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1、第3章数据通信技术基础1本讲稿第一页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系23.1 数据通信系统数据通信系统3.1.1 概念与模型概念与模型 1.术语与概念术语与概念 信息（信息（Information)：信信息息就就是是消消息息中中表表达达的的内内容容，是是对对客客观观物物质质的的反反映映。它的载体是数字、文字、语音、图形和图像等。它的载体是数字、文字、语音、图形和图像等。消息消息(Message)(Message)：是表达信息的表示形式。信息的表示形式是多样的，是表达信息的表示形式。信息的表示形式是多样的，如用如用数字、文字、语音、图形、图像、颜色、灯
2、数字、文字、语音、图形、图像、颜色、灯光、烟雾、手语、旗语等等形式。光、烟雾、手语、旗语等等形式。本讲稿第二页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系3信息、数据和信号 信号信号（Signal）：是数据在传输过程中的表现形式，是消息传送的载体。是数据在传输过程中的表现形式，是消息传送的载体。在数据传输过程中在数据传输过程中信号可以是电、光、声等表示形式。信号可以是电、光、声等表示形式。数据（数据（Data）：）：数数据据是是消消息息的的一一种种表表达达形形式式，在在计计算算机机通通信信中中，经经过过计计算算机机处处理理的二进制代码称为数据（的二进制代码称为数
3、据（Data）。）。通通信信的的目目的的是是交交换换信信息息。信信息息的的载载体体可可以以是是多多媒媒体体，包包含含语语音音、音音乐乐、图图形形图图像像、文文字字和和数数据据等等。计计算算机机为为了了传传送送这这些些信信息息，首首先先要要将将这这些些信信息息转转换换成成二二进进制制代代码码表表示示，这这种种信信息息转转换换过过程程称称为为信信息息编编码码。目目前前常常用用的的二二进进制制代代码码有有国国际际5号号码码（IA5）、扩扩充充的的二二、十十进进制制交交换换码码EBCDIC码码和和信信息息交换用标准代码交换用标准代码 ASCII码等。码等。l数据与信息的区别在于，数据仅涉及事物的表示形
4、式，而信息则涉及到这数据与信息的区别在于，数据仅涉及事物的表示形式，而信息则涉及到这些数据的内容和解释。些数据的内容和解释。本讲稿第三页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系42.模拟通信、数字通信和数据通信模拟通信、数字通信和数据通信l模拟通信模拟通信l能传输模拟信号的信道称为模拟通信。模拟信号的电平随时能传输模拟信号的信道称为模拟通信。模拟信号的电平随时间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。如果利用模拟信间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。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道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的变
5、换（A/D变换器）。调制解调器就是完成这种变换的。变换器）。调制解调器就是完成这种变换的。l数字通信数字通信l能传输离散数字信号的信道称为数字通信。离散的数字信号能传输离散数字信号的信道称为数字通信。离散的数字信号在计算机中指由在计算机中指由“0”和和“1”的二进制代码组成的数字序列。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。进行数字编码。l数据通信数据通信l是指专门用来传递数据类消息的通信方式，传送数据信息既是指专门用来传递数据类消息的通信方式，传送数据信息既可以用模拟通信系统，也可以用数
6、字通信系统。可以用模拟通信系统，也可以用数字通信系统。本讲稿第四页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系53.数据通信系统模型数据通信系统模型信信道道干扰干扰本讲稿第五页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系6信息源：信息源：作用是把待传输的消息转换成原始电作用是把待传输的消息转换成原始电信号信号。信源输出的信号称为基带信号。信源输出的信号称为基带信号。发送设备：发送设备：对基带信号进行某种变换或处理，使之对基带信号进行某种变换或处理，使之 适适应信道的传输特性要求。应信道的传输特性要求。信道：信道：是信号传输的通路，
7、信道中自然会叠加上噪声。是信号传输的通路，信道中自然会叠加上噪声。接收设备：接收设备：的功能正好相反于发送设备，它将的功能正好相反于发送设备，它将从收到的信号中恢复出相应的原始信号。从收到的信号中恢复出相应的原始信号。受信者受信者(信宿信宿)：是将复原的原始信号转换成相应的是将复原的原始信号转换成相应的消息。消息。通信系统的组成通信系统的组成本讲稿第六页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系7数据通信系统基本结构l数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端叫信数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过
8、通信线路进行源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将通信线路称为信道；通信，在数据通信系统中，也将通信线路称为信道；l在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为模拟通信系统模拟通信系统，而传输数字信号的系统称为而传输数字信号的系统称为数字通信系统数字通信系统。本讲稿第七页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系8(1)模拟通信系统模拟通信系统 l模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模
9、拟信号一般都要经过调制再噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一般都要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过解调器将信号解调出来。通过信道传输。到达信宿后，通过解调器将信号解调出来。l普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。本讲稿第八页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系9(2)数字通信系统数字通信系统 l数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪声源以及发送端和解调器、信道译码器、信源译码器、
10、信宿、噪声源以及发送端和接收端时钟同步组成。接收端时钟同步组成。l计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。本讲稿第九页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系10(3)通信信道的分类通信信道的分类 l信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。信道是信号传输的通道，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。信道可以按以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按不同的方法分类：不同的方法分类：
11、l有线信道与无线信道；有线信道与无线信道；l模拟信道与数字信道；模拟信道与数字信道；l专用信道和公用信道；专用信道和公用信道；本讲稿第十页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系11l一一般般说说来来，模模拟拟数数据据和和数数字字数数据据都都可可以以转转换换为为模模拟拟信号或数字信号。因此我们有以下四种情况：信号或数字信号。因此我们有以下四种情况：l（1）模拟数据、模拟信号模拟数据、模拟信号。l（2）模拟数据、数字信号模拟数据、数字信号。l（3）数字数据、模拟信号数字数据、模拟信号。l（4）数字数据、数字信号数字数据、数字信号。下图给出了模拟的和数字的数据、
12、信号的示意图。下图给出了模拟的和数字的数据、信号的示意图。(4)通信系统信道信号的变换通信系统信道信号的变换本讲稿第十一页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系12本讲稿第十二页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系133.1.2 数据的信源编码数据的信源编码l形成代码的过程，叫做编码。形成代码的过程，叫做编码。l将各种媒体的原始信息（如文本、语音、图形、将各种媒体的原始信息（如文本、语音、图形、图象、视频、声、光、电、温度、压力等等）转图象、视频、声、光、电、温度、压力等等）转换成用代码表示数据的过程，称作信源编码。
13、换成用代码表示数据的过程，称作信源编码。lASC码码 1000001A，01100000，1100001al汉字区位码汉字区位码 外码（十进制）外码（十进制）2053我，我，5456重重 内码（十六进制）内码（十六进制）3638重重 1.文字信息编码文字信息编码本讲稿第十三页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系142.模拟型消息的信源编码模拟型消息的信源编码l在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换，在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换，形成电信号，比如人说话的声音经过电话转变形成电信号，比如人说话的声音经过电话转变为模拟的电信号，这也是模拟数据的基
14、带信号。为模拟的电信号，这也是模拟数据的基带信号。l模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制，宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适合信道传输的频率范围内，将信号搬移到适合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，比如无的频率范围内，恢复成原来的消息，比如无线电广播。线电广播。本讲稿第十四页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系15（1）模拟数据的编码 PCM编码l脉冲编码调制脉冲
15、编码调制PCM（Pulse Code Modulation）是模）是模拟数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真小、拟数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真小、误码率低、数据传输速率高，因此在网络中除计算机误码率低、数据传输速率高，因此在网络中除计算机直接产生的数字信号外，语音、图像信息必须数字化直接产生的数字信号外，语音、图像信息必须数字化才能经计算机处理。才能经计算机处理。lPCM技术的典型应用是语音数字化。在发送端通过技术的典型应用是语音数字化。在发送端通过PCM编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，通编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，通过通信信道传送到接收方，接收方再通过
16、过通信信道传送到接收方，接收方再通过PCM解码器解码器还原成模拟语音信号。还原成模拟语音信号。l数字化语音数据传输速率高、失真小，可以存储在计数字化语音数据传输速率高、失真小，可以存储在计算机中，进行必要的处理。因此在网络与通信的发展算机中，进行必要的处理。因此在网络与通信的发展中语音数字化成为重要的部分。中语音数字化成为重要的部分。本讲稿第十五页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系16模拟数据的编码 PCM编码PCM任务：任务：PCM是实现模拟信号数字化的最基本最常用的一种方是实现模拟信号数字化的最基本最常用的一种方法，其任务就是把时间连续、取值连续的
17、模拟信号变换为时间离法，其任务就是把时间连续、取值连续的模拟信号变换为时间离散、取值离散的数字信号，并按一定规律组合编码，形成散、取值离散的数字信号，并按一定规律组合编码，形成PCM信信号序列。号序列。PCM数字化过程：数字化过程：抽样、量化和编码。抽样、量化和编码。lPCM用于数字化语音系统时，将声音分为用于数字化语音系统时，将声音分为128个量化级，采用个量化级，采用7位二进制编码表示，再使用位二进制编码表示，再使用1个比特进行差错控制，采样速率个比特进行差错控制，采样速率8000次秒，因此，一路话音的数据传输速率为次秒，因此，一路话音的数据传输速率为88000 bps64kbps。本讲稿
18、第十六页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系17（2）PCM编码的典型应用编码的典型应用 本讲稿第十七页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系18PCM信号：模拟信号经过抽样、量化、编码，输出的就是一个数字化的PCM信号。脉码调制通信系统组成：脉冲编码调制通信系统主要由抽样电路、量化电路、编码电路、信道、解码电路和滤波电路组成，如图所示。抽抽样样量量化化滤滤波波信信道道解解码码复原复原信号信号编编码码PAMPAM量化量化PAMPAMPCMPCM重建重建PAMPAM输入输入信号信号脉码调制通信系统脉码调制通信系统（3）
19、PCM脉码调制通信系统组成脉码调制通信系统组成本讲稿第十八页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系19抽样抽样抽样定义：抽样又称为取样，是指每隔一定的时间间隔抽取模拟信号的一个瞬时幅度值（称为抽样值或样值）。样值信号定义：由抽样得出的一串在时间上离散的抽样值称为样值信号。样值信号特点：是脉幅调制（PAM，Pulse Amplitude Modulation）信号，其幅度取值仍然是连续的，而且脉幅信号仅为有限个数值。对样值信号的要求：能够由样值信号不失真地重建原来的模拟信号，即样值信号内含原信号信息。抽样过程：如下图所示如下图所示（4）PCM的工作原理的工作
20、原理本讲稿第十九页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系20ttTs2Ts4Ts3Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10TsTs2Ts4Ts3Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9TsTs2Ts4Ts3Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10Tsx(t)s(t)xs(t)x(t)KPAM000抽样过程示意图抽样过程示意图tPCM的工作原理的工作原理本讲稿第二十页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系21上图结论上图结论：将时间上连续的模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号x(t)接到由电子开关构成的抽样门K上，抽样门抽样门K的通断由抽
21、样脉冲s(t)控制。在抽样脉冲的控制下，抽样门K每隔时间Ts（称为抽样周期）短促地闭合一下，x(t)信号通过抽样门后输出变为一个个的样值脉冲样值脉冲。而在抽样脉冲的间隔期内，抽样门断开，无信号输出。由于每隔时间Ts就对模拟信号抽取一个样值，且其幅度对应模拟信号在抽样时刻的瞬时幅值，在抽样门输出端就得到一个包络随包络随x x(t t)变化变化、样值脉冲间隔为Ts的脉脉冲序列冲序列xs(t)，从而完成使模拟信号x(t)在时间上离散化离散化的过程。抽样频率fs：Ts的倒数。脉幅调制信号定义：抽样门输出的样值脉冲序列xs(t)称为脉幅调制信号PAM。本讲稿第二十一页，共九十页2022/9/29河北科技
22、师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系22脉幅调制信号特点：只要抽样频率足够高，PAM信号包络就能反映出输入信号的变化规律，经滤波器滤除谐波分量后，可以重建输入信号，而无明显失真。量化量化PAM信号特点：只在时间上实现了离散化，而幅度取值仍是连续的。量化定义：量化是指将经过抽样得到的一系列瞬时抽样值进行幅度离散，也就是用指定的一组规定的电平中最接近的电平值来表示瞬时抽样值。量化级：量化时，在信号幅值的取值范围内，按一定规则分成若干层，称为量化级（或量化阶梯）。量化电平：用来表示每个量化级的量化值。PAM信号落到哪个量化级中，其幅值就变换成代表该级的量化电平。本讲稿第二十二页，共九十页2022
23、/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系23量化实质：量化过程就是把一层内的信号幅值都取成同一量化电平的过程。量化方法：四舍五入法、舍去法和补足法。量化方法的说明：例如，幅度为1.28V和2.85V的抽样值，若以整数0、1、2、3V为单位，采用四舍五入法量化后分别得到1V和3V；采用舍去法量化后分别得到1V和2V；采用不足法量化后分别得到2V和3V。采用舍入法量化的过程和波形如下图所示。量化级差：相邻两个量化电平之间的差称作量化级差或量阶，用表示。例如，量化电平为0、1、2、3V的情况下的量化级差为1V。本讲稿第二十三页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北
24、科技师范学院计算机系24tt2.85V3.2V1.28V1.2V2.4V1.9V001V2V1V2V3V1VPAM量化量化PAMPAM量化量化PAM量量化化舍去法量化过程与波形舍去法量化过程与波形本讲稿第二十四页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系25量化误差：量化电平与抽样值之间的差称为量化误差，用表示。例如，利用四舍五入法对1.28V和2.85V的两个样值信号量化时的量化误差分别为0.28V和0.15V。结论：四舍五入法的最大量化误差为 ,舍去法和补足法的最大量化误差为 。量化噪声：量化误差在传输过程中会产生噪声，称为量化噪声。量化噪声与量化级、量化
25、级差关系：显然，增加量化级数，可以减小量化级差，量化误差变小，量化噪声就越小。本讲稿第二十五页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系26编码原因：PAM信号的幅值虽已量化，但并不适用于直接传输。编码定义：要把每个样值所取的量化电平变换成一组二进制代码来传送，即编码。码组与码元：每一组二进制代码称为码组或码字，码组中的每一位称为码元或码位。码长：下图是PCM单路抽样、量化、编码波形图。图中，二进制代码101、111、110、100、011、001、000分别与其量化电平对应。码组中的总码元数称为码长或字长。例如，上述码组是由三个码元组成的，故码长为3。编码编
26、码本讲稿第二十六页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系274321012343.52.51.50.50.51.52.53.51.33.62.30.70.72.43.41.53.52.50.50.52.53.55764310101111110100011001000实际抽样值实际抽样值抽样值抽样值量化级量化级PCM码组码组x(t)(V)x(t)电平电平PCM单路抽样、量化、编码波形图单路抽样、量化、编码波形图PCM的工作原理的工作原理本讲稿第二十七页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系28PCM的工作过程编码本讲稿第
27、二十八页，共九十页3.1.3 数据的传输方式数据的传输方式本讲稿第二十九页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系30数据传输和并行传输数据传输和并行传输l串行通信串行通信l数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采用数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并并/串变换，在接收端再通过串串变换，在接收端再通过串/并变换，还原成计算机的字符并变换，还原成计算机的字符结构，才能实现串行通信。结构，才能实现串行通信。l串行通信的优点是
28、收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。成本低，但速度比较低。本讲稿第三十页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系31数据的串行传输和并行传输数据的串行传输和并行传输 l并行通信并行通信l数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。l并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。本讲稿第三
29、十一页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系32数据传输的同步技术 l在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信时，通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作，时，通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作，彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔都必须相同，这就是同步问题。同步就是要接收方按都必须相同，这就是同步问题。同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元照发送方发送的每个码元/比特起止时刻和速率来接比特起止时刻和速率来接收数据，否则，收发之间会产生误差，
30、即使是很小的收数据，否则，收发之间会产生误差，即使是很小的误差，随着时间增加的逐步累积，也会造成传输的数误差，随着时间增加的逐步累积，也会造成传输的数据出错。据出错。l实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之一，通常使用的同步技术有两种：一，通常使用的同步技术有两种：l异步方式异步方式l同步方式同步方式本讲稿第三十二页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系33异步传输方式异步传输方式l在异步传输方式中，每传送在异步传输方式中，每传送1个字符（个字符（7位或位或8位）都位）都要在每个字符码前加要在每个字符码
31、前加1个起始位，以表示字符代码的个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加开始，在字符代码和校验码后面加1或或2个停止位，个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用。一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用。l异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用多使用23位，所以适合于低速通信。位，所以适合于低速通信。本讲稿第三十三页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系34异步传输方式异步传输方式
32、本讲稿第三十四页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系35同步传输方式l同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成同步传输方式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符SYN（以（以01101000表示）或一个同步字节（表示）或一个同步字节（01111110），），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。用于接收方进行同步检测，从而使收发双
33、方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。个发送过程的结束。l在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传送，且附加位又非常少，从而提高了数据传一个单位传送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方法一般用在高速传输数据的系统输的效率。所以这种方法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。中，比如计算机之间的数据通信
34、。本讲稿第三十五页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系36同步传输方式同步传输方式本讲稿第三十六页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系37同步传输中的位同步l在同步通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步，而使用同步在同步通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步，而使用同步字符或同步字节，只是用于同步接收数据帧，字符或同步字节，只是用于同步接收数据帧，只有保证了接收端接只有保证了接收端接收的每一个比特都与发送端保持一致，接收方才能正确的接收数据收的每一个比特都与发送端保持一致，接收方才能正确的接收数据，这就要使用这
35、就要使用位同步位同步的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专用信道发送的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专用信道发送同步时钟保持双方同步，也可以使用编码技术将时钟编码到数据中，接收端同步时钟保持双方同步，也可以使用编码技术将时钟编码到数据中，接收端接收数据的同时就获取到同步时钟，两种方法相比，后者的效率最高，使用接收数据的同时就获取到同步时钟，两种方法相比，后者的效率最高，使用的最为广泛。的最为广泛。l（1 1）位同步）位同步 要求传输数据的收发双方的时钟频率严格保持一致，即称要求传输数据的收发双方的时钟频率严格保持一致，即称收发双方的时钟是同步的。收发双方的时钟是同步的。l（2 2）帧同
36、步）帧同步 “帧帧”是数据链路层传输的数据单元，其长度并是数据链路层传输的数据单元，其长度并没有硬性规定。没有硬性规定。本讲稿第三十七页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系38通信线路的连接方式点对点l点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。l使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比较分散使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换网，实现点的
37、站点之间传输数据，比如通过公用电话交换网，实现点-点的连接。点的连接。本讲稿第三十八页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系39通信线路的连接方式 多点线路 l多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。l在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若所有的站点可在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若所有的站点可以同时发送数据，则这条线路在空间上是共享的，通常采用频分复用或以同时发送数据，则这条线路在空间上是共享的，通常采用频分复用或波分复用技术传输数据；若所有的站点只能轮流使用线路发
38、送数据时，波分复用技术传输数据；若所有的站点只能轮流使用线路发送数据时，那么它在时间上是共享的，通常采用时分复用技术传输数据。那么它在时间上是共享的，通常采用时分复用技术传输数据。本讲稿第三十九页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系40信道的通信方式单工通信 l单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方单工方式指通信信道是单向信道，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。不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。l无线电广播和电视都属
39、于单工通信。无线电广播和电视都属于单工通信。本讲稿第四十页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系41信道的通信方式 半双工通信 l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。当改变传输方向时，要送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。通过开关装置进行切换。l半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统使用的半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统使用的“对讲机对讲机
40、”和军队使和军队使用的用的“步话机步话机”。l半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。本讲稿第四十一页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系42信道的通信方式 全双工通信 l全双工通信是指数据可以同时沿全双工通信是指数据可以同时沿相反相反的两个方向作双向传输。的两个方向作双向传输。比如，电话通话。比如，电话通话。本讲稿第四十二页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系43信号的传输方式基带传输l基带传输基带传输l就数字信号而言，它是一个离
41、散的方波，就数字信号而言，它是一个离散的方波，“0”代代表低电平，表低电平，“1”代表高电平，这种方波固有的频代表高电平，这种方波固有的频带称为基带，方波信号称为基带信号，因此，基带带称为基带，方波信号称为基带信号，因此，基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输实际上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用，双向地传输信息。带宽都被基带信号占用，双向地传输信息。本讲稿第四十三页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系44信号的传输方式 频带传输l
42、频带传输频带传输l所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再发所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要求发送数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要求发送端和接收端都要安装调制器和解调器。端和接收端都要安装调制器和解调器。l在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。利用频带传输，不仅解决了需要利用频带传输方式。利用频带传输，不仅解决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多利用电
43、话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。路复用，以提高传输信道的利用率。本讲稿第四十四页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系45信号的传输方式宽带传输l宽带传输宽带传输l宽带传输采用宽带传输采用75的的CATV电视同轴电缆或光纤作电视同轴电缆或光纤作为传输媒体，带宽为为传输媒体，带宽为300MHz。使用时通常将整个。使用时通常将整个带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。宽带同轴电送音频信号、视频信号以及数字信号。宽带同轴电缆原是用来传输电视
44、信号的，当用它来传输数字信缆原是用来传输电视信号的，当用它来传输数字信号时，需要利用电缆调制解调器（号时，需要利用电缆调制解调器（Cable Modem）把数字信号变换成频率为几十兆赫兹到）把数字信号变换成频率为几十兆赫兹到几百兆赫兹的模拟信号。几百兆赫兹的模拟信号。l可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一体化传输，这也是通常所说的体化传输，这也是通常所说的“三网合一三网合一”，即语，即语音网、数据网和电视网合一。另外，使用音网、数据网和电视网合一。另外，使用Cable Modem上网就是基于宽带传输系统实现的。上网就是基于宽带传输系统实现的。
45、本讲稿第四十五页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系463.1.4数据通信的技术指标数据通信的技术指标 l数据通信速率（传输速率）：传输率是指数据在数据通信速率（传输速率）：传输率是指数据在信道中传输的速度。数据通信速率分为两种：信道中传输的速度。数据通信速率分为两种：码码元速率和信息速率元速率和信息速率。l波特率波特率(调制速率、调制速率、码元速率码元速率)RB：l调制速率表示信号的一个变化过程，信号的改变是指调制速率表示信号的一个变化过程，信号的改变是指信号电压和方向的变化，即每秒信号变化的次数。信号电压和方向的变化，即每秒信号变化的次数。l因此，因
46、此，调制速率定义为：数据传输过程中，在信道上调制速率定义为：数据传输过程中，在信道上每秒钟传送的信号波形个数，其单位是波特（每秒钟传送的信号波形个数，其单位是波特（Baud）。）。假设一个信号码元持续假设一个信号码元持续时间周期为时间周期为Tw，则调制，则调制，则调制，则调制速率为速率为速率为速率为N Nb b本讲稿第四十六页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系47数据通信的技术指标数据通信的技术指标l信息速率（信息速率（信号速率）信号速率）Rb：l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
47、字信号的传输速率通常用“比特”来表示。l每秒中传送的数，每秒中传送的信息量，单位为比特每秒中传送的数，每秒中传送的信息量，单位为比特/秒（秒（bit/s），又称为比特率；），又称为比特率；l对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元包含个码元包含1个比特信息，其信息速率与码元速个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一个用四进制表示的信号（四级电率相等；对于一个用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了平），每个码元包含了2个比特信息，因此，它个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的的信息速率应该是码元速率的2倍。倍。本讲稿第四十七页
48、，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系48码元速率和信息速率码元速率和信息速率l一般来说，对于采一般来说，对于采用用M进制电平传输进制电平传输信号时，信息速信号时，信息速率和码元速率之率和码元速率之间的关系是：间的关系是：lRb=RBlog2M本讲稿第四十八页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系49l奈奈奎奎斯斯特特(Nyquist)推推导导出出在在理理想想低低通通信信道道下下的的最最高高码码元传输速率的公式元传输速率的公式：理想低通信道的最高码元传输速率理想低通信道的最高码元传输速率=2W Baud 这里这里W是理
49、想低通信道的带宽，单位为赫是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)；Baud是是波波特特，是是码码元元传传输输速速率率的的单单位位，1波波特特为为每每秒秒传传送送1个码元。个码元。l上上式式就就是是著著名名的的奈奈氏氏准准则则。奈奈氏氏准准则则的的另另一一种种表表达达方方法法是是：每每赫赫带带宽宽的的理理想想低低通通信信道道的的最最高高码码元元传传输输速速率率是是每每秒秒2个码元个码元。奈氏准则奈氏准则本讲稿第四十九页，共九十页2022/9/29河北科技师范学院计算机系河北科技师范学院计算机系50l对对于于具具有有理理想想带带通通矩矩形形特特性性的的信信道道(带带宽宽为为W)，奈奈氏氏准准则则就
50、就变为：变为：理想带通信道的最高码元传输速率理想带通信道的最高码元传输速率=W Baud 即即每每赫赫带带宽宽的的带带通通信信道道的的最最高高码码元元传传输输速速率率为为每每秒秒1个个码码元元。强调以下几点：强调以下几点：l（1）一一个个实实际际的的信信道道所所能能传传输输的的最最高高码码元元速速率率，要要明明显显地低于奈氏准则给出的这个上限数值。地低于奈氏准则给出的这个上限数值。l（2）波波特特是是码码元元传传输输的的速速率率单单位位，它它说说明明每每秒秒传传多多少少个个码码元元。码码元元传传输输速速率率也也称称为为调调制制速速率率、波波形形速速率率或或符符号号速速率率。l（3）比比特特是是