数据通信原理简介

第 2 章 数据通信原理简介,2.1 通信系统简介 2.2 数据通信相关技术简介 作业,1,2.1 通信系统简介,计算机技术和现代通信技术相结合形成了计算机网络。 数据通信技术是构成现代计算机网络的重要基石之一。 2.1.1 通信基本概念 2.1.2 数据交换方式 2.1.3 数据传输方式 2.1.4 常用性能指标,2,2.1.1 通信基本概念,3,通信的目的是信息交换,4,信息（Information) 通信传输过程中包含的内容，如数字、文字、语音和图像等。 数据(data) 运送信息的实体，一般用二进制代码表示。 信号(signal) 数据的电气或电磁的表现。 狭义信道 传输信号的具体媒介。如电缆、光缆等 广义信道 不仅包含具体的物理介质，而且还包含了终端（收/发端）的部分设备在内的那段信号通路。如编码/解码、调制/解调设备等,通信基本概念,5,数据以信号方式在信道中传输。 模拟信号 (Analog Signal) 连续变化的电磁波 数字信号 (Digital Signal) 幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内,通信基本概念,6,通信基本概念,不同数据可以用不同信号方式传输,2.1.2 数据交换方式,7,交换技术的引入 目的是节约和优化资源,三种常见的数据交换方式：电路交换、报文交换和分组交换,8,(1)电路交换(Circuit Switching) 通信双方在传输数据之前建立一条实际的物理通路，并且在整个传输过程中独占该通路。,数据交换方式,呼叫建立 信息传送 连接释放,9,优点 传输时延小，实时性强 数据按序传送和接收 设备简单,数据交换方式,缺点 平均通路建立时间较长 独占通路和一组设备，信道利用率低 若出现故障，需重新建立连接 计算机以及不同速率的设备难于协同工作,10,(2)报文交换(Message Switching) 不管被传送数据的长度，都把它当作一个逻辑单元，附上相应的控制信息，组成一个报文发送。 采用存储转发的技术，无建立信道的过程，中间结点暂存报文，并根据目的地址确定转发的下一个结点。,数据交换方式,11,优点 线路利用率较高 报文数据按序传送和接收 不同速率的终端设备之间可以进行数据传送 支持多点传输，一个报文可以同时向多个地址传送,数据交换方式,缺点 传送时延较长，不适合实时或交互式数据通信业务， 如语音通话 中间结点必须配置大容量的存储设备,12,(3)分组交换/包交换(Packet Switching) 采用存储转发的技术。限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送方就将它分成多个报文分组发送。 目前公用数据网采用的是分组交换技术。 分组的概念1967年由英国国家实验室NPL提出。,数据交换方式,13,优点 数据传输灵活，线路利用率较高 同一报文的不同分组可按不同路径传输 中间结点可不必等待未到达的分组而继续转发 转发时延短 分组长度固定，简化了存储管理 减少了出错几率和重发数据量,数据交换方式,缺点 每个分组增加的控制信息一定程度降低了通信效率， 增加了处理时间，分组长度的合理选择非常重要 目的站点要重组报文，增加了控制的复杂性,14,分组交换在应用中有两种方法来管理被传输的分组流。 数据报(Datagram) 无连接的数据传输方式，这种方式下被传输的分组 称为数据报。是尽力而为的服务。 虚电路(Virtual Circuit) 面向连接的数据传输方式，工作过程类似于电路交换。 能提供较好的通信质量。,数据交换方式,15,数据交换方式,虚电路,数据报,2.1.3 数据传输方式,16,(1)基带传输和频带传输 基带传输 数据信号不经过调制，直接在线路中传输。 频带传输 信号经过调制送到信道中传输，在接收端进行解调。 目的是适合信道特性，同时也提高了线路利用率。,数据传输方式,17,(2)有线传输和无线传输 (3)单工、半双工和全双工,数据传输方式,18,(4)串行传输方式和并行传输方式,适合于 近距离,数据传输方式,19,(5)同步传输方式和异步传输方式 同步传输方式 在传送数据前通过特定同步字符建立同步，使收发双 方具有完全同步的时钟信号。传输效率高。 异步传输方式 每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间 隔任意。需在每一字节的开始和结尾附加起始位和停 止位。传输效率较低，但设备便宜。如USB接口。,2.1.4 常用性能指标,20,传输速率 每秒传输数据的数量 码元传输速率（波特率，Baud/s） 比特传输速率（bit/s）：二进制码元时 带宽 信道中所允许的传输速率最大值（或者在传送模拟信号时所允许的频带宽度） 误码率 单位时间内出错码元数与发送码元数之比 时延 单位数据信号从数据电路的一端传输到达另一端所经历的总的时间,2.2 数据通信相关技术简介,2.2.1 数据编码 2.2.2 信道复用 2.2.3 差错控制,21,2.2.1 数据编码,22,数字信道,模拟信道,数字信号,模拟信号,非归零编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 差分非归零编码 ,PCM(脉冲编码调制)编码 采样量化编码,频移键控法FSK(调频) 幅移键控法ASK(调幅) 相移键控法PSK(调相),调频(FM) 调幅(AM) 调相(PM),数据编码,23,(1)非归零编码(NonReturn to Zero Code, NRZ) “1”=正电压，“0”=负电压 编码效率高 发送端和接收端需要同步；编码有直流分量，易失真,数据编码,24,(2)曼彻斯特编码(Manchester Encoding) “1”= 信号位中间发生“高到低”的跳变 “0”=信号位中间发生“低到高”的跳变 编码没有直流分量；利用“跳变”自同步 每个bit都有“跳变”，需要转换成两个电压，效率低,数据编码,25,(3)差分曼彻斯特编码(Differential Manchester) “1”= 每位信号的起始处无跳变 “0”=每位信号的起始处有跳变 每bit中间的跳变作为时钟同步信号；比曼彻斯特编 码电压变化少 每一个bit都被转换成两个电压，传输效率低,数据编码,26,(4)差分非归零编码(Differential NRZ, DNRZ) “1”= 每位信号的起始处有跳变 “0”=每位信号的起始处无跳变 编码效率高，提高了信号的易同步性，是主流的 编码方式,2.2.2 信道复用,27,若单个信道的传输能力大于一路信号所需要的能力时，可以把一个信道划分为多个子信道，通过信道复用提高传输能力。,发送端1,发送端2,发送端3,接收端1,接收端2,接收端3,信道复用,28,(1)频分复用（FDM，Frequency Division Multiplexing） 技术成熟，是目前模拟通信的主要复用方式 无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。,信道复用,29,(2)时分复用（TDM，Time Division Multiplexing） 适合数字信号传输，技术成熟。 无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。,信道复用,30,统计时分复用（STDM，Statistic TDM ） 进一步提高信道利用率。 设备复杂性增加。主要应用于高速远程数字通信。,信道复用,31,(3)码分复用（CDM， Code Division Multiplexing ） 为每一路信号分配不同的编码，不同的编码彼此正交。 码分多址（CDMA， Code Division Multiple Access）是码分复用的一种技术，每一个比特时间再划分为M个短的间隔，称为码片（chip），M的值通常为64或128。每一路信号用一个惟一的M位码片序列。 CDMA多用在无线多路访问信道中。 用户在时间和频率上均共享总信道，信道效率高容量大。 随着技术的进步，CDMA设备的价格和体积都大幅度下降，因而现在已广泛使用在民用的移动通信中 。,信道复用,32,(4)波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing ） 应用于光纤传输。,8路传输速率均为2.5 G Bit/s的光载波(其波长均为1310 nm),经光的调制后，分别将波长变换到15501557nm，每个光载波相隔1nm(实际上光载波的间隔一般是0.8或1.6nm)，这8个光载波(它们的波长是很接近的)经过复用器后，就在一根光纤中传输。因此，在一根光纤上数据传输的总速率就达到了8x2.5 G Bit/s20 G Bit/s。,光放大器,2.2.3 差错控制,33,差错起因 信道噪声干扰 信号衰减 信道特性不理想，如频带削减,差错类型 单比特错误（在一个数据单元中只有1bit的错误） 突发错误（一个数据单元中有连续的或多bit错误）,差错控制,34,差错控制方法 检错重发（ARQ, Auto Repeat Request） 前向纠错（FEC, Forward Error Correction） 混合纠错（HEC, Hybrid Error Correction ）,不适合实时系统。,差错控制,35,纠错设备成本高。适合单工通信系统，目前广泛用于太空和卫星通信中。,HEC 结合ARQ和FEC，也在卫星通信中得到较广泛应用。,差错控制,36,差错控制编码 检错码 奇偶校验码 循环冗余码（多项式码） 纠错码 海明码 一般可以纠正1位错，或发现2位错,信息码元（K位）,监督码元（r位）,传输码元,作业,37,1. 简述分组交换的基本工作原理。 2. 查资料回答以下有关蓝牙的问题： （1）工作的频段 （2）通信的距离范围 （3）指出蓝牙技术的一个应用,