大學網絡技術與應用課件數據通信與通信網基礎第3章第3章

數據通信與通信網基礎數據通信方式數據編碼技術多路復用數據交換技術3.1.1數據(data)、信息(Information)與信號(Signal)

網絡中傳輸的二進制代碼被稱為數據。數據是信息的載體信息是數據的內容和解釋信號是數據的編碼，數據以信號的形式傳播。

--模擬信號與數字信號--基帶(Baseband)與寬帶(Broadband)信號信號是數據在傳輸過程中的電磁波表示形式。從時間域來看，數字信號是一種離散信號，模擬信號是一種連續變化信號。1.3.1數據通信的基本概念3.1.2數據通信系統通信系統的三個基本要素：信源：是產生和發送信息的一端

信道：通信雙方以傳輸介質為基礎的傳輸信息的通道信宿：是接受信息的一端2.信道信道是數據信號傳輸的必經之路，它一般由傳輸線路和傳輸設備組成。物理信道和邏輯信道物理信道是指用來傳送信號或數據的物理通路，它由傳輸介質及有關通信設備組成。

邏輯信道也是網絡上的一種通路，在信號的接收和發送之間不僅存在一條物理上的傳輸介質，而且在此物理信道的基礎上，還在節點內部實現了其他連接，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通過。信號變換器信號變換器的作用是將信源發出的信息變換成適合在信道上傳輸的信號。4.噪聲源5.數據通信、數字通信與模擬通信根據信號方式的不同，通信可分為模擬通信和數字通信。數字信號是一種離散的、脈沖有無的組合形式，是負載數字信息的信號。電報信號就屬于數字信號。”。“數字通信”是指用數字信號作為載體來傳輸信息，或者用數字信號對載波進行數字調制后再傳輸的通信方式。在用戶線上傳輸模擬信號的通信方式稱為“模擬通信”。數字信號經過數模變換后可在模擬信道上傳輸；模擬信號經模數變換后也可在數字信道上傳輸。數字通信的優點：抗干擾能力強。便于加密，實現保密通信易于實現集成化，減小通信設備體積、功耗。易于存儲、處理、交換等。缺點：占更寬的頻帶。用模擬信道進行的數據通信稱為模擬數據通信用數字信道進行的數據通信稱為數字數據通信。3.2.1串行傳輸與并行傳輸串行通信是指通信時的數據流以串行方式在信道上傳輸。串行傳輸是一位一位地傳送，從發送端到接收端只要一根傳輸線，易于實現，是目前采用的一種主要通信方式。

并行通信是指數據以成組的方式在多個并行的信道上同時傳輸。并行通信方式線路成本較高，一般用于短距離通信。3.2數據通信方式3.2.2異步傳輸與同步傳輸在串行通信中，通信雙方收發數據序列必須在時間基準上取得一致，這樣才能保證接收的數據與發送的數據一致，這就是通信中的同步。同步問題分為：正確區分信號中的每個比特----位同步區分每個單元（字符或字節）的開始和結束位----字符同步區分每個完整的信號塊或幀（報文）的開始和結束位----幀同步異步傳輸方式收發兩端各自有相互獨立的位定時時鐘，數據的傳輸速率是雙方約定的，收方利用數據本身來進行同步的傳輸方式。異步傳輸又稱群同步，是指傳輸的信息被分成若干“群”，靠起始和停止位來實現字符定界及字符內比特同步。在異步傳輸中，數據被劃分成字符分組獨立進行傳輸。該小組包含：☆1bit起始位：表示字符的開始☆5～8bit數據位：表示要傳輸的字符內容☆1bit校驗位：用于進行奇校驗或偶校驗☆1～2bit終止位：表示接收字符結束同步傳輸方式收發雙方采用了統一時鐘的傳輸方式。至于統一時鐘信號的來源，或是雙方有一條時鐘信號的信道，或是利用獨立同步信號來提取時鐘。實現位同步的方法可分為：外同步法：接收端的同步信號事先由發送端送來，而不是自己產生也不是從信號中提取出來。即在發送數據之前，發送端先向接收端發出一串同步時鐘脈沖，接收端按照這一時鐘脈沖頻率和時序鎖定接收端的接收頻率，以便在接收數據的過程中始終與發送端保持同步。自同步法：能從數據信號波形中提取同步信號的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼，常用于局域網傳輸。

3.2.3數據傳輸方向單工通信半雙工通信全雙工通信4.連接方式點對點連接方式多點連接方式3.2.5基帶傳輸與頻帶傳輸(1)基帶傳輸矩形脈沖信號的固有頻帶稱作基本頻帶（簡稱為基帶）。這種矩形脈沖信號就叫做基帶信號。在數字通信信道上直接傳送基帶信號的方法稱為基帶傳輸。基帶傳輸在基本不改變數字數據信號波形的情況下直接傳輸數字信號，具有速率高和誤碼率低等優點。(2)頻帶傳輸又稱寬帶傳輸，是利用模擬信道實現數字信號傳輸的方法。頻帶傳輸中常用普通線作為傳輸介質，它的帶寬一般在300~3400Hz之間。為了利用交換網實現計算機之間的數字信號傳輸，必須將數字信號轉換成模擬信號。為此，需要在發送端選取音頻范圍的某一頻率的正(余)弦模擬信號作為載波，用它運載所要傳輸的數字信號，通過信道將其送至另一端；在接收端再將數字信號從載波上分離出來，恢復為原來的數字信號波形。調制(modulation)載波是一個連續變化的信號。調制就是用源信號改變載波的振幅、頻率或相位。解調(demodulation)3.3.1模擬數據編碼方法幅度調制ASK：調幅即載波的振幅隨著數字信號的變化而變化。例如二進制“1”用有載波輸出表示，即載波振幅為原始振幅；二進制“0”用無載波輸出來表示，即載波振幅為零。頻率調制FSK：調頻即載波的頻率隨著數字信號的變化而變化。例如，二進制“1”用載波頻率f1來表示；二進制“0”用另一載波頻率f2來表示。相位調制PSK：調相即載波的初始相位隨著數字信號的變化而變化。例如，用1800相位（反相）的載波來表示二進制“1”；用00相位（正相）的載波來表示二進制“0”。3.3數據編碼技術3.3.2數字數據編碼方法數字數據→數字信號調制方式1.非歸零碼單極性非歸零碼（NRZ，nonreturntozero）規定用無電壓表示邏輯“0”，用恒定的正電壓表示邏輯“1”；雙極性非歸零碼規定用負電平表示邏輯“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曼徹斯特編碼的改進。每位中間的跳變僅提供時鐘定時，用每位開始時有無跳變表示，有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。5．4B/5B編碼

4B/5B編碼的思想是在位流中插入額外的位，來分割一連串的“0”或“1”。確切地說，是首先將發送的數據流以每4位一組，變為對應的5位代碼。然后，得到的5位代碼使用不歸零反轉編碼NRZI進行編碼傳輸。 4B/5B編碼方式在避免高、低信號持續的前提下，解決了曼徹斯特編碼的低效問題。3.3.3脈沖編碼調制方法模擬數據—>數字數據

采樣每隔一定的時間間隔T，抽取模擬信號的一個瞬時幅度值，抽樣的作用是使得信號在時間上離散化。

量化對時間離散數據用有限數目的幅值表示，即利用預先規定的有限個值來表示模擬信號抽樣值的過程稱為量化。量化的作用是使得信號在幅度上離散化。

編碼把抽樣、量化后的信號轉換成數字編碼脈沖多路復用指多個信息源共享一個公共信道.

頻分多路復用(FDM，FrequencyDivisionMultiplexing)時分多路復用(TDM，TimeDivisionMultiplexing)波分多路復用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)3.4多路復用技術統計（異步）時分多路復用2627TDM：各輸入端，無論數據有無，皆占一時槽，因此會有閑置的空時槽。統計TDM：有數據的輸入端才分配時槽，因此沒有空時槽。碼分多路復用每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進行通信,但使用的是基于碼型的分割信道的方法,即每個用戶分配一個地址碼,各個碼型互不重又疊,通信各方之間不會相互干擾,且抗干攏能力強