后两个相等的部分. 前半周期传送该码元值的反码,后半周期 传送该码元值的原码. 中间的电平跳变作为双方的同步信号

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特点与同步信号 ③差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）

编码规则
每个码元值无论是”1”,还是”0”,中间都有一
次 电平跳变,这个跳变可以作为同步信号使用. 如果码元值为”0”,则其前半个码元的电平与 上一个码元的后半个码元的电平相反;如果码元 值为”1”,则其前半个码元的电平与上一个码元 的后半个码元的电平相同.
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相位调制的特点是: 占用的频带较窄,抗干扰 性能好,其中相对调相有更高的抗干扰性能. 1.3.5数据传输中的同步技术 在网络中,收发双方是通过通信介质连接起 来的,当发送方将数据发送出去后,接收方 如何识别这些数据位并将它们组合成字符 呢?这些问题的解决都要靠交换数据的设备 之间的定时机制来实现.这个定时机制就是 我们所说的同步技术,同步技术需要解决的 主要问题如下:
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2.常用的二进制编码格式
在数据通信中,要进行编码,就要采用一定 的编码标准.那么目前最常用的编码标准 就是ASCII码.它既是计算机内码的标准, 也是数据通信的编码标准. ASCII码用7位二进制数表示一个字 母、数字或符号。如：“A”---1000001 “1”-----0110001
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3.数据和信号
1.3 数据通信基础知识
1.3.1 数据通信的基本概念 1.信息 信息的载体:数字、字符、声音、图象等。 计算机及其外围设备产生和交换的信息都 是由二进制代码表示的字母，数字或控制符 的组合。 因此，为了传送信息，必须对信息中包含 的每一个字符进行编码。 用二进制代码表示信息中的每个字符就是 编码。
特点:技术简单,信号容易实现,但抗干扰能力差.
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模拟数据信号的编码方法
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②频率调制(FSK) 在频率调制中,振幅和相位是常数,频率为变 量.其电压波形的数学表达式为:
u (t ) Am sin(1t 0 ) u (t ) Am sin( 2 t 0 )
ห้องสมุดไป่ตู้
数字”1”
数字”0”
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5.带宽,数据传输速率和信道容量的关联 6.误码率 误码率是指二进制码元在数据传输中被传错
Ne 的概率,也称出错率.可表示为: pe N
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1.3.3数据传输方式
1.并行传输 一次同时传输若干比特的数据. 2.串行传输 一次只能传输1比特的数据.
串行通信与并行通信
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串行数据通信具有以下三种方式: (1)单工通信. (2)半双工通信.(3)全双工通信
单工、半双工与全双工通信
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1.3.4 数据传输类型及相应技术 在数据通信过程中,传输的数据信号类型不 同,所使用的技术也不同,通常分为基带传输 和频带传输. 1.基带传输与数字信号的编码 (1)基带信号和基带传输 基带信号:就是数字信号,也称为数字基带 信号. 基带传输:在线路上直接传输基带信号的 方法称为基带传输.
这三个量是正弦波的控制参数,也称为调制 参数,它们的变化将对正弦波的波形产生影响. 通过改变这三个参数来实现对模拟信号编 码时,就会产生三种不同的调制方式: 幅度调制(调幅) 频率调制(调频) 相位调制 应当注意的是每次在改变一个电参数时,要固 定另外两个.
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①幅度调制(ASK) 在幅度调制中,频率和相位是常数,振幅是变 量,也就是说,载波的幅度随发送的数字信号 的值而变化.例如,可以用具有 Am 幅度的载波 信号表示二进制数字”1”,用幅度为0的载波信 号 表示二进制数字”0”.其电压波形的数学表达式 u (t ) Am sin(t 0 ) 数字”1” 为: u (t ) 0 数字”0”
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假设T表示每个波形的持续时间,则调制速
1 率可以表示为: B T .
比特率和波特率之间有下列关系:
S B log 2 n
其中,n为一个脉冲信号所表示的有效状态数. 对于多相调制来说,n表示相的数目.如,在二相调制 中,n=2,所以S=B,但在多相(n大于2)调制时,则有 S>B.(见表1-2)
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6.数据包和数据帧 数据包:在数据传输时,通常将较大的数 据块分割成较小的数据段,并且在这些数 据段上附加一些信息(如,目标地址,源地 址,校验码等).这些数据段及其附加信息 称为数据包.(IP层) 数据帧:在实际传输时,还要将数据包进 一步分割成更小的数据单位,这就是数据 帧.(链路层)
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何时开始发送数据
发送过程中双方的数据传输速率是否一致.
持续时间是多少 发送时间间隔是多少.
统一接收方和发送方动作的措施以及使得通 信双方在时间基准上保持一致的技术就称为 同步技术. 常用的同步技术有:异步传输方式和同步传 输方式两种.
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1.异步传输方式 (1)什么是异步传输方式 所谓异步传输方式就是在被传送的字符 前后加起止位,实现定时的传输方式. 这种传输方式是以一个字符为单位进行 数据传输的,并且在每个字符代码的前后附 加上起始位和停止位(这些标记数据起止的 位又称为成帧信息).
数据:在网络中传输的二进制代码称为 数据.数据是传输信息的载体. 数据和信息的区别在于:数据是信息的 表示形式,而信息则是数据的内容和解释. 对于数据通信系统来说,他关心的是信 息的表示方式和传输方法.如,如何将表示 信息的二进制比特通过传输介质,在计算 机系统之间进行传递.

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信号:是数据在传输过程中的表示形式. 根据数据表示方式的不同,可以把信号分 为数字信号和模拟信号. (1)数字信号:是一种离散的电信号. (2)模拟信号:是一种连续变化的电信号.
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奇 停 偶 b7 b6b5 b4 b3 b2 b1 起 始 止位
DEC
工作过程如下:平时在线路上没有信号时,线路上处于空号状态 即高电平状态;一旦接收端检测到传输线路从高电平跳向低电 平,也即接收端收到起始位,说明发送端已经开始传输数据.那么 接收端利用传输线的这种电平跳变,启动内部时钟,使其对准接 收信息的每一位进行采样,以确保正确的接收.当接收端收到停 止位时,标志着传输结束. 36
0
m
u (t ) Am sin(t )
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相对调相的调制规则 用当前波形的初始相位,相对于前一个波形 的初始相位的偏移值来表示数字”0”和”1”. 例如:用 0'' 0' 0 表示数字信号”0”,用

来表示数字信号”1”.
'' 0 ' 0
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多相调制 以上讨论的是两相调制的方法,即用两个 不同的相位值来分别表示二进制数值”0” 和”1”.但是在模拟信号的通信系统中,人 们经常用多相调制的方法,来达到提高数 据传输速率的目的.与两相调制类似的是, 在多相调制中也存在绝对调相和相对调相 之分.
特点: 电路简单,抗干扰能力强,但频带利用率 低.因此,FSK适用于传输速率较低的数字信号.
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③相位调制(PSK) 振幅和频率为常数,相位为变量.相位调制 可以分为:绝对调相,相对调相和多相调制. 绝对调相的调制规则 用相位的绝对值表示数字信号”0”和”1”. 例如:用初始相位 0 0 表示数字”1”,用初 始相位 表示数字”0”,则电压波形的数学 表达式为: u (t ) A sin(t 0 0 )
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在接收端把模拟信号恢复为数字信号的 过程称为解调,相应的的设备称为解调器. 同时具备调制和解调功能的设备称为调 制解调器. (2)模拟信号的调制 在调制过程中选用的载波信号可以表示为:

其中,A:振幅, :角频率, :相位,这 三个量是载波信号的3个可变电参量.
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u(t ) A(t ) sin(t )

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例如,在四相调制中,可以将待发送的数字信 号按两个比特为一组进行编组, 一共有 四组:00,01,10,11,这样,在调相信号的传 输过程中,相位每发生一次变化,便可以传送 两个比特的数据. 同理,在8相调制中,如果将待发送的数字 信号按每3个比特一组进行编组,那么一共 有8种组合.那么,在调相信号传输的过程中, 相位每发生一次改变,便可以传送3个比特 的数据.(见表1-3)

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4.信道及信道的分类
(1)信道:是数据信号传输的必经之路,它 一般由传输线路和传输设备组成.
发送设备 发送机 信道 接收机 接收设备
通信系统基本模型
发送设备 信息 发送机 信号 信道 信号 接收机 信息 接收设备
比特流 编码器 调制器
信号 信道
信号 解调器
比特流 译码器
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数据传输系统模型
(2)物理信道和逻辑信道 物理信道:是指用来传送信号或数据的物理通 路,一般由传输介质和通信设备组成. 逻辑信道:是在物理信道的基础上,在节点内部 实现了其他”连接”,通常把这些”连接”称为 逻辑 信道.因此,同一条物理信道上可以提供多条逻辑 信道. (3)有线信道和无线信道 (4)模拟信道和数字信道
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根据信道中传输的不同类型的数据信号,可以 将物理信道分成模拟信道和数字信道. 模拟信道中传输的是模拟信号,而数字信道中 传输的是数字信号.如果要在模拟信道上传输 由计算机直接输出的二进制数字脉冲信号,就 需要在信道两边分别安装调制解调器,对数字 脉冲信号和模拟信号进行调制和解调.
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(5)专用信道和公共交换信道 5.码元和码字 码元:在数据通信中,时间轴上的一个信号 编码单元被称为码元. 而习惯上,把计算机网络传输的每一位 二进制代码称为”码元”或”码位”. 如: “A”-----1000001,那我们说这个 信号是由7个码元组成的序列.而这个序列 通常被称为”码字”.