chap2- 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

計(jì)算機(jī)控制工程計(jì)算機(jī)控制工程第二章數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)4數(shù)據(jù)通信技術(shù)3

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)2電話系統(tǒng)示例5計(jì)算機(jī)控制工程信息、數(shù)據(jù)和信號一第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信是控制系統(tǒng)基礎(chǔ)，目的是交換信息。信息（Information）:載體是數(shù)字、文字、語音、圖形和圖像，計(jì)算機(jī)終端產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、符號的組合。數(shù)據(jù)（Data）：為傳送信息，首先要將每一個(gè)字母、數(shù)字或符號用二進(jìn)制表示。被傳輸?shù)倪M(jìn)位制代碼稱為數(shù)據(jù)（Data)（如何表示問題？）信號（Signal）：數(shù)據(jù)在傳輸過程中電磁波、光波等表示形式。有數(shù)字和模擬信號兩種表示。(如何傳輸)計(jì)算機(jī)控制工程1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線與分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來，執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。由主計(jì)算機(jī)、終端設(shè)備、通信線路和信號變換器組成。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)信號

變換器信號

變換器通信線路計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識信號變換器：計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備產(chǎn)生交換信息多為二進(jìn)制代碼信息，表現(xiàn)為系列脈沖信號。通信線路多采用電話線，在遠(yuǎn)距離傳輸中采用模擬交流信號。數(shù)字信號和模擬信號之間轉(zhuǎn)換需要信號變換器。數(shù)字信號->模擬信號：調(diào)制器模擬信號->數(shù)字信號：解調(diào)器數(shù)據(jù)傳輸多是雙向的，任一端即可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接受數(shù)據(jù)，故通信線路兩端都應(yīng)有調(diào)制器和解調(diào)器，總稱調(diào)制解調(diào)器MODEM。計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)字通信系統(tǒng):數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE：DTE：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和終端設(shè)備。它們都是數(shù)據(jù)信息的源和目的地。DTE能進(jìn)行一般數(shù)據(jù)輸入輸出外，還應(yīng)該有糾錯(cuò)控制功能；DCE：通信線路上的設(shè)備如MODEM和其它一些中間設(shè)備稱為數(shù)據(jù)通信設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的總稱。計(jì)算機(jī)控制工程2、通信線路的連接方式第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?點(diǎn)－點(diǎn)連接：終端和計(jì)算機(jī)之間直接通過調(diào)制解調(diào)器連接，連接的線路可以是專用線路或租用線路，適用通信量較大場合。終端計(jì)算機(jī)MODEMMODEM計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?分支式：通過主線路與計(jì)算機(jī)連接方式。計(jì)算機(jī)為控制站，負(fù)責(zé)對各終端信息進(jìn)行發(fā)送控制和接受控制。各終端為從站?？刂普究刹捎幂喸兎绞綄邮芎桶l(fā)送進(jìn)行控制，該方式充分利用線路，線路利用率高。計(jì)算機(jī)MODEMMODEM終端MODEM終端………主線路計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?集線式：當(dāng)多個(gè)終端設(shè)備都要與距離較遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)通信時(shí)，可把終端先經(jīng)過集中器集中起來，再用一頻帶較高線路與計(jì)算機(jī)連接計(jì)算機(jī)終端…低速線路集中器終端計(jì)算機(jī)控制工程3、單向和雙向通信第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?單向通信：通信線上的數(shù)據(jù)始終按一個(gè)方向創(chuàng)送，為保證數(shù)據(jù)傳送正確，接受端要對接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)出錯(cuò)，接受端請求重發(fā)原信息。請求重發(fā)信號是檢測信號，其方向與數(shù)據(jù)信息方向相反。這樣，單工通信的線路一般采用兩個(gè)信道，分別傳送數(shù)據(jù)和控制信號，簡稱二線制。終端計(jì)算機(jī)A數(shù)據(jù)信號B檢測信號計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?雙向不同時(shí)通信：數(shù)據(jù)信息可以雙向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送，要求A、B兩端都有發(fā)送裝置和接受裝置。半雙工方式適用于終端之間回話式通信，但是由于通信中要頻繁調(diào)換信道方向，故效率低。K1發(fā)送裝置接受裝置接受裝置發(fā)送裝置K2數(shù)據(jù)信道檢測信號計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識?雙向同時(shí)通信：數(shù)據(jù)信息能同時(shí)兩個(gè)方向進(jìn)行通信，即有兩個(gè)信道，可同時(shí)向兩個(gè)方向傳輸信息。它相當(dāng)于把兩個(gè)相反方向的單工通信方式組合起來，因此一般采用四線制。全雙工通信效率高，控制簡單，但組成系統(tǒng)造價(jià)高，適于計(jì)算機(jī)之間通信。發(fā)送裝置接受裝置接受裝置發(fā)送裝置數(shù)據(jù)信道監(jiān)測信號數(shù)據(jù)信道監(jiān)測信號計(jì)算機(jī)控制工程1、傅立葉分析數(shù)據(jù)通信理論基礎(chǔ)三第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識19世紀(jì)初期，法國數(shù)學(xué)家傅立葉證明：任何正常的周期為T的函數(shù)g(t),都可以由無限個(gè)正弦和余弦函數(shù)合成：其中：是基頻；是正弦和余弦函數(shù)n次諧波的振幅；計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識通過傅立葉級數(shù)可以重新合成原始函數(shù)，即已經(jīng)知道周期T和振幅能夠得到時(shí)間函數(shù)g(t)。對于任意給定的g(t)，通過數(shù)學(xué)分析可得到：思考：傅立葉變換與數(shù)據(jù)通信的關(guān)系。計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識例：傳輸8比特字節(jié)編碼的ASCII字符“b”，待傳輸?shù)奈荒Ｊ綖?1100010。0101011000解：對此信號進(jìn)行傅立葉變換：Tt/us計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識同理：計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識低次諧波的幅度的平方根物理意義：相應(yīng)頻率nf處所傳輸?shù)哪芰砍烧?。所有傳輸設(shè)備信號傳輸過程中都會損失能量，然而不同的傅立葉分量的衰減程度不同，因而輸出信號發(fā)生畸變。通常在截止頻率fc（Hz）以上的所有諧波衰減極大。（傳輸介質(zhì)物理特性、濾波器）思考：如果帶寬僅允許最低幾次諧波通過，那么

接受信號將呈現(xiàn)什么樣的形狀？計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識變好計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識假設(shè)比特率為每秒b?發(fā)送8比特信息所需要的時(shí)間為：8/b秒，?一次諧波的頻率為：b/8Hz，?普通語音級線路（電話線）截止頻率3000Hz，?那么允許通過的最高諧波次數(shù)則為：24000/b次結(jié)論：限制帶寬就是限制數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識說明（截止頻率fc為3000Hz）計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2、奈奎斯特（Nyquist）定理（有限帶寬無噪聲信道）如果一個(gè)任意信號通過帶寬為H的低通濾波器，那么每秒采樣2H就能完整的重現(xiàn)被濾波的信號，以每秒高于2H的速度采樣是無意義的。若被傳信號電平分為V級，則最大數(shù)據(jù)傳輸率為：Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率提供了依據(jù)。例如：一個(gè)無噪音的3000Hz信道不能高于6000b/s的速率傳輸二進(jìn)制信號。V最大數(shù)據(jù)率(C)26200bps412400bps818600bps1624800bps3231000bps計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識如果是非理想信道情況又會如何？實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗引起信號強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。延遲會使接收端的信號產(chǎn)生畸變。噪聲會破壞信號，產(chǎn)生誤碼。如：持續(xù)時(shí)間0.01s的干擾會破壞約560個(gè)比特(56Kbit/s)計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識3、香農(nóng)（Shanon）定理（有限帶寬噪聲信道）信噪比（S/N)：信號功率和噪聲功率之比。例：一個(gè)3000Hz,信噪比為30dB信道，不管使用多少信號級電平，也不管采用多大采樣頻率，決不能大于30000b/s速率傳輸數(shù)據(jù)。任何帶寬為H,信噪比為S/N的信道，最大數(shù)據(jù)傳輸率為：分貝（dB)：10log10S/N計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識4、Nyquist和Shannon比較Nyquist：數(shù)據(jù)傳輸率隨信號編碼級數(shù)V增加而增加。Shannon：無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。計(jì)算機(jī)控制工程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)四第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)主要從數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量來衡量。數(shù)量指傳輸線上傳輸數(shù)據(jù)的速度(數(shù)據(jù)傳輸速率)，質(zhì)量指標(biāo)指數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕ǔ鲥e(cuò)率)。1、傳輸速率（數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制速率）數(shù)據(jù)傳輸速率S：指單位時(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制代碼的位數(shù)，單位：bps。傳輸速率S為：信號脈沖重復(fù)周期（碼元周期）1個(gè)脈沖信號代表的有效狀態(tài)數(shù)，為2的整冪數(shù):單位脈沖表示比特?cái)?shù)。如：n＝4表示1個(gè)單位脈沖為2比特，即1個(gè)脈沖信號傳送2位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識調(diào)制速率B：信號經(jīng)調(diào)制后的傳輸速率，也可以說是信號在調(diào)制過程中信號狀態(tài)變化的次數(shù)，以波特B為單位：B＝1/T兩種速率之間存在如下關(guān)系：可以看出：當(dāng)n＝2時(shí)，S＝B，即在二元制調(diào)制方式中，數(shù)據(jù)傳輸率和調(diào)制速率相等。計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識出錯(cuò)率指信息傳輸?shù)腻e(cuò)誤率，是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下，傳輸可靠性的指標(biāo)，由于傳輸中信息的最小單位不同，可以是比特、碼元、碼字、一組碼字。出錯(cuò)率表示方法有：2、出錯(cuò)率（1）誤特率Pb：接受的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)占傳輸總比特

數(shù)的比例。（2）誤碼率Ps：接受的錯(cuò)誤碼元數(shù)占傳輸總碼元

數(shù)的比例。（3）誤字率Pw：接受的錯(cuò)誤碼字占傳輸總碼字?jǐn)?shù)

的比例。計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識信道傳輸信息的最大能力，通常用數(shù)據(jù)傳輸速率來表示。信道容量由信道頻帶（帶寬）HZ，可使用的時(shí)間T及能通過的信號功率與噪聲功率之比決定，信道容量表達(dá)式為：3、信道容量C：信道容量(bps)；B：信道帶寬（Hz)；S:接受端信號的平均功率（W）；N:信道內(nèi)噪聲平均功率（W）；計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識同步:接受端按照發(fā)送端所發(fā)送碼元的重復(fù)頻

率及起止時(shí)間來接受數(shù)據(jù)，使收發(fā)雙方

在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致同步技術(shù)五同步過程:在通信過程中，接受端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送

數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和重復(fù)頻率校正自己的

時(shí)間基準(zhǔn)與重復(fù)頻率的過程。計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識1、碼元同步碼元為時(shí)間軸上的一個(gè)信號編碼單元;使接受端接受的每一碼元都和發(fā)送端準(zhǔn)確保持同步。實(shí)現(xiàn)碼元同步的方法有外同步法和內(nèi)同步法。外同步法：根據(jù)發(fā)送端發(fā)送的同步時(shí)鐘作為接受端同步標(biāo)準(zhǔn)的方法。t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖計(jì)算機(jī)控制工程內(nèi)同步法：從自含時(shí)鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時(shí)鐘的方法如曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼都是自含時(shí)鐘法。第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2、字符同步以字符為邊界實(shí)現(xiàn)字符的同步接收，也稱為起止式或異步制：2）每個(gè)字符前加一位起始位（邏輯1），字符最后

一位后加1、1.5或2位停止位（邏輯0）。1）每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符

之間的時(shí)間間隔是任意的；起始位數(shù)據(jù)位停止位間隔,不固定計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識3、幀同步面向字符幀：由面向字符型數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議產(chǎn)生，所有用于同步（SYN，76H）及其它數(shù)據(jù)鏈路控制信息均用一個(gè)特定字符表示面向比特幀：由面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議產(chǎn)生，典型鏈路控制協(xié)議只規(guī)定一個(gè)特殊幀標(biāo)志字符F（7EH），用它表示一幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始與結(jié)束，同時(shí)F也起到比特同步的作用。幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗(yàn)和0–nbit8bit8bit8-32m計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識目的:為了有效地利用傳輸系統(tǒng)，希望通過同時(shí)攜帶多個(gè)信號來高效地使用傳輸介質(zhì)，就需要采用多路復(fù)用技術(shù)：頻分多路復(fù)用FDM和時(shí)分多路復(fù)用TDM多路復(fù)用（multiplexing）六1、頻分多路復(fù)用（FDM）介質(zhì)的可用帶寬往往超過給定信號所需要的帶寬，如果每個(gè)信號以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，而且每個(gè)載波頻率是完全獨(dú)立的，即信號的帶寬不互相重疊，那么就可以同時(shí)攜帶多路信號。每個(gè)信號需要一個(gè)以它的載波頻率為中心的一定帶寬，稱為通道。為了防止干擾，使用保護(hù)帶隔離通道。計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識FDM計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2、時(shí)分多路復(fù)用（TDM）時(shí)分多路復(fù)用FDM方案利用每個(gè)信號在時(shí)間上的交叉，在一個(gè)傳輸通路上傳輸多個(gè)數(shù)字信號，這種交叉可以為位、字節(jié)、或塊級別的。計(jì)算機(jī)控制工程數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)是信息傳送載體，即通信線路或物理通道。網(wǎng)絡(luò)通信常用介質(zhì)：架空明線，雙絞線，同軸電纜、光纖通信纜、無線通信和衛(wèi)星通信。介質(zhì)特性包括：數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)特性一第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)?物理特性：傳輸介質(zhì)的物理特征；?傳輸特性：傳輸信號調(diào)制技術(shù)、傳輸容量及頻帶；?地理范圍：無中間設(shè)備無失真?zhèn)魉妥畲缶嚯x；?抗干擾性：噪聲對傳輸信息的影響能力；?價(jià)格：線路安裝、維護(hù)等費(fèi)用總和。計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1、磁介質(zhì)缺點(diǎn)：時(shí)間延遲大；優(yōu)點(diǎn)：通信容量大；例：8mm工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的磁帶保存7GB信息，一個(gè)50cm×50cm×50cm箱子容納1000盤；在美國聯(lián)邦快運(yùn)24h內(nèi)可將這箱磁帶送到任何地方；則傳輸帶寬：56000Gb/86400s=6748Mb/s如果到達(dá)目的地為1h，則傳輸帶寬超過15Gb/s。計(jì)算機(jī)控制工程2、架空明線：最早使用傳輸介質(zhì)。早期長途電話線就是架空明線。缺點(diǎn)：通信容量小、易受外界干擾，線路損耗大；

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡單、價(jià)格便宜，目前仍廣泛使用；第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)3、雙絞線：雙絞線由兩根導(dǎo)線絞合而成，是最簡單、經(jīng)濟(jì)的傳輸介質(zhì)，將1對或多對雙絞線安裝在1個(gè)套筒中就構(gòu)成了雙絞線電纜。1對雙絞線可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。安裝方便、可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，特別適用短距離的傳輸，特別適用于局域網(wǎng)中的通信。計(jì)算機(jī)控制工程內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)計(jì)算機(jī)控制工程非屏蔽雙絞線：由多對雙絞線和一個(gè)塑料外皮構(gòu)成，國際電氣工業(yè)協(xié)會（EIA）為雙絞線定義了5種不同質(zhì)量級別（1～5類），計(jì)算機(jī)常用第3、4、5類。其中第5類雙絞線由于增加了纏繞密度和高質(zhì)量的材料，極大地改善了傳輸介質(zhì)的特性可以用于高速網(wǎng)絡(luò)。最新技術(shù)可以在100m的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)屏蔽雙絞線：在絞線與塑料封套間有一層鋁箔包著雙絞線。屏蔽雙絞線的傳輸速率在100m內(nèi)可達(dá)到500Mbps。普遍使用傳輸速率16Mbps，最大傳輸距離是幾百米。計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線UTP鋁箔屏蔽減少干擾和串音雙絞線外無任何屏蔽層計(jì)算機(jī)控制工程4、同軸電纜第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套同軸電纜由繞同一軸線的兩個(gè)導(dǎo)體組成。電纜中央為一根單芯銅導(dǎo)線。同軸電纜具有很高的抗干擾性，通信容量大，適應(yīng)范圍較寬。典型基帶電纜最大距離限制在幾公里內(nèi)，寬帶電纜可達(dá)到幾十公里。同軸電纜廣泛應(yīng)用于有線電視和某些局域網(wǎng)。計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)5、光纖：計(jì)算機(jī)：70年代：100ns內(nèi)執(zhí)行一條指令90年代：1ns內(nèi)執(zhí)行一條指令每10年提高10倍通信：70年代：56kb/s(ARPANET)，出錯(cuò)率10－590年代：1Gb/s(現(xiàn)代光纖通信),出錯(cuò)率~0每10年提高100倍以上單CPU已經(jīng)接近物理極限，光導(dǎo)纖維技術(shù)帶寬完全超過50000Gb/s(50Tb/s)計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)舊思維：奈奎斯特和香農(nóng)關(guān)于銅線帶寬有限理論；新思維：所有的計(jì)算機(jī)都是無可救藥的慢，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)

該不惜任何代價(jià)避免計(jì)算，不管浪費(fèi)的帶

寬有多少。光傳輸系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：

光源；傳輸介質(zhì)；檢測器；計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)單模和多模光纖多模光纖：不同光線在光纖內(nèi)部以不同的反射角（光線入射角大于臨界值角度）傳播，每一束光線有一個(gè)不同的模式。單模光纖：光纖直徑減小到一個(gè)光波波長大小的時(shí)，光在其中沒有反射，而沿直線傳播。計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)6、電磁波譜電子運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的可以自由傳播的電磁波，在真空中傳播速度相等，與頻率無關(guān)。頻率（f）：電磁波每妙振動次數(shù)，單位赫茲（Hz）波長（λ）：兩個(gè)相鄰的波峰或（波谷）之間距離。f,λ,c在真空中的基本關(guān)系是：

λf＝c計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)LF:低頻；MF：中頻；HF：高頻；VHF:甚高頻；UHF：超高頻；SHF：特高頻；EHF：極高頻；THF：巨高頻；計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)無線電波、微波、紅外和可見光部分可通過調(diào)節(jié)振幅、頻率或波的相位傳輸信息；紫外線、X射線和伽碼射線頻率更高，但是很難生成和調(diào)制，穿過建筑物傳播性能不好，而且對生物有害。電磁波可運(yùn)載的信息量與它的帶寬有關(guān)。當(dāng)前技術(shù)條件下，在較低頻率下每赫茲編碼幾個(gè)比特來實(shí)現(xiàn)，但是在高頻下，某些時(shí)候可以達(dá)到每赫茲40bit。計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)波段越寬，數(shù)據(jù)傳輸速率越高；波長越小，數(shù)據(jù)傳輸速率越高；光纖波段：最具有吸引力！計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)7、無線電傳輸無線電容易產(chǎn)生，傳播很遠(yuǎn)，很容易穿過建筑物，而且無線電波是全方向傳播。但是帶寬較小。VLF、LF、MF波段，無線電沿地面?zhèn)鬏敚瑐鬏斁嚯x達(dá)到1000km。HF、VHF波段，地表電波被地球吸收，但利用電離層反射進(jìn)行長距離通話。計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)8、衛(wèi)星傳輸衛(wèi)星通信是一種較新的通信技術(shù)，它利用人造衛(wèi)星作為中間站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號，實(shí)現(xiàn)各地之間的通信。一般來說，地面通信線路的成本隨著距離的增加而增加，衛(wèi)星通信成本則與距離無關(guān)，在遠(yuǎn)距離、通信面大的領(lǐng)域多選用衛(wèi)星通信。由于衛(wèi)星通信能覆蓋1/3的地球表面，因此能方便的實(shí)現(xiàn)洲際之間的通信。優(yōu)點(diǎn)：衛(wèi)星通信還具有通信容量大、可靠性。計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)9、微波傳輸微波沿直線傳播，通信頻率很高，兩個(gè)帶寬為2MHz的頻率可容納500條語音線路，用來傳輸數(shù)字信號，傳輸速率可達(dá)到幾Mbps。由于微波沿直線傳播，在地面?zhèn)鬏斁嚯x有限，一般在40～60公里，當(dāng)傳輸距離超出上述范圍時(shí)，要設(shè)置中繼站。微波通信也可與有線結(jié)合使用。優(yōu)點(diǎn)：微波通信具有通信容量大，受外界干擾小、傳輸質(zhì)量高、初建費(fèi)用小等優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)：保密性差。計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)10、紅外線與毫米波傳輸無導(dǎo)向的紅外線和毫米波廣泛應(yīng)用于短距離通信。具有相對方向性。如：電視遙控裝置優(yōu)點(diǎn)：安全性好，而且使用紅外線系統(tǒng)不需要授

權(quán)，是室內(nèi)無線網(wǎng)較好的候選對象。缺點(diǎn)：不能穿透堅(jiān)實(shí)的物體。11、光波傳輸

計(jì)算機(jī)控制工程第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)通信介質(zhì)性能比較：計(jì)算機(jī)控制工程傳輸介質(zhì)的選擇取決于：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信容量、可靠性和價(jià)格。數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的選擇二第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1、雙絞線價(jià)格便宜，但帶寬受限制，對于低通信容量

要求的局域網(wǎng)來說，雙絞線是最好選擇；2、對大多數(shù)局域網(wǎng)來說，當(dāng)連接設(shè)備較多且通信容量

較大時(shí)選擇同軸電纜為宜；3、在高速數(shù)字通信網(wǎng)中，及通信質(zhì)量的要求，應(yīng)選用

光纖；4、移動環(huán)境應(yīng)優(yōu)先使用無線網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)控制工程模擬數(shù)據(jù)在某個(gè)區(qū)間產(chǎn)生連續(xù)的值，如聲音、視頻、傳感器壓力、溫度數(shù)據(jù)等；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生離散的值，如文本信息和整數(shù)。模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信一第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)1、為實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，模擬信號都包括放大器，對

于模擬數(shù)據(jù)可以允許許多位變形；對于數(shù)字信號

將產(chǎn)生錯(cuò)誤；2、數(shù)字傳輸與信號內(nèi)容有關(guān)，衰減會危及數(shù)據(jù)的完

整性；為獲得更大傳輸距離，可使用中繼器。計(jì)算機(jī)控制工程數(shù)據(jù)編碼技術(shù)二第三節(jié)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號：模擬信號、數(shù)字信號信道：模擬信道、數(shù)字信道計(jì)算機(jī)控制工程話音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)編碼與解碼調(diào)制與解調(diào)計(jì)算機(jī)控制工程1、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)模擬信號發(fā)送的基礎(chǔ)是一種稱之為載波信號的連續(xù)的頻率恒定的信號。通過調(diào)制振幅、頻率、相位、或者這些載波特性的組合來對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼，由此產(chǎn)生對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號進(jìn)行調(diào)制的三種基本形式：■幅移鍵控法（Amplitude－ShiftKeying）■頻移鍵控法（Frequency－ShiftKeying）■相移鍵控法（Phase－ShiftKeying）基本原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。載波S(t)=Acos(t+)

計(jì)算機(jī)控制工程1）幅移鍵控法（Amplitude－ShiftKeying）第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)用載波頻率的兩個(gè)不同的振幅表示兩個(gè)二進(jìn)制值。用振幅恒定載波的存在來表示一個(gè)二進(jìn)制位，而另一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字用載波的不存在表示。ASK方式易受增益變換的影響，是一種效率相當(dāng)?shù)偷恼{(diào)制技術(shù)，在音頻線路上，通常只能達(dá)到1200bps。計(jì)算機(jī)控制工程2）頻移鍵控法（Frequence－ShiftKeying）第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率來表示兩個(gè)二進(jìn)制值。FSK方式與ASK相比不易受干擾的影響，在音頻線路上通常達(dá)到1200bps，同時(shí)還適用高頻無線電傳輸。計(jì)算機(jī)控制工程3）相移鍵控法（Phase－ShiftKeying）第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)PSK利用載波信號的相位移動來表示：PSK方式具有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且比FSK更為有效，在音頻線路上，傳輸速率可達(dá)到9600bps。計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)問題：Nyquist定理說明為了獲得更高的速度，僅靠增加采樣頻率是不夠的，如何能夠在有限帶寬的情況下，獲得更高的傳輸速率？解決方式：如何能夠從每個(gè)樣本中得到更多比特，采用先進(jìn)的調(diào)制方式增加每次采樣攜帶的比特?cái)?shù)，即增加V。在實(shí)際中，大多數(shù)調(diào)制解調(diào)器每秒采樣2400次，以下以此為例說明：計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)概念回顧：帶寬，波特率，樣本，位速率：帶寬（Bandwidth）：Thebandwidthofamediumistherangeoffrequenciesthatpassthroughitwithminimumattenuation.Itisaphysicalpropertyofthemedium(usuallyfrom0tosomemaximumfrequency)andmeasuredinHz.波特（Bandwidth）、樣本（Symbol）：Thebaudrateisthenumberofsamples/secmade.Eachsamplesendsonepieceofinformation,thatis,onesymbol.Thebaudrateandsymbolratearethusthesame.計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)位速率（bitrate）：Thebitrateistheamountofinformationsentoverthechannelandisequaltothenumberofsymbols/sectimesthenumberofbits/symbol.先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)主要目的就是在一個(gè)Symbol中能夠同時(shí)傳輸多個(gè)比特。計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)正交相移鍵控QPSK已知：波特率為2400每波特包含2位；位速率＝2400×2＝4800bps；計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)已知：波特率為2400每波特包含4位；位速率＝2400×4＝9600bps；積分調(diào)幅(QAM-16)計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)已知：波特率為2400每波特包含6位；位速率＝2400×6＝14400bps；積分調(diào)幅(QAM-64)計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)星座模型：每一種高速調(diào)制解調(diào)器都有自己的星座模型，并且僅僅能夠和使用同樣標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器會話。星座模型中點(diǎn)很多（如QAM-64），在檢測的振幅和相位中即使只是有一點(diǎn)噪聲都可能導(dǎo)致錯(cuò)誤，對于QAM來說，就可能產(chǎn)生6個(gè)的錯(cuò)誤，為了降低錯(cuò)誤的可能性，調(diào)制解調(diào)器都增加一個(gè)校驗(yàn)位，對點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)編碼以盡可能檢測出錯(cuò)誤。－－－格子架編碼。計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)QAM-128，V32bisfor14,400bps計(jì)算機(jī)控制工程2、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)對于傳輸數(shù)字信號來說，有三種編碼方法：不歸零制NRZ（Non－ReturntoZero）；曼徹斯特編碼；差動曼徹斯特編碼1）不歸零制NRZ缺點(diǎn)：難以決定一位結(jié)束和一位開始；存在直流分量計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)2）曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼常用于局部網(wǎng)絡(luò)傳輸，在其編碼方式中，每一位的中間有一個(gè)跳變，從高到低跳變?yōu)?，從低到高表示為0，位中間的跳變既作為時(shí)鐘，又作為數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)3）差動曼徹斯特編碼位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，用每位周期開始時(shí)有無跳變表示編碼。兩種曼徹斯特編碼時(shí)鐘、數(shù)據(jù)均包含在信號數(shù)據(jù)流中，也稱為自同步編碼。計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)三種編碼比較計(jì)算機(jī)控制工程3、模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)利用數(shù)字信號對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的最常見例子是脈沖代碼調(diào)制PCM。PCM常用于對聲音信號進(jìn)行編碼，是以采樣定理為基礎(chǔ)的：如果在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)，以高于兩倍最高有效信號頻率的速率對信號f(t)進(jìn)行采樣的話，那么這些采樣值包含了原始信號的全部信息，利用低通濾波器可以從這些采樣中重新構(gòu)造出函數(shù)f(t)。例：聲音數(shù)據(jù)限于4000Hz以下頻率；那么每秒鐘8000次采樣可以滿足完整的聲音信號特征計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個(gè)步驟：采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣量化：對每個(gè)樣本舍入到量化級別上編碼：對每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號稱為PCM信號(脈碼調(diào)制,PulseCodedModulation)計(jì)算機(jī)控制工程第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)話音信道帶寬<4kHz采樣時(shí)鐘頻率：8kHz(>2倍話音最大頻率)量化級數(shù)：256級(用8位二進(jìn)制碼表示)數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64kbit/s每路PCM信號的速率=64000bit/s計(jì)算機(jī)控制工程PCM舉例：第三節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)計(jì)算機(jī)控制工程◆什么是交換？交換就是按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶?！魹槭裁匆捎媒粨Q技術(shù)？節(jié)省線路投資，提高線路利用率◆實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：

電路交換、報(bào)文交換、分組交換第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)計(jì)算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)BDCAEF通信線路中的交換技術(shù)計(jì)算機(jī)控制工程線路交換（CircuitSwitching）一第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)線路交換是通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)站之間建立一條專用的通信線路。如電話系統(tǒng)。1、線路建立：在傳輸任意數(shù)據(jù)之前，都必須建立端到

端的線路。2、數(shù)據(jù)傳送：建立物理連接后就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，數(shù)

據(jù)可以數(shù)字或模擬的，連接一般為雙向。3、線路拆除：傳送周期結(jié)束后，必須結(jié)束連接，釋放

專用資源；線路交換可能效率很低，通道容量在連接期間是專用的，即使是沒有數(shù)據(jù)發(fā)送。計(jì)算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)交換設(shè)備在通信雙方找出一條實(shí)際的物理線路的過程。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路?！懊嫦蜻B接的”過程：建立連接→通信→釋放連接優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間長；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無糾錯(cuò)機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計(jì)算機(jī)通信，因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。計(jì)算機(jī)控制工程報(bào)文交換（MessageSwitching）二第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)報(bào)文交換不需要在兩個(gè)站之間建立一條專用通路，可以把一個(gè)目的地址附加在報(bào)文上，然后報(bào)文從網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中，接受整個(gè)報(bào)文，暫存這個(gè)報(bào)文，然后發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)，屬于存儲－轉(zhuǎn)發(fā)（Store－and－forward）的方式。報(bào)文交換節(jié)點(diǎn)通常為一臺通用小型計(jì)算機(jī)，它具有足夠的存儲容量來緩沖進(jìn)入的報(bào)文，一個(gè)報(bào)文的每個(gè)節(jié)點(diǎn)延遲時(shí)間等于接受報(bào)文所有位所需時(shí)間加上等于等待時(shí)機(jī)重傳到下一節(jié)點(diǎn)所需要的排隊(duì)延遲時(shí)間。計(jì)算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)這種方法比起線路交換有如下優(yōu)點(diǎn)：1、線路利用率高；2、不需要同時(shí)使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)；3、報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地；4、能夠建立報(bào)文的優(yōu)先級；5、報(bào)文交換網(wǎng)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。缺點(diǎn)：不能滿足實(shí)時(shí)或交互式的通信要求計(jì)算機(jī)控制工程分組交換（PacketSwitching）三第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)分組交換結(jié)合報(bào)文交換和線路交換的優(yōu)點(diǎn)，而減少兩者的缺點(diǎn)。分組交換與報(bào)文交換的主要差別在于：在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，要限制傳輸數(shù)據(jù)單位的長度；報(bào)文交換系統(tǒng)適應(yīng)于更大的報(bào)文；另外，分組通常不歸檔，分組拷貝僅僅為了糾正錯(cuò)誤。把數(shù)據(jù)單位的最大長度限制在較小的長度內(nèi)，可以使性能有顯著增長。分組交換可以提高整體網(wǎng)絡(luò)的利用率。分組交換有：數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路兩種方式。計(jì)算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)1、數(shù)據(jù)報(bào)（datagram)方式每個(gè)分組獨(dú)立處理；具有同樣目的地址的分組不一定遵循同樣的路徑，到達(dá)目的站后，在將其按順序組裝。2、虛電路（virtualcircuit)方式在發(fā)送任何分組之間，需要建立一條邏輯連接。與數(shù)據(jù)報(bào)區(qū)別在于各節(jié)點(diǎn)不需要為每個(gè)分組作路徑選擇判斷，解除了站的不必要的通信處理負(fù)擔(dān)。計(jì)算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：■對轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖

分組——速度快；■轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小——適用于交互式通信；■某個(gè)分組出錯(cuò)可以僅重發(fā)出錯(cuò)的分組——效率高；■各分組可通過不同路徑傳輸，容錯(cuò)性好。計(jì)算機(jī)控制工程報(bào)文ABCD排隊(duì)延遲報(bào)文交換呼叫請求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD處理

延遲線路交換分組1分組2分組3ABCD分組交換分組4t第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)各種交換技術(shù)的比較四計(jì)算機(jī)控制工程第四節(jié)數(shù)據(jù)交換技術(shù)不同交換技術(shù)適用于不同的場合：1、對于交互式通信來說，報(bào)文交換是不合適的；2、對于較輕負(fù)載，線路交換是合適的；