第二部分：数据通信技术

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1、计算机网络技术主讲：黄有福（13570288469）天河电大 2015-10数据通信技术第一节 数据通信和数据通信系统本章提要数据通信的基本概念传输介质信号编码数据交换技术多路复用技术差错控制技术2.1 数据通信的基本概念2.1.1 数据信息和数据通信1. 信息、数据和信号通信的目的是传递信息。信息的载体可以是多媒体，包含声、文、图等。数据是信息的载体。它的信息的表示形式，可以是数字、字符、符号。信息与数据的区别？信号是数据在传输过程中的具体物理表示形式，信号包括模拟和数字。数据蕴含着信息，而信号是数据的具体表现。数据是客观的数字或字符的组合，其本身不具有任何的意义。但将其放入特定的知识系统中

2、进行考察，它们内部蕴含的意义就将显露出来，而这个“意义”，就是所谓的信息。对于通信系统来说，即使再智能化，它也只能依据预设的规程处理符合自己特性的各种信号，而无法理解人类根据自己的思维方式定义的信息和数据的概念。因此，为了让通信系统能够存储、传输和处理数据，必须要在数据和信号之间构造一个映射关系，即以什么样的信号表示什么样的数据。2.数据通信数据通信：将数据信息通过适当的线路从一端传到另一端。两类：模拟通信系统、数字通信系统。模拟通信系统 模拟信号由于随时间的变化而平滑地改变，容易出错，容易受到干扰，传输过程会消减。普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。数字通信系统 数字信息是一种离散信

3、号。离散值最简单可以使用二进制数字1和0表示。容易存储、处理、传输；可以使用再生中继方式增强。计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。数据通信系统的基本组成数字信息是一种离散信号。离散值最简单可以使用二进制数字1和0表示。容易存储、处理、传输；可以使用再生中继方式增强。计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。3. 数据通信的特点可以实现人与机器之间的通信，而电话机仅能完成人与人之间的通信。数据传输的准确性和可靠性要求高传输速率高、响应时间快持续时间差异较大数据具有灵活的接口4.数据通信的主要技术指标（1）数据传输速率数据通信速率：指数据在信道中传输的速度。 数据通信速率

4、分为两种：码元速率和信息速率。码元速率RB： 每秒中传送的码元数，单位为波特/秒（Baud/s），又称为波特率；信息速率Rb：每秒中传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s），又称为比特率；最大数据传输速率：奈奎斯定理、香农定理补充：奈奎斯定理、香农定理 奈奎斯公式：C = 2H log2N 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) 噪声的存在将使编码级数不可能无限增加 举例：信道带宽举例：信道带宽H=3.1KHz，S/N=2000，则，则练一练练一练 C = 3100*log2(1+2000) 34Kbit/s4.数据通信的主要技术指标（续）（2）误

5、码率：指二进制码元（位，也叫比特）在数据传输系统中被传错的概率。（3）信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（bps）表示。传输的总码元数传输出错的码元数误码率Pe补充1：什么是信道信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。传输媒体：电缆、光纤、电磁波等。通信设备：路由器、交换机等。信道可以按不同的方法分类：有线信道与无线信道；模拟信道与数字信道；专用信道和公用信道；补充2：什么是信道带宽信道带宽 指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决定的 电话线路的频率范围在电话线路的频率范

6、围在3003400Hz，其带宽是多少？其带宽是多少？2.1.2 数据通信方式1、串行通信和并行通信2、单工、半双工和全双工通信3、基带传输、频带传输和宽带传输4、数据通信的同步方式： 异步方式 同步方式1、串行通信和并行通信并行通信 数据在多个并行信道上同时进行传输。 并行通信的优点是速度快，但费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。串行通信数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采用并行通信。串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。串行通信和并行通信演示：2、 数据传输方向（1）单工通信单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送

7、方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送。（2）半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。（3）全双工通信 全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输。比如，电话通话。数据传输方向演示3.基带传输、频带传输和宽带传输（1）基带传输基带传输是在信道中直接传输数字信号。（2）频带传输在实现远距离通信时，经常借助于电话线路.（3）宽带传输可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一体化传输。 实例：使用Cable Modem上网数据传输方向演示4、数据传输的同步方式同步问题 在数据通信系统中，当发

8、送端与接收端采用串行通信时，通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作，彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔都必须相同。通常使用的同步技术有两种： 异步方式 同步方式（1）异步传输方式（字符同步）异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用23位，所以适合于低速通信。（2）同步传输方式在同步传送时，由于发送方和接收方数据块作为一个单位传送，且附加位又非常少。使用场合：高速传输数据的系统，比如计算机之间的数据通信。2.3 数据编码技术信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数据也分为模拟数据与数字数据。数字 编码(NRZ、曼彻 斯特等 )数 字数据数字信 号(数字 信道)调

9、制(ASK、FSK、PSK等 )数 字数据模拟信 号(模拟 信道)脉 冲编码 调制PCM模拟 数据数 字信号(数字信 号)调制（AM、FM、 PM等）模拟 数据模 拟信号(模拟信 道)1. 数字数据的调制 传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频300Hz3400Hz的模拟信号，不能直接传输数字数据。对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。 数字数据的调制示例2. 数字数据的编码利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作数字信号的基带传输，而数字数据在传输之前，需要进行数字编码。数字数据的编码方式有三种： 不归零码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 数字数

10、据编码的示例0 01 10 00 01 10 01 11 1数据数据(a)(a)非归零码非归零码同步时钟同步时钟(b)(b)曼彻斯特编码曼彻斯特编码(c)(c)差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码3.模拟数据的调制 在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换，形成电信号比如人说话的声音经过电话转变为模拟的电信号，这也是模拟数据的基带信号。模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制比如无线电广播。（1）模拟数据的编码 脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation）是模拟数据数字化的主要方法。PCM技术的典型应用是语音数字化。数字化语音数据传输速率高、

11、失真小，可以存储在计算机中，进行必要的处理。因此在网络与通信的发展中语音数字化成为重要的部分。（2） PCM编码的典型应用 （3）PCM的工作原理脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码。采样：每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值做为样本。量化：量化级可以分为8级、16级，或者更多的量化级，这取决于系统的精确度要求。编码：编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。（4）PCM的工作过程例：脉冲编码调制方法例：脉冲编码调制方法 D8D7D6D5D4D3D2D100.51.01.5At0.270.30.620.61.281.31.521.51.261.30.730.70.41