数据通信原理简介课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.1 通信系统简介,计算机技术和现代通信技术相结合形成了计算机网络。 数据通信技术是构成现代计算机网络的重要基石之一。,2.1.1,通信基本概念,2.1.2,数据交换方式,2.1.3,数据传输方式,2.1.4,常用性能指标,1,2.1 通信系统简介 计算机技术和现代通信技术相,1,2.1.1 通信基本概念,2,信源,发送器,传输信道,接收器,信宿,(a),数据通信模型,数据通信网,PSTN,(b),数据通信系统实例,工作站,Modem,公共电话网,Modem,服务器,通信的目的是信息交换,2.1.1 通信基本概念2信源发送器传输信道接收器信宿(,2,3,信息（,Information),通信传输过程中包含的内容，如数字、文字、语音和图像等。,数据,(data),运送信息的实体，一般用二进制代码表示。,信号,(signal),数据的电气或电磁的表现。,狭义信道,传输信号的具体媒介。如电缆、光缆等,广义信道,不仅包含具体的物理介质，而且还包含了终端（收,/,发端）的部分设备在内的那段信号通路。如编码,/,解码、调制,/,解调设备等,通信基本概念,3信息（Information) 通信传输过程中包含的内,3,4,数据以信号方式在信道中传输。,模拟信号,(Analog Signal),连续变化的电磁波,数字信号,(Digital Signal),幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内,通信基本概念,4 数据以信号方式在信道中传输。通信基本概念,4,5,通信基本概念,不同数据可以用不同信号方式传输,5通信基本概念不同数据可以用不同信号方式传输,5,2.1.2 数据交换方式,6,交换技术的引入,目的是节约和优化资源,三种常见的数据交换方式：电路交换、报文交换和分组交换,2.1.2 数据交换方式6交换技术的引入 目的是节约和优,6,7,(1),电路交换,(Circuit Switching),通信双方在传输数据之前建立一条实际的物理通路，并且在整个传输过程中独占该通路。,数据交换方式,呼叫建立,信息传送,连接释放,7(1)电路交换(Circuit Switching)数据交,7,8,优点,传输时延小，实时性强,数据按序传送和接收,设备简单,数据交换方式,缺点,平均通路建立时间较长,独占通路和一组设备，信道利用率低,若出现故障，需重新建立连接,计算机以及不同速率的设备难于协同工作,8优点数据交换方式缺点,8,9,(2),报文交换,(Message Switching),不管被传送数据的长度，都把它当作一个逻辑单元，附上相应的控制信息，组成一个报文发送。,采用,存储转发,的技术，无建立信道的过程，中间结点暂存报文，并根据目的地址确定转发的下一个结点。,数据交换方式,报文号 目的地址 源地址 报文数据 校验,9(2)报文交换(Message Switching)数据交,9,10,优点,线路利用率较高,报文数据按序传送和接收,不同速率的终端设备之间可以进行数据传送,支持多点传输，一个报文可以同时向多个地址传送,数据交换方式,缺点,传送时延较长，不适合实时或交互式数据通信业务，,如语音通话,中间结点必须配置大容量的存储设备,10优点数据交换方式缺点,10,11,(3),分组交换,/,包交换,(Packet Switching),采用,存储转发,的技术。限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送方就将它分成多个报文分组发送。,目前公用数据网采用的是分组交换技术。,分组的概念,1967,年由英国国家实验室,NPL,提出。,数据交换方式,报文,号,报文,分组号,目的,地址,源,地址,报文,分组数据,校验,11(3)分组交换/包交换(Packet Switching,11,12,优点,数据传输灵活，线路利用率较高,同一报文的不同分组可按不同路径传输,中间结点可不必等待未到达的分组而继续转发,转发时延短,分组长度固定，简化了存储管理,减少了出错几率和重发数据量,数据交换方式,缺点,每个分组增加的控制信息一定程度降低了通信效率，,增加了处理时间，,分组长度,的合理选择非常重要,目的站点要重组报文，增加了控制的复杂性,12优点数据交换方式缺点,12,13,分组交换在应用中有两种方法来管理被传输的分组流。,数据报,(Datagram),无连接的数据传输方式，这种方式下被传输的分组,称为数据报。是尽力而为的服务。,虚电路,(Virtual Circuit),面向连接的数据传输方式，工作过程类似于电路交换。,能提供较好的通信质量。,数据交换方式,13分组交换在应用中有两种方法来管理被传输的分组流。数据交换,13,14,数据交换方式,虚电路,数据报,14数据交换方式虚电路数据报,14,2.1.3 数据传输方式,15,(1),基带传输和频带传输,基带传输,数据信号不经过调制，直接在线路中传输。,频带传输,信号经过调制送到信道中传输，在接收端进行解调。,目的是适合信道特性，同时也提高了线路利用率。,2.1.3 数据传输方式15(1)基带传输和频带传输,15,数据传输方式,16,(2),有线传输和无线传输,(3),单工、半双工和全双工,单工,半双工,全双工,数据传输方式16(2)有线传输和无线传输单工半双工全双工,16,数据传输方式,17,(4),串行传输方式和并行传输方式,发送端,发送端,b7,b6,b5,b4,b3,b2,b1,b0,串行通信信道,发送端,b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,接收端,b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,并行通信信道,适合于,近距离,数据传输方式17(4)串行传输方式和并行传输方式发送端发送端,17,数据传输方式,18,(5),同步传输方式和异步传输方式,同步传输方式,在传送数据前通过特定同步字符建立同步，使收发双,方具有完全同步的时钟信号。传输效率高。,异步传输方式,每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间,隔任意。需在每一字节的开始和结尾附加起始位和停,止位。传输效率较低，但设备便宜。如,USB,接口。,数据传输方式18(5)同步传输方式和异步传输方式,18,2.1.4 常用性能指标,19,传输速率,每秒传输数据的数量,码元传输速率（波特率，,Baud/s,）,比特传输速率（,bit/s,）：二进制码元时,带宽,信道中所允许的传输速率最大值（或者在传送模拟信号时所允许的频带宽度）,误码率,单位时间内出错码元数与发送码元数之比,时延,单位数据信号从数据电路的一端传输到达另一端所经历的总的时间,2.1.4 常用性能指标19传输速率 每秒传输数据的数,19,2.2 数据通信相关技术简介,2.2.1,数据编码,2.2.2,信道复用,2.2.3,差错控制,20,2.2 数据通信相关技术简介 20,20,2.2.1 数据编码,21,数字信道,模拟信道,数字信号,模拟信号,非归零编码,曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码,差分非归零编码,PCM(,脉冲编码调制,),编码,采样,量化,编码,频移键控法,FSK(,调频,),幅移键控法,ASK(,调幅,),相移键控法,PSK(,调相,),调频,(FM),调幅,(AM),调相,(PM),2.2.1 数据编码21数字信道模拟信道数字信号模拟信号非,21,数据编码,22,(1),非归零编码,(NonReturn to Zero Code, NRZ),“,1,”,=,正电压，“,0,”,=,负电压,编码效率高,发送端和接收端需要同步；编码有直流分量，易失真,数据编码22(1)非归零编码(NonReturn to Ze,22,数据编码,23,(2),曼彻斯特编码,(Manchester Encoding),“,1,”,=,信号位中间发生“高到低”的跳变,“,0,”,=,信号位中间发生“低到高”的跳变,编码没有直流分量；利用“跳变”自同步,每个,bit,都有“跳变”，需要转换成两个电压，效率低,数据编码23(2)曼彻斯特编码(Manchester Enc,23,数据编码,24,(3),差分曼彻斯特编码,(Differential Manchester),“,1,”,=,每位信号的起始处无跳变,“,0,”,=,每位信号的起始处有跳变,每,bit,中间的跳变作为时钟同步信号；比曼彻斯特编,码电压变化少,每一个,bit,都被转换成两个电压，传输效率低,0 1 0 0 1 1 1 0,Z,振幅,数据编码24(3)差分曼彻斯特编码(Differential,24,数据编码,25,(4),差分非归零编码,(Differential NRZ, DNRZ),“,1,”,=,每位信号的起始处有跳变,“,0,”,=,每位信号的起始处无跳变,编码效率高，提高了信号的易同步性，是主流的,编码方式,Z,振幅,Z,时间,0 1 0 0 1 1 1 0,数据编码25(4)差分非归零编码(Differential,25,2.2.2 信道复用,26,若单个信道的传输能力大于一路信号所需要的能力时，可以把一个信道划分为多个子信道，通过信道复用提高传输能力。,发送端,1,发送端,2,发送端,3,接收端,1,接收端,2,接收端,3,2.2.2 信道复用26 若单个信道的传输能力,26,信道复用,27,(1),频分复用（,FDM,，,Frequency Division Multiplexing,）,技术成熟，是目前模拟通信的主要复用方式,无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。,信道复用27(1)频分复用（FDM，Frequency Di,27,信道复用,28,(2),时分复用（,TDM,，,Time Division Multiplexing,）,适合数字信号传输，技术成熟。,无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。,信道复用28(2)时分复用（TDM，Time Divisio,28,信道复用,29,统计时分复用（,STDM,，,Statistic,TDM,）,进一步提高信道利用率。,设备复杂性增加。主要应用于高速远程数字通信。,信道复用29统计时分复用（STDM，Statistic TD,29,信道复用,30,(3),码分复用（,CDM,，,Code Division Multiplexing,）,为每一路信号分配不同的编码，不同的编码彼此正交。,码分多址（,CDMA,，,Code Division Multiple Access,）是码分复用的一种技术，每一个比特时间再划分为,M,个短的间隔，称为码片（,chip,），,M,的值通常为,64,或,128,。每一路信号用一个惟一的,M,位码片序列。,CDMA,多用在无线多路访问信道中。,用户在时间和频率上均共享总信道，信道效率高容量大。,随着技术的进步，,CDMA,设备的价格和体积都大幅度下降，因而现在已广泛使用在民用的移动通信中 。,信道复用30(3)码分复用（CDM， Code Divisi,30,信道复用,31,(4),波分复用（,WDM,，,Wavelength Division Multiplexing,）,应用于光纤传输。,8,路传输速率均为,2.5 G Bit/s,的光载波,(,其波长均为,1310 nm),经光的调制后，分别将波长变换到,1550,1557nm,，每个光载波相隔,1nm(,实际上光载波的间隔一般是,0.8,或,1.6nm),，这,8,个光载波,(,它们的波长是很接近的,),经过复用器后，就在一根光纤中传输。因此，在一根光纤上数据传输的总速率就达到了,8x2.5 G Bit/s,20 G Bit/s,。,光放大器,信道复用31(4)波分复用（WDM，Wavelength D,31,2.2.3 差错控制,32,差错起因,信道噪声干扰,信号衰减,信道特性不理想，如频带削减,差错类型,单比特错误（在一个数据单元中只有,1bit,的错误）,突发错误（一个数据单元中有连续的或多,bit,错误）,2.2.3 差错控制32差错起因差错类型,32,差错控制,33,差错控制方法,检错重发（,ARQ, Auto Repeat Request,）,前向纠错（,FEC, Forward Error Correction,）,混合纠错（,HEC, Hybrid Error Correction,）,不适合实时系统。,差错控制33差错控制方法不适合实时系统。,33,差错控制,34,纠错设备成本高。适合单工通信系统，目前广泛用于太空和卫星通信中。,HEC,结合,ARQ,和,FEC,，也在卫星通信中得到较广泛应用。,差错控制34纠错设备成本高。适合单工通信系统，目前广泛用于太,34,差错控制,35,差错控制编码,检错码,奇偶校验码,循环冗余码（多项式码）,纠错码,海明码,一般可以纠正,1,位错，或发现,2,位错,信息码元（,K,位）,监督码元（,r,位）,传输码元,差错控制35差错控制编码信息码元（K位）监督码元（r位）传输,35,精品课件,！,精品课件！,36,精品课件,！,精品课件！,37,作业,38,1.,简述分组交换的基本工作原理。,2.,查资料回答以下有关蓝牙的问题：,（,1,）工作的频段,（,2,）通信的距离范围,（,3,）指出蓝牙技术的一个应用,作业381. 简述分组交换的基本工作原理。,38,