數(shù)據(jù)通信-課件

數(shù)據(jù)通信

（DataCommunications）1ppt課件數(shù)據(jù)通信課程概況課程的組成：教材基本內(nèi)容技術(shù)講座（1-2次）學(xué)生上講臺考試內(nèi)容安排：考查課，結(jié)果只有及格/不及格閉卷考試，卷面80分，出勤10分，作業(yè)10分教材以外補充部分20分，以作業(yè)作為考試內(nèi)容0-10分課程學(xué)習(xí)要求：基本概念、基本理論、基本原理和基本常識及術(shù)語2ppt課件數(shù)據(jù)通信的概念什么是數(shù)據(jù)通信？在兩點或者多點之間以二進制形式進行信息交流的過程。數(shù)據(jù)通信是計算機與計算機或計算機與終端之間的通信。

3ppt課件消息、信息、數(shù)據(jù)和信號的概念★MIC放大器ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器Encoder編碼器語音識別電腦100011010…AE3F…OK…Message消息：是指通信過程中傳輸?shù)木唧w原始對象。例如原始的話音。Signal信號：是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，是消息的承載者。Data數(shù)據(jù)：是用來描述任何物體、概念、情況，且預(yù)先具有特定含義的數(shù)字、字母和符號。是攜帶有用信息的離散消息。Information信息：通常將有用的消息認為是信息。消息信號數(shù)據(jù)信息4ppt課件信號的時域分類-連續(xù)與離散信號5ppt課件信號的時域分類-周期與非周期信號如果用時間函數(shù)表示的信號s(t)滿足s(t+T)=s(t)則該信號為周期信號。T為信號的周期。如不滿足s(t+T)=s(t)則該信號為非周期信號。6ppt課件信號攜帶信息方式-幅度、相位、頻率7ppt課件信號的頻域概念信號通常由很多頻率組成組成部分都是正弦波可以通過Fourier

分析得到頻域特性信號g(t)的周期為T,f=1/T為基頻8ppt課件信號的頻域概念9ppt課件信號的頻域概念-信號帶寬100300500700900頻率帶寬=900-100=800幅度10ppt課件窄帶、寬帶和超寬帶★信號帶寬與中心頻率之比（相對帶寬）小于1%的信號稱之為窄帶信號（NarrowBand）。相對帶寬在1%-25%之間稱為寬帶信號(Broadband)相對帶寬大于25%，或者帶寬超過500MHz的稱為超寬帶(UltraWideband)UWB。11ppt課件數(shù)據(jù)(Data)數(shù)據(jù)：是任何描述物體、概念、情況、形式的事實、數(shù)字、字母和符號。數(shù)據(jù)可以在物理介質(zhì)上記錄或傳輸并通過外圍設(shè)備被計算機接受，經(jīng)過處理而得到結(jié)果。數(shù)據(jù)是信息的載體，用來表示信息。信息交換就是訪問數(shù)據(jù)及傳輸數(shù)據(jù)。12ppt課件信息（Information）信息是可以度量的，通常使用信息量來度量。信息量的度量：香農(nóng)規(guī)定，一個消息所荷載信息量I，等于它所表示事件發(fā)生的概率P的倒數(shù)的對數(shù)。信息量的計算公式：I=log2(1/P)=-log2(P)信息量的單位：如果對數(shù)以2為底，單位為比特（B）。如果對數(shù)以e為底，單位為奈特（nat)。如果對數(shù)以10為底，單位為哈特萊（Hartley）。事件發(fā)生的概率越高，信息量越少。不可混淆信息量單位與2進制的位。13ppt課件信息量的計算★在數(shù)據(jù)通信中通常以二進制（1和0）方式進行，因此如果0，1等概率，則每個符號的信息量為I=-log2(1/2)=1(bit)對于M進制，每個符號等概率，則每個符號的信息量為I=log2M(bit)信息量具有加性，所以多個符號組成的消息的信息量：M為消息中符號的數(shù)量，ni為第i個符號出現(xiàn)的次數(shù)，Pi為第i個符號出現(xiàn)的概率當(dāng)消息組成的符號數(shù)N很大時，其中一個符號的信息量稱為平均信息量。也稱為熵（Entropy）如果知道一個消息的符號總數(shù)和平均信息量，可以通過I=N.H來計算信息總量14ppt課件信息量的計算例題

已知一消息源由A、B、C、D四個符號組成，他們出現(xiàn)的概率分別為1/4、1/4、3/8、1/8，且每個符號互相獨立。消息源每秒鐘輸出2400個符號。試求每個符號的信息量和該信息源在1分鐘內(nèi)的信息總量。

IA=IB=-log2(1/4)=2(bit) IC=-log2(3/8)=1.415(bit) ID=-log2(1/8)=3(bit)I=N*H=60*2400*1.905626=274410(bit)15ppt課件模擬通信、數(shù)字通信和數(shù)據(jù)通信★

信息源（簡稱信源）出來的信號叫基帶信號，沒有經(jīng)過調(diào)制（頻譜搬移）的原始電信號。分為模擬基帶信號和數(shù)字基帶信號。信道：包括收發(fā)設(shè)備在內(nèi)的信號通路三者的區(qū)別：模擬通信：模擬—模擬。。。模擬—模擬；數(shù)字通信：模擬—數(shù)字。。。數(shù)字—模擬；數(shù)據(jù)通信：數(shù)字—數(shù)字—數(shù)字信源信宿信道發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲逐級抽象16ppt課件通信數(shù)字化的好處TimeTimeAmplitudeAmplitude110011101011干擾不影響通信干擾影響通信17ppt課件通信數(shù)據(jù)化的好處原始數(shù)據(jù)（101110）校驗（1011）原始數(shù)據(jù)（100110）校驗（1011）傳輸中出錯原始數(shù)據(jù)（100110）校驗（1011）糾正錯誤恢復(fù)正確數(shù)據(jù)18ppt課件通信協(xié)議的作用原始數(shù)據(jù)（101110）校驗（1011）原始數(shù)據(jù)（100110）校驗（0011）傳輸中出錯校驗沒通過通知重傳原始數(shù)據(jù)（101110）校驗（1011）校驗通過，繼續(xù)通信通信協(xié)議保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃酝ㄐ艆f(xié)議保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?9ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成

★數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）：指我們通常使用的PC等數(shù)據(jù)電路（DCE）：例如modem中央計算機系統(tǒng)（CCS）數(shù)據(jù)鏈路（DL）DTEDCE傳輸信道DTEDCE數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)鏈路20ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成

21ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成

TTHHHH交換節(jié)點數(shù)據(jù)通信網(wǎng)終端計算機22ppt課件數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)★

485總線、移動電話基站、公安專用計算機網(wǎng)、FDDI網(wǎng)、INTERNET多路由計算機網(wǎng)主要體現(xiàn)資源共享、用戶可管理和與通信技術(shù)相結(jié)合。計算機網(wǎng)絡(luò)屬于面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)（因為傳輸部分已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化），而數(shù)據(jù)通信網(wǎng)屬于面向通信（傳輸）的網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)常見的五種拓撲結(jié)構(gòu)：總線、星狀、樹狀、環(huán)狀和網(wǎng)狀23ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-串行傳輸與并行傳輸

串行傳輸是較簡單的一種傳輸方式，容易實現(xiàn)且成本低，在長距離連接中也比較可靠；缺點是需要外加同步措施，通常要增加位同步、幀同步，浪費一部分帶寬。并行傳輸速度快，一個單位時間可以傳送多個比特信息，不需要外加措施同步；缺點是要求有多個通道，成本高，不適合遠距離傳輸。發(fā)送端接收端00010111…發(fā)送端發(fā)送端11100控制線數(shù)據(jù)線串行傳輸并行傳輸24ppt課件串行傳輸與并行傳輸誰更強

★要辯證的看待串行傳輸與并行傳輸方式，如果個單元分布集中，傳輸距離短使用并行方式效率較高；例如計算機主板、IC內(nèi)部。反之分布較為分散，傳輸距離較長串行則具備優(yōu)勢，例如計算機硬盤等外設(shè)的連接。SerialATA2.0和SerialATA3.0規(guī)范中所將達到最高300MB/s及600MB/s的傳輸率，這足以讓ParallelATA中現(xiàn)有最高規(guī)范的133MB/s相形見拙。

在ParallelATA接口標(biāo)準(zhǔn)中，共定義了40根針腳，其中包含對設(shè)備模式進行識別的信號針腳，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸針腳，中斷請求及地線等針腳，因此40針和40針80芯數(shù)據(jù)線的接頭也就與之相對應(yīng)。隨著接口速度的不斷提升，各相鄰線纜間的串?dāng)_和來自機箱內(nèi)部的電磁干擾越發(fā)嚴(yán)重，使得原本為了解決此類問題而設(shè)計的40針80芯數(shù)據(jù)線也變得力不從心。25ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-異步傳輸與同步傳輸異步傳輸是指收發(fā)兩端各自有獨立的位定時時鐘，數(shù)據(jù)率是收發(fā)雙方約定的，收端利用數(shù)據(jù)本身來進行同步的傳輸方式。具體是在每一個字節(jié)（8bit）前后增加起始位和結(jié)束位的方式，通常起始位才用一個碼元寬度的低電平，結(jié)束位為1、1.5、2個碼元寬度。異步傳輸?shù)膬?yōu)點是實現(xiàn)簡單，不需要收發(fā)之間的同步專線；缺點是傳輸速率不高，而且效率較低。舉例：電腦232串口，最高速率115200。同步傳輸收發(fā)雙方采用統(tǒng)一的時鐘節(jié)拍來完成數(shù)據(jù)的傳送。通常接收端在收到的數(shù)據(jù)流中首先利用數(shù)據(jù)建立位同步，然后建立幀同步。同步建立后數(shù)據(jù)接收就不需要起始位和終止位了。因此同步傳輸通常是以幀為單位的。舉例：MPT1327信令中AAAAC4D7XXXXXXXXXXXXPPPP26ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-異步傳輸波形27ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-單工、半雙工和全雙工★

單工傳輸是指數(shù)據(jù)只能從一個終端發(fā)出，另一個或多個終端只能接收的工作方式。例如廣播、電視信號。可以理解為國家領(lǐng)導(dǎo)人面向老百姓講話。沒有返回通道，只能聽。

發(fā)送端接收端信道數(shù)據(jù)28ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-單工、半雙工和全雙工★半雙工是指數(shù)據(jù)既可以從終端A發(fā)終端B，反過來也可以，但不能同時進行。例如對講機。理解為公安局長和警察之間，需要返回信息時可以返回，屬于命令下達型。

發(fā)送端接收端信道數(shù)據(jù)接收端發(fā)送端AB29ppt課件數(shù)據(jù)傳輸方式-單工、半雙工和全雙工★全雙工是指終端A和B之間同時可以進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。例如電話。真正屬于老百姓使用的方式，適合吵架。發(fā)送端發(fā)送端數(shù)據(jù)接收端接收端數(shù)據(jù)30ppt課件實時通信、即時通信和非實時通信通?？梢杂脤νㄐ诺难訒r要求高低來區(qū)分實時（Realtime）通信對延時要求高，例如雙工電話，通常延時超過400ms將嚴(yán)重影響全雙工的通信，例如以前的國際長途.非實時通信對延時的要求較低，例如手機短信即時通信(InstantMessaging)介于兩者之間，例如QQ，MSN等。隨著網(wǎng)絡(luò)條件的逐步改善，目前更接近與實時通信31ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要質(zhì)量指標(biāo)★有效性和可靠性是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)最主要的兩個指標(biāo)。傳輸速率碼元傳輸速率RB通常也叫碼元速率、數(shù)碼率、傳碼率、碼率、波形速率或調(diào)制速率。單位為波特RB=1/Tb數(shù)據(jù)信息速率也叫信息速率、傳信率、比特率等。用Rb表示單位為比特/秒RB與Rb關(guān)系：Rb=RB*log2M，M為多進制，M=2時二者相等。差錯率誤碼率：Pe=傳輸中出錯的碼元總數(shù)/傳輸碼元總數(shù)誤信率：Pb=出現(xiàn)錯誤的信息量（比特數(shù)）/系統(tǒng)傳輸?shù)目傂畔⒘浚ū忍財?shù)）誤組率：Pg=出錯的碼組數(shù)/系統(tǒng)傳輸?shù)目偞a數(shù)32ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)例題某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用4電平調(diào)制，碼元傳輸速率為1200波特，在半小時內(nèi)共收到54bit錯誤信息，請計算系統(tǒng)的誤信率。誤比特率=出現(xiàn)錯誤的信息量（比特數(shù)）/系統(tǒng)傳輸?shù)目傂畔⒘浚ū忍財?shù)）=54/(1200*log24*60*30)=1.25e-533ppt課件誤碼率=誤信率?★二進制情況下相等多進制時誤碼率≥誤信率+3/+1和-1/-3容易產(chǎn)成混淆,但+3/-1和-3/+1不容易+3錯成+1,錯了一個碼元,但只錯了一個比特的信息假設(shè)共傳送5個碼元,錯了一個碼元(+3錯成+1)誤碼率=20%;誤信率=10%+1+3+1-1-301001011+3010034ppt課件數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)例題頻帶利用率：η=傳輸速率/占用頻帶

單位：比特／秒·赫（b／s·Hz）、波特／赫（B／Hz）。

例如某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其傳信率為9600bit/s，占用頻帶為6kHz，則其頻帶利用率為η＝1.6bit/(s·