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第 2 章 数据通信基础,2.1数据通信的基本概念,数据通信系统 通信的目的就是传递信息，通信中产生和发送信息的一端叫做信源，接收信息的一端叫做信宿，信源和信宿之间的通信线路称为信道。,图2-1 数据通信模型,主要指标 1带宽和数据速率 R=RB log2M，M代表编码的进制数在实际应用中，常用的数据速率单位有kbps、Mbps、Gbps。其中：1 kbps=103 bps；1Mbps=106 bps；1Gbps=109 bps。带宽和数据速率都可用来表示信道的传输性能，两者之间的定量关系可以通过以下两个定理来描述。,（1）奈奎斯特（Nyquist）定理：有限带宽、无噪声信道，其最大数据速率和信道带宽之间的关系：Rmax=2B（2）香农（Shannon）定理：有限带宽、有随机噪声信道，其最大数据速率和信道带宽、信噪比之间的关系：Rmax=Blog2(1+S/N)一般来说，高数据速率，也意味着大带宽。,2误码率在有噪声的信道中，数据速率的增加意味着传输中出现差错的概率增加。误码率是用来表示传输二进制位时出现差错的概率。误码率（Pe）可用下式表示：Ne（出错的位数）Pe=N（传输的总位数）在计算机通信网络中，误码率一般要求低于10-6，即平均每传输1兆位才允许错1位。在误码率高于一定的数值时，可以用差错控制的方法进行检查和纠正。,3信道延迟信号在信道中传播，从信源到信宿需要一定的时间，这称为信道延迟或传播时延。这个时间等于信源到信宿的距离与具体信道中的信号传播速度之比。常用的电信号一般以接近光速（300m/us）的速度传播，但随传输介质的不同而略有差异。,2.2数据编码技术,2.2.1 数字数据编码1不归零编码NRZ不归零编码用低电平表示二进制“0”，用高电平表示二进制“1”，2不归零反转编码NRZI不归零反转编码NRZI是对不归零编码的改进。即通过每位中间有无电平的跳变来表示二进制值。有跳变，则编码为二进制“1”；无跳变，则编码为二进制“0”。,3曼彻斯特编码曼彻斯特编码不用电平的高低表示二进制“0”和“1”，而是用电平的跳变来表示的。在曼彻斯特编码中，每一位的中间均有一个跳变，这个跳变既作为数据信号，也作为时钟信号。电平从高到低的跳变表示二进制“1”，从低到高的跳变表示二进制“0”，,4差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进，每位中间的跳变仅作同步之用，每位的值根据其开始边界是否发生跳变来决定。每位的开始无跳变表示二进制“1”，有跳变表示二进制“0”，如图2-2（d）所示。,54B/5B编码4B/5B编码方式在避免高、低信号持续的前提下，解决了曼彻斯特编码的低效问题。4B/5B编码的思想是在位流中插入额外的位，来分割一连串的“0”或“1”。确切地说，是首先将发送的数据流以每4位一组，按表2-1所示的4B/5B编码表，变为对应的5位代码。然后，得到的5位代码使用不归零反转编码NRZI进行编码传输。,表2-1 4B/5B编码表,图2-2数字数据编码,2.2.2 模拟数据编码1调幅（AM）调幅即载波的振幅随着数字信号的变化而变化。例如二进制“1”用有载波输出表示，即载波振幅为原始振幅；二进制“0”用无载波输出来表示，即载波振幅为零。,图2-3模拟数据编码,2调频（FM）调频即载波的频率随着数字信号的变化而变化。例如，二进制“1”用载波频率f1来表示；二进制“0”用另一载波频率f2来表示。3调相（PM）调相即载波的初始相位随着数字信号的变化而变化。例如，用1800相位（反相）的载波来表示二进制“1”；用00相位（正相）的载波来表示二进制“0”。,2.3 数据传输技术,2.3.1 数据通信方式1.单工通信单工通信指数据只能沿着一个固定的方向传输。,应答,数据,图2-4(a)单工通信,2.半双工通信半双工通信指数据可沿着两个方向传输，但同时只能沿一个方向传输。,图2-4(b)半双工通信,应答,数据,3.全双工通信全双工通信指数据可同时沿两个方向进行传输。,数据,应答,数据,应答,图2-4(c)全双工通信,2.3.2 数据传输方式1.并行传输与串行传输并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。常用的就是将组成一个字符的几位二进制码，分别在几条并行信道上同时进行传输。例如，若字符采用8位二进制数进行编码，则可用8条信道同时传输这8位码。,图2-5并行传输,串行传输指的是数据流以串行方式，在一条信道上传输。例如，组成一个字符的8位二进制码，由高位到低位顺序排列，再接下一个字符的8位二进制码，这样串接起来形成串行数据传输。,图2-6串行传输,如何解决码组或字符的同步问题，目前有两种不同的解决方法，即异步传输方式和同步传输方式。2.异步传输与同步传输异步传输一般以字符为单位，即把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息。无论字符采用几位二进制进行编码，在发送每一字符代码时，前面均加上一个起始位，极性为“0”，即空号的极性；字符代码后面均加上一或两位停止位，极性都为“1”，即与信号极性相同。,图2-7异步传输,同步传输一般以数据块（帧）为单位，数据块可能是字符的集合，也可能是一串无结构的位流，即同步传输又分为面向字符的同步传输和面向位流的同步传输。无论哪种方式，在发送前每数据块的前后都需加上同步控制数据：同步字符或同步位序列。,图2-8同步传输,2.3.3 基带传输、频带传输和宽带传输1.基带传输2.频带传输3宽带传输,2.3.4 多路复用技术,图2-9多路复用,1.频分多路复用（FDM）频分多路复用多用于模拟传输，频分多路复用的基础是通信信道的可用带宽大大超过了传输信号的带宽。,图2-10频分多路复用,2.时分多路复用（TDM）时分多路复用多用于数字传输，时分多路复用的基础是通信信道的传输数据速率大大超过信号传送的数据速率。,图2-11时分多路复用,3波分多路复用（WDM）波分多路复用用于光信号传输。波分多路复用就是在同一根光纤信道上传输多路不同波长的光信号，以提高光纤的利用率。实际上，也可以这样认为：WDM是FDM应用于光纤信道的一个变例。要让不同波长的光信号在同一根光纤上传输而互不干扰，可利用多个波长适当错开的光源传送每路携带的信息。,2.4 数据交换技术,常用的数据交换技术有电路交换、报文交换和分组交换。,图2-12数据交换的概念,2.4.1 电路交换电路交换是最早使用的数据交换方式。电路交换的工作过程分为三个阶段：连接（电路、链路）建立、数据传输和连接释放。如图2-13所示。1连接建立2数据传输3连接释放,图2-13电路交换,2.4.2 报文交换报文是数据传输的单位，即站点一次性要发送的数据块，长度不限且可变。报文交换采用存储-转发的数据传输机制。,图2-14报文交换,2.4.3 分组交换分组交换也称包交换，它是目前应用最广泛的数据交换技术。分组交换通常有两种方式：数据报方式和虚电路方式。1.数据报,图2-15 数据报方式,数据报方式传输数据时无须建立和释放连接，当传输少量数据时非常灵活且效率高。2.虚电路,图2-16 虚电路方式,虚电路方式传输数据时须建立和释放虚电路，当传输少量数据时不够灵活且效率低。,
