補充內(nèi)容-1數(shù)據(jù)通信基礎.ppt

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補充： 數(shù)據(jù)通信基礎,? 【學習要點】,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 3．掌握數(shù)據(jù)通信方式 4．掌握數(shù)據(jù)交換技術 5．熟悉信道復用技術 6．了解傳輸介質(zhì) 7．掌握差錯控制技術,補充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？,？,補充1.1 信息、數(shù)據(jù)、信號與信道,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．數(shù)據(jù) 3．信號 4．信道 5．帶寬,補充1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結構,1．模擬通信系統(tǒng) 2．數(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,補充1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標,1．有效性指標的具體表述 （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．可靠性指標的具體表述 （1）誤碼率 （2）誤比特率,補充2 數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術,家庭用戶很多采用電話撥號上網(wǎng)，電話線（模擬信道）中傳輸?shù)氖悄M信號，而計算機中的信號是數(shù)字信號，怎樣能使數(shù)字信號通過模擬信道進行傳輸？我們現(xiàn)在使用的數(shù)字電話是怎樣傳輸模擬音頻信號的？,？,補充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,補充2.2 數(shù)據(jù)調(diào)制技術,1．模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制 2．數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制,圖2-7 數(shù)字信號通過模擬通信系統(tǒng)的傳輸情況,補充2.3 數(shù)據(jù)的編碼技術,1．模擬數(shù)據(jù)的編碼 采用脈沖編碼調(diào)制把模擬信號數(shù)字化的3個步驟如下。 采樣：以采樣頻率把模擬信號的值采出，如圖2-8所示。 量化：使連續(xù)模擬信號變?yōu)闀r間軸上的離散值。比如在圖2-9中采用8個量化級，每個采樣值用3位二進制數(shù)表示。 編碼：將離散值變成一定位數(shù)的二進制碼，如圖2-10所示。,圖2-8 采樣,圖2-9 量化,圖2-10 編碼,補充2.3 數(shù)據(jù)的編碼技術（續(xù)）,2．數(shù)字數(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)字信號的編碼,補充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、使用對講機、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？在串行傳輸時，接收端如何從串行數(shù)據(jù)位流中正確地劃分出發(fā)送的一個個字符?,？,補充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,補充3.3 同步方式,1．異步方式 在異步方式中，每傳送1個字符（7或8位）都要在每個字符碼前加1個起始位，以表示字符代碼的開始；在字符代碼校驗碼后加１或兩個停止位，表示字符結束。接收方根據(jù)起始位和停止位來判斷一個新字符的開始和結束，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二進制位組成的數(shù)據(jù)塊（也稱為幀）。對這些數(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)送一個同步字符SYN（以01101000表示）或一個同步字節(jié)（01111110），用于接收方進行同步檢測，從而使收發(fā)雙方進入同步狀態(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)來標識整個發(fā)送過程的結束。,補充3.4 通信網(wǎng)絡中節(jié)點的連接方式,1．點到點的連接，如圖2-17 2．點到多點連接，如圖2-18-19,圖2-17 點到點的線路連接,圖2-18 分支式多點連接,圖2-19 集線式多點連接,補充3.5 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问?1．基帶傳輸 基帶（Base Band）是原始信號所占用的基本頻帶?；鶐鬏斒侵冈诰€路上直接傳輸基帶信號或略加整形后進行的傳輸。 2．頻帶傳輸 頻帶傳輸就是先將基帶信號變換（調(diào)制）成便于在模擬信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍的模擬信號（稱為頻帶信號），再將這種頻帶信號在模擬信道中傳輸。 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，并且還可以進行高速率的數(shù)據(jù)傳輸。,補充4 數(shù)據(jù)交換技術,我們從一個城市到另一個城市，如果沒有直達車的話，通常只能采取中途換乘的方式。在多個通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)從源節(jié)點到達目的節(jié)點也很難實現(xiàn)收發(fā)兩端直接相連傳送，通常要通過多個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)才能到達。那么，怎么實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換與轉(zhuǎn)發(fā)？有哪些數(shù)據(jù)交換方式？,？,補充4.1 電路交換,1．電路交換通信的3個階段 （1）建立電路。 （2）數(shù)據(jù)傳輸 （3）電路拆除 2．電路交換技術的特點 （1）在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設置一條專用的通路，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)點不對數(shù)據(jù)進行其他緩沖和處理，傳輸實時性好，透明性好。數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)不會丟失且保持原來的順序。 （3）在電路釋放之前，該通路由一對用戶完全占用，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，也適用于傳輸數(shù)字信號。,補充4.2 報文交換,1．報文交換原理 報文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報文，報文就是站點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限且可變。在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲，待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)給下一節(jié)點，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術稱為“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”。 2．報文交換的特點 （1）在傳送報文時，一個時刻僅占用一段通道，大大提高了線路利用率。 （2）報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地。 （3）可以建立報文的優(yōu)先權，優(yōu)先級高的報文在節(jié)點可優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。 （4）報文大小不一，因此存儲管理較為復雜。 （5）大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，對存儲容量要求較高。 （6）出錯后整個報文必須全部重發(fā)。 （7）報文交換只適用于傳輸數(shù)字信號。,補充4.3 分組交換,1．分組交換的特點 2．兩種分組交換方式 分組交換可細分為數(shù)據(jù)報和虛電路兩種。,圖2-24 數(shù)據(jù)報,圖2-25 虛電路,補充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,補充4.4 高速交換技術,1．ATM技術 2．光交換 光交換技術也是一種光纖通信技術，它是指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，直接將輸入的光信號交換到不同的輸出端。光交換技術的最終發(fā)展趨勢將是光控制下的全光交換，并與光傳輸技術完美結合，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程都在光域內(nèi)進行。,圖2-27 ATM信元格式,補充5 信道復用技術,我們在收聽無線電廣播、收看無線電視的時候，多個電臺或電視臺的信號可以在同一無線空間中傳播而互不影響，這是怎么實現(xiàn)的呢？用到了什么技術？為什么要這樣做呢？,？,補充5.1 頻分多路復用,在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同（或略寬）的子信道，每個子信道傳輸一路信號，這就是頻分多路復用（Frequency Division Multip1exing，F(xiàn)DM）。,圖2-28 頻分多路復用,補充5.2 時分多路復用,若傳輸介質(zhì)能達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，可采用時分多路復用（Time-Division Multiplexing，TDM）技術，即將一條物理信道按時間分成若干個時隙，輪流地分配給多個信號使用，每一時隙由一路信號占用。這樣，利用每路信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多路信號。,補充5.2 時分多路復用(續(xù)),時分多路復用可細分為同步時分復用和異步時分復用兩種。 1．同步時分復用,圖2-29 同步時分復用的原理,補充5.2 時分多路復用（續(xù)）,2．異步時分復用 異步時分多路復用技術允許動態(tài)地按需分配使用時隙，以避免出現(xiàn)空閑時隙。即在輸入端有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，才分配時隙，當用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時不給它分配時隙（即線路資源）,圖2-30 異步時分復用的原理,補充5.3 波分多路復用,在同一根光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號通過不同光信道各自傳輸信息，這種方式稱為光波分復用技術，通常稱波分多路復用（Wave Division Multiplexing，WDM）。,圖2-31 波分多路復用,補充5.4 碼分多路復用,碼分多路復用也是一種共享信道的方法，每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進行通信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個用戶分配一個地址碼，各個碼型互不重疊，通信各方之間不會相互干擾，抗干擾能力強。 碼分多路復用技術主要用于無線通信系統(tǒng)，特別是移動通信系統(tǒng)。,補充6 傳輸介質(zhì),固定電話和移動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？它們通常應用于哪些場合？,？,圖2-32 常用的傳輸介質(zhì),補充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，當有許多條不同角度入射的光線能在一條光纖中傳輸時，這種光纖就稱為多模光纖（Multimode Fiber），如圖2-44所示。 當光纖的直徑小到與光波長在同一數(shù)量級，這時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,補充7 差錯控制技術,正如郵局的信件在傳送過程中會產(chǎn)生一些錯誤投遞一樣，數(shù)據(jù)在傳輸過程中也會產(chǎn)生差錯。那么為什么會產(chǎn)生差錯？如何進行差錯控制？,？,補充7.1 差錯的產(chǎn)生,差錯的產(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 差錯產(chǎn)生的過程,補充7.2 差錯控制編碼,差錯控制編碼可分為檢錯碼和糾錯碼兩類。 （1）檢錯碼。檢錯碼是能夠自動發(fā)現(xiàn)錯誤的編碼，如奇偶校驗碼、循環(huán)冗余校驗碼。 （2）糾錯碼。糾錯碼是能夠發(fā)現(xiàn)錯誤且又能自動糾正錯誤的編碼，如海明碼、卷積碼。下面主要介紹奇偶校驗碼、循環(huán)冗余校驗碼。 1．奇偶校驗碼 2．循環(huán)冗余校驗碼,補充7.3 差錯控制方法,差錯控制方法主要有兩類：反饋重發(fā)和前向糾錯。 1．反饋重發(fā)檢錯方法 2．前向糾錯方法,圖2-50 FEC方法原理圖,圖2-49 ARQ方法原理圖,