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1、第02讲数据通信概念及数据传输方式北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/第1页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/教学重点和难点：教学重点和难点：教学重点和难点：教学重点和难点：u数据四种传输方式及特点数据四种传输方式及特点u数据的三种编码技术数据的三种编码技术u三种多路复用技术的原理三种多路复用技术的原理u数据的三种交换技术、数据的三种交换技术、u差错控制技术及检错纠错码差错控制技术及检错纠错码第第2 2章章 数据通信基础数据通信基础第2页，共30页，编辑于2022年，星
2、期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念本讲主要内容：本讲主要内容：本讲主要内容：本讲主要内容：u数据通信的基本概念数据通信的基本概念u信道及其主要特征信道及其主要特征u三种多路复用技术的原理三种多路复用技术的原理u数据的三种交换技术、数据的三种交换技术、u差错控制技术及检错纠错码差错控制技术及检错纠错码第3页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念数据通信系统的模型数据通信系统的模型第4
3、页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/2.1.1 基本概念基本概念数据及计算机通信术语数据及计算机通信术语数据数据(Data)：传递传递(携带携带)信息的实体。信息的实体。信息信息(Information)：是数据的内容或解释。是数据的内容或解释。信号信号(Signal)：数据的物理量编码数据的物理量编码(通常为电编通常为电编码码)，数据以信号的形式传播。，数据以信号的形式传播。模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号基带基带(Base band)与宽带与宽带(Broad band)第5页，共30页，编辑于2022年，
4、星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/信道信道(Channel)：传送信息的线路传送信息的线路(或通路或通路)比特比特(bit)：信息量的单位。比特率为每秒传输信息量的单位。比特率为每秒传输的二进制位个数。的二进制位个数。码元码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单时间轴上的一个信号编码单元元2.1.1 基本概念基本概念第6页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/2.1.1 基本概念基本概念第7页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院
5、北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/2.1.1 基本概念基本概念第8页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/波特波特(Baud)：码元传输的速率单位。波特率为每码元传输的速率单位。波特率为每秒传送的码元数（波形数）秒传送的码元数（波形数）(即信号传送速率即信号传送速率)1 Baud=log2M(bit/s)其中其中M是信号的编码级数。也可以写成是信号的编码级数。也可以写成 Rbit=Rbaud log2M 上式中：上式中：Rbit-比特率，比特率，Rbaud-波特率波特率一个信号往往可以携带多个二进
6、制位，所以在固定一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。例如，例如，M=16，波特率为，波特率为9600时，数据传输率为时，数据传输率为38.4kbit/s2.1.1 基本概念基本概念第9页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/误码率：误码率：信道传输可靠性指标，是概率值信道传输可靠性指标，是概率值信息编码：信息编码：将信息用二进制数表示的方法。将信息用二进制
7、数表示的方法。数据编码：数据编码：将数据用物理量表示的方法。将数据用物理量表示的方法。例如：字符例如：字符A的的ASCII编码编码(是信息编码的一种是信息编码的一种)为为01000001，其数据编码可能为，其数据编码可能为01000001t2.1.1 基本概念基本概念第10页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/带宽带宽带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹（程中通常
8、以赫兹（Hz）为单位计量。）为单位计量。在计算机网络中，一般使用每秒位数在计算机网络中，一般使用每秒位数(b/s 或或bps)作作为带宽的计量单位。主要单位：为带宽的计量单位。主要单位：Kb/s，Mb/s，Gb/s一个以太局域网理论上每秒可以传输一个以太局域网理论上每秒可以传输1千万比特，千万比特，它的带宽相应为它的带宽相应为10Mb/s。2.1.1 基本概念基本概念第11页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/2.1.2 通信系统模型通信系统模型通信的三个要素：通信的三个要素：信源信源、信宿信宿和和信道信道噪声噪声
9、信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系统源系统目的系统目的系统数据通信系统的构成：数据通信系统的构成：传输系统传输系统(传输线路和传输设备传输线路和传输设备)源系统源系统(信源信源+发送器发送器)和目的系统和目的系统(信宿信宿+接收器接收器)第12页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/信息通过数据通信系统传输信息通过数据通信系统传输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。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。信息和数据信息和数据(0,1比特比特)一般不能直接在介质上传输。一般
10、不能直接在介质上传输。编码：数据（模拟编码：数据（模拟/数字）数字）适合传输的数字信号适合传输的数字信号便于同步、识别、纠错便于同步、识别、纠错调制：数字信号调制：数字信号适合传输的形式（模拟信号）适合传输的形式（模拟信号）按频率、幅度、相位按频率、幅度、相位解调：接收波形（模拟信号）解调：接收波形（模拟信号）数字信号数字信号解码：数字信号解码：数字信号原始数据原始数据信息信息数据数据信号信号在信道上传输在信道上传输信号信号数据数据信息信息数据编码调制解调数据解码第13页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/数据通信
11、基本过程数据通信基本过程包含两项内容：数据传输和通信控制包含两项内容：数据传输和通信控制 过程过程 与打电话的对比与打电话的对比建立物理连接建立物理连接 拨号，拨通对方拨号，拨通对方 建立逻辑连接建立逻辑连接 互相确认身份互相确认身份数据传送数据传送 互相通话互相通话断开逻辑连接断开逻辑连接 互相确认要结束通话互相确认要结束通话断开物理连接断开物理连接 双方挂机双方挂机第14页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/2.2 信道及其主要特征信道及其主要特征第15页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院
12、信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/2.2 信道及其主要特征信道及其主要特征信道的分类：信道的分类：第16页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/信道最大数据传输率信道最大数据传输率Nyquist 公式公式：用于理想低通信道：用于理想低通信道Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速率提供了依据。率提供了依据。例如，话音级线路的例如，话音级线路的 带宽为带宽为3100Hz，根据，根据 上式计算的信道最大上式计算的信道最大 数据率如右表所示数据率如
13、右表所示C=2W log2 MC =数据传输率，单位数据传输率，单位bit/s W=带宽，单位带宽，单位HzM=信号编码级数信号编码级数M 最大数据率最大数据率(C)2 6200 bps 4 12400 bps 8 18600 bps16 24800 bps32 31000 bps第17页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/非理想信道非理想信道实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。损耗损耗引起信号强度减弱，导致信噪比信噪比S/N降低降低。延迟延迟会使接收端的信号产生畸变信号产生畸变。噪
14、声噪声会破坏信号，产生误码破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰会破坏约560个比特(56Kbit/s)第18页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/Shannon公式公式：有限带宽高斯噪声干扰信道：有限带宽高斯噪声干扰信道例：信道带宽例：信道带宽W=3.1KHz，S/N=2000，则，则C=3100*log2(1+2000)34Kbit/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于即该信道上的最大数据传输率不会大于34Kbit/sS/N:信噪比信噪比C=W log2(1+S/N)第19页，共30页，编辑于2022年
15、，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/Nyquist公式和公式和Shannon公式的比较公式的比较C=2W log2M数据传输率数据传输率C随信号编码级数增加而增加。随信号编码级数增加而增加。C=W log2(1+S/N)无论采样频率多高，信号编码分多少级，此无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。公式给出了信道能达到的最高传输速率。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。增加。第20页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信
16、息院 http:/ http:/Nyquist公式和公式和Shannon公式公式在数据通信系统中的作用和范围在数据通信系统中的作用和范围第21页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/不同类型的信号在不同类型的信道上传输有不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况种情况数据：模拟数据、数字数据数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道信道：模拟信道、数字信道数据传输方式数据传输方式第22页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大
17、学北方学院信息院 http:/ http:/模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输话音话音移频移频,调制调制模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟PCM编码编码数字数字数字数字数字编码数字编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制调制第23页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/基带传输和频带传输基带传输和频带传输第24页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大
18、学北方学院信息院 http:/ http:/基带传输和频带传输基带传输和频带传输第25页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/并行通信和串行通信并行通信和串行通信第26页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/单工通信和双工通信单工通信和双工通信第27页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/同步传输和异步传输同步传输和异步传输第28页，共30页，编辑于2022年，星
19、期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/本节小结信道信道（数字数字/模拟信号，数字模拟信道，调制模拟信号，数字模拟信道，调制/编码，带宽，编码，带宽，最大传输能力，数字通信基本过程最大传输能力，数字通信基本过程）传输媒体（传输媒体（有线有线/无线，基带无线，基带/宽带宽带）数据传输方式（数据传输方式（模拟传输与数字传输、并行通信与串模拟传输与数字传输、并行通信与串行通信、基带传输与频带传输、单工通信与双工通信、同行通信、基带传输与频带传输、单工通信与双工通信、同步与异步传输步与异步传输）第29页，共30页，编辑于2022年，星期日北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ http:/第30页，共30页，编辑于2022年，星期日