第02章数据通信基础优秀课件.ppt

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1、第02 章数据通信基础第1 页，本讲稿共45 页2.1 通信系统的组成n 信息源和接收者是信息的产生者和使用者第2 页，本讲稿共45 页2.1 通信系统的组成n 信息源编码：将连续信息转变为数字信号。n 调制：信道编码的一种，使数字信号与传输介质匹配，提高传输的可靠性或有效性。第3 页，本讲稿共45 页2.1 通信系统的组成n 传输介质：信号的传输媒介。其可以为有线介质，也可以为无线介质。第4 页，本讲稿共45 页2.1 通信系统的组成n 接收设备：完成发送设备的反变换。其任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来。对于多路复用信号，还包括实现正确分路。第5 页，本讲稿共45 页2.2 信道

2、编码n 1.单极性码单极性非归零（NRZ）码单极性归零（RZ）码第6 页，本讲稿共45 页2.2 信道编码n 2.双极性码双极性非归零（NRZ）码双极性归零（RZ）码第7 页，本讲稿共45 页2.2 信道编码n 3.差分码差分码计算机输出1 时，差分码翻转；计算机输出0 时，差分码保持。第8 页，本讲稿共45 页2.2 信道编码n 4.曼切斯特编码1 前半段高后半段低0 前半段低后半段高1 前半段与上个电平相同0 前半段与上个电平相反第9 页，本讲稿共45 页2.2 信道编码n 5.对基带数字信号的几种调制方法 0 1 0 0 1 1 10 0基带信号调幅调频调相第10 页，本讲稿共45 页2

3、.2 信道编码n 5.对基带数字信号的几种调制方法 n 正交调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)r(r,)n可供选择的相位有 12 种，而对于每一种相位有 1 或2 种振幅可供选择。n由于4 bit 编码共有16 种不同的组合，因此这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。n若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。第11 页，本讲稿共45 页2.3 通信系统的性能指标u 1.有效性指标（1）数据传输速率：单位时间内传送的数据量。T 发送一位码元所需的最小时间；n 为信号的有效状态。第12 页，本讲

4、稿共45 页2.3 通信系统的性能指标n Baud 是波特，是码元传输速率的单位，1 波特为每秒传送 1 个码元。n 比特率：通信系统每秒传输的二进制位数（bit/s）。n 波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。n 比特是信息量的单位。第13 页，本讲稿共45 页2.3 通信系统的性能指标n 频带利用率（(bit/s)/HZ）：每赫兹带宽所能实现的比特率。n 协议效率：所传递数据包中有效数据与整个数据包长度的比值。n 通信效率：数据帧的传输时间同用于发送报文的所有时间之比。第14 页，本讲稿共45 页2.3 通信系统的性能指标u 2.可靠

5、性指标（1）误码率：二进制码元在数据传输系统中被误传的概率。N 二进制码元总数；Ne 为被传错的码元数。第15 页，本讲稿共45 页2.3 通信系统的性能指标u 3.通信信道的频率特性 幅频特性：不同频率信号通过信道后，其幅值受到不同衰减的特性。相频特性：不同频率信号通过信道后，其相角发生不同程度改变的特性。第16 页，本讲稿共45 页2.3 通信系统的性能指标u 4.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。如果介质带宽小于信号的有效带宽，信号就可能产生失真而使接收端难以辨认。传输介质的带宽会限制传输速率的增高。第17 页，本讲稿共45 页2.3 通信系统的性能指标n 5.信道容

6、量n 信道容量：指在某种传输介质中单位时间可能传送的最大比特数。n 只要信号速率低于信道容量，就可以找到一种编码方式，实现低误码率传输。否则，其传输就不能正常进行。第18 页，本讲稿共45 页2.3 通信系统的性能指标n 5.信噪比对信道容量的影响n 香农公式C=W log2(1+S/N)b/s n W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；n S 为信道内所传信号的平均功率；n N 为信道内部的高斯噪声功率。第19 页，本讲稿共45 页 n 单向通信（单工通信）只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。n 双向交替通信（半双工通信）通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收

7、)。n 双向同时通信（全双工通信）通信的双方可以同时发送和接收信息。2.4 有关信道的几个基本概念第20 页，本讲稿共45 页2.5 网络的拓扑结构第21 页，本讲稿共45 页2.6 网络传输介质n 1.传输介质的种类第22 页，本讲稿共45 页2.6 网络传输介质n 2.传输介质的频带范围第23 页，本讲稿共45 页B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受 不接受 不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据n 1.CSMA/CD 协议2.7 介质访问控制第24 页，本讲稿共45 页n 1.CSMA/CD 协议n CSMA/CD 表示 Carrier S

8、ense Multiple Access with Collision Detection。n“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。n“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。2.7 介质访问控制第25 页，本讲稿共45 页n“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。n 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。n 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。n 所谓“碰撞”就

9、是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。2.7 介质访问控制第26 页，本讲稿共45 页n 检测到碰撞n 在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。n 每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。2.7 介质访问控制第27 页，本讲稿共45 页n 举例说明n A 向 B 发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到 B。n B 若在 A 发送的信息到达 B 之前发送自己的帧(因为这时 B 的载波监听检测不到 A 所发送的信息)，则必然要在某个时间和 A 发送的帧发生碰撞。n 碰

10、撞的结果是两个帧都变得无用。2.7 介质访问控制第28 页，本讲稿共45 页1 kmA Bt碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=t=0单程端到端传播时延记为 第29 页，本讲稿共45 页1 kmA Bt碰撞t=B 检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=ABA BA B t=0 A 检测到信道空闲发送数据A Bt=0t=B 检测到发生碰撞停止发送STOPt=2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 第30 页，本讲稿共45 页n 几点说明n 使用 CSMA/CD 协议的网络不能

11、进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。n 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。n 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于网联络的最高数据率。2.7 介质访问控制第31 页，本讲稿共45 页n 2.令牌（Token）访问控制方式n 具有特定格式的令牌帧绕环行使，将访问媒体的权利从一个结点传递到物理连接的另外一个结点；n 希望发送信息的结点将数据组成MAC 帧，并仅在获得令牌之后，才可进行发送动作；n 每个结点均执行环内数据的再生和转发；n 只有接收结点进行数据帧的复制和接收；n 发送数据的结点在收到绕环一周的帧后，撤出该帧并释放令牌。2.6 介质访

12、问控制第32 页，本讲稿共45 页n 2.令牌（Token）访问控制方式2.6 介质访问控制第33 页，本讲稿共45 页2.7 差错控制方法n 传输差错由随机差错和突发差错共同构成的，而造成差错可能的原因包括：n 在物理信道上，线路本身的电气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸形和衰减；n 电气信号在线路上产生反射噪声的回波效应；n 相邻线路之间的串线干扰；n 大气中的闪电、电源开关的跳火、自然界磁场的变化以及电源的波动等外界因素第34 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法n 1.奇偶校验码n 垂直奇偶校验码 基本方法是将所要传输的数据进行分组，在每一组的信息位后面增加一位冗余位，使每组

13、检验码中“1”的个数成为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。第35 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法n 水平奇偶校验码 基本方法是将所要传输的数据进行分组，对各组中同一位的数据进行奇偶校验，从而形成一组校验码。偶校验奇校验第36 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法n 垂直水平奇偶校验码 将所要传输的数据进行分组，同时进行垂直和水平校验。第37 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法n 2.CRC（Cyclic Redundancy Code）循环冗余码n 计算机网络和数据通信，最广泛的检错码，漏检率低，便于实现。第38 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法n 冗余码的计算n 假

14、设待传送的数据 M=1010001（共k=7bit）。我们在M 的后面再添加供差错检测用的 n bit 冗余码一起发送。n 进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0。n 得到的(k+n)bit 的数模 2 除以事先选定好的长度为(n+1)bit 的除数 P，得出商是 Q 而余数是 R，余数 R 取比除数 P 少1 个比特。第39 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法n 冗余码的计算举例n 设 n=4,P=10111，M=1010001（共k=7bit）模 2 除法算。n 将M 后加4 个0 成为10100010000n 与p=10111 做模 2 运除法运算n 结果

15、是：商Q=1001111，余数R=1101。n 将余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去，即发送的数据10100011101（2nM+R）。第40 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法n 接收方验证数据。接到10100011101，还用10111 除。n 结论:如果余数为0，则接收数据无误。否则，接收数据有误。第41 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法n 3.海明（Hamming）编码n（1）已知被校验数据的长度为n（11010001 n=8），确定校验位数k，即2Kn+k+1（k=4，24 8+4+1=13）；n（2）确定发出数据 D7,D6,D5,D4,P4,D3,D

16、2,D1,P3,D0,P2,P1（1101（P4）000（P3）1（P2）（P1）表示为：M12M11M10M9M8M7M6M5M4M3M2M1 P4P3P2P1为校验数据，位置在2i-1个位（i 校验数据的序号）；S4=M12 M11 M10 M9 M8（i=1000 Max）P4=D7 D6 D5 D4=1 1 0 1=1S3=M12 M7 M6 M5 M4（i=0100 Max）P3=D7D3 D2 D1=1 0 0 0=1第42 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法 S2=M11 M10 M7 M6 M3 M2（i=0010 Max）P2=D6D5 D3 D2 D0=1 0 0 0

17、 1=0S1=M11 M9 M7 M5 M3 M1（i=0001 Max）P1=D6D4 D3 D0=1 0 0 1=0发出数据为：D7,D6,D5,D4,P4,D3,D2,D1,P3,D0,P2,P1（110100001100）n 接收验证S4=M12 M11 M10 M9 M8=1 1 0 1 1=0S3=M12 M7 M6 M5 M4=1 0 0 0 1=0 S2=M11 M10 M7 M6 M3 M2=1 0 0 0 1 0=0S1=M11 M9 M7 M5 M3 M1=1 0 0 1 0=0第43 页，本讲稿共45 页2.8 差错控制方法n 结论由于S1S2S3S4=0000，所以无

18、错误n 如果M6传错，则S4=M12 M11 M10 M9 M8=1 0 1 0 0=0S3=M12 M7 M6 M5 M4=1 0 1 0 1=1 S2=M11 M10 M7 M6 M3 M2=1 0 0 1 1 0=1S1=M11 M9 M7 M5 M3 M1=1 0 0 1 0=0S1S2S3S4=0110=6，所以，此算法能够判断出是那一位出差。第44 页，本讲稿共45 页思考题n 1.3.1kHz 带宽的电话信道，S/N=2500，求此信道的容量。n 2.发送数据1101011011。采用CRC 算法，除数选择10011，(1)计算发送序列？(2)如果第3 位1 变为0 能否检测出来？n 3.发送数据1101011011。采用海明编码算法，(1)计算发送序列？(2)如果第7 位发生传输错误能否检测出来？n 4.发送数据1101，0110，1101，1001。将发送数据分为4 组，经过垂直水平奇偶校验后，求其发送序列？第45 页，本讲稿共45 页