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補(bǔ)充： 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),? 【學(xué)習(xí)要點(diǎn)】,1．理解數(shù)據(jù)通信的基本概念 2．了解數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 3．掌握數(shù)據(jù)通信方式 4．掌握數(shù)據(jù)交換技術(shù) 5．熟悉信道復(fù)用技術(shù) 6．了解傳輸介質(zhì) 7．掌握差錯(cuò)控制技術(shù),補(bǔ)充2 數(shù)據(jù)通信的基本概念,國家廣播電影電視總局2004年11月宣布到2015年將停止模擬電視播出，實(shí)現(xiàn)數(shù)字廣播電視有線、衛(wèi)星和無線的全國覆蓋。那么究竟什么是模擬電視，什么是數(shù)字電視？它們有什么區(qū)別？,？,補(bǔ)充1.1 信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)與信道,數(shù)據(jù)通信是指通過通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)以某種信號(hào)的方式從一處安全、可靠地傳輸?shù)搅硪惶帲〝?shù)據(jù)的傳輸及傳輸前后的處理。其中信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)等是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中最基本的概念，必須了解其中的區(qū)別和聯(lián)系。 1．信息 2．?dāng)?shù)據(jù) 3．信號(hào) 4．信道 5．帶寬,補(bǔ)充1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu),1．模擬通信系統(tǒng) 2．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng),圖2-2 模擬通信系統(tǒng)的模型,圖2-3 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型,補(bǔ)充1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo),1．有效性指標(biāo)的具體表述 （1）數(shù)據(jù)傳輸率。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用數(shù)據(jù)傳輸速率來衡量，數(shù)據(jù)傳輸速率越高，系統(tǒng)的有效性越好。通?？蓮拇a元速率和信息速率兩個(gè)不同的角度來定義數(shù)據(jù)傳輸速率。 ● 碼元速率 ● 信息速率 （2）信道帶寬。 2．可靠性指標(biāo)的具體表述 （1）誤碼率 （2）誤比特率,補(bǔ)充2 數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù),家庭用戶很多采用電話撥號(hào)上網(wǎng)，電話線（模擬信道）中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，而計(jì)算機(jī)中的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，怎樣能使數(shù)字信號(hào)通過模擬信道進(jìn)行傳輸？我們現(xiàn)在使用的數(shù)字電話是怎樣傳輸模擬音頻信號(hào)的？,？,補(bǔ)充2.1 數(shù)據(jù)編碼類型,其編碼類型有以下4種，如圖2-6所示。,圖2-6 數(shù)據(jù)編碼類型,補(bǔ)充2.2 數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù),1．模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制 2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制,圖2-7 數(shù)字信號(hào)通過模擬通信系統(tǒng)的傳輸情況,補(bǔ)充2.3 數(shù)據(jù)的編碼技術(shù),1．模擬數(shù)據(jù)的編碼 采用脈沖編碼調(diào)制把模擬信號(hào)數(shù)字化的3個(gè)步驟如下。 采樣：以采樣頻率把模擬信號(hào)的值采出，如圖2-8所示。 量化：使連續(xù)模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間軸上的離散值。比如在圖2-9中采用8個(gè)量化級(jí)，每個(gè)采樣值用3位二進(jìn)制數(shù)表示。 編碼：將離散值變成一定位數(shù)的二進(jìn)制碼，如圖2-10所示。,圖2-8 采樣,圖2-9 量化,圖2-10 編碼,補(bǔ)充2.3 數(shù)據(jù)的編碼技術(shù)（續(xù)）,2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 （1）不歸零碼（Non-Return to Zero，NRZ） （2）曼徹斯特編碼（Manchester） （3）差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester）,圖2-11 數(shù)字信號(hào)的編碼,補(bǔ)充3 數(shù)據(jù)的傳輸,數(shù)據(jù)傳輸在我們身邊無處不在，如打電話、使用對(duì)講機(jī)、收聽廣播等。那么這幾種通信方式中所用到的數(shù)據(jù)傳輸方式相同嗎？數(shù)據(jù)傳輸有哪些方式？數(shù)據(jù)傳輸需要哪些技術(shù)？在串行傳輸時(shí)，接收端如何從串行數(shù)據(jù)位流中正確地劃分出發(fā)送的一個(gè)個(gè)字符?,？,補(bǔ)充3.1 信道通信的工作方式,1．單工通信 2．半雙工通信 3．全雙工通信,圖2-12 單工通信,圖2-13 半雙工通信,圖2-14 全雙工通信,補(bǔ)充3.2 數(shù)據(jù)的傳輸方式,在數(shù)字通信中，按每次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，傳輸方式可分為：串行通信和并行通信兩種。 1．串行通信 2．并行通信,圖2-15 串行通信,圖2-16 并行通信,補(bǔ)充3.3 同步方式,1．異步方式 在異步方式中，每傳送1個(gè)字符（7或8位）都要在每個(gè)字符碼前加1個(gè)起始位，以表示字符代碼的開始；在字符代碼校驗(yàn)碼后加１或兩個(gè)停止位，表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位來判斷一個(gè)新字符的開始和結(jié)束，從而起到通信雙方的同步作用。 2．同步方式 通常，同步方式的信息格式是一組字符或一個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊（也稱為幀）。對(duì)這些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位或停止位，而是在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前先發(fā)送一個(gè)同步字符SYN（以01101000表示）或一個(gè)同步字節(jié)（01111110），用于接收方進(jìn)行同步檢測(cè)，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入同步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個(gè)字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來標(biāo)識(shí)整個(gè)發(fā)送過程的結(jié)束。,補(bǔ)充3.4 通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的連接方式,1．點(diǎn)到點(diǎn)的連接，如圖2-17 2．點(diǎn)到多點(diǎn)連接，如圖2-18-19,圖2-17 點(diǎn)到點(diǎn)的線路連接,圖2-18 分支式多點(diǎn)連接,圖2-19 集線式多點(diǎn)連接,補(bǔ)充3.5 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问?1．基帶傳輸 基帶（Base Band）是原始信號(hào)所占用的基本頻帶。基帶傳輸是指在線路上直接傳輸基帶信號(hào)或略加整形后進(jìn)行的傳輸。 2．頻帶傳輸 頻帶傳輸就是先將基帶信號(hào)變換（調(diào)制）成便于在模擬信道中傳輸?shù)摹⒕哂休^高頻率范圍的模擬信號(hào)（稱為頻帶信號(hào)），再將這種頻帶信號(hào)在模擬信道中傳輸。 3．寬帶傳輸 所謂寬帶，就是指比音頻帶寬還要寬的頻帶，簡單地說就是包括了大部分電磁波頻譜的頻帶。使用這種寬頻帶進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)稱為寬帶傳輸系統(tǒng)，它幾乎可以容納所有的廣播，并且還可以進(jìn)行高速率的數(shù)據(jù)傳輸。,補(bǔ)充4 數(shù)據(jù)交換技術(shù),我們從一個(gè)城市到另一個(gè)城市，如果沒有直達(dá)車的話，通常只能采取中途換乘的方式。在多個(gè)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)也很難實(shí)現(xiàn)收發(fā)兩端直接相連傳送，通常要通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)。那么，怎么實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換與轉(zhuǎn)發(fā)？有哪些數(shù)據(jù)交換方式？,？,補(bǔ)充4.1 電路交換,1．電路交換通信的3個(gè)階段 （1）建立電路。 （2）數(shù)據(jù)傳輸 （3）電路拆除 2．電路交換技術(shù)的特點(diǎn) （1）在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條專用的通路，采用面向連接的方式。 （2）一旦電路建立，用戶就可以固定的速率傳輸數(shù)據(jù)，中間節(jié)點(diǎn)不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行其他緩沖和處理，傳輸實(shí)時(shí)性好，透明性好。數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失且保持原來的順序。 （3）在電路釋放之前，該通路由一對(duì)用戶完全占用，即使沒有數(shù)據(jù)傳輸也要占用電路，因此線路利用率低。 （4）電路建立延遲較大，對(duì)于突發(fā)式的通信，電路交換效率不高。 （5）電路交換既適用于傳輸模擬信號(hào)，也適用于傳輸數(shù)字信號(hào)。,補(bǔ)充4.2 報(bào)文交換,1．報(bào)文交換原理 報(bào)文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文，報(bào)文就是站點(diǎn)一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限且可變。在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)給下一節(jié)點(diǎn)，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為“存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)”。 2．報(bào)文交換的特點(diǎn) （1）在傳送報(bào)文時(shí)，一個(gè)時(shí)刻僅占用一段通道，大大提高了線路利用率。 （2）報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地。 （3）可以建立報(bào)文的優(yōu)先權(quán)，優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文在節(jié)點(diǎn)可優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。 （4）報(bào)文大小不一，因此存儲(chǔ)管理較為復(fù)雜。 （5）大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長，對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高。 （6）出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文必須全部重發(fā)。 （7）報(bào)文交換只適用于傳輸數(shù)字信號(hào)。,補(bǔ)充4.3 分組交換,1．分組交換的特點(diǎn) 2．兩種分組交換方式 分組交換可細(xì)分為數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路兩種。,圖2-24 數(shù)據(jù)報(bào),圖2-25 虛電路,補(bǔ)充4.3 分組交換（續(xù)）,圖2-26 三種交換的事件順序,3．三種交換方式比較,補(bǔ)充4.4 高速交換技術(shù),1．ATM技術(shù) 2．光交換 光交換技術(shù)也是一種光纖通信技術(shù)，它是指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，直接將輸入的光信號(hào)交換到不同的輸出端。光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢(shì)將是光控制下的全光交換，并與光傳輸技術(shù)完美結(jié)合，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程都在光域內(nèi)進(jìn)行。,圖2-27 ATM信元格式,補(bǔ)充5 信道復(fù)用技術(shù),我們?cè)谑章牊o線電廣播、收看無線電視的時(shí)候，多個(gè)電臺(tái)或電視臺(tái)的信號(hào)可以在同一無線空間中傳播而互不影響，這是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？用到了什么技術(shù)？為什么要這樣做呢？,？,補(bǔ)充5.1 頻分多路復(fù)用,在物理信道的可用帶寬超過單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同（或略寬）的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)，這就是頻分多路復(fù)用（Frequency Division Multip1exing，F(xiàn)DM）。,圖2-28 頻分多路復(fù)用,補(bǔ)充5.2 時(shí)分多路復(fù)用,若傳輸介質(zhì)能達(dá)到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率，可采用時(shí)分多路復(fù)用（Time-Division Multiplexing，TDM）技術(shù)，即將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)隙，輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用，每一時(shí)隙由一路信號(hào)占用。這樣，利用每路信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多路信號(hào)。,補(bǔ)充5.2 時(shí)分多路復(fù)用(續(xù)),時(shí)分多路復(fù)用可細(xì)分為同步時(shí)分復(fù)用和異步時(shí)分復(fù)用兩種。 1．同步時(shí)分復(fù)用,圖2-29 同步時(shí)分復(fù)用的原理,補(bǔ)充5.2 時(shí)分多路復(fù)用（續(xù)）,2．異步時(shí)分復(fù)用 異步時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)允許動(dòng)態(tài)地按需分配使用時(shí)隙，以避免出現(xiàn)空閑時(shí)隙。即在輸入端有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，才分配時(shí)隙，當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不給它分配時(shí)隙（即線路資源）,圖2-30 異步時(shí)分復(fù)用的原理,補(bǔ)充5.3 波分多路復(fù)用,在同一根光纖中同時(shí)讓兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波長信號(hào)通過不同光信道各自傳輸信息，這種方式稱為光波分復(fù)用技術(shù)，通常稱波分多路復(fù)用（Wave Division Multiplexing，WDM）。,圖2-31 波分多路復(fù)用,補(bǔ)充5.4 碼分多路復(fù)用,碼分多路復(fù)用也是一種共享信道的方法，每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，各個(gè)碼型互不重疊，通信各方之間不會(huì)相互干擾，抗干擾能力強(qiáng)。 碼分多路復(fù)用技術(shù)主要用于無線通信系統(tǒng)，特別是移動(dòng)通信系統(tǒng)。,補(bǔ)充6 傳輸介質(zhì),固定電話和移動(dòng)電話采用的傳輸介質(zhì)分別是什么？常見的傳輸介質(zhì)有哪些？它們通常應(yīng)用于哪些場合？,？,圖2-32 常用的傳輸介質(zhì),補(bǔ)充6.1 有線傳輸介質(zhì),1．同軸電纜 2．雙絞線,圖2-33 同軸電纜,圖2-34 雙絞線示意圖,補(bǔ)充6.1 有線傳輸介質(zhì)（續(xù)）,3．光纖 只要射到光纖截面的光線的入射角大于某一臨界角度，就可以產(chǎn)生全反射，當(dāng)有許多條不同角度入射的光線能在一條光纖中傳輸時(shí)，這種光纖就稱為多模光纖（Multimode Fiber），如圖2-44所示。 當(dāng)光纖的直徑小到與光波長在同一數(shù)量級(jí)，這時(shí)充造以平行于光纖中的軸線的形式直線傳播，這樣的光纖稱為單模光纖（Single Mode Fiber），如圖2-45所示。,圖2-44 多模光纖,圖2-45 單模光纖,補(bǔ)充6.2 無線傳輸介質(zhì),1．無線電波 2．微波 3．紅外線和激光,補(bǔ)充7 差錯(cuò)控制技術(shù),正如郵局的信件在傳送過程中會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤投遞一樣，數(shù)據(jù)在傳輸過程中也會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)。那么為什么會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)？如何進(jìn)行差錯(cuò)控制？,？,補(bǔ)充7.1 差錯(cuò)的產(chǎn)生,差錯(cuò)的產(chǎn)生是由噪聲引起的。根據(jù)產(chǎn)生原因的不同可把噪音分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲。,圖2-47 差錯(cuò)產(chǎn)生的過程,補(bǔ)充7.2 差錯(cuò)控制編碼,差錯(cuò)控制編碼可分為檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼兩類。 （1）檢錯(cuò)碼。檢錯(cuò)碼是能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的編碼，如奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。 （2）糾錯(cuò)碼。糾錯(cuò)碼是能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤且又能自動(dòng)糾正錯(cuò)誤的編碼，如海明碼、卷積碼。下面主要介紹奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。 1．奇偶校驗(yàn)碼 2．循環(huán)冗余校驗(yàn)碼,補(bǔ)充7.3 差錯(cuò)控制方法,差錯(cuò)控制方法主要有兩類：反饋重發(fā)和前向糾錯(cuò)。 1．反饋重發(fā)檢錯(cuò)方法 2．前向糾錯(cuò)方法,圖2-50 FEC方法原理圖,圖2-49 ARQ方法原理圖,