第二章数据通信技术
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第二章数据通信基础知识数据通信原理
第二章数据通信基理础知识•回返数据通信•束原结
•学习要求
• 1. 了解信号分类方式，掌握信号频谱与带宽的概念。 • 2. 了解调制解调的基本原理 • 3. 了解信道噪声的种类及特点，掌握信道容量公式。 • 4. 了解各种信道的特点。 • 5. 了解话音信道传输数据信号的基本要求。 • 6. 掌握频分复用、时分复用技术的基本原理。 • 7. 掌握语音压缩比编码和数据压缩编码的基础知识。 • 8. 掌握数据通信系统同步类型及其实现方式
• 奈奎斯特研究了理想信道(无噪声、无码间干扰)时带宽与速率的 关系，并得到以下结论：
•其中 B为带宽单位是Hz， • M为传输时数据信号的取值状态，即采用M进制传输
•2. 香农信道容量公式•
• 香农研究了用模拟信道传输数字信号时的信道容量问题，并得出 了著名的香农公式：
•其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.3 信道噪声 •3. 高斯白噪声
• 可以从以下两方面对高斯白噪声下定义 ： 其任意维概率密度函数都服从高斯分布(即正态分布)——高斯噪声 在整个频域具有均匀分布的功率谱密度——白噪声
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.4 信道容量
•1.奈奎斯特信道容量公式
其对应的误码率公式为:
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •1. 双绞线
双绞线由两根相互绝缘的铜线以均匀的扭矩对称扭绞在一起形成。
绞合的目的: (1) 减少线对之间的相互干扰， (2) 同时还增强了机械和电气稳定性
分类
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •2. 同轴电缆
•调制信道 •编码信道 •有线信道
•学习要求
• 1. 了解信号分类方式，掌握信号频谱与带宽的概念。 • 2. 了解调制解调的基本原理 • 3. 了解信道噪声的种类及特点，掌握信道容量公式。 • 4. 了解各种信道的特点。 • 5. 了解话音信道传输数据信号的基本要求。 • 6. 掌握频分复用、时分复用技术的基本原理。 • 7. 掌握语音压缩比编码和数据压缩编码的基础知识。 • 8. 掌握数据通信系统同步类型及其实现方式
• 奈奎斯特研究了理想信道(无噪声、无码间干扰)时带宽与速率的 关系，并得到以下结论：
•其中 B为带宽单位是Hz， • M为传输时数据信号的取值状态，即采用M进制传输
•2. 香农信道容量公式•
• 香农研究了用模拟信道传输数字信号时的信道容量问题，并得出 了著名的香农公式：
•其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.3 信道噪声 •3. 高斯白噪声
• 可以从以下两方面对高斯白噪声下定义 ： 其任意维概率密度函数都服从高斯分布(即正态分布)——高斯噪声 在整个频域具有均匀分布的功率谱密度——白噪声
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.4 信道容量
•1.奈奎斯特信道容量公式
其对应的误码率公式为:
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •1. 双绞线
双绞线由两根相互绝缘的铜线以均匀的扭矩对称扭绞在一起形成。
绞合的目的: (1) 减少线对之间的相互干扰， (2) 同时还增强了机械和电气稳定性
分类
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •2. 同轴电缆
•调制信道 •编码信道 •有线信道
第二章-数据通信技术-1
• 结论：采样速率必须是最高频率的两倍，因为波形的每 个周期相当于两个值——一个表示正的幅度级别，另一 个表示负的幅度级别。因此，如果每秒有 w 个周期 （即，赫兹），那么我们就有 2w 个信号状态。如果无 噪声信道每个信号状态使用 N 个值，则信道每秒的最 大数据传输能力可由下式给出： • • • • C=2W×log2 N C=数据传输率，单位bit/s W= 带宽，单位Hz N= 信号状态编码级数
模拟信号数字化的三步骤
•
1)采样，以采样频率Fs把模拟信号的值采出；
•
2)量化，使连续模拟信号变为时间轴上的离散值；
•
3)编码，将离散值变成一定位数的二进制数码。
奈奎斯特公式-编码的基础
• 1920年 ，奈奎斯特发现无噪声信道的最大信号传输速 率是采样数目的两倍。通过标准正弦载波可以看出这 个发现，正弦波自然形态的半个周期表示一个信号状 态是可能的，因为这两个半周期互为镜像。
6.1 数字数据的数字信号编码
• 编码方式
• 编码特点 • 同步过程
编码方式
• 不归零编码(NRZ) 1：单极性不归零码 2：双极性不归零码 • 归零编码(RZ) 1：单极性归零码 2：双极性归零码
两类编码图例
单极性脉冲编码
双极性归零脉冲编码
双极性脉冲编码
单极性归零脉冲编码
交替双极性归零脉编码
图例
6.2 数字数据的模拟信号编码
• 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。实现数字信号与模拟信号互换的设备 称作调制解调器(Modem)。 • 模拟信号传输的基础是载波，载波具有三大要 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。
第二章数据通信的基础知识
第二章 数据通信的基础知识
❖ 1.4.2 报文交换 ❖ 在数据交换中，对一些实时性要求不高的信
息，可以采用另一种方法叫作报文交换的数 据交换方法。报文交换方式传输的单位是报 文，在报文中包括要发送的正文信息和指明 收发站的地址及其他控制信息。 比如信件。
第二章 数据通信的基础知识
❖ 2. 报文交换的特点 ❖ (1) 报文从源点传送到目的地采用“存储—转发”
第二章 数据通信的基础知识
❖ 2. 报文交换的特点 ❖ (4) 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的
地，而电路交换网络很难做到这一点。 ❖ (5) 报文交换网络可以进行速度和代码的转换。 ❖ (6) 不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过
网络的延迟时间长且不定。 ❖ (7) 有时结点收到过多的数据而无空间存储或不能
正反纠错码等。 检错码：奇偶校验码
第二章 数据通信的基础知识
❖ 3. 编码效率 ❖ R=k/n=k/(k+r) ❖ 式中：k为码字中的信息位位数； ❖ r为编码时外加冗余位位数； ❖ n为编码后的码字长度。
第二章 数据通信的基础知识
❖ 1.6.2 奇偶校验
第二章 数据通信的基础知识
第二章 数据通信的基础知识
及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文 不按顺序到达目的地。
第二章 数据通信的基础知识
❖ 1.4.3 分组交换 ❖ 1. 什么是分组交换 ❖ 分组交换又叫报文分组交换，是国际上计算
机网络普遍采用的数据交换方式。综合报文 交换和线路交换的优点。
第二章 数据通信的基础知识
❖ 分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交 换两种，如图1-14所示。它是计算机网络中 使用最广泛的一种交换技术。
第二章-数据通信基础
告 诉 自 己 那 个人我 曾经爱 过。或 许人一 生可以 爱很多 次，然 而总有 一个人 让我们 笑 的 最 灿 烂 ，哭的 最透彻 ，想的 最深切 。 3.无 论 生 活 的 多么艰 难，最 后你总 会 找 到 一 个 让你心 甘情愿 傻傻相 伴的人 。 4.每 个 人 都 有 一个死 角，自 己走不
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▪ 不同类型的信号在不同类型的信道上传输 有4种情况：
数据：模拟数据 数字数据
信号：模拟信号 数字信号
信道：模拟信道 数字信道
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▪ 模拟传输和数字传输所使用的技术
模拟数据，模拟信号
语音
模拟
移频,调制
模拟数据，数字信号
模拟
数字
PCM编码
8
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▪ 信息通过数据通信系统进行传输的过程
➢ 把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地
信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输
“A” 01000001
01000001 “A”
信息→数据→信号→在信道信道上传输→信号→数据→信息
信息编码 数据编码 调制
解调 数据解码 信息解码
➢ 编码：数据→适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错 ➢ 调制：数字信号→适合传输的形式——按频率、幅度、相位 ➢ 解调：接收波形→数字信号 ➢ 解码：数字信号→原始数据
➢ 例如：通过电话网络传输数据
▪ 宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ 到几百MHZ的模拟信号后再传送，接收方 需要解调。
➢ 例如：闭路电视的信号传输
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码元1 码元2 码元3 码元4 码元5
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▪ 不同类型的信号在不同类型的信道上传输 有4种情况：
数据：模拟数据 数字数据
信号：模拟信号 数字信号
信道：模拟信道 数字信道
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▪ 模拟传输和数字传输所使用的技术
模拟数据，模拟信号
语音
模拟
移频,调制
模拟数据，数字信号
模拟
数字
PCM编码
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▪ 信息通过数据通信系统进行传输的过程
➢ 把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地
信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输
“A” 01000001
01000001 “A”
信息→数据→信号→在信道信道上传输→信号→数据→信息
信息编码 数据编码 调制
解调 数据解码 信息解码
➢ 编码：数据→适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错 ➢ 调制：数字信号→适合传输的形式——按频率、幅度、相位 ➢ 解调：接收波形→数字信号 ➢ 解码：数字信号→原始数据
➢ 例如：通过电话网络传输数据
▪ 宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ 到几百MHZ的模拟信号后再传送，接收方 需要解调。
➢ 例如：闭路电视的信号传输
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码元1 码元2 码元3 码元4 码元5
数据通信基础教案
1000110（1）你就必须加1了这样原来有3个1要想1的个数为偶数就只能添1了。
三、 循环冗余码校验（CRC）。
循环冗余码 （Cyclic Redundancy Code， CRC），又称为多项式码。CRC的工作方法是在发送端产生一个冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成循冗余码同样的算法进行校验，如果发现错误，则通知发送端重发。
*调制技术
1、调制：发送端根据数据内容命令调制器(modulator)改变载波的物理特性使其能够携带信息。
“调制”常通过改变载波的“振幅、频率、相位”三种物理特性来完成。控制载波振幅的技术称为“振幅调制”技术；控制载波频率的技术则为“频率调制”技术；控制载波相位的技术便是“相位调制”技术。
2、振幅调制技术
B为信道带宽，S为接受端信号的平均功率，N为信道内噪声平均功率，C为信道容量。
三、 码元和码字
在数字传输中，有时把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。
计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元”或“码位”，例如二进制数字10000001是由7个码元组成的序列，通常称为“码字”。
四、 数据通信系统主要技术指标
电路交换必定是面向连接的，电话系统就是这种方式。
电路交换的三个阶段：
（1）电路建立阶段
（2）数据传输阶段
（3）拆除电路阶段
三、 报文交换
报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。报文交换采取的是“存储—转发”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。
带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以通道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。
2.数据传输率
数据传输率是指单位时间信道内传输的信息量，即比特率，单位为比特/秒。
三、 循环冗余码校验（CRC）。
循环冗余码 （Cyclic Redundancy Code， CRC），又称为多项式码。CRC的工作方法是在发送端产生一个冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成循冗余码同样的算法进行校验，如果发现错误，则通知发送端重发。
*调制技术
1、调制：发送端根据数据内容命令调制器(modulator)改变载波的物理特性使其能够携带信息。
“调制”常通过改变载波的“振幅、频率、相位”三种物理特性来完成。控制载波振幅的技术称为“振幅调制”技术；控制载波频率的技术则为“频率调制”技术；控制载波相位的技术便是“相位调制”技术。
2、振幅调制技术
B为信道带宽，S为接受端信号的平均功率，N为信道内噪声平均功率，C为信道容量。
三、 码元和码字
在数字传输中，有时把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。
计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元”或“码位”，例如二进制数字10000001是由7个码元组成的序列，通常称为“码字”。
四、 数据通信系统主要技术指标
电路交换必定是面向连接的，电话系统就是这种方式。
电路交换的三个阶段：
（1）电路建立阶段
（2）数据传输阶段
（3）拆除电路阶段
三、 报文交换
报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。报文交换采取的是“存储—转发”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。
带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以通道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。
2.数据传输率
数据传输率是指单位时间信道内传输的信息量，即比特率，单位为比特/秒。
第二章 数据通信基础
(a)模拟信号是在一定范围内可以连续取值的信号，是一 种连续变化的电信号（如：语言信号），它可以不同频率在 介质上传输。
(b)数字信号是一种离散的脉冲序列，它的取值是有限个 数，它以恒定的正电压/负电压，表示“1”、“0”，可以用不 同的位速率在介质上传输。
2. 传输（通信） 传输又叫通信，是把信息从一个地方送到另一个地方。 涉及模拟通信、数字通信、数据通信几个概念。 通信系统模型如右图： 接收信息 的目的地 1) 模拟通信 若信源产生模拟信号，且以模拟信道传输，则称为模 拟通信，如电话、电视系统目前都采用这种方式。 2) 数字通信 若信源产生模拟信号，但以数字信道传输，（传输的 是数字信号），则称为数字通信。如IP电话，把语音信号 经压缩编码后，经Intenet把数字编码传到对方，再解码还 原为语音信号。 信息产生和出现 的发源地
注意： 1个码元，是一个电脉冲，它表示一个脉冲状态，1个码 元并不一定代表一个比特，它所表示的信息（携带信息）可 能是2bit、3bit，若脉冲状态有4种，00、01、10、11，则一 个码元传2bit信息。 仅当电脉冲信号状态数为2时，即只有“0”“1”两个状态 时，每个电信号只传输1位二进制数，比特率=特波率，但意 义仍不同。 此外，波特和比特含义不同，一个是码元速率，一个是 信息量的单位。 · 波特率与比特率间关系： S=Blog2N (bps) N：脉冲状态数（电信号的状态数）
(2)信道容量
· 信道容量 指信道上能够传送的最大数据率。当传输率高于信道容 量时，信道上根本不能传送信号，即信道容量是信道的一个 极限参数。 · 传输率受限原因： 任何信道都不是理想的，信道带宽有限，信道上存在多 种干扰，在传输信号时会带来各种失真。 1924奈奎斯特（Nyquist）有限带宽无噪声信道极限数据率 · 奈奎斯特公式： Rmax=2W (Baud) =2Wlog2N (bps) 其中： W为信道带宽，N为脉冲状态数（码元离散值个数）。 当N=2时， Rmax=2W
第二章数据通信基础
数据传输以信号传输为基础，数据传输质 量的好坏，除了与发送和接收设备的性能 有关外，还取决于： • 传输信号本身的质量 • 传输信道的特性
2.1.3 通信方式
2.1.3.1 并行传输和串行传输
按照计算机系统各部件之间同时传送的 位数，可以分为并行传输和串行传输。 并行传输
• 串行传输
2.1.3.2 信道的通信方式
冗余（校验码）产生方法 ----即已知k(x)求R(x)的过程 生成多项式G(x):根据多项式理论求得的具 有某种特殊属性的多项式 生成多项式的国际标准： CRC-12=x12+x11+x3+x2+x+x0 CRC-16=x16+x15+x2+1 CRC-CCITT=x16+x12+x5+1 利用生成多项式，就可以通过k(x)求得R(x)
2.3 数据传输技术
2.3.1 多路复用技术
当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可 以将信道分割成若干个子信道，每个子信 道用来传输一种信号。 1.频分多路复用----FDM：频分多路复用要通 过频谱搬移技术，保证各路信号的频谱在 传输过程中在传输过程中不相干扰
2.时分多路复用----TDM 将使用信道的时间分成一个个的时间片， 每一路信号只能在自己的时间片内独占信 道进行传输。 · 同步TDM：时间片的分配是事先约定的，且 固定不变。 · 异步TDM：时间片是按需分配，事先申请。
5. 误码率：传输出错的码元数占传输总码元 数的比例。用来衡量数据通信系统在正常工 作情况下传输的可靠性。 Pe=Ne/N 意义：决定传输数据单元大小的一个重要依据。
6.吞吐量：单位时间传输的总信息量（bps） • 受网络拥挤程度影响 7.延迟时间：网络中相距最远的两个节点的 传输时间。 如:500m的同轴电缆，延迟时间是2.5us 卫星信道延迟时间是270ms
第二章 数据通信基础知识--数据通信原理
随机信号的频谱常用其功率普密度表示：
P ()LiE m |F()|2
t
T
功率普密度与信号平均功率的关系：
S P(f)df
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2.1.2 信号的带宽
信号的绝对带宽(B)通常是指信号频谱正频域非零部分对应的频率 范围，如下图所示：
P(f)
-fb
fb f
0B
基带数据信号的一般都具有无穷大的绝对带宽，如下图所示：
段上的过程，而解调是将信道中来的频带信号恢复为基带信号的反过程。
调制解调器(Modem)就是调制和解调的统称
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2.1.3 调制解调的基本概念
2. 调制器模型
x(t)
s(t)
C(t) Ac cos(2f ct 0)
x(t) 调制信号，即数据终端产生的基带信号 C(t)是载波，AC是载波幅度，fC是载波频率简称载频,θ0是载波的初始相位。 s(t)是已调信号，即调制后的频带信号，其中包含了x(t)的全部信息，信道中
C B lo 2 ( 1 g S /N ) b/s it
其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
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2.2.5 话音信道传输数据信号
1. 线性系统分析
输入端 时域： x(t) 频域： X(f)
时域分析（卷积）
冲激响应h(t) 线性系统 传输函数H(f)
按照调制器功能
幅度调制：调制信号控制载波幅度变化，例如AM、ASK等 频率调制：调制信号控制载波瞬时频率变化，例如FM、FSK等 相位调制：调制信号控制载波瞬时相位变化，例如PM、PSK等。
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2.1.3 调制解调的基本概念
4. 解调分类
第二章数据通信技术基础
传送所有的比特。它比较便宜， 用在长距离连接中也比并行传 输更加可靠。因为它每次只能 发送一个比特位，所以其速度 比较慢。
（2）并行数据传输
并行传输指可以同时传输
一组比特，每个比特使用单独
一条线路（导线）。这些线路
通常被捆扎在一条电缆里。并
行传输非常普遍，特别是应用
于两个短距离和设备之间。
11
2.3 数据通信方式-பைடு நூலகம்步与同步
2
2.1 数据通信的基本概念
4、信道
在数据通信系统中，信道是传输信号的通道。 逻辑上，信道一般都是用来表示向某一个方向 传送信息的“介质”。一般来说，一条通信线路至 少包含两条信道，一条用于发送的信道和一条用于 接收的信道。 信道可分为适合传送模拟信号的模拟信道和适 合传送数字信号的数字信道。
3
2.1 数据通信的基本概念
半双工通信由要频繁调换信道方向，故效率低，但可节省 传输线路。
19
2.3 数据通信方式-传输方向
3．全双工通信（双向同时通信 ） 全双工通信是指能同时做双向通信。如图所示。这种方
式适用于普通电话、手机以及计算机——计算机间高速数据 通信。
全双工与半双工比较,全双工通信效率高，控制简单，但 是结构较复杂，成本较高。
例如，一般不发字符时线路保持“1”状态，当发送一个 字符代码时，字符前面要加一个起始信号，极性为“0”，即 空号极性，预告字符的信息代码即将开始。在数据位和校验 位结束后面要加一个终止符号，极性为“1”，即传号极性， 表示该字符已结束。
异步方式实现起来简单容易，每个字符都为该字符的位同步
提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。缺点是通信开销较
(2)如果不是二进制码元，必须折合成二进制来计算。 传输延迟 数据从信源（源计算机）到信宿（目的计算机）所花 费的时间。
（2）并行数据传输
并行传输指可以同时传输
一组比特，每个比特使用单独
一条线路（导线）。这些线路
通常被捆扎在一条电缆里。并
行传输非常普遍，特别是应用
于两个短距离和设备之间。
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2.3 数据通信方式-பைடு நூலகம்步与同步
2
2.1 数据通信的基本概念
4、信道
在数据通信系统中，信道是传输信号的通道。 逻辑上，信道一般都是用来表示向某一个方向 传送信息的“介质”。一般来说，一条通信线路至 少包含两条信道，一条用于发送的信道和一条用于 接收的信道。 信道可分为适合传送模拟信号的模拟信道和适 合传送数字信号的数字信道。
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2.1 数据通信的基本概念
半双工通信由要频繁调换信道方向，故效率低，但可节省 传输线路。
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2.3 数据通信方式-传输方向
3．全双工通信（双向同时通信 ） 全双工通信是指能同时做双向通信。如图所示。这种方
式适用于普通电话、手机以及计算机——计算机间高速数据 通信。
全双工与半双工比较,全双工通信效率高，控制简单，但 是结构较复杂，成本较高。
例如，一般不发字符时线路保持“1”状态，当发送一个 字符代码时，字符前面要加一个起始信号，极性为“0”，即 空号极性，预告字符的信息代码即将开始。在数据位和校验 位结束后面要加一个终止符号，极性为“1”，即传号极性， 表示该字符已结束。
异步方式实现起来简单容易，每个字符都为该字符的位同步
提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。缺点是通信开销较
(2)如果不是二进制码元，必须折合成二进制来计算。 传输延迟 数据从信源（源计算机）到信宿（目的计算机）所花 费的时间。
数据通信基础
分类： 3类线、4类线、5类线和超5类线
UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线
屏蔽双绞线（STP）
优点： 传输质量较高 电缆尺寸和重量与UTP相当
缺点： 安装不合适有可能引入外界干扰
2. 同轴电缆
同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽 层以及保护塑料外层所组成，如图所示。
图 【同轴电缆】
§2.1.2通信系统模型
通信系统模型 通信系统的三个基本要素：
➢信源是产生和发送信息的一端 ➢信道是信息传输的介质 ➢信宿是接受信息的一端
数据通信系统的实例
2.1.3 数据的传输方式
1、并行传输 数据以成组的方式在多条并行信道上同时进行传输。 方式：将构成1个字符代码的几位二进制比特分别通过几个并
2.4数据交换
3、分组交换方工式
将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。
优点： 1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组——速度快； 2）转发延时小——适用于交互式通信； 3）某个分组出错仅重发该分组——效率高； 4）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。 特点： 1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。 2）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。
电话机
例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信过程。
单工、半双工与全双工通信综合比较
传 通信方 输
式方 向
固
单工
定 单
向
限
半双工
时 双
向
全双工
双 向
信
道 个
收发方的限制
数
优缺点
应用
1
一方只能发送，一 方只能接收
结构简单、效 率低、只能单 向传输信息
UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线
屏蔽双绞线（STP）
优点： 传输质量较高 电缆尺寸和重量与UTP相当
缺点： 安装不合适有可能引入外界干扰
2. 同轴电缆
同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽 层以及保护塑料外层所组成，如图所示。
图 【同轴电缆】
§2.1.2通信系统模型
通信系统模型 通信系统的三个基本要素：
➢信源是产生和发送信息的一端 ➢信道是信息传输的介质 ➢信宿是接受信息的一端
数据通信系统的实例
2.1.3 数据的传输方式
1、并行传输 数据以成组的方式在多条并行信道上同时进行传输。 方式：将构成1个字符代码的几位二进制比特分别通过几个并
2.4数据交换
3、分组交换方工式
将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。
优点： 1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组——速度快； 2）转发延时小——适用于交互式通信； 3）某个分组出错仅重发该分组——效率高； 4）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。 特点： 1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。 2）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。
电话机
例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信过程。
单工、半双工与全双工通信综合比较
传 通信方 输
式方 向
固
单工
定 单
向
限
半双工
时 双
向
全双工
双 向
信
道 个
收发方的限制
数
优缺点
应用
1
一方只能发送，一 方只能接收
结构简单、效 率低、只能单 向传输信息
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2.1.5 传输速率与带宽
传输速率是指通信线路上传输信息的速度,它是描述数据传输系统的 重要技术指标之一。传输速率一般有两种表示方法，即信号速率和调 制速率。
信号速率是指单位时间内所传送的二制位代码的有效位数，以每秒 多少比特数计，单位为比特/秒（bit/s），即BPS。数字信号的传输速 率通常用“比特”来表示。
1、单工、半双工与全双工通信
单工通信
单工通信是指数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接 收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。 如图2-2所示：
发送端
数据的单方向性
主机
接收端
显示器
图2-2 单工通信示意图
第二章数据通信技术
半双工通信
半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只 允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。 如图2-3所示：
0
1
1
发端
0 0
0
1
0
8个比特顺次发送 01100010
并/串 转换器
串/并 转换器
0
11Βιβλιοθήκη 0 0收端0
1
0
并行通信
图2- 5 串行通信示意图
并行通信，是指数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传 输，如图2-6所示。其优点是速度快，但发送与接收端之间有若干条 线路，费用高，仅适合于近距离和高速数据通信的环境下使用。
调制速率是指每秒传送的脉冲数，单位为波特（Baud），是指信号 在调制过程中，调制状态每秒钟转换的次数。模拟信号的速率通常用 “波特”来表示。
第二章数据通信技术
注意： “波特”与“比特”的意义是不同的，每一“波特”，即模拟信号的
一个状态不仅仅表示一位数据，而是代表了多位数据。
2.1.6 通信方式
第二章数据通信技术
8个比特同时发送
0
1
1
0
发端
0 1
0
1
需要8条线 收端
图2- 6 并行通信示意图
3、同步技术
同步，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致，它是数 字通信中必须要解决的一个重要问题。
在数据通信过程中，常用的同步技术有以下两种。
异步通信方式
第二章数据通信技术
➢ 每传送1个字符都要在每个字符码前加1个起始位，以表示字符代码 的开始；在字符代码和校验位后面加1或2个停止位，表示字符结束。
发送端
任何时刻的数据双向传输 图2- 4 全双工通信示意图
接收端
电话机
2、串行通信和并行通信 串行通信
第二章数据通信技术
串行通信，是将待传送的每个字符的二进制代码按由低到高的顺 序，依次发送，如图2-5所示。其优点是：收、发双方只需要一条传 输信道，易于实现，成本低；缺点是：速度比较慢。在远程数据通 信中，一般都采用串行通信方式。
数据是指把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也 可以被描述。数据可分为模拟数据与数字数据两种。
信号是数据的具体物理表现，它是信息（数据）的一种电磁编码， 具有确定的物理描述，信号中包含了所要传递的信息。例如电压、磁 场强度等。信号一般以时间为自变量，以表示信息（数据）的某个参 量（振幅、频率或相位）为因变量。
对讲机
发送端 /接收端
不同时刻的数据双向传输 图2-3 半双工通信示意图
发送端/ 接收端
对讲机
全双工通信
第二章数据通信技术
全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输，比如， 电话通话。全双工通信需要两条信道，一条用来接收信息，一条用来 发送信息，因此其通信效率很高。如图2-4所示。
电话机
第二章数据通信技术
同步通信方式
➢ 该方式中，传输的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数 据块（帧）。
➢ 对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或 数据块之前先发送一个同步字符SYN（以表示）或一个同步字节（）， 用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。
➢ 接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始和结束，从 而起到通信双方的同步作用。异步通信方式如图2-7所示。
停止位 数据位 起始位
数据传输方向
00 1 10 1 10
计算机
1 10110101 0 1 00110110 0 1 00010111 0 计算机
图2- 7 异步通信方式
➢ 异步方式的实现比较简单，但每传输一个字符都需要多使用2到3 位，所以适合于低速通信。
按传输信号的类型分类，信道可以分为数字信道与模拟信道；
数字信道是用来传输离散数字信号的。离散的数字信号在计算机中 指由“0”和“1”的二进制代码组成的数字序列，当利用数字信道传输数 字信号时不需要进行变换，通常需要进行数字编码。
第二章数据通信技术
模拟信道是用来传输模拟信号的。模拟信号的电平随时间连续变化， 语音信号就是典型的模拟信号。如果利用模拟信道传送数字信号，则 必须经过数字与模拟信号之间的变换（A/D变换器）。调制解调器就是 完成这种变换的。
第二章数据通信技术
2.1.2 模拟信号和数字信号
模拟信号是指信号的波高和频率（每秒的波数）是连续变化的信号, 如图2-1(a)所示，如电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出 信号等。
数字信号是指离散的信号,如图2-1(b)所示，如计算机使用的由“0” 和“1”组成的信号。数字信号在通信线路上传输时要借助电信号的状态 来表示二进制代码的值。因为电信号可呈现两种状态，可以分别表示 “0”和“1”。
图2-1 模拟信号和数字信号波形
第二章数据通信技术
2.1.3 基带信号与宽带信号
基带信号就是将计算机发送的数字信号“0”或“1”用两种不同的电压 表示后，直接送到通信线路上传输的信号。
宽带信号是基带信号经过调制后形成的频分复用模拟信号。
2.1.4 信道、数字信道与模拟信道
信道是信号传输的必经之路，包括传输媒体和通信设备。传输媒体 可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可以是无形媒体，如传输电磁 波的空间。
第二章 数据通信技术
本章学习要点：
➢ 数据通信的基本概念
➢ 传输介质的主要特性和应用 ➢ 无线与卫星通信技术
➢ 数据交换技术
➢ 数据传输技术
➢ 数据编码技术
➢ 差错控制技术
第二章数据通信技术
2.1 数据通信的基本概念
2.1.1 信息、数据与信号
信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。任何事 物的存在，都伴随着相应的信息的存在，信息不仅能反映事物的特征、 运动和行为，而且还能够借助媒体（如空气、光波、电磁波等）传播 和扩散。信息的载体可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画 等。
传输速率是指通信线路上传输信息的速度,它是描述数据传输系统的 重要技术指标之一。传输速率一般有两种表示方法，即信号速率和调 制速率。
信号速率是指单位时间内所传送的二制位代码的有效位数，以每秒 多少比特数计，单位为比特/秒（bit/s），即BPS。数字信号的传输速 率通常用“比特”来表示。
1、单工、半双工与全双工通信
单工通信
单工通信是指数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接 收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。 如图2-2所示：
发送端
数据的单方向性
主机
接收端
显示器
图2-2 单工通信示意图
第二章数据通信技术
半双工通信
半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只 允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。 如图2-3所示：
0
1
1
发端
0 0
0
1
0
8个比特顺次发送 01100010
并/串 转换器
串/并 转换器
0
11Βιβλιοθήκη 0 0收端0
1
0
并行通信
图2- 5 串行通信示意图
并行通信，是指数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传 输，如图2-6所示。其优点是速度快，但发送与接收端之间有若干条 线路，费用高，仅适合于近距离和高速数据通信的环境下使用。
调制速率是指每秒传送的脉冲数，单位为波特（Baud），是指信号 在调制过程中，调制状态每秒钟转换的次数。模拟信号的速率通常用 “波特”来表示。
第二章数据通信技术
注意： “波特”与“比特”的意义是不同的，每一“波特”，即模拟信号的
一个状态不仅仅表示一位数据，而是代表了多位数据。
2.1.6 通信方式
第二章数据通信技术
8个比特同时发送
0
1
1
0
发端
0 1
0
1
需要8条线 收端
图2- 6 并行通信示意图
3、同步技术
同步，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致，它是数 字通信中必须要解决的一个重要问题。
在数据通信过程中，常用的同步技术有以下两种。
异步通信方式
第二章数据通信技术
➢ 每传送1个字符都要在每个字符码前加1个起始位，以表示字符代码 的开始；在字符代码和校验位后面加1或2个停止位，表示字符结束。
发送端
任何时刻的数据双向传输 图2- 4 全双工通信示意图
接收端
电话机
2、串行通信和并行通信 串行通信
第二章数据通信技术
串行通信，是将待传送的每个字符的二进制代码按由低到高的顺 序，依次发送，如图2-5所示。其优点是：收、发双方只需要一条传 输信道，易于实现，成本低；缺点是：速度比较慢。在远程数据通 信中，一般都采用串行通信方式。
数据是指把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也 可以被描述。数据可分为模拟数据与数字数据两种。
信号是数据的具体物理表现，它是信息（数据）的一种电磁编码， 具有确定的物理描述，信号中包含了所要传递的信息。例如电压、磁 场强度等。信号一般以时间为自变量，以表示信息（数据）的某个参 量（振幅、频率或相位）为因变量。
对讲机
发送端 /接收端
不同时刻的数据双向传输 图2-3 半双工通信示意图
发送端/ 接收端
对讲机
全双工通信
第二章数据通信技术
全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输，比如， 电话通话。全双工通信需要两条信道，一条用来接收信息，一条用来 发送信息，因此其通信效率很高。如图2-4所示。
电话机
第二章数据通信技术
同步通信方式
➢ 该方式中，传输的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数 据块（帧）。
➢ 对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或 数据块之前先发送一个同步字符SYN（以表示）或一个同步字节（）， 用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。
➢ 接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始和结束，从 而起到通信双方的同步作用。异步通信方式如图2-7所示。
停止位 数据位 起始位
数据传输方向
00 1 10 1 10
计算机
1 10110101 0 1 00110110 0 1 00010111 0 计算机
图2- 7 异步通信方式
➢ 异步方式的实现比较简单，但每传输一个字符都需要多使用2到3 位，所以适合于低速通信。
按传输信号的类型分类，信道可以分为数字信道与模拟信道；
数字信道是用来传输离散数字信号的。离散的数字信号在计算机中 指由“0”和“1”的二进制代码组成的数字序列，当利用数字信道传输数 字信号时不需要进行变换，通常需要进行数字编码。
第二章数据通信技术
模拟信道是用来传输模拟信号的。模拟信号的电平随时间连续变化， 语音信号就是典型的模拟信号。如果利用模拟信道传送数字信号，则 必须经过数字与模拟信号之间的变换（A/D变换器）。调制解调器就是 完成这种变换的。
第二章数据通信技术
2.1.2 模拟信号和数字信号
模拟信号是指信号的波高和频率（每秒的波数）是连续变化的信号, 如图2-1(a)所示，如电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出 信号等。
数字信号是指离散的信号,如图2-1(b)所示，如计算机使用的由“0” 和“1”组成的信号。数字信号在通信线路上传输时要借助电信号的状态 来表示二进制代码的值。因为电信号可呈现两种状态，可以分别表示 “0”和“1”。
图2-1 模拟信号和数字信号波形
第二章数据通信技术
2.1.3 基带信号与宽带信号
基带信号就是将计算机发送的数字信号“0”或“1”用两种不同的电压 表示后，直接送到通信线路上传输的信号。
宽带信号是基带信号经过调制后形成的频分复用模拟信号。
2.1.4 信道、数字信道与模拟信道
信道是信号传输的必经之路，包括传输媒体和通信设备。传输媒体 可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可以是无形媒体，如传输电磁 波的空间。
第二章 数据通信技术
本章学习要点：
➢ 数据通信的基本概念
➢ 传输介质的主要特性和应用 ➢ 无线与卫星通信技术
➢ 数据交换技术
➢ 数据传输技术
➢ 数据编码技术
➢ 差错控制技术
第二章数据通信技术
2.1 数据通信的基本概念
2.1.1 信息、数据与信号
信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。任何事 物的存在，都伴随着相应的信息的存在，信息不仅能反映事物的特征、 运动和行为，而且还能够借助媒体（如空气、光波、电磁波等）传播 和扩散。信息的载体可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画 等。