第2章数据通信优秀PPT.ppt
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1、第2章 数据通信现在学习的是第1页,共65页2本讲主要内容n2.12.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n2.2 2.2 数据编码技术数据编码技术 n2.3 2.3 数据传输方式数据传输方式n2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术n2.5 2.5 数据交换技术数据交换技术现在学习的是第2页,共65页32.12.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n数据:信息的载体数据:信息的载体n模拟数据(模拟数据(analog dataanalog data)和数字数据()和数字数据(digital datadigital data)之分)之分 n信号:数据传输的载体信号:数据传输的载体n数据是通过
2、信号(数据是通过信号(signalsignal)进行传输的,信号是数据传输的载体,是数据)进行传输的,信号是数据传输的载体,是数据的物理表现形式。的物理表现形式。分模拟信号和数字信号分模拟信号和数字信号n信道:信道:n信道(信道(channelchannel)是指以传输介质为基础的信号传输的通道。信道可分为)是指以传输介质为基础的信号传输的通道。信道可分为物理信道和逻辑信道。物理信道和逻辑信道。一、数据、信号和信道一、数据、信号和信道现在学习的是第3页,共65页42.12.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n信道分类:模拟信道、数字信道;公用信道、专有信道;有线信道、无线信道;n模拟信道:
3、使用模拟信号传输数据;数字信道:使用数字信号传送数据;n模拟数据用模拟信号表示,在模拟信道上传输;数字数据用数字信号表示,在数字信道上传输。n电话系统:传统的为模拟方式 后来,电话主干网改造为数字干线,先将模拟语音信号转换为数字数据,然后再数字干线上传播。一、数据、信号和信道一、数据、信号和信道现在学习的是第4页,共65页52.12.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念二、数据通信的模型二、数据通信的模型 接收端接收端 发送端发送端 信信 源源变换器变换器信信 道道(传输传输介质介质)信信 宿宿反变换反变换器器噪声源噪声源三部分:信源、传输介质、信宿三部分:信源、传输介质、信宿变换器:将原始
4、信号转换成适合信道传输的信号反变换器:将从信道上接受的信号还原为原始信号现在学习的是第5页,共65页62.12.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念二、数据通信的模型二、数据通信的模型n 1 1、数据通信的特点数据通信的特点n数据通信对数据传输的可靠性要求很高。n数据通信的数据传输速率要求较高,且接续和传输的响应较快。n模拟通信需有放大器,数字通信需有中继器 n2 2、数据通信的过程:数据从信源经过传输介质到达数据通信的过程:数据从信源经过传输介质到达信宿的过程。信宿的过程。n第一阶段:建立通信线路;n第二阶段:建立数据传输链路;n第三阶段:信源传送数据及相关的控制信息;现在学习的是第6页,
5、共65页72.12.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n第四阶段:信源与信宿确认通信结束。n第五阶段:通知网络设备通信过程结束。n3 3、数据通信系统的模型、数据通信系统的模型 数据数据输入输入输出输出设备设备传输传输控制控制器器通信通信控制控制器器计算计算机系机系统统数据数据电路电路终端终端设备设备通信通信信道信道数据数据电路电路终端终端设备设备数据电路数据电路 数据链路数据链路 DTE DTE DCE DCE 现在学习的是第7页,共65页82.12.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念nDTE由计算机系统或终端设备加上通信/传输控制器组成,既是信源也是信宿。功能:完成数据输入输出、处
6、理、存储及通信控制。n DCE数据通信设备,位于数据电路的两端。功能:在给定的信道特性和质量的基础上实现正确的数据传输,实现收发之间的同步。n数据电路=DCE+通信通道 通信信道为模拟信道:DCE实现模拟信号和数字信号之间的转变;如为通信信道:实现信号码型和电平的转换。n数据链路:加了通信传输控制器的数据电路,既包含硬件,又包含软件。现在学习的是第8页,共65页92.12.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n4 4、数据通信系统的主要性能指标、数据通信系统的主要性能指标 n码元,承载信息量的基本信号单位,每个码元信号可以运载几个比特,若使用0、1、2、3、4、5、6、7共8个电平级,则每个
7、信号值可代表一个码元,代表3个比特n有效性有效性n传输速率:传输速率:n频带利用率:频带利用率:信息频带利用率:信息频带利用率:码元频带利用率:码元频带利用率:n可靠性可靠性n可靠性用差错率来衡量:可靠性用差错率来衡量:误比特率误比特率P Pb b :误码元率误码元率PsPs :现在学习的是第9页,共65页10信道容量n信道带宽:信道上能够传输的电信号的频率范围。信道带宽:信道上能够传输的电信号的频率范围。n奈奎斯特准则和香农定理给出了信道的极限传输能力,称为奈奎斯特准则和香农定理给出了信道的极限传输能力,称为信道容量,即信道所支持的最大数据传输率。信道容量,即信道所支持的最大数据传输率。n奈
8、奎斯特准则:对于一个带宽为WHz的理想低通信道,其最高码元传输速率为Bmax=2Wn对于具有理想带通矩形特征的信道,最高码元速率为Bmax=Wn香农定理:推导出了带宽受限且具有加性高斯白噪声干扰的信道的极线信息传输速率Cmaxn 现在学习的是第10页,共65页112.2 2.2 数据编码技术数据编码技术 n数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码n数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码n模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码现在学习的是第11页,共65页122.2 2.2 数据编码技术数据编码技术 n数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码n单极性不归零码(NRZ)n双极性
9、不归零码n单极性归零码n双极性归零码n曼彻斯特码n差分曼彻斯特码现在学习的是第12页,共65页132.2 2.2 数据编码技术数据编码技术 n数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码n单极性不归零码(NRZ)n曼彻斯特码n差分曼彻斯特码现在学习的是第13页,共65页142.2 2.2 数据编码技术数据编码技术 n数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码 n幅移键控(ASK)n频移键控(FSK)n相移键控(PSK)现在学习的是第14页,共65页152.2 2.2 数据编码技术数据编码技术 n模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码 n脉冲编码调制(Pulse Code Modulat
10、ion,PCM)是模拟数据数字化的主要方法。nPCM编码过程分为采样、量化和编码三个步骤 n采样:把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的采样信号n采样定理:一个频带限制在f HZ内的连续时变信号,如果采样频率不小于2 f HZ,对他进行等间隔采样,则该连续时变信号将被所得到的采样值完全的确定。现在学习的是第15页,共65页162.2 2.2 数据编码技术数据编码技术 n模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码 n量化:把幅度上连续的模拟信号转换成幅度上离散的量化信号。n编码:用二进制表示量化后的采样值的过程。n举例:PCM用于数字化语音系统。声音的频率范围为3100HZ,所以采样频率取为
11、8KHZ,将声音分为256个量化级,每个量化级用8位二进制编码表示。n编码器和解码器进行模拟信号和数字信号的互相转换现在学习的是第16页,共65页172.3 2.3 数据传输方式数据传输方式一、基带传输与宽带传输一、基带传输与宽带传输 n基带传输基带传输n基带是指调制前原始信号所占用的频带,是原始电信号所固有的基本频带。在信基带是指调制前原始信号所占用的频带,是原始电信号所固有的基本频带。在信道中直接传输基带信号时,称为基带传输。道中直接传输基带信号时,称为基带传输。n一般不大于一般不大于2.5km 2.5km n基带传输是一种最简单、最基本的数据传输方式。设备费用少,具有基带传输是一种最简单
12、、最基本的数据传输方式。设备费用少,具有速率高和误码率低等优点,速率高和误码率低等优点,n缺点是通信信道利用率低缺点是通信信道利用率低 。n频带传输频带传输n在信道中直接传送频带信号时,称为频带传输。频带传输解决了利用已有的模拟在信道中直接传送频带信号时,称为频带传输。频带传输解决了利用已有的模拟信道传输数字数据的问题。信道传输数字数据的问题。n频带传输的优点是可以实现远距离数据通信;频带传输的优点是可以实现远距离数据通信;n提高通信线路的利用率提高通信线路的利用率 n缺点是速率低,误码率高。缺点是速率低,误码率高。现在学习的是第17页,共65页182.3 2.3 数据传输方式数据传输方式n宽
13、带传输宽带传输 n将信道分成多个子信道,分别传送音频、视频和数字信号,称将信道分成多个子信道,分别传送音频、视频和数字信号,称为宽带传输为宽带传输 。n宽带网络中的多条信道,通常采用频带传输技术,传输的是宽带网络中的多条信道,通常采用频带传输技术,传输的是模拟信号,所以宽带传输系统属于模拟信号传输系统模拟信号,所以宽带传输系统属于模拟信号传输系统 。n宽带传输与基带传输相比有以下优点宽带传输与基带传输相比有以下优点 :(1 1)能在一个信道中传输声音、图像和数据信息;)能在一个信道中传输声音、图像和数据信息;(2 2)一条宽带信道能划分为多条逻辑信道,实现多路复用;)一条宽带信道能划分为多条逻
14、辑信道,实现多路复用;(3 3)宽带传输比基带传输的距离要远许多。)宽带传输比基带传输的距离要远许多。现在学习的是第18页,共65页192.3 2.3 数据传输方式数据传输方式二、并行传输与串行传输并行传输与串行传输1)并行传输:将8位、16位、32位的数据按数位宽度同时进行传输,每个数位 都要有自己的数据传输线和发送接收设备。适合近距离传输。2)串行传输就是在一根数据传输线上按照字符所包含的数位的顺序,从低位到高位一位接一位的传送,到达通信接收装置后,将串行比特流还原成字符。必须考虑同步的问题,适合远距离传输现在学习的是第19页,共65页202.3 2.3 数据传输方式数据传输方式三、单工、
15、半双工与全双工单工、半双工与全双工 n1)单工:在两个通信设备之间,信息只能沿着一个方向进行传输。一方为发送设备,一方为接收设备。n2)半双工:两个通信设备间的信息可以进行双向交换,但不能同时进行。n3)全双工:同时可以在两个设备间进行两个方向的信息传送,即通信的一方在发送信息的同时也能接收信息。现在学习的是第20页,共65页212.3 2.3 数据传输方式数据传输方式四、异步传输与同步传输异步传输与同步传输 n1)异步传输:以字符为单位,每个字符附加1位起始位和1位停止位,以标记字符的开始和结束。并附加一个校验位做验证。发送端不发送数据保持高电平,接收方检测到低电平开始接收数据,传送完字符,
16、重新变成高电平,不需要两端有统一的时钟信号。n2)同步传输:发送方以固定的时钟频率发送数据信号,以数据块(称为数据帧)为单位。时钟同步方法:外同步法和内同步法。n外同步:使用单独的时钟信道进行同步n内同步:从数据信号波形本身提取时钟信号,如曼彻斯特编码。现在学习的是第21页,共65页222.3 2.3 数据传输方式数据传输方式四、异步传输与同步传输异步传输与同步传输 n帧同步n1)面向字符的同步n 使用固定的字符SYN进行同步n2)面向位的同步n 使用固定的位组合作为同步信号现在学习的是第22页,共65页232.4 2.4 信道复用技术信道复用技术n概念:n信道复用技术也称为多路复用技术,它是
17、把多路信号在单信道复用技术也称为多路复用技术,它是把多路信号在单一的传输线路和用单一的传输设备来进行传输的技术,是一的传输线路和用单一的传输设备来进行传输的技术,是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。n多路复用器(多路复用器(MultiplexerMultiplexer)在发送端将来自多个输入线)在发送端将来自多个输入线路的数据组合、调制成一路复用数据,并将此数据信号送路的数据组合、调制成一路复用数据,并将此数据信号送到高容量的数据链路;到高容量的数据链路;n多路复用技术主要有频分多路复用、时分多路复用、多路复用技术主要有频分多路复用、时分多路复用、
18、波分多路复用和码分多路复用波分多路复用和码分多路复用4 4种技术。种技术。现在学习的是第23页,共65页242.4 2.4 信道复用技术信道复用技术n频分复用技术(频分复用技术(FDMFDM)n频分多路复用技术(频分多路复用技术(Frequency Division Frequency Division MultiplexingMultiplexing,FDMFDM)是把信道的可用频带分成多个互)是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频段,每路信号占用其中的一个频段。接收时用不交叠的频段,每路信号占用其中的一个频段。接收时用适当的滤波器分离出不同的信号,分别进行解调,恢复各适当的滤波器分离出不同
19、的信号,分别进行解调,恢复各路信号。路信号。n主要优点是原理简单、技术成熟,系统的效率较高,可相当主要优点是原理简单、技术成熟,系统的效率较高,可相当充分地利用信道的频带。充分地利用信道的频带。n缺点是各路信号之间容易产生串扰。缺点是各路信号之间容易产生串扰。现在学习的是第24页,共65页252.4 2.4 信道复用技术信道复用技术n时分复用技术(时分复用技术(TDMTDM)n时分多路复用技术(时分多路复用技术(Time Division Time Division MultiplexingMultiplexing,TDMTDM)是按传输信号的时)是按传输信号的时间进行分割,使不同的信号在不同
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