大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用課件 數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)基礎(chǔ)第3章

大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用課件數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)基礎(chǔ)第3章第3章

數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)編碼技術(shù)多路復(fù)用數(shù)據(jù)交換技術(shù)3.1.1數(shù)據(jù)(data)、信息(Information)與信號(hào)(Signal)

網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼被稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是信息的載體信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋信號(hào)是數(shù)據(jù)的編碼，數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式傳播。

--模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)--基帶(Baseband)與寬帶(Broadband)信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的電磁波表示形式。從時(shí)間域來(lái)看，數(shù)字信號(hào)是一種離散信號(hào)，模擬信號(hào)是一種連續(xù)變化信號(hào)。1.3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的三個(gè)基本要素：信源：是產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端

信道：通信雙方以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的傳輸信息的通道信宿：是接受信息的一端2.信道信道是數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)谋亟?jīng)之路，它一般由傳輸線路和傳輸設(shè)備組成。物理信道和邏輯信道物理信道是指用來(lái)傳送信號(hào)或數(shù)據(jù)的物理通路，它由傳輸介質(zhì)及有關(guān)通信設(shè)備組成。

邏輯信道也是網(wǎng)絡(luò)上的一種通路，在信號(hào)的接收和發(fā)送之間不僅存在一條物理上的傳輸介質(zhì)，而且在此物理信道的基礎(chǔ)上，還在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了其他連接，通常把這些連接稱為邏輯信道。

同一物理信道上可以提供多條邏輯信道；而每一邏輯信道上只允許一路信號(hào)通過(guò)。信號(hào)變換器信號(hào)變換器的作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)。4.噪聲源5.數(shù)據(jù)通信、數(shù)字通信與模擬通信根據(jù)信號(hào)方式的不同，通信可分為模擬通信和數(shù)字通信。數(shù)字信號(hào)是一種離散的、脈沖有無(wú)的組合形式，是負(fù)載數(shù)字信息的信號(hào)。電報(bào)信號(hào)就屬于數(shù)字信號(hào)?！薄！皵?shù)字通信”是指用數(shù)字信號(hào)作為載體來(lái)傳輸信息，或者用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。在用戶線上傳輸模擬信號(hào)的通信方式稱為“模擬通信”。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模變換后可在模擬信道上傳輸；模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)變換后也可在數(shù)字信道上傳輸。數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。便于加密，實(shí)現(xiàn)保密通信易于實(shí)現(xiàn)集成化，減小通信設(shè)備體積、功耗。易于存儲(chǔ)、處理、交換等。缺點(diǎn)：占更寬的頻帶。用模擬信道進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信稱為模擬數(shù)據(jù)通信用數(shù)字信道進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信。3.2.1串行傳輸與并行傳輸串行通信是指通信時(shí)的數(shù)據(jù)流以串行方式在信道上傳輸。串行傳輸是一位一位地傳送，從發(fā)送端到接收端只要一根傳輸線，易于實(shí)現(xiàn)，是目前采用的一種主要通信方式。

并行通信是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行的信道上同時(shí)傳輸。并行通信方式線路成本較高，一般用于短距離通信。3.2數(shù)據(jù)通信方式3.2.2異步傳輸與同步傳輸在串行通信中，通信雙方收發(fā)數(shù)據(jù)序列必須在時(shí)間基準(zhǔn)上取得一致，這樣才能保證接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)一致，這就是通信中的同步。同步問(wèn)題分為：正確區(qū)分信號(hào)中的每個(gè)比特----位同步區(qū)分每個(gè)單元（字符或字節(jié)）的開始和結(jié)束位----字符同步區(qū)分每個(gè)完整的信號(hào)塊或幀（報(bào)文）的開始和結(jié)束位----幀同步異步傳輸方式收發(fā)兩端各自有相互獨(dú)立的位定時(shí)時(shí)鐘，數(shù)據(jù)的傳輸速率是雙方約定的，收方利用數(shù)據(jù)本身來(lái)進(jìn)行同步的傳輸方式。異步傳輸又稱群同步，是指?jìng)鬏數(shù)男畔⒈环殖扇舾伞叭骸保科鹗己屯Ｖ刮粊?lái)實(shí)現(xiàn)字符定界及字符內(nèi)比特同步。在異步傳輸中，數(shù)據(jù)被劃分成字符分組獨(dú)立進(jìn)行傳輸。該小組包含：☆1bit起始位：表示字符的開始☆5～8bit數(shù)據(jù)位：表示要傳輸?shù)淖址麅?nèi)容☆1bit校驗(yàn)位：用于進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)☆1～2bit終止位：表示接收字符結(jié)束同步傳輸方式收發(fā)雙方采用了統(tǒng)一時(shí)鐘的傳輸方式。至于統(tǒng)一時(shí)鐘信號(hào)的來(lái)源，或是雙方有一條時(shí)鐘信號(hào)的信道，或是利用獨(dú)立同步信號(hào)來(lái)提取時(shí)鐘。實(shí)現(xiàn)位同步的方法可分為：外同步法：接收端的同步信號(hào)事先由發(fā)送端送來(lái)，而不是自己產(chǎn)生也不是從信號(hào)中提取出來(lái)。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時(shí)鐘脈沖，接收端按照這一時(shí)鐘脈沖頻率和時(shí)序鎖定接收端的接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過(guò)程中始終與發(fā)送端保持同步。自同步法：能從數(shù)據(jù)信號(hào)波形中提取同步信號(hào)的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼，常用于局域網(wǎng)傳輸。

3.2.3數(shù)據(jù)傳輸方向單工通信半雙工通信全雙工通信4.連接方式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式多點(diǎn)連接方式3.2.5基帶傳輸與頻帶傳輸(1)基帶傳輸矩形脈沖信號(hào)的固有頻帶稱作基本頻帶（簡(jiǎn)稱為基帶）。這種矩形脈沖信號(hào)就叫做基帶信號(hào)。在數(shù)字通信信道上直接傳送基帶信號(hào)的方法稱為基帶傳輸?；鶐鬏斣诨静桓淖償?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)波形的情況下直接傳輸數(shù)字信號(hào)，具有速率高和誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)。(2)頻帶傳輸又稱寬帶傳輸，是利用模擬信道實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)姆椒?。頻帶傳輸中常用普通線作為傳輸介質(zhì)，它的帶寬一般在300~3400Hz之間。為了利用交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)字信號(hào)傳輸，必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。為此，需要在發(fā)送端選取音頻范圍的某一頻率的正(余)弦模擬信號(hào)作為載波，用它運(yùn)載所要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，通過(guò)信道將其送至另一端；在接收端再將數(shù)字信號(hào)從載波上分離出來(lái)，恢復(fù)為原來(lái)的數(shù)字信號(hào)波形。調(diào)制(modulation)載波是一個(gè)連續(xù)變化的信號(hào)。調(diào)制就是用源信號(hào)改變載波的振幅、頻率或相位。解調(diào)(demodulation)3.3.1模擬數(shù)據(jù)編碼方法幅度調(diào)制ASK：調(diào)幅即載波的振幅隨著數(shù)字信號(hào)的變化而變化。例如二進(jìn)制“1”用有載波輸出表示，即載波振幅為原始振幅；二進(jìn)制“0”用無(wú)載波輸出來(lái)表示，即載波振幅為零。頻率調(diào)制FSK：調(diào)頻即載波的頻率隨著數(shù)字信號(hào)的變化而變化。例如，二進(jìn)制“1”用載波頻率f1來(lái)表示；二進(jìn)制“0”用另一載波頻率f2來(lái)表示。相位調(diào)制PSK：調(diào)相即載波的初始相位隨著數(shù)字信號(hào)的變化而變化。例如，用1800相位（反相）的載波來(lái)表示二進(jìn)制“1”；用00相位（正相）的載波來(lái)表示二進(jìn)制“0”。3.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)3.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)→數(shù)字信號(hào)調(diào)制方式1.非歸零碼單極性非歸零碼（NRZ，nonreturntozero）規(guī)定用無(wú)電壓表示邏輯“0”，用恒定的正電壓表示邏輯“1”；雙極性非歸零碼規(guī)定用負(fù)電平表示邏輯“0”，用正電平表示邏輯“1”

。2.曼徹斯特（Manchester）編碼每個(gè)比特的中間有一次電平跳變，可以把“0”定義為由高電平到低電平的跳變,“1”定義為由低電平到高電平的跳變。3.差分曼徹斯特（differenceManchester）編碼差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)。每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，用每位開始時(shí)有無(wú)跳變表示，有跳變表示“0”，無(wú)跳變表示“1”。5．4B/5B編碼

4B/5B編碼的思想是在位流中插入額外的位，來(lái)分割一連串的“0”或“1”。確切地說(shuō)，是首先將發(fā)送的數(shù)據(jù)流以每4位一組，變?yōu)閷?duì)應(yīng)的5位代碼。然后，得到的5位代碼使用不歸零反轉(zhuǎn)編碼NRZI進(jìn)行編碼傳輸。 4B/5B編碼方式在避免高、低信號(hào)持續(xù)的前提下，解決了曼徹斯特編碼的低效問(wèn)題。3.3.3脈沖編碼調(diào)制方法模擬數(shù)據(jù)—>數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

采樣每隔一定的時(shí)間間隔T，抽取模擬信號(hào)的一個(gè)瞬時(shí)幅度值，抽樣的作用是使得信號(hào)在時(shí)間上離散化。

量化對(duì)時(shí)間離散數(shù)據(jù)用有限數(shù)目的幅值表示，即利用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)值來(lái)表示模擬信號(hào)抽樣值的過(guò)程稱為量化。量化的作用是使得信號(hào)在幅度上離散化。

編碼把抽樣、量化后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼脈沖多路復(fù)用指多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道.

頻分多路復(fù)用(FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing)時(shí)分多路復(fù)用(TDM，TimeDivisionMultiplexing)波分多路復(fù)用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)3.4多路復(fù)用技術(shù)統(tǒng)計(jì)（異步）時(shí)分多路復(fù)用2627TDM：各輸入端，無(wú)論數(shù)據(jù)有無(wú)，皆占一時(shí)槽，因此會(huì)有閑置的空時(shí)槽。統(tǒng)計(jì)TDM：有數(shù)據(jù)的輸入端才分配時(shí)槽，因此沒(méi)有空時(shí)槽。碼分多路復(fù)用每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信,但使用的是基于碼型的分割信道的方法,即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼,各個(gè)碼型互不重又疊,通信各方之間不會(huì)相互干擾,且抗干攏能力強(qiáng)