第2讲数据通信基础精选PPT.ppt

第2讲数据通信基础第1页，此课件共61页哦三、数据编码三、数据编码数字数据编码数字数据编码模拟数据编码模拟数据编码四、数据传输方式四、数据传输方式串行传输和并行传输串行传输和并行传输同步传输与异步传输同步传输与异步传输基带传输与载波传输基带传输与载波传输同步同步位同步、字符同步与帧同步位同步、字符同步与帧同步通信线路的工作方式通信线路的工作方式单工通信单工通信半双工通信半双工通信全双工通信全双工通信 差错的检测与纠正差错的检测与纠正差错的检测与纠正差错的检测与纠正第2页，此课件共61页哦2.1 2.1 数据通信系统的组成数据通信系统的组成数据通信系统的组成数据通信系统的组成 发送设备发送设备接收设备接收设备传输介质传输介质传输报文传输报文通信协议通信协议数据通信系统实际上数据通信系统实际上是一个硬软件的结合是一个硬软件的结合体体 第3页，此课件共61页哦数据通信是两点或多点之间借助某种传输介质进行数据通信是两点或多点之间借助某种传输介质进行数据通信是两点或多点之间借助某种传输介质进行数据通信是两点或多点之间借助某种传输介质进行信息交换的过程。信息交换的过程。信息交换的过程。信息交换的过程。工业数据通信系统中的数据主要是与生产过程参数密切相工业数据通信系统中的数据主要是与生产过程参数密切相工业数据通信系统中的数据主要是与生产过程参数密切相工业数据通信系统中的数据主要是与生产过程参数密切相关的数值、状态、或操作指令等关的数值、状态、或操作指令等关的数值、状态、或操作指令等关的数值、状态、或操作指令等数据通信技术主要涉及通信协议、信号编码、通信数据通信技术主要涉及通信协议、信号编码、通信接口、时间同步、数据交换、通信控制与管理、安接口、时间同步、数据交换、通信控制与管理、安全等问题全等问题 数据通信系统主要负责将数据按编码格式形成通信数据通信系统主要负责将数据按编码格式形成通信信号在两点或多点之间传输，一般不改变数据内容信号在两点或多点之间传输，一般不改变数据内容第4页，此课件共61页哦发送与接收设备各种变送器、传感器、各种数据采集装置各种变送器、传感器、各种数据采集装置各种变送器、传感器、各种数据采集装置各种变送器、传感器、各种数据采集装置 可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器PLCPLCPLCPLC，PIDPIDPIDPID控制器等控制器等作为监视操作设备的监控计算机或工作站作为监视操作设备的监控计算机或工作站各种调节阀门各种调节阀门变频器变频器变频器变频器 机器人机器人机器人机器人 网络连接设备：中继器、网桥、网关等网络连接设备：中继器、网桥、网关等网络连接设备：中继器、网桥、网关等网络连接设备：中继器、网桥、网关等 上述设备既可为发送设备，又可为接收设备上述设备既可为发送设备，又可为接收设备上述设备既可为发送设备，又可为接收设备上述设备既可为发送设备，又可为接收设备第5页，此课件共61页哦传输介质传输介质 传输介质是从发送设备到接收设备之间用于传递信号的媒介，传输介质是从发送设备到接收设备之间用于传递信号的媒介，传输介质是从发送设备到接收设备之间用于传递信号的媒介，传输介质是从发送设备到接收设备之间用于传递信号的媒介，是连接收发双方的物理通路是连接收发双方的物理通路是连接收发双方的物理通路是连接收发双方的物理通路 典型传输介质典型传输介质典型传输介质典型传输介质有线传输介质：有线传输介质：有线传输介质：有线传输介质：双绞线、电缆、电力线、光缆双绞线、电缆、电力线、光缆双绞线、电缆、电力线、光缆双绞线、电缆、电力线、光缆等；等；等；等；无线传输介质：如无线传输介质：如无线传输介质：如无线传输介质：如电磁波、红外线电磁波、红外线电磁波、红外线电磁波、红外线；传输介质的特性对网络中数据通信质量影响很大。传输介质的特性对网络中数据通信质量影响很大。传输介质的特性对网络中数据通信质量影响很大。传输介质的特性对网络中数据通信质量影响很大。物理特性：传输介质的物理结构（铜缆、光缆）；物理特性：传输介质的物理结构（铜缆、光缆）；物理特性：传输介质的物理结构（铜缆、光缆）；物理特性：传输介质的物理结构（铜缆、光缆）；传输特性：允许的传输速率、频率、容量以及调制技术；传输特性：允许的传输速率、频率、容量以及调制技术；传输特性：允许的传输速率、频率、容量以及调制技术；传输特性：允许的传输速率、频率、容量以及调制技术；连通特性：点对点；一对多点的连接方式；连通特性：点对点；一对多点的连接方式；连通特性：点对点；一对多点的连接方式；连通特性：点对点；一对多点的连接方式；地理范围：最大传输距离；地理范围：最大传输距离；地理范围：最大传输距离；地理范围：最大传输距离；抗干扰性：对噪声、电磁干扰等的抵御能力抗干扰性：对噪声、电磁干扰等的抵御能力抗干扰性：对噪声、电磁干扰等的抵御能力抗干扰性：对噪声、电磁干扰等的抵御能力第6页，此课件共61页哦报文与通信协议 报文与通信协议都属于通信系统中的软件报文与通信协议都属于通信系统中的软件报文与通信协议都属于通信系统中的软件报文与通信协议都属于通信系统中的软件 报文指包含有文本、命令、参数值、图片、声音等数字信报文指包含有文本、命令、参数值、图片、声音等数字信报文指包含有文本、命令、参数值、图片、声音等数字信报文指包含有文本、命令、参数值、图片、声音等数字信息的通信帧息的通信帧息的通信帧息的通信帧 通信协议是通信系统中理解通信数据意义和控制数据通信的通信协议是通信系统中理解通信数据意义和控制数据通信的通信协议是通信系统中理解通信数据意义和控制数据通信的通信协议是通信系统中理解通信数据意义和控制数据通信的一组规则一组规则一组规则一组规则规定通信内容的含义规定通信内容的含义规定通信内容的含义规定通信内容的含义规定通信何时进行规定通信何时进行规定通信何时进行规定通信何时进行规定通信如何进行规定通信如何进行规定通信如何进行规定通信如何进行按协议规定的语法、语义和时序进行通信帧的组织和调度。按协议规定的语法、语义和时序进行通信帧的组织和调度。按协议规定的语法、语义和时序进行通信帧的组织和调度。按协议规定的语法、语义和时序进行通信帧的组织和调度。通信协议可上升为标准或行规通信协议可上升为标准或行规通信协议可上升为标准或行规通信协议可上升为标准或行规如国际标准化组织的如国际标准化组织的如国际标准化组织的如国际标准化组织的ISOISOISOISO标准，标准，标准，标准，IECIECIECIEC标准等标准等标准等标准等 第7页，此课件共61页哦广义通信系统模型 香农（C.E.Shannon）信源为待传输数据的产生者；信源为待传输数据的产生者；信源为待传输数据的产生者；信源为待传输数据的产生者；信宿为数据的使用者（用户）信宿为数据的使用者（用户）信宿为数据的使用者（用户）信宿为数据的使用者（用户）发送器将数据信息变换为适合于信道上传输的信号发送器将数据信息变换为适合于信道上传输的信号发送器将数据信息变换为适合于信道上传输的信号发送器将数据信息变换为适合于信道上传输的信号 接收器从信道上接收信号并在信宿处变换为数据信息接收器从信道上接收信号并在信宿处变换为数据信息接收器从信道上接收信号并在信宿处变换为数据信息接收器从信道上接收信号并在信宿处变换为数据信息 信道指发送器与接收器之间用于传输信号的物理介质信道指发送器与接收器之间用于传输信号的物理介质信道指发送器与接收器之间用于传输信号的物理介质信道指发送器与接收器之间用于传输信号的物理介质 噪声：通信中干扰信号传输、妨碍信号正确接收和理解的因素噪声：通信中干扰信号传输、妨碍信号正确接收和理解的因素噪声：通信中干扰信号传输、妨碍信号正确接收和理解的因素噪声：通信中干扰信号传输、妨碍信号正确接收和理解的因素 第8页，此课件共61页哦2.2 通信系统性能的指标通信系统性能的指标通信系统有效性指标：通信系统有效性指标：传输速率传输速率传输时间传输时间吞吐量吞吐量频带利用率频带利用率协议效率协议效率通信效率通信效率通信系统可靠性指标通信系统可靠性指标误码率误码率第9页，此课件共61页哦可靠性指标可靠性指标误码率误码率误码率误码率 误码率误码率误码率误码率是衡量数字通信系统可靠性的指标。它是指二进制码元在是衡量数字通信系统可靠性的指标。它是指二进制码元在是衡量数字通信系统可靠性的指标。它是指二进制码元在是衡量数字通信系统可靠性的指标。它是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率数据传输系统中被传错的概率数据传输系统中被传错的概率数据传输系统中被传错的概率 N N N N 为传输的二进制码元总数，为传输的二进制码元总数，为传输的二进制码元总数，为传输的二进制码元总数，N N N Ne e e e为被传输错的码元数为被传输错的码元数为被传输错的码元数为被传输错的码元数理论上应有理论上应有理论上应有理论上应有。N N N N足够大时，才能把足够大时，才能把足够大时，才能把足够大时，才能把P P P Pe e e e在近似为误码率。在近似为误码率。在近似为误码率。在近似为误码率。误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，在数据实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，在数据实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，在数据实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，在数据传输速率确定后，误码率越低，数据传输系统设备越复杂，造传输速率确定后，误码率越低，数据传输系统设备越复杂，造传输速率确定后，误码率越低，数据传输系统设备越复杂，造传输速率确定后，误码率越低，数据传输系统设备越复杂，造价越高。价越高。价越高。价越高。计算机通信的平均误码率要求低于计算机通信的平均误码率要求低于计算机通信的平均误码率要求低于计算机通信的平均误码率要求低于10101010-9-9-9-9 第10页，此课件共61页哦通信信道的频率特性通信信道的频率特性不同频率的信号通过信道时，其波形的幅不同频率的信号通过信道时，其波形的幅值、相位的变化特性值、相位的变化特性幅频特性指不同频率信号通过信道后其幅值幅频特性指不同频率信号通过信道后其幅值衰减的变化特性。衰减的变化特性。相频特性是指不同频率的信号通过信道后，相频特性是指不同频率的信号通过信道后，其相角发生不同程度改变的特性。其相角发生不同程度改变的特性。第11页，此课件共61页哦数字信号的频谱与带宽数字信号的频谱与带宽数字信号的频谱与带宽数字信号的频谱与带宽数字信号可以被分解成无穷多个频率、幅度、相位各不相同的正弦数字信号可以被分解成无穷多个频率、幅度、相位各不相同的正弦波。传输数字信号相当于是在传送无数多个简单的正弦信号。波。传输数字信号相当于是在传送无数多个简单的正弦信号。信号所含频率分量的集合称为信号所含频率分量的集合称为频谱频谱。频谱所占的频率宽度称之为频谱所占的频率宽度称之为带宽带宽。有效频谱与带宽有效频谱与带宽以一定的幅度门限为依据，信号中幅度超过规定门限的频谱为该信以一定的幅度门限为依据，信号中幅度超过规定门限的频谱为该信号的号的有效频谱有效频谱。有效频谱的频带宽度称之为有效频谱的频带宽度称之为有效带宽有效带宽。第12页，此课件共61页哦数字信号的频谱与带宽数字信号的频谱与带宽数字信号数字信号 数字信号的频谱与带宽数字信号的频谱与带宽第13页，此课件共61页哦 介质所能介质所能传输的信号频率范围传输的信号频率范围称为称为介质带宽介质带宽介质只能传输有效带宽在介质带宽范围内的信号介质只能传输有效带宽在介质带宽范围内的信号如果介质带宽小于信号的有效带宽，信号就可能产生如果介质带宽小于信号的有效带宽，信号就可能产生失真失真如果信号频谱在信道带宽范围内，信号经传输后不失真如果信号频谱在信道带宽范围内，信号经传输后不失真如果信号频谱超过信道带宽，则信号经实际信道传输后其波形如果信号频谱超过信道带宽，则信号经实际信道传输后其波形可能产生畸变，信号波形失真。可能产生畸变，信号波形失真。传输介质的频率特性传输介质的频率特性实际传输线路存在电阻、电感、电容，由它们组成分布参数系统。实际传输线路存在电阻、电感、电容，由它们组成分布参数系统。由于电感、电容的阻抗随频率而变，使得信号的各次谐波的幅值衰由于电感、电容的阻抗随频率而变，使得信号的各次谐波的幅值衰减不同，相角变化不同。减不同，相角变化不同。实际传输介质只能传输某些频率范围内的信号。实际传输介质只能传输某些频率范围内的信号。部分部分频率分量在传输过程中被严重衰减，导致接收端信频率分量在传输过程中被严重衰减，导致接收端信号的带宽变窄，接收信号发生畸变。号的带宽变窄，接收信号发生畸变。介质带宽介质带宽第14页，此课件共61页哦介质带宽不足会导致信号畸变第15页，此课件共61页哦介质带宽限制传输速率的提高介质带宽限制传输速率的提高当传输速率升高时，信号的有效带宽会随之增加当传输速率升高时，信号的有效带宽会随之增加提高信号的传输速率，要求传输介质具有更大的介质带宽，以提高信号的传输速率，要求传输介质具有更大的介质带宽，以避免信号畸变避免信号畸变提高传输速率，受到传输介质带宽的限制提高传输速率，受到传输介质带宽的限制 传输速率提高时信号有效带宽的变化传输速率提高时信号有效带宽的变化第16页，此课件共61页哦信道容量信道容量信道容量的香农计算公式信道容量的香农计算公式W:W:信道带宽信道带宽S/N:S/N:信噪比信噪比提高带宽或信噪比能增加信提高带宽或信噪比能增加信道容量；道容量；在信道容量一定时，带宽与在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相互弥补。信噪比之间可以相互弥补。第17页，此课件共61页哦信噪比对信道容量的影响信噪比对信道容量的影响S/N=10dbS/N=10db，W=3000W=3000时时S/N=20dbS/N=20db，W=3000W=3000时时信道容量随信噪比的提高增加了许多信道容量随信噪比的提高增加了许多由于噪声功率由于噪声功率N=WnN=Wn0 0(n(n0 0为噪声的单边功率谱密度为噪声的单边功率谱密度)，因而随着带宽，因而随着带宽W W的增大，噪声功率的增大，噪声功率N N也会增大。所以增加带宽也会增大。所以增加带宽W W并不能无限制地使信道并不能无限制地使信道容量增大。容量增大。数据的传输速率应该在信道容量容许的范围之内数据的传输速率应该在信道容量容许的范围之内考虑到噪声环境考虑到噪声环境 第18页，此课件共61页哦2.32.3编码与编码波形编码与编码波形 采用用模拟信号的不同幅度、不同频率、不采用用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的同相位来表达数据的0 0，1 1状态的，称为状态的，称为摸拟摸拟数据编码数据编码。用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0 0、1 1状态的，称为状态的，称为数字数据编码数字数据编码。通过编码将数据转换成适合于传输的物理信通过编码将数据转换成适合于传输的物理信号号 第19页，此课件共61页哦模拟数据编码模拟数据编码 模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的0 0，1 1状态。信号的幅状态。信号的幅度、频率、相位是描述模拟信号的参数度、频率、相位是描述模拟信号的参数幅值键控幅值键控(ASK Amplitude-Sheft Keying)(ASK Amplitude-Sheft Keying)又称键控调幅又称键控调幅频移键控频移键控(FSK Frequency-Sheft Keying)(FSK Frequency-Sheft Keying)又称键控调频又称键控调频相移键控相移键控(PSK Phase-Sheft Keying)(PSK Phase-Sheft Keying)又称键控调相又称键控调相 几种模拟数据编码的波形几种模拟数据编码的波形第20页，此课件共61页哦数字数据编码波形数字数据编码波形单极性码单极性码信号电平是单极性，信号电平是单极性，如逻辑如逻辑1 1用高电平，逻辑用高电平，逻辑0 0为为0 0电平的信号表达方式。电平的信号表达方式。双极性码双极性码信号电平为正、负两种极性的信号电平为正、负两种极性的如逻辑如逻辑1 1用正电平，逻辑用正电平，逻辑0 0为负电平的信号表达方式为负电平的信号表达方式 归零码归零码(RZ)(RZ)在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码双极性归零码的逻辑双极性归零码的逻辑1 1只在该码元时间中的某段只在该码元时间中的某段(如码元时间的一半如码元时间的一半)维持高维持高电平后就回复到零电平，逻辑电平后就回复到零电平，逻辑0 0只在该码元时间的一半维持负电平后也回复到只在该码元时间的一半维持负电平后也回复到零电平零电平非归零码非归零码(NRZ)(NRZ)在整个码元时间内都维持有效电平的编码方式在整个码元时间内都维持有效电平的编码方式 第21页，此课件共61页哦 a.单极性非归零码 c.双极性非归零码 b.单极性归零码 d.双极性归零码单、双极性的归零码和非归零码第22页，此课件共61页哦差分码差分码用时钟周期起点电平的变化与否代表数据用时钟周期起点电平的变化与否代表数据“1 1”、“0 0”状态的编码状态的编码 时钟周期起点电平变化代表时钟周期起点电平变化代表“1 1”，不变化代表，不变化代表“0 0”。差分码按初始状态为高电平或低电平，有相位截然相反差分码按初始状态为高电平或低电平，有相位截然相反两种波形。两种波形。第23页，此课件共61页哦曼彻斯特编码（Manchester Encoding）曼彻斯特编码规则曼彻斯特编码规则把时间划分为等间隔的小段把时间划分为等间隔的小段其中每小段代表一个比特其中每小段代表一个比特(位位 bit)bit)每个比特时间又被分为两半，前半段所传信号是该时间段每个比特时间又被分为两半，前半段所传信号是该时间段比特值的反码，后半段传送的是该比特值本身。比特值的反码，后半段传送的是该比特值本身。从高电平跳变到低电平表示从高电平跳变到低电平表示0 0，从低电平跳变到高电平表示，从低电平跳变到高电平表示1 1。特点：特点：其波形中间点总有一次信号电平的变化，因而具有使网络其波形中间点总有一次信号电平的变化，因而具有使网络上各节点保持时钟同步的内在时钟信息上各节点保持时钟同步的内在时钟信息信号本身携带有同步信息。无需另外传送同步信号。信号本身携带有同步信息。无需另外传送同步信号。第24页，此课件共61页哦曼彻斯特编码的相关波形曼彻斯特编码的相关波形数据数据时钟时钟M编码编码第25页，此课件共61页哦差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码时钟周期起点电平的变化与否代表数据的时钟周期起点电平的变化与否代表数据的“1 1”、“0 0”状态状态既具有差分码的特点，又具有曼彻斯特编码的特点既具有差分码的特点，又具有曼彻斯特编码的特点第26页，此课件共61页哦课后作业：画出数据序列画出数据序列0110101101101011的：的：1.1.数据波形数据波形2.2.时钟波形时钟波形3.3.ManchesterManchester编码波形编码波形4.4.差分码差分码5.5.差分差分ManchesterManchester编码波形编码波形第27页，此课件共61页哦 编码指将数据转变为信号的一系列规则编码指将数据转变为信号的一系列规则基带信号编码基带信号编码基带信号：基带信号：不经任何调制、基本保持数据波原不经任何调制、基本保持数据波原样的传输信号称为基带信号样的传输信号称为基带信号基带信号编码基带信号编码编码后信号基本保持基带信号频率的编码方式编码后信号基本保持基带信号频率的编码方式曼彻斯特编码为一种典型的基带信号编码曼彻斯特编码为一种典型的基带信号编码第28页，此课件共61页哦2.4数据信号的传输方式一、平衡传输和非平衡传输一、平衡传输和非平衡传输平衡传输平衡传输无论无论“0 0”或或“1 1”都需要传输脉冲信号；都需要传输脉冲信号；非平衡传输非平衡传输只有只有“1 1”被传输被传输在指定的时刻没有脉冲传输则表示在指定的时刻没有脉冲传输则表示“0 0”第29页，此课件共61页哦二、串行传输和并行传输二、串行传输和并行传输 串行传输串行传输（Serial TransmissionSerial Transmission）数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输每次只能发送一个数据位每次只能发送一个数据位发送方必须确定是先发送数据字节的高位还是低位。同发送方必须确定是先发送数据字节的高位还是低位。同样，接收方也必须知道所收到字节的第一个数据位应该样，接收方也必须知道所收到字节的第一个数据位应该处于什么位置处于什么位置串行传输具有易于实现，在长距离连接中可靠性高等优串行传输具有易于实现，在长距离连接中可靠性高等优点。适合远距离的数据通信点。适合远距离的数据通信 第30页，此课件共61页哦并行传输并行传输（Parallel TransmissionParallel Transmission）数据以成组的方式在两条以上的并行通道上同时传输数据以成组的方式在两条以上的并行通道上同时传输可同时传输一组数据位，每个数据位使用单独的一条导线可同时传输一组数据位，每个数据位使用单独的一条导线如用如用8 8条导线并行传输一个字节的条导线并行传输一个字节的8 8个数据位，另外用一条个数据位，另外用一条“选通选通”线通知接收者接收该字节，接收方可对并行通道上各条导线的线通知接收者接收该字节，接收方可对并行通道上各条导线的数据位信号并行取样数据位信号并行取样采用并行传输传输字符时，便于收发双方的字符同步采用并行传输传输字符时，便于收发双方的字符同步 串行传输中将数据按规定的顺序逐位传输；并行传输串行传输中将数据按规定的顺序逐位传输；并行传输将数据组成字符或字节后同组传输将数据组成字符或字节后同组传输典型应用：计算机的串口与并口典型应用：计算机的串口与并口第31页，此课件共61页哦基带传输与载波传输基带传输与载波传输基带传输基带传输在在基基本本不不改改变变数数据据信信号号频频率率的的情情况况下下，直直接接传传送送数数据据的的基基带带信号，即基本按数据基波的原样传输。信号，即基本按数据基波的原样传输。传输过程对信号不采用调制措施传输过程对信号不采用调制措施属于被广泛采用的数据传输方式属于被广泛采用的数据传输方式载波传输载波传输发送设备要产生某个频率的信号作为载波来承载数据信号发送设备要产生某个频率的信号作为载波来承载数据信号按按幅幅值值键键控控，频频移移键键控控、相相移移键键控控等等不不同同调调制制方方式式改改变变载载波波信信号的幅值、频率、相位，形成承载了数据的调制信号号的幅值、频率、相位，形成承载了数据的调制信号发送承载了数据的载波信号，即载波传输发送承载了数据的载波信号，即载波传输载波传输中传输的调制信号与数据基波的差别较大载波传输中传输的调制信号与数据基波的差别较大第32页，此课件共61页哦基带信号传输中的滤波基带信号传输中的滤波理想方波信号包含从零到无限高的频率成分理想方波信号包含从零到无限高的频率成分,而介质允许而介质允许传输的带宽是有限的，为了与线路传输特性匹配，除很近传输的带宽是有限的，为了与线路传输特性匹配，除很近距离的传输外，一般采用低通滤波器将矩形波整形成为变距离的传输外，一般采用低通滤波器将矩形波整形成为变换点比较圆滑的波形，接收端在每个码元的最大值换点比较圆滑的波形，接收端在每个码元的最大值(中心中心点点)取样，复原信号取样，复原信号第33页，此课件共61页哦宽带传输：在同一介质上可传输多个频带的信号。宽带与基带传输的区别：1、数据传输速率不同 2、宽带可划分为多条基带信道第34页，此课件共61页哦三、同步传输与异步传输三、同步传输与异步传输同步传输与异步传输同步传输与异步传输指串行传输中使用的时钟同步的指串行传输中使用的时钟同步的不同方式不同方式。传输中的同步传输中的同步问题问题通信系统要求收发双方的工作能协调一致通信系统要求收发双方的工作能协调一致各项工作均在一定时序脉冲的控制下进行各项工作均在一定时序脉冲的控制下进行通信中的发送者和接收者都需要使用时钟信号，通过时钟通信中的发送者和接收者都需要使用时钟信号，通过时钟决定何时发送和读取每一位数据决定何时发送和读取每一位数据时钟同步时钟同步是收发双方协调一致工作的基础是收发双方协调一致工作的基础第35页，此课件共61页哦 同步传输同步传输指通信系统中所有设备都使用一个指通信系统中所有设备都使用一个共同时钟共同时钟，所有数据位的传输都和这个时钟信号同步所有数据位的传输都和这个时钟信号同步时钟源可由参与通信的一台设备产生，也可由时钟源可由参与通信的一台设备产生，也可由外部时钟提供的外部时钟提供的时钟可具有固定频率，也可按不规则的周期切时钟可具有固定频率，也可按不规则的周期切换换每个数据位只在时钟信号跳变（上升或者下降每个数据位只在时钟信号跳变（上升或者下降沿）之后的一个规定的时间内有效。沿）之后的一个规定的时间内有效。收发双方利用时钟跳变来决定什么时刻发送或收发双方利用时钟跳变来决定什么时刻发送或读取每一个数据位读取每一个数据位第36页，此课件共61页哦同步传输同步传输用于：用于：一块电路板一块电路板元器件之间元器件之间传送数据传送数据短距离数据通信，短距离数据通信，如如连接电缆在连接电缆在303040cm40cm甚至更短甚至更短同步传输适合同步传输适合高速传输高速传输需要一条专线传输时钟信号需要一条专线传输时钟信号 长距离数据通讯时同步传输的代价较高，容易受到长距离数据通讯时同步传输的代价较高，容易受到噪声的干扰噪声的干扰 第37页，此课件共61页哦 异步传输异步传输每个通信设备都有自己的时钟信号每个通信设备都有自己的时钟信号通信设备之间必须在时钟频率上保持一致，所有时钟之间的误差通信设备之间必须在时钟频率上保持一致，所有时钟之间的误差必须在保持在一定范围必须在保持在一定范围传输开始时要求同步各设备的时钟传输开始时要求同步各设备的时钟异步传输并不要求收发两端在传送每一个数据位时都同步异步传输并不要求收发两端在传送每一个数据位时都同步例如在传输字符前设置一个起始位，预告传输即将开始，在代码和校验信号结例如在传输字符前设置一个起始位，预告传输即将开始，在代码和校验信号结束后，设置终止位，表示该字符结束束后，设置终止位，表示该字符结束在传输数据帧的开头和结尾设置起始、结束标志（或字节）在传输数据帧的开头和结尾设置起始、结束标志（或字节）在起始和结束标志之间，包含要传送的字符、数据、指令在起始和结束标志之间，包含要传送的字符、数据、指令异步传输的特点异步传输的特点易于实现易于实现对线路和收发器的要求较低对线路和收发器的要求较低需要额外传输一个或多个同步字符或帧头而增加网络开销需要额外传输一个或多个同步字符或帧头而增加网络开销 第38页，此课件共61页哦异步传输中时钟信号的同步方式异步传输中时钟信号的同步方式异步传输中各设备之间的时钟同步对通信至关重要异步传输中各设备之间的时钟同步对通信至关重要按传输数据的基本组织单位，分为按传输数据的基本组织单位，分为位同步、字符同步与帧同步位同步、字符同步与帧同步时钟信号满足：时钟信号满足：接收端与发送端时钟信号的频率相同接收端与发送端时钟信号的频率相同时钟信号与数据信号间保持固定的相位关系时钟信号与数据信号间保持固定的相位关系。位同步位同步(bit synchronous)(bit synchronous)收发两端按时钟信号实行位同步收发两端按时钟信号实行位同步接收端从接收信号中提取时钟同步信号接收端从接收信号中提取时钟同步信号第39页，此课件共61页哦 字符同步字符同步(Character or word synchronous)(Character or word synchronous)将字符组织成组后连续传送将字符组织成组后连续传送每个字符内不加附加位，字符前加一个或多个同每个字符内不加附加位，字符前加一个或多个同步位步位接收端根据接收到的同步位确定字符的起始位置接收端根据接收到的同步位确定字符的起始位置字符同步用于电报传输、计算机与其外设之间的字符同步用于电报传输、计算机与其外设之间的数据传输中，它们通常以字符为单位收发数据传输中，它们通常以字符为单位收发第40页，此课件共61页哦帧同步帧同步(Frame synchronous(Frame synchronous)数据帧是一种按规范约定将数据组织成组的结构形式数据帧是一种按规范约定将数据组织成组的结构形式帧同步指收发双方按帧头帧尾的特征标志实行同步帧同步指收发双方按帧头帧尾的特征标志实行同步将数据帧作为一个整体实行同步将数据帧作为一个整体实行同步 帧同步是工业数据通信中通常采用的同步方式帧同步是工业数据通信中通常采用的同步方式帧帧帧帧 头头头头起始标志起始标志起始标志起始标志控制域控制域数据域数据域校验域校验域帧帧 尾尾结束标准结束标准数据帧的构成数据帧的构成第41页，此课件共61页哦 通信线路的工作方式通信线路的工作方式 单工通信单工通信信息传送始终朝着一个方向，不进行反向传送信息传送始终朝着一个方向，不进行反向传送信息传送始终朝着一个方向，不进行反向传送信息传送始终朝着一个方向，不进行反向传送发送端与接收端不变换角色，如设发送端与接收端不变换角色，如设发送端与接收端不变换角色，如设发送端与接收端不变换角色，如设A A A A为发送端，为发送端，为发送端，为发送端，B B B B为接收端，数为接收端，数为接收端，数为接收端，数据只能从据只能从据只能从据只能从A A A A传送至传送至传送至传送至B B B B，而不能由，而不能由，而不能由，而不能由B B B B传送至传送至传送至传送至A A A A。单工通信线路一般采用二线制单工通信线路一般采用二线制单工通信线路一般采用二线制单工通信线路一般采用二线制半双工通信半双工通信半双工通信半双工通信指信息传输可在两个方向上进行，但同一时刻只限于一个方向传指信息传输可在两个方向上进行，但同一时刻只限于一个方向传指信息传输可在两个方向上进行，但同一时刻只限于一个方向传指信息传输可在两个方向上进行，但同一时刻只限于一个方向传输。输。输。输。通信双方都具有发送器和接收器，双方可变换通信角色通信双方都具有发送器和接收器，双方可变换通信角色通信双方都具有发送器和接收器，双方可变换通信角色通信双方都具有发送器和接收器，双方可变换通信角色 当当当当A A A A站向站向站向站向B B B B站发送信息时，站发送信息时，站发送信息时，站发送信息时，A A A A站将发送器连接在信道上，站将发送器连接在信道上，站将发送器连接在信道上，站将发送器连接在信道上，B B B B站将接收器了解接在站将接收器了解接在站将接收器了解接在站将接收器了解接在信道上，信道上，信道上，信道上，当当当当B B B B站向站向站向站向A A A A站发送信息时，站发送信息时，站发送信息时，站发送信息时，B B B B站则要将接收器从信道上断开，并把发送器站则要将接收器从信道上断开，并把发送器站则要将接收器从信道上断开，并把发送器站则要将接收器从信道上断开，并把发送器接入信道；接入信道；接入信道；接入信道；A A A A站则反之。站则反之。站则反之。站则反之。半双工通信采用二线制线路，信道可改换传输方向半双工通信采用二线制线路，信道可改换传输方向半双工通信采用二线制线路，信道可改换传输方向半双工通信采用二线制线路，信道可改换传输方向第42页，此课件共61页哦全双工通信全双工通信信息传输可同时在两个方向进行信息传输可同时在两个方向进行信息传输可同时在两个方向进行信息传输可同时在两个方向进行相当于两个相反方向的单工通信的组合相当于两个相反方向的单工通信的组合常用于计算机常用于计算机计算机之间的通信计算机之间的通信第43页，此课件共61页哦2.7 传输差错及其检测传输差错及其检测一、差错控制一、差错控制l差错控制差错控制l指为提高通信传输质量而提出的有效检测错误并进行纠正的方法指为提高通信传输质量而提出的有效检测错误并进行纠正的方法l差错控制的主要目的是差错控制的主要目的是减少通信传输错误减少通信传输错误。l差错检测差错检测l使报文中包含差错冗余信息，接收端通过检查冗余信息发现通信错误使报文中包含差错冗余信息，接收端通过检查冗余信息发现通信错误l不判断是哪一位出错，也不纠正传输中的差错不判断是哪一位出错，也不纠正传输中的差错l差错检测原理简单，实现容易，编码与解码速度快差错检测原理简单，实现容易，编码与解码速度快l在工业数据通信中得到广泛使用。在工业数据通信中得到广泛使用。l差错纠正差错纠正l使报文中带有足够的冗余信息，以便接收端能发现并自动纠正传输错误使报文中带有足够的冗余信息，以便接收端能发现并自动纠正传输错误。l差错纠正在功能上优于差错检测，但实现复杂，造价高差错纠正在功能上优于差错检测，但实现复杂，造价高。第44页，此课件共61页哦 二、传输差错的类型二、传输差错的类型1、单比特错误：只有一个数据位出错2、多比特错误：有一个以上的不连续数据位出错3、突发错误：有两个以上的连续数据位出错第45页，此课件共61页哦三、检错方法三、检错方法 检错仅识别错误的出现，不判别哪一位或哪检错仅识别错误的出现，不判别哪一位或哪些位出现了错误些位出现了错误常用检错方法常用检错方法 冗余检验技术冗余检验技术：冗余冗余如对每个字符都传输两次。如果没有能够连续两次收如对每个字符都传输两次。如果没有能够连续两次收到相同的字符，就意味着发生了一个传输错误。到相同的字符，就意味着发生了一个传输错误。回送回送将接收到的信号回送给发送者将接收到的信号回送给发送者如在操作人员手工键盘输入的应用场合，接收端把收如在操作人员手工键盘输入的应用场合，接收端把收到的每一个字符都回送给操作人员，让操作人员来确到的每一个字符都回送给操作人员，让操作人员来确认字符是否被正确输入。如通过回送发现了传输错误认字符是否被正确输入。如通过回送发现了传输错误则重传则重传第46页，此课件共61页哦奇偶校验奇偶校验在每个字符或字节中添加奇偶校验位，使得一个字符在每个字符或字节中添加奇偶校验位，使得一个字符或字节中或字节中1 1的总个数总是奇数，为奇校验的总个数总是奇数，为奇校验添加奇偶校验位，使得一个字符或字节中添加奇偶校验位，使得一个字符或字节中1 1的总个数总的总个数总是偶数，为偶校验是偶数，为偶校验奇偶校验应用简单，但可能漏掉大量错误奇偶校验应用简单，但可能漏掉大量错误求和校验求和校验在发送端对传输数据求和，将校验和附在数据之后一在发送端对传输数据求和，将校验和附在数据之后一并发送；接收端也对收到的数据求和，如果求得的校并发送；接收端也对收到的数据求和，如果求得的校验与接收到校验和有差异，就判断通信出错验与接收到校验和有差异，就判断通信出错校验和能检测出校验和能检测出9595的错误的错误计算量大于奇偶校验方法计算量大于奇偶校验方法第47页，此课件共61页哦循环冗余校验循环冗余校验（Cyclic Redundancy CodeCyclic Redundancy Code）按照要发送数据的位序列形成一个多项式按照要发送数据的位序列形成一个多项式(x)(x)，(x)(x)的各项系的各项系数为数据序列的数为数据序列的0 0、1 1状态状态用预先约定的生成多项式用预先约定的生成多项式G(x)G(x)去除去除(x)(x)，求得一个余数多项，求得一个余数多项式式R R（x x）将余数多项式加到数据多项式之后发送将余数多项式加到数据多项式之后发送接收端用同样的生成多项式接收端用同样的生成多项式G(x)G(x)去除接收数据多项式去除接收数据多项式(x)(x)，