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1、YCF（中职）计算机网络技术模块2教学课件模块模块2 数据通信基础数据通信基础任务任务1 数据通信系统的基本概念数据通信系统的基本概念任务任务2 数据通信系统模型数据通信系统模型任务任务3 数据通信系统的主要技术指标数据通信系统的主要技术指标任务任务4 数据通信方式数据通信方式2.4.1 并行传输与串行传输并行传输与串行传输2.4.2 异步传输与同步传输异步传输与同步传输2.4.3 数据传输方向数据传输方向任务任务5 数据编码与传输技术数据编码与传输技术下一页下一页模块模块2 数据通信基础数据通信基础任务任务6 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码任务任务7 数据编码技术数据编码技术2
2、.7.1 模拟数据编码模拟数据编码2.7.2 数字数据编码数字数据编码任务任务8 多路复用技术多路复用技术任务任务9 数据交换技术数据交换技术2.9.1 数据交换基本概念数据交换基本概念2.9.2 线路交换的原理及特点线路交换的原理及特点2.9.3 报文交换报文交换下一页下一页上一页上一页模块模块2 数据通信基础数据通信基础2.9.4 分组交换分组交换2.9.5 交换技术的比较交换技术的比较任务任务10 差错检测与控制差错检测与控制任务任务11 循环冗余校验循环冗余校验CRC上一页上一页任务任务1 数据通信系统的基本概念数据通信系统的基本概念1.信息信息通信的目的就是交换信息，信息的载体可以是
3、多媒体，包含通信的目的就是交换信息，信息的载体可以是多媒体，包含声音、动画、图形图像、文本等。计算机终端产生的信息一声音、动画、图形图像、文本等。计算机终端产生的信息一般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要将字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进制将字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进制代码有国际代码有国际5号码号码(IAS)、扩充的二一十进制交换码、扩充的二一十进制交换码(EBCDIC)和信息交换标准代码和信息交换标准代码(ASCII)等。等。2.数据与信号数据与信号1)数据数据数据是一种有意义的实体，包
4、含了事物的内容和表示形式。数据是一种有意义的实体，包含了事物的内容和表示形式。在计算机网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存在计算机网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。它是信息的载体，可以储、处理和传输的二进制数字编码。它是信息的载体，可以是各种进制的数或字符、图像等。是各种进制的数或字符、图像等。下一页下一页返回返回任务任务1 数据通信系统的基本概念数据通信系统的基本概念数据的单位如下数据的单位如下:(1)位位b(bit)是一个是一个0或或1。(2)字节字节B(Byte)是是8个码元。个码元。1KB=1024B;1MB=1024 KB;1 GB=
5、1024MB。2)信号信号简单地讲，信号就是携带信息的传输介质。在通信系统中常简单地讲，信号就是携带信息的传输介质。在通信系统中常常使用的电信号、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、常使用的电信号、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等术语就是指携带某种信息的具有不同形式或特性调制信号等术语就是指携带某种信息的具有不同形式或特性的传输介质。的传输介质。信号在传输过程中有两种不同的表示形式。模拟信号的信号信号在传输过程中有两种不同的表示形式。模拟信号的信号电平是连续变化的，它的取值可以是无限多个，如电话线上电平是连续变化的，它的取值可以是无限多个，如电话线上传送的按照语音强弱幅度连续
6、变化的电波信号。传送的按照语音强弱幅度连续变化的电波信号。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 数据通信系统的基本概念数据通信系统的基本概念数字信号是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字数字信号是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种信息的信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种(用用0和和1代表代表)的波形，称为的波形，称为“二进制信号二进制信号”。图图2-1是模拟信是模拟信号和数字信号的波形图。号和数字信号的波形图。3.信道及信道的类型信道及信道的类型传输信息的通路称为传输信息的通路称为“信道信道”。信道是用来表示向某一
7、个方。信道是用来表示向某一个方向传送信息的媒体，包括通信设备和传输介质。信道根据不向传送信息的媒体，包括通信设备和传输介质。信道根据不同的分类方法有以下几种不同的分类。同的分类方法有以下几种不同的分类。1)物理信道和逻辑信道物理信道和逻辑信道在计算机网络中，信道分为物理信道和逻辑信道。物理信道在计算机网络中，信道分为物理信道和逻辑信道。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，网络中两个节点之间是指用来传送信号或数据的物理通路，网络中两个节点之间的物理通路称为通信链路，物理信道由传输介质及相关设备的物理通路称为通信链路，物理信道由传输介质及相关设备组成。逻辑信道也是一种通路，但在信号收、发点之
8、间并不组成。逻辑信道也是一种通路，但在信号收、发点之间并不存在一条物理上的传输介质，而是在物理信道基础上，由节存在一条物理上的传输介质，而是在物理信道基础上，由节点内部的边来实现。通常把逻辑信道称为点内部的边来实现。通常把逻辑信道称为“连接连接”。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 数据通信系统的基本概念数据通信系统的基本概念2)有线信道和无线信道有线信道和无线信道按传输介质，信道可分为有线信道或无线信道。有线信道包按传输介质，信道可分为有线信道或无线信道。有线信道包括电缆、双绞线、同轴电缆、光缆等以各种有形线路传递信括电缆、双绞线、同轴电缆、光缆等以各种有形线路传递信息的方式息的方式
9、;无线信道包括无线电、微波和卫星通信信道等以电无线信道包括无线电、微波和卫星通信信道等以电磁波形式在空间传播信息的方式。磁波形式在空间传播信息的方式。3)模拟信道和数字信道模拟信道和数字信道按传输信号类型，信道可分为模拟信道和数字信道。模拟信按传输信号类型，信道可分为模拟信道和数字信道。模拟信道是以连续模拟信号形式传输数据的信道。数字信道是以数道是以连续模拟信号形式传输数据的信道。数字信道是以数字脉冲形式字脉冲形式(离散信号离散信号)传输数据的信道。传输数据的信道。4)专用信道和公共交换信道专用信道和公共交换信道按使用权限，信道可分为专用信道和公用信道。这是一种连按使用权限，信道可分为专用信道
10、和公用信道。这是一种连接用户之间设备的固定线路，既可以是自行架设的专用线路，接用户之间设备的固定线路，既可以是自行架设的专用线路，也可以向电信部门租用。也可以向电信部门租用。返回返回上一页上一页任务任务2数据通信系统模型数据通信系统模型信息的传递是通过通信系统来实现的。信息的传递是通过通信系统来实现的。图图2-2是通信系统的是通信系统的基本模型，共有五个基本组件基本模型，共有五个基本组件:发送设备、接收设备、发送机、发送设备、接收设备、发送机、信道和接收机。其中，把除去两端设备的部分叫做信息传输信道和接收机。其中，把除去两端设备的部分叫做信息传输系统。信息传输信系统由三个主要部分组成系统。信息
11、传输信系统由三个主要部分组成:信源信源(发送机发送机)、信宿信宿(接收机接收机)和信道。和信道。1.信源和信宿信源和信宿信源是信息的发送端，是发出待传送信息的人或设备。信宿信源是信息的发送端，是发出待传送信息的人或设备。信宿是信息的接收端，是接收所传送信息的人或设备。大部分信是信息的接收端，是接收所传送信息的人或设备。大部分信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备(Data Terminal Equipment，DTE)。下一页下一页返回返回任务任务2数据通信系统模型数据通信系统模型2.信道信道信道是传送信号的一条通路，由传输线路和传输设备组成。信道是
12、传送信号的一条通路，由传输线路和传输设备组成。同一个传输介质上可以同时存在多条信号通路，即一条传输同一个传输介质上可以同时存在多条信号通路，即一条传输线路上可以有多个信道。信道本身可以是模拟的或数字的，线路上可以有多个信道。信道本身可以是模拟的或数字的，用来传输模拟信号的信道叫做模拟信道，用来传输数字信号用来传输模拟信号的信道叫做模拟信道，用来传输数字信号的信道叫做数字信道。的信道叫做数字信道。3.信号变换器信号变换器信号变换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上信号变换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。对应不同的信源和信道，信号变换器有不同的传输的信号。对应不同的
13、信源和信道，信号变换器有不同的组成和变换功能。发送端的信号变换器可以是编码器或调制组成和变换功能。发送端的信号变换器可以是编码器或调制器，接收端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。器，接收端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务2数据通信系统模型数据通信系统模型4.噪声噪声信号在传输过程中受到的干扰称为噪声，干扰可能来自外部，信号在传输过程中受到的干扰称为噪声，干扰可能来自外部，也可能由信号传输过程本身产生。噪声过大将影响被传送的也可能由信号传输过程本身产生。噪声过大将影响被传送的信号的真实性或正确性。信号的真实性或正确性。返回返回上一页上一页任务
14、任务3数据通信系统的主要技术指数据通信系统的主要技术指标标描述数据传输速率的大小和传输质量的好坏往往需要运用数描述数据传输速率的大小和传输质量的好坏往往需要运用数据传输率、波特率、信道容量和误码率等技术指标。据传输率、波特率、信道容量和误码率等技术指标。1.数据传输率数据传输率数据传输率又称比特率，是一种数字信号的传输速率，是指数据传输率又称比特率，是一种数字信号的传输速率，是指每秒钟所传输的二进制代码的有效位数，单位为比特每秒钟所传输的二进制代码的有效位数，单位为比特/秒秒(记记作作bps)。比特率可按下式计算。比特率可按下式计算:S=Blog2 N(bps)式中式中:B波特率波特率;N一个
15、波行代表的有效状态数。一个波行代表的有效状态数。2.波特率波特率波特率又称为波形速率或调制速率，是指数据传输过程中，波特率又称为波形速率或调制速率，是指数据传输过程中，在线路上每秒钟传送的波形个数，其单位是波特在线路上每秒钟传送的波形个数，其单位是波特(记为记为baud)。下一页下一页返回返回任务任务3数据通信系统的主要技术指数据通信系统的主要技术指标标设一个波行的持续周期为设一个波行的持续周期为T，则波特率，则波特率B可由下式给出可由下式给出:B=1/T(baud)例例在采用在采用FSK制式的传输系统中，若选用一个频率为制式的传输系统中，若选用一个频率为f1，持续期为持续期为1.667ms的
16、正弦波来表示代码中的的正弦波来表示代码中的“0，用一个，用一个频率为频率为f2且相同持续时间的正弦波代表且相同持续时间的正弦波代表“1。则由上式可求。则由上式可求得该传输的波特率为得该传输的波特率为 B=1/1.667 x 103=600(baud)3.信道容量信道容量信道容量一般是指物理信道能够传输信息的最大能力，它的信道容量一般是指物理信道能够传输信息的最大能力，它的大小由信道的带宽、可使用的时间、传输速率以及信道质量大小由信道的带宽、可使用的时间、传输速率以及信道质量(即信号功率与干扰功率之比即信号功率与干扰功率之比)等因素决定。等因素决定。4.误码率误码率误码率，也称出错率，是衡量数据
17、通信系统在正常工作情况误码率，也称出错率，是衡量数据通信系统在正常工作情况下传输可靠性的指标，它是指传输出错的码元数占传输总码下传输可靠性的指标，它是指传输出错的码元数占传输总码元数的比例。信号传送中的基本单位称为码元，每个码元可元数的比例。信号传送中的基本单位称为码元，每个码元可携带携带1位或多位二进制信息。位或多位二进制信息。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务3数据通信系统的主要技术指数据通信系统的主要技术指标标5.吞吐量吞吐量吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节字节/秒或位秒或位/秒。在单信道总线型网络里，吞吐
18、量秒。在单信道总线型网络里，吞吐量=信道容信道容量量X传输效率。传输效率。返回返回上一页上一页任务任务4数据通信方式数据通信方式设计一个数据通信系统时，首先要确定采用串行通信方式，设计一个数据通信系统时，首先要确定采用串行通信方式，还是采用并行通信方式。采用串行通信方式只需要在收发双还是采用并行通信方式。采用串行通信方式只需要在收发双方之间建立一条通信信道方之间建立一条通信信道;采用并行通信方式时，收发双方之采用并行通信方式时，收发双方之间必须建立多条并行的通信信道。数据通信按照信号传送方间必须建立多条并行的通信信道。数据通信按照信号传送方向与时间的关系可以分为三种向与时间的关系可以分为三种:
19、单工通信、半双工通信和全双单工通信、半双工通信和全双工通信。在单工通信方式中，信号只能向一个方向传输工通信。在单工通信方式中，信号只能向一个方向传输;在半在半双工通信方式中，信号可以双向传送，但是同一时间只能向双工通信方式中，信号可以双向传送，但是同一时间只能向一个方向传送一个方向传送;在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送。在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送。下一页下一页返回返回任务任务4数据通信方式数据通信方式2.4.1并行传输与串行传输并行传输与串行传输数据的传输方式有并行传输和串行传输两种。数据的传输方式有并行传输和串行传输两种。1.并行传输并行传输一个数据代码由若干位组成，在
20、进行近距离传输时，为获得一个数据代码由若干位组成，在进行近距离传输时，为获得较高的传输速率，使每个代码的传输延时尽量少，常采用并较高的传输速率，使每个代码的传输延时尽量少，常采用并行传输方式，即数据的每一位各占一条信号线，并行传输。行传输方式，即数据的每一位各占一条信号线，并行传输。常用的方式是将构成一个字符的几位二进制比特位分别通过常用的方式是将构成一个字符的几位二进制比特位分别通过几个并行的信道同时传输，从发送端到接收端需要用相应的几个并行的信道同时传输，从发送端到接收端需要用相应的若干条传输信道，如若干条传输信道，如图图2-3(a)所示。例如，计算机内的数据所示。例如，计算机内的数据总线
21、就是采用并行传输的例子，有总线就是采用并行传输的例子，有8位、位、16位、位、32位和位和64位等数据总线。位等数据总线。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务4数据通信方式数据通信方式2.串行传输串行传输串行传输指的是代码的若干位按顺序一位一位地传送数据，串行传输指的是代码的若干位按顺序一位一位地传送数据，从发送端到接收端只要一条传输信道即可，如从发送端到接收端只要一条传输信道即可，如图图2-3(b)所示。所示。代码采取串行传输时的传输速度与并行传输相比要低得多。代码采取串行传输时的传输速度与并行传输相比要低得多。并行传输的速率高，但传输线路和设备都需要增加若干倍，并行传输的速率高，但传输
22、线路和设备都需要增加若干倍，一般用于短距离并要求快速传输的地方。串行传输可以节省一般用于短距离并要求快速传输的地方。串行传输可以节省线路和设备，利于远程传输，所以广泛用于远程数据传输中，线路和设备，利于远程传输，所以广泛用于远程数据传输中，通信网和计算机网络中数据传输都是以串行方式进行的。通信网和计算机网络中数据传输都是以串行方式进行的。2.4.2异步传输与同步传输异步传输与同步传输数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所接收的每一数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所接收的每一位的开始时间和持续时间，这样才能正确地接收发送方发来位的开始时间和持续时间，这样才能正确地接收发送方发来的数据
23、。满足上述要求的办法有两类的数据。满足上述要求的办法有两类:异步传输和同步传输。异步传输和同步传输。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务4数据通信方式数据通信方式1.异步传输方式异步传输方式异步传输的工作原理是每个字节作为一个单元独立传输，字异步传输的工作原理是每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间隔任意。为了标志字节的开始和结尾，在每节之间的传输间隔任意。为了标志字节的开始和结尾，在每个字节的开始加一位起始位，结尾加个字节的开始加一位起始位，结尾加1位、位、1.5位或位或2位停止位停止位，构成一个个的位，构成一个个的“字符字符”。这里的。这里的“字符字符”指异步传输的指异步传输的
24、数据单元，不同于数据单元，不同于“字节字节”，一般略大于一个字节，如，一般略大于一个字节，如图图2-4所示。异步传输的特点如下。所示。异步传输的特点如下。(1)每个字符代码前后的起始和停止位标识字符的开始和结束。每个字符代码前后的起始和停止位标识字符的开始和结束。(2)起始和停止位兼作线路两端的同步时钟，不再需要额外的起始和停止位兼作线路两端的同步时钟，不再需要额外的时钟同步。时钟同步。(3)字符之间间隔任意。速率较低，适合于对误码率要求不高字符之间间隔任意。速率较低，适合于对误码率要求不高及对数据速率要求低的线路。及对数据速率要求低的线路。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务4数据通信方
25、式数据通信方式2.同步传输同步传输同步传输方式不是对每个字符单独进行同步，而是对一组字同步传输方式不是对每个字符单独进行同步，而是对一组字符组成的数据块进行同步。同步的方法不是加一位停止位，符组成的数据块进行同步。同步的方法不是加一位停止位，而是在数据块前面加特殊模式的位组合而是在数据块前面加特殊模式的位组合(如如01111110)或或同步字符同步字符(SYN)，并且通过位填充或字符填充技术保证数据块，并且通过位填充或字符填充技术保证数据块中的数据不会与同步字符混淆。中的数据不会与同步字符混淆。上述同步传输技术叫作字符同步，如上述同步传输技术叫作字符同步，如图图2-5所示。为了保证所示。为了保
26、证数据的正确传输，这种传输方式在每一位还要进行位同步。数据的正确传输，这种传输方式在每一位还要进行位同步。位同步的方式有两种位同步的方式有两种:内同步和外同步。内同步和外同步。内同步指某些编码技术内含时钟信号。外同步指由通信线路内同步指某些编码技术内含时钟信号。外同步指由通信线路设备提供同步时钟信号，该同步信号与数据编码一同传输，设备提供同步时钟信号，该同步信号与数据编码一同传输，以保证线路两端数据传输同步。以保证线路两端数据传输同步。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务4数据通信方式数据通信方式总之，同步传输方式由字符同步和位同步共同构成。它的特总之，同步传输方式由字符同步和位同步共同构
27、成。它的特点是开销少、效率高，适合以较高的速率传输数据点是开销少、效率高，适合以较高的速率传输数据;缺点是整缺点是整个数据块一旦有一位错传，就必须重传整个数据块的内容。个数据块一旦有一位错传，就必须重传整个数据块的内容。2.4.3数据传输方向数据传输方向数据通信按照信号传送方向与时间的关系，可以分为三种数据通信按照信号传送方向与时间的关系，可以分为三种:单单工通信、半双工通信和全双工通信。工通信、半双工通信和全双工通信。1.单工通信单工通信单工通信又称为单向通信，单工通信中，数据信号固定地从单工通信又称为单向通信，单工通信中，数据信号固定地从发送端发送端A传送到接收端即信息流仅沿一个方向流动，
28、如无线传送到接收端即信息流仅沿一个方向流动，如无线电广播就是单工通信。在数据通信系统中，接收端要返回反电广播就是单工通信。在数据通信系统中，接收端要返回反馈信号给发送端，这样必须采用两个信道，一个传送数据，馈信号给发送端，这样必须采用两个信道，一个传送数据，一个传送控制信号，因此单工通信一般采用二线制，如一个传送控制信号，因此单工通信一般采用二线制，如图图2-6所示。所示。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务4数据通信方式数据通信方式2.半双工通信半双工通信半双工通信又称为双向交替通信，在半双工通信中，数据信半双工通信又称为双向交替通信，在半双工通信中，数据信号可双向传送，但不能在两个方向
29、上同时进行。通信双方都号可双向传送，但不能在两个方向上同时进行。通信双方都具有发送器和接收器，但在同一时刻信道只能容纳一个方向具有发送器和接收器，但在同一时刻信道只能容纳一个方向的信息传输。若想改变信息的传输方向就必须改变信道方向，的信息传输。若想改变信息的传输方向就必须改变信道方向，如如图图2-7所示，需要利用所示，需要利用K1,K2开关进行转换。半双工通开关进行转换。半双工通信一般采用二线制，例如，无线电对讲机，甲方讲话时，乙信一般采用二线制，例如，无线电对讲机，甲方讲话时，乙方无法讲，需要等甲方讲完，乙方才能讲。方无法讲，需要等甲方讲完，乙方才能讲。3.全双工通信全双工通信全双工通信又称
30、为双向同时通信，全双工通信中，同一时刻全双工通信又称为双向同时通信，全双工通信中，同一时刻双方能在两个方向传输数据信息，它相当于把两个相反方向双方能在两个方向传输数据信息，它相当于把两个相反方向的单工通信方式组合起来，因此，一般采用四线制，如的单工通信方式组合起来，因此，一般采用四线制，如图图2-8所示。例如，打电话时，双方可以同时讲话。全双工通信效所示。例如，打电话时，双方可以同时讲话。全双工通信效率高、控制简单，但结构复杂、成本较高。率高、控制简单，但结构复杂、成本较高。返回返回上一页上一页任务任务5数据编码与传输技术数据编码与传输技术1.模拟数据和数字数据通信模拟数据和数字数据通信数据通
31、信是通过信道在信源与信宿之间进行的信息交流。信数据通信是通过信道在信源与信宿之间进行的信息交流。信息在信源或信宿处，既可以是模拟数据，也可以是数字数据息在信源或信宿处，既可以是模拟数据，也可以是数字数据;同样，在信道中既可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。同样，在信道中既可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。通过模拟信道进行的数据通信称为模拟数据通信通过模拟信道进行的数据通信称为模拟数据通信;通过数字信通过数字信道进行的数据通信称为数字数据通信。道进行的数据通信称为数字数据通信。1)模拟数据通信模拟数据通信模拟数据通信主要有以下两种典型形式。模拟数据通信主要有以下两种典型形式。(1)模拟信道
32、传输模拟数据模拟信道传输模拟数据:典型的例子是声音在普通电话系典型的例子是声音在普通电话系统中的传输。统中的传输。下一页下一页返回返回任务任务5数据编码与传输技术数据编码与传输技术(2)模拟信道传输数字数据模拟信道传输数字数据:需对数字数据进行模拟信号编码，需对数字数据进行模拟信号编码，典型的例子是通过电话系统实现两个计算机典型的例子是通过电话系统实现两个计算机(数字设备数字设备)之间之间的通信。由于电话系统只能传输模拟信号，所以需通过调制的通信。由于电话系统只能传输模拟信号，所以需通过调制解调器进行数字信号与模拟信号的转换，如解调器进行数字信号与模拟信号的转换，如图图2-9所示。所示。2)数
33、字数据通信数字数据通信数字数据通信主要有以下两种典型形式。数字数据通信主要有以下两种典型形式。(1)数字信道传输模拟数据数字信道传输模拟数据:需要对模拟数据进行数字信号编需要对模拟数据进行数字信号编码，这一工作可通过编码解码器完成，编码解码器的原理与码，这一工作可通过编码解码器完成，编码解码器的原理与调制解调器正好相反。调制解调器正好相反。(2)数字信道传输数字数据数字信道传输数字数据:典型的例子是将两个计算机通过典型的例子是将两个计算机通过接口直接相连。接口直接相连。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务5数据编码与传输技术数据编码与传输技术2.两种数据通信技术的比较两种数据通信技术的比较
34、模拟数据通信长距离传输时，需用放大器增加信号中的能量。模拟数据通信长距离传输时，需用放大器增加信号中的能量。这样虽克服了衰减，但增加了噪声。数字数据通信长距离传这样虽克服了衰减，但增加了噪声。数字数据通信长距离传输时，用中继器增加信号中的能量，既可克服衰减，又不增输时，用中继器增加信号中的能量，既可克服衰减，又不增加噪声，可以做到信号的完全复原。因此，数字数据通信有加噪声，可以做到信号的完全复原。因此，数字数据通信有着更为广阔的发展前景。着更为广阔的发展前景。返回返回上一页上一页任务任务6数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码计算机数据是以离散的计算机数据是以离散的“0”和和“1”的比特
35、序列表示的，信的比特序列表示的，信号是数据的载体，下面讲述如何用信号来表示相应的数据。号是数据的载体，下面讲述如何用信号来表示相应的数据。数字数据的数字信号编码，就是要解决数字数据的数字信号数字数据的数字信号编码，就是要解决数字数据的数字信号表示问题，即通过对数字信号进行编码来表示数据，这一工表示问题，即通过对数字信号进行编码来表示数据，这一工作由网络上的硬件完成，常用的编码方法有不归零码作由网络上的硬件完成，常用的编码方法有不归零码(Nonreturn To Zero,NRZ)、归零码和自同步码、归零码和自同步码3种。种。1.不归零码不归零码不归零码又可分为单极性不归零码和双极性不归零码。不
36、归零码又可分为单极性不归零码和双极性不归零码。如如图图2-10(a)所示所示为单极性不归零码所示所示为单极性不归零码:在每一码元时间在每一码元时间内，以电压表示数字内，以电压表示数字0”，以恒定的正电压表示数字，以恒定的正电压表示数字“1。每个码元的中心是取样时间，即判决门限为每个码元的中心是取样时间，即判决门限为0.5;0.5以下为以下为“0,0.5以上为以上为“1。下一页下一页返回返回任务任务6数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码如如图图2-10(b)所示为双极性不归零码所示为双极性不归零码:在每一码元时间内，在每一码元时间内，以恒定的负电压表示数字以恒定的负电压表示数字“0，以恒
37、定的正电压表示数字，以恒定的正电压表示数字“1”。判决门限为。判决门限为0:0以下为以下为“0,0以上为以上为“1。不归零码是指编码在发送不归零码是指编码在发送“0”或或“1”时，在一码元的时间时，在一码元的时间内不会返回初始状态内不会返回初始状态(零零)。当连续发送。当连续发送“1”或者或者“0”时，时，上一码元与下一码元之间没有间隙，使接收方和发送方无法上一码元与下一码元之间没有间隙，使接收方和发送方无法保持同步。为了保证收、发双方同步，往往在发送不归零码保持同步。为了保证收、发双方同步，往往在发送不归零码的同时，还要用另一个信道同时发送同步时钟信号。计算机的同时，还要用另一个信道同时发送
38、同步时钟信号。计算机串口与调制解调器之间采用的是不归零码。串口与调制解调器之间采用的是不归零码。2.归零码归零码归零码是指编码在发送归零码是指编码在发送“0”或或“1”时，在一码元的时间内时，在一码元的时间内会返回初始状态会返回初始状态(零零)，如，如图图2-11所示。归零码可分为单极性所示。归零码可分为单极性归零码和双极性归零码。归零码和双极性归零码。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务6数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码如如图图2-11(a)所示为单极性归零码所示为单极性归零码:以无电压表示数字以无电压表示数字“0，以恒定的正电压表示数字，以恒定的正电压表示数字“1。与单极性
39、不归零码的区别。与单极性不归零码的区别是是:1”码发送的是窄脉冲，发完后归到零电平。码发送的是窄脉冲，发完后归到零电平。如如图图2-11(b)所示为双极性归零码所示为双极性归零码:以恒定的负电压表示数以恒定的负电压表示数字字“0，以恒定的正电压表示数字，以恒定的正电压表示数字，1。与双极性不归零码。与双极性不归零码的区别是的区别是:两种信号波形发送的都是窄脉冲，发完后归到零电两种信号波形发送的都是窄脉冲，发完后归到零电平。平。3.自同步码自同步码自同步码是指编码在传输信息的同时，将时钟同步信号一起自同步码是指编码在传输信息的同时，将时钟同步信号一起传输过去。这样，在数据传输的同时就不必通过其他
40、信道发传输过去。这样，在数据传输的同时就不必通过其他信道发送同步信号。局域网中的数据通信常使用自同步码，典型代送同步信号。局域网中的数据通信常使用自同步码，典型代表是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码表是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码(Different Manchester)，如，如图图2-12所示。所示。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务6数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码曼彻斯特编码曼彻斯特编码:每一位的中间每一位的中间(1/2周期处周期处)有一跳变，该跳变有一跳变，该跳变既作为时钟信号既作为时钟信号(同步同步)，又作为数据信号。从高到低的跳变，又作为数据信号。从高到低的跳变
41、表示数字表示数字“0，从低到高的跳变表示数字，从低到高的跳变表示数字“1”。差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码:每一位的中间每一位的中间(1/2周期处周期处)有一跳变，但有一跳变，但是，该跳变只作为时钟信号是，该跳变只作为时钟信号(同步同步)。数据信号根据每位开始。数据信号根据每位开始时有无跳变进行取值时有无跳变进行取值:有跳变表示数字有跳变表示数字“0，无跳变表示数字，无跳变表示数字“1。返回返回上一页上一页任务任务7数据编码技术数据编码技术在计算机中，数据是以离散的二进制在计算机中，数据是以离散的二进制0,1比特序列方式表示比特序列方式表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型，主要取决于
42、的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型，主要取决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。它采用的通信信道所支持的数据通信类型。根据数据通信类型，计算机网络中常用的通信信道分为两类根据数据通信类型，计算机网络中常用的通信信道分为两类:模拟通信信道与数字通信信道。相应地用于数据通信的数据模拟通信信道与数字通信信道。相应地用于数据通信的数据编码方式也分为两类编码方式也分为两类:模拟数据编码与数字数据编码。计算机模拟数据编码与数字数据编码。计算机网络中基本的数据编码方式可以归纳如下网络中基本的数据编码方式可以归纳如下:2.7.1模拟数据编码模拟数据编码数字信号不能直接在电话网络上传输，这是由于传输的
43、数字数字信号不能直接在电话网络上传输，这是由于传输的数字信号的有效频率范围超过电话线路所能通过的频率范围信号的有效频率范围超过电话线路所能通过的频率范围(即信即信号带宽超过了信道带宽号带宽超过了信道带宽)，下一页下一页返回返回任务任务7数据编码技术数据编码技术使数字信号产生失真使数字信号产生失真;而且在能够通过电话线路的这部分频率而且在能够通过电话线路的这部分频率分量的正弦波中，各频率分量的衰减不同，它们经历的时延分量的正弦波中，各频率分量的衰减不同，它们经历的时延也不相同，这也要产生失真也不相同，这也要产生失真;另外，电话线路中存在各种干扰另外，电话线路中存在各种干扰信号和噪声，也会使信号失
44、真。因此，如不采取适当的措施信号和噪声，也会使信号失真。因此，如不采取适当的措施在直接传输时，数据的传输误码率往往较高，以至于传输质在直接传输时，数据的传输误码率往往较高，以至于传输质量无法使用户满意。数字信号不能直接在模拟信道上传输，量无法使用户满意。数字信号不能直接在模拟信道上传输，必须在模拟信道两端各加上一个调制解调器，通过调制技术必须在模拟信道两端各加上一个调制解调器，通过调制技术把数字信号转换成模拟信号后传输，再通过解调技术把模拟把数字信号转换成模拟信号后传输，再通过解调技术把模拟信号还原成数字信号后接收。信号还原成数字信号后接收。所谓调制就是进行波形变换，或者更严格些，是进行频谱变
45、所谓调制就是进行波形变换，或者更严格些，是进行频谱变换，将基带数字信号的频谱变换成为适合于在模拟信道中传换，将基带数字信号的频谱变换成为适合于在模拟信道中传输的频谱。最基本的调制技术有以下几种，输的频谱。最基本的调制技术有以下几种，图图2-13所示为采所示为采用用3种基本调制方法产生的信号波形图。种基本调制方法产生的信号波形图。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务7数据编码技术数据编码技术1.幅移键控方法幅移键控方法幅移键控幅移键控(Amplitude Shift Keying,ASK)是一种最简单是一种最简单的调制技术。载波的振幅与二进制数字信号成比例地变化。的调制技术。载波的振幅与二进
46、制数字信号成比例地变化。0对应于无载波输出状态，而对应于无载波输出状态，而1对应输出一个振幅和频率恒定的对应输出一个振幅和频率恒定的信号。信号。ASK波形的变化速率和二进制输入的变化速率相同，波形的变化速率和二进制输入的变化速率相同，因此，比特率等于波特率。因此，比特率等于波特率。2.频移键控方法频移键控方法频移键控频移键控(Frequency Shift Keying,FSK)是一种相对简单、是一种相对简单、低性能的调制技术。载波的频率与二进制数字信号成比例地低性能的调制技术。载波的频率与二进制数字信号成比例地变化。变化。0对应于频率对应于频率f1，而，而1对应于频率对应于频率f2。如果数字
47、信号从。如果数字信号从0变成变成1，则，则FSK波形的输出频率将从波形的输出频率将从f1漂移到漂移到f2。FSK波形波形的变化速率也与二进制输入的变化速率相同，因此，比特率的变化速率也与二进制输入的变化速率相同，因此，比特率等于波特率。等于波特率。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务7数据编码技术数据编码技术3.相移键控方法相移键控方法载波的相位与二进制数字信号成比例地变化。最简单的形式载波的相位与二进制数字信号成比例地变化。最简单的形式为二相偏移键控方法，输出载波的相位有为二相偏移键控方法，输出载波的相位有2个。例如，个。例如，0对应对应一个具有一个具有0相角的模拟输出信号，相角的模拟输
48、出信号，1对应一个具有对应一个具有180相相角的模拟输出信号。二相偏移键控角的模拟输出信号。二相偏移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)方法的变化速率方法的变化速率gn二进制输入的变化速率二进制输入的变化速率相同，比特率等于波特率。如果采用四相偏移键控方法或八相同，比特率等于波特率。如果采用四相偏移键控方法或八相偏移键控方法，则比特率大于波特率。相偏移键控方法，则比特率大于波特率。2.7.2数字数据编码数字数据编码数字数据编码方法，即数字数据转换为数字信号编码的方法。数字数据编码方法，即数字数据转换为数字信号编码的方法。在数据通信技术中，将利用模拟通信信道通过调
49、制解调器传在数据通信技术中，将利用模拟通信信道通过调制解调器传输模拟数据信号的方法称作频带传输输模拟数据信号的方法称作频带传输;而将利用数字通信信道而将利用数字通信信道来直接传输数字数据信号的方法称作基带传输。来直接传输数字数据信号的方法称作基带传输。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务7数据编码技术数据编码技术频带传输的优点是可以利用目前覆盖面最广、普遍应用的模频带传输的优点是可以利用目前覆盖面最广、普遍应用的模拟语音通信信道。用于语音通信的电话交换网技术成熟且造拟语音通信信道。用于语音通信的电话交换网技术成熟且造价较低，但它的缺点是数据传输速率与系统效率较低。基带价较低，但它的缺点是数
50、据传输速率与系统效率较低。基带传输在基本不改变数字数据信号频带传输在基本不改变数字数据信号频带(即波形即波形)的情况下直接的情况下直接传输数字信号，可以达到很高的数据传输速率与系统效率。传输数字信号，可以达到很高的数据传输速率与系统效率。因此，基带传输是目前迅速发展的数据通信方式。因此，基带传输是目前迅速发展的数据通信方式。在基带传输中，数字数据信号的编码方式主要有以下几种。在基带传输中，数字数据信号的编码方式主要有以下几种。1.不归零编码不归零编码如如图图2-14(a)所示，不归零编码是用低电平表示逻辑所示，不归零编码是用低电平表示逻辑“0，用高电平表示逻辑用高电平表示逻辑“1”的编码方式。