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计算机网络技术(第二版) 电子教案 付建民 第2章 数据通信基础技术


图2-10 频移键控
③相位调制 绝对相移键控 绝对相移键控用两个固定的不同相位表示 数字“0”和“1”(见图2-11),用公式可表 示为: U (t)= U s i n ( t+ ) 数 字 “ 1 ” m
= U s i n ( t+ 0 ) m 数 字 “ 0 ”
图2-11 绝对相移键控
图2-20 并行数据传输
串行数据传输时,数据是一位一位地在通 信线上传输的,先由具有几位总线的计算 机内的发送设备,将几位并行数据经并--串 转换硬件转换成串行方式,再逐位经传输 线到达接收站的设备中,并在接收端将数 据从串行方式重新转换成并行方式,以供 接收方使用
图2-21 串行数据传输
2.2.3 单工、双工与半双工 串行数据通信的方向性结构有三种,即单 工、半双工和全双工。 单工数据传输只支持数据在一个方向上传 输;
图2-17 通信系统实例
一个简单的通信系统模型如图2-18所示。
图2-18 通信系统模型
这个模型的主要组成部分是: 1.信源/信宿 信源指信息的来源或发送者,信宿指信息的归宿或接收者。 在计算机网络中,信源和信宿可以是计算机或终端等设备。 2.信道 信道是传输信号的通路,由传输线路及相应的附属设备组 成。 同一条传输线路上可以有多个信道。例如:一条光缆可以 同时供几千人通话,有几千条电话信道。
(a)
(b)
(c)
(d)
图2-2 模拟数据、数字数据的模拟信号、数字信号的传输表示
(1) 模拟数据通信 模拟数据通信是用模拟信道传输数据,有以下两 种形式: ①模拟信道传输模拟数据,如上图(b) ②模拟信道传输数字数据,如上图(b) (2) 数字数据通信 数字数据通信是用数字信道传输数据,有以下两 种形式: ①数字信道传输模拟数据,如上图(c)
图2-15 将量化编码
经过上面的处理过程,原来的模拟信号经 PCM编码后得到如图2-3-13所示的系列二 进制数据。
图2-16 模拟数据的PCM编码
2.1.3 数据的通信模型 数据通信是计算机与通信相结合而产生的 一种通信方式和通信业务,其基本作用是 完成两个实体间数据的交换。 如图2-17是通信系统的一个实例,工作站 可以通过公共电话网与另一端的服务器通 信,也可以在公共电话网间交换声音信号。
相对相移键控法 相对相移键控用载波在两位数字信号的交 接处产生的相位偏移来表示载波所表示的 数字信号。最简单的相对调相方法是:与 前一个信号同相表示数字“0”,相位偏移 180度表示“1”,如图2-12所示。这种方法 具有较好的抗干扰性。
图2-12 相对相移键控
(4) 模拟数据的数字信号编码 模拟数据的数字信号编码最常用的方法是脉冲编 码调制(PCM pulse code modlation) ①理论基础(香农采样定理) 若对连续变化的模拟信号进行周期性采样,只要 采样频率大于等于有效信号最高频率或其带宽的 两倍,则采样值便可包含原始信号的全部信息, 利用低通滤波器可以从这些采样中重新构造出原 始信号。
3.信号 信号是数据在传输过程中的表示形式,是 用于传输的电子、光或电磁编码,有模拟 信号和数字信号之分。 模拟信号(也称为连续信号)是随时间连 续变化的电流、电压或电磁波。 数字信号(也称为离散信号)是一系列离 散的电脉冲。
模拟信号和数字信号可通过参量(幅度)来表 示:
图2-1 模拟信号、数字信号的表示
2.数据的编码
(1) 数字数据的数字信号编码 数字信号编码的工作由网络上的硬件完成, 常用的编码方法有以下三种: ①不归零码NRZ(non-return to zero) 不归零码又可分为单极性不归零码和双极 性不归零码。
a)单极性不归零码与脉冲
b)双极性不归零码与脉冲 图2-4 不归零码
②归零码 归零码是指编码在发送“0”或“1”时,在一 码元的时间内会返回初始状态(零),如 图2-5所示。 归零码可分为单极性归零码和双极性归零 码.
2.2.2 并行传输与串行传输 1.并行通信方式 并行通信传输中有多个数据位,同时在两个设备 之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数 据线传送给接收设备,还可附加一位数据校验位。 接收设备可同时接收到这些数据,不需要做任何 变换就可直接使用。 并行方式主要用于近距离通信。计算机内的总线 结构就是并行通信的例子。这种方法的优点是传 输速度快,处理简单。
图2-7 远程系统中的调制解调器
模拟信号传输的基础是载波 载波信号可以表示为正弦波形式: f(t)=Asin(ωt+φ),其中幅度A、频率ω和相 位φ的变化均影响信号波形,即载波的三大 要素:幅度、频率和相位,数字数据可以 针对载波的不同要素或它们的组合进行调 制。
通过改变这三个参数可实现对模拟信号的 编码。相应的调制方式分别称为幅度调制 ASK、频率调制FSK和相位调制PSK。
图2-6 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码
注:1、曼彻斯特编码—在信号1/2处跳变时,从高到低跳变为“0”;从低到高跳变为“1”。 2、查分曼彻斯特编码—在信号开始时,有跳变为“0;无跳变为“1”。
为了利用廉价的公共电话交换网实现计算 机之间的远程通信,必须将发送端的数字 信号变换成能够在公共电话网上传输的音 频信号,经传输后再在接收端将音频信号 逆变换成对应的数字信号。
4.信道和带宽 信道是传输信号的通路,一条传输线路上 可以存在多个信道。 信号带宽指信号的频率范围,而信道带宽 是信道上能够传输信号的最大频率范围。
注意:信号带宽不能大于信道带宽,否则信号在信道上无法实现通信。
2.1.2 数据的编码技术 1.模拟数据和数字数据的表示 信息在信源/信宿处以模拟/数字数据形式存 在,而在信道中以模拟/数字信号形式存在。 模拟信号和数字信号都可以在合适的传输 媒体上进行传输(如图2-2);
本章任务
数据通信的基本概念 数据的传输方式
2.1数据通信的基本概念
2.1.1 数据、信息、信号或信道 1.数据 数据是指描述物体的数字、字母或符号, 有模拟数据和数字数据之分。 2.信息 信息是人脑对客观物质的反映,既可以是 对物质的形态、大小、结构、性能等特性 的描述,也可以是物质与外部的联系。
半双工数据传输允许数据在两个方向上传 输,
注:在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换 方向的单工通信;
全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输,
全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求 发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力,
2.2.4 异步传输与同步传输 1.异步传输 在数据通信中,异步传输又称群同步,是 指传输的信息被分成若干“群”。 (1) 异步传输分组的组成
2.频带传输 远距离通信信道多为模拟信道,例如,传统的电话(电话 信道)只适用于传输音频范围(300-3400Hz)的模拟信 号,不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在低频段的 数字基带信号。 频带传输就是先将基带信号变换(调制)成便于在模拟信 道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号(称为频带信 号),再将这种频带信号在模拟信道中传输。 计算机网络的远距离通信通常采用的是频带传输。 基带信号与频带信号的转换是由调制解调技术完成的。
(2) 信号传输速率 信号传输速率又称波特率或调制速率,指 单位时间内所传送的信号的个数,单位为 baud(波特),可用如下公式表示: B=1/T 其中,B — 波特率,T — 信号周期。 例如,若一连续信号f = 1200Hz,则B = 1/T = 1200(波特)
2.误码率 误码率表示二进制数据位在传输中出错的概率, 可用如下公式表示: Pe = Ne / N 其中,Pe — 误码率,Ne — 出错的位数,N — 传输的总位数。 例如,若数据传输10000个bit,接收经检查发现 有一个bit错了,则误码率 Pe = 10-5 误码率主要用于衡量数据传输的质量
3.信道容量 信道容量指信道所能承受的最大数据传输 速率,单位为bps或b/s。 4.三个指标之间的关系 数据速率用于衡量信道传输数据的快慢, 是信道的实际数据传输速率; 信道容量用于衡量信道传输数据的能力, 是信道的最大数据传输速率; 误码率用于衡量信道传输数据的可靠性。
2.2 数据的传输方式
② PCM工作步骤
图2-13 原始模拟信号
采样:根据采样频率,隔一定的时间间隔 采集模拟信号的值,得到一系列模拟值, 如图2-14所示。 量化:将采样得到的模拟值按一定的量化 级(本例采用16级)进行"取整",得到一系 列离散值,如图2-15所示。
图2-14 对采样值量化
编码:将量化后的离散值数字化,得到一 系列二进制值;然后将二进制值进行编码, 得到数字信号,如图2-15。
(1) 数据传输速率 数据传输速率又称比特率,指单位时间内所传送的二进制 位的个数,单位为比特每秒,表示为bps或b/s。数据传输 速率可用如下公式表示: 其中, S — 表示比特率 T — 表示脉冲宽度 N — 表示一个脉冲所表示的有效状态数,即调制电平数, 通常为2的整数倍。 例如,一连续信号f = 1200Hz,每个信号可表示4个不同 的状态,则数据传输速率(比特率)为2400bps:
图2-8 数字调制的三种基本形式
①幅度调制 幅度调制简称调幅,也称为幅移键控 (ASK amplitude-shift keying) 调制原理:用两个不同振幅的载波分别表 示二进制值"0"和"1"。
图2-9 幅度调制
②频率调制 频率调制简称调频,也称为频移键控(FSK frequency-shift keying) 调制原理:用两个不同频率的载波分别表 示二进制值"0"和"1"。
数字电话通信是它的一个应用模型, 如下图所示。
模拟信号 模拟信号
数字信号
编码解码器 声音
光钎
编码解码器 声音
图2-3 数字信道传输模拟数据
②数字数据可以用数字信号来表示。如上图(d ) (3) 两种数据通信的长距离传输及信号衰减的克服 ①模拟信号无论表示模拟数据还是数字数据,在传 输一定距离后都会衰减。克服的办法是用放大器 来增强信号的能量,但噪音分量也会增强,以至 引起信号畸变。 ②数字信号长距离传输也会衰减,克服的办法是 使用中继器,把数字信号恢复为"0、1"的标准电 平后继续传输。
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