數(shù)據(jù)通信原理簡介課件

,,,,,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,*,2.1 通信系統(tǒng)簡介,計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合形成了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 數(shù)據(jù)通信技術(shù)是構(gòu)成現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要基石之一。,,2.1.1,通信基本概念,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,2.1.3,數(shù)據(jù)傳輸方式,2.1.4,常用性能指標(biāo),1,,2.1 通信系統(tǒng)簡介 計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)相,1,2.1.1 通信基本概念,2,信源,,,,,發(fā)送器,傳輸信道,接收器,信宿,(a),數(shù)據(jù)通信模型,,數(shù)據(jù)通信網(wǎng),PSTN,(b),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實(shí)例,工作站,Modem,公共電話網(wǎng),Modem,服務(wù)器,通信的目的是信息交換,2.1.1 通信基本概念2信源發(fā)送器傳輸信道接收器信宿(,2,3,信息（,Information),—,通信傳輸過程中包含的內(nèi)容，如數(shù)字、文字、語音和圖像等。,數(shù)據(jù),(data),—,運(yùn)送信息的實(shí)體，一般用二進(jìn)制代碼表示。,信號,(signal),—,數(shù)據(jù)的電氣或電磁的表現(xiàn)。,,狹義信道,—,傳輸信號的具體媒介。如電纜、光纜等,廣義信道,—,不僅包含具體的物理介質(zhì)，而且還包含了終端（收,/,發(fā)端）的部分設(shè)備在內(nèi)的那段信號通路。如編碼,/,解碼、調(diào)制,/,解調(diào)設(shè)備等,通信基本概念,3信息（Information) — 通信傳輸過程中包含的內(nèi),3,4,數(shù)據(jù)以信號方式在信道中傳輸。,模擬信號,(Analog Signal),—,連續(xù)變化的電磁波,數(shù)字信號,(Digital Signal),—,幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個數(shù)值之內(nèi),通信基本概念,4 數(shù)據(jù)以信號方式在信道中傳輸。通信基本概念,4,5,,通信基本概念,不同數(shù)據(jù)可以用不同信號方式傳輸,5通信基本概念不同數(shù)據(jù)可以用不同信號方式傳輸,5,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,6,交換技術(shù)的引入,目的是節(jié)約和優(yōu)化資源,,,三種常見的數(shù)據(jù)交換方式：電路交換、報文交換和分組交換,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式6交換技術(shù)的引入 目的是節(jié)約和優(yōu),6,7,(1),電路交換,(Circuit Switching),,通信雙方在傳輸數(shù)據(jù)之前建立一條實(shí)際的物理通路，并且在整個傳輸過程中獨(dú)占該通路。,數(shù)據(jù)交換方式,呼叫建立,,信息傳送,連接釋放,7(1)電路交換(Circuit Switching)數(shù)據(jù)交,7,8,優(yōu)點(diǎn),,傳輸時延小，實(shí)時性強(qiáng),,數(shù)據(jù)按序傳送和接收,設(shè)備簡單,數(shù)據(jù)交換方式,缺點(diǎn),,平均通路建立時間較長,,獨(dú)占通路和一組設(shè)備，信道利用率低,若出現(xiàn)故障，需重新建立連接,,計算機(jī)以及不同速率的設(shè)備難于協(xié)同工作,8優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換方式缺點(diǎn),8,9,(2),報文交換,(Message Switching),,,不管被傳送數(shù)據(jù)的長度，都把它當(dāng)作一個邏輯單元，附上相應(yīng)的控制信息，組成一個報文發(fā)送。,采用,存儲轉(zhuǎn)發(fā),的技術(shù)，無建立信道的過程，中間結(jié)點(diǎn)暫存報文，并根據(jù)目的地址確定轉(zhuǎn)發(fā)的下一個結(jié)點(diǎn)。,數(shù)據(jù)交換方式,,,報文號 目的地址 源地址 報文數(shù)據(jù) 校驗(yàn),9(2)報文交換(Message Switching)數(shù)據(jù)交,9,10,優(yōu)點(diǎn),,線路利用率較高,,報文數(shù)據(jù)按序傳送和接收,不同速率的終端設(shè)備之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,,支持多點(diǎn)傳輸，一個報文可以同時向多個地址傳送,數(shù)據(jù)交換方式,缺點(diǎn),,傳送時延較長，不適合實(shí)時或交互式數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，,,如語音通話,,中間結(jié)點(diǎn)必須配置大容量的存儲設(shè)備,10優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換方式缺點(diǎn),10,11,(3),分組交換,/,包交換,(Packet Switching),,采用,存儲轉(zhuǎn)發(fā),的技術(shù)。限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長度，如果傳輸數(shù)據(jù)超過規(guī)定的最大長度，發(fā)送方就將它分成多個報文分組發(fā)送。,目前公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。,,分組的概念,1967,年由英國國家實(shí)驗(yàn)室,NPL,提出。,數(shù)據(jù)交換方式,報文,號,報文,分組號,目的,地址,源,地址,報文,分組數(shù)據(jù),校驗(yàn),,11(3)分組交換/包交換(Packet Switching,11,12,優(yōu)點(diǎn),,數(shù)據(jù)傳輸靈活，線路利用率較高,,同一報文的不同分組可按不同路徑傳輸,,中間結(jié)點(diǎn)可不必等待未到達(dá)的分組而繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā),,轉(zhuǎn)發(fā)時延短,分組長度固定，簡化了存儲管理,,減少了出錯幾率和重發(fā)數(shù)據(jù)量,數(shù)據(jù)交換方式,缺點(diǎn),,每個分組增加的控制信息一定程度降低了通信效率，,,增加了處理時間，,分組長度,的合理選擇非常重要,,目的站點(diǎn)要重組報文，增加了控制的復(fù)雜性,12優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換方式缺點(diǎn),12,13,分組交換在應(yīng)用中有兩種方法來管理被傳輸?shù)姆纸M流。,,,數(shù)據(jù)報,(Datagram),,無連接的數(shù)據(jù)傳輸方式，這種方式下被傳輸?shù)姆纸M,,稱為數(shù)據(jù)報。是盡力而為的服務(wù)。,,,虛電路,(Virtual Circuit),面向連接的數(shù)據(jù)傳輸方式，工作過程類似于電路交換。,,能提供較好的通信質(zhì)量。,數(shù)據(jù)交換方式,13分組交換在應(yīng)用中有兩種方法來管理被傳輸?shù)姆纸M流。數(shù)據(jù)交換,13,14,數(shù)據(jù)交換方式,虛電路,數(shù)據(jù)報,,14數(shù)據(jù)交換方式虛電路數(shù)據(jù)報,14,2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸方式,15,(1),基帶傳輸和頻帶傳輸,,,基帶傳輸,,數(shù)據(jù)信號不經(jīng)過調(diào)制，直接在線路中傳輸。,,,頻帶傳輸,信號經(jīng)過調(diào)制送到信道中傳輸，在接收端進(jìn)行解調(diào)。,,目的是適合信道特性，同時也提高了線路利用率。,2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸方式15(1)基帶傳輸和頻帶傳輸,15,數(shù)據(jù)傳輸方式,16,(2),有線傳輸和無線傳輸,,(3),單工、半雙工和全雙工,單工,半雙工,全雙工,數(shù)據(jù)傳輸方式16(2)有線傳輸和無線傳輸單工半雙工全雙工,16,數(shù)據(jù)傳輸方式,17,(4),串行傳輸方式和并行傳輸方式,發(fā)送端,發(fā)送端,b7,b6,b5,b4,b3,b2,b1,b0,串行通信信道,發(fā)送端,b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,接收端,b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,,并行通信信道,適合于,近距離,數(shù)據(jù)傳輸方式17(4)串行傳輸方式和并行傳輸方式發(fā)送端發(fā)送端,17,數(shù)據(jù)傳輸方式,18,(5),同步傳輸方式和異步傳輸方式,,,,同步傳輸方式,,在傳送數(shù)據(jù)前通過特定同步字符建立同步，使收發(fā)雙,方具有完全同步的時鐘信號。傳輸效率高。,,,異步傳輸方式,每個字節(jié)作為一個單元獨(dú)立傳輸，字節(jié)之間的傳輸間,,隔任意。需在每一字節(jié)的開始和結(jié)尾附加起始位和停,,止位。傳輸效率較低，但設(shè)備便宜。如,USB,接口。,,數(shù)據(jù)傳輸方式18(5)同步傳輸方式和異步傳輸方式,18,2.1.4 常用性能指標(biāo),19,傳輸速率,—,每秒傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量,碼元傳輸速率（波特率，,Baud/s,）,,比特傳輸速率（,bit/s,）：二進(jìn)制碼元時,帶寬,,—,信道中所允許的傳輸速率最大值（或者在傳送模擬信號時所允許的頻帶寬度）,誤碼率,,—,單位時間內(nèi)出錯碼元數(shù)與發(fā)送碼元數(shù)之比,時延,,—,單位數(shù)據(jù)信號從數(shù)據(jù)電路的一端傳輸?shù)竭_(dá)另一端所經(jīng)歷的總的時間,,,,2.1.4 常用性能指標(biāo)19傳輸速率 — 每秒傳輸數(shù)據(jù)的數(shù),19,2.2 數(shù)據(jù)通信相關(guān)技術(shù)簡介,,2.2.1,數(shù)據(jù)編碼,2.2.2,信道復(fù)用,2.2.3,差錯控制,20,,2.2 數(shù)據(jù)通信相關(guān)技術(shù)簡介 20,20,2.2.1 數(shù)據(jù)編碼,21,數(shù)字信道,模擬信道,,,數(shù)字信號,模擬信號,非歸零編碼,曼徹斯特編碼,差分曼徹斯特編碼,差分非歸零編碼,……,PCM(,脈沖編碼調(diào)制,),編碼,采樣,?,量化,?,編碼,頻移鍵控法,FSK(,調(diào)頻,),幅移鍵控法,ASK(,調(diào)幅,),相移鍵控法,PSK(,調(diào)相,),調(diào)頻,(FM),調(diào)幅,(AM),調(diào)相,(PM),2.2.1 數(shù)據(jù)編碼21數(shù)字信道模擬信道數(shù)字信號模擬信號非,21,數(shù)據(jù)編碼,22,(1),非歸零編碼,(NonReturn to Zero Code, NRZ),,“,1,”,=,正電壓，“,0,”,=,負(fù)電壓,,,編碼效率高,發(fā)送端和接收端需要同步；編碼有直流分量，易失真,數(shù)據(jù)編碼22(1)非歸零編碼(NonReturn to Ze,22,數(shù)據(jù)編碼,23,(2),曼徹斯特編碼,(Manchester Encoding),,“,1,”,=,信號位中間發(fā)生“高到低”的跳變,,“,0,”,=,信號位中間發(fā)生“低到高”的跳變,,,編碼沒有直流分量；利用“跳變”自同步,每個,bit,都有“跳變”，需要轉(zhuǎn)換成兩個電壓，效率低,數(shù)據(jù)編碼23(2)曼徹斯特編碼(Manchester Enc,23,數(shù)據(jù)編碼,24,(3),差分曼徹斯特編碼,(Differential Manchester),,“,1,”,=,每位信號的起始處無跳變,,“,0,”,=,每位信號的起始處有跳變,每,bit,中間的跳變作為時鐘同步信號；比曼徹斯特編,,碼電壓變化少,每一個,bit,都被轉(zhuǎn)換成兩個電壓，傳輸效率低,,0 1 0 0 1 1 1 0,Z,振幅,數(shù)據(jù)編碼24(3)差分曼徹斯特編碼(Differential,24,數(shù)據(jù)編碼,25,(4),差分非歸零編碼,(Differential NRZ, DNRZ),,“,1,”,=,每位信號的起始處有跳變,,“,0,”,=,每位信號的起始處無跳變,,編碼效率高，提高了信號的易同步性，是主流的,,編碼方式,,,Z,振幅,Z,時間,0 1 0 0 1 1 1 0,數(shù)據(jù)編碼25(4)差分非歸零編碼(Differential,25,2.2.2 信道復(fù)用,26,若單個信道的傳輸能力大于一路信號所需要的能力時，可以把一個信道劃分為多個子信道，通過信道復(fù)用提高傳輸能力。,發(fā)送端,1,發(fā)送端,2,發(fā)送端,3,接收端,1,接收端,2,接收端,3,2.2.2 信道復(fù)用26 若單個信道的傳輸能力,26,信道復(fù)用,27,(1),頻分復(fù)用（,FDM,，,Frequency Division Multiplexing,）,,,技術(shù)成熟，是目前模擬通信的主要復(fù)用方式,無法靈活地適應(yīng)站點(diǎn)數(shù)及其通信量的變化。,信道復(fù)用27(1)頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)requency Di,27,信道復(fù)用,28,(2),時分復(fù)用（,TDM,，,Time Division Multiplexing,）,,,適合數(shù)字信號傳輸，技術(shù)成熟。,無法靈活地適應(yīng)站點(diǎn)數(shù)及其通信量的變化。,信道復(fù)用28(2)時分復(fù)用（TDM，Time Divisio,28,信道復(fù)用,29,統(tǒng)計時分復(fù)用（,STDM,，,Statistic,TDM,）,,,進(jìn)一步提高信道利用率。,設(shè)備復(fù)雜性增加。主要應(yīng)用于高速遠(yuǎn)程數(shù)字通信。,,信道復(fù)用29統(tǒng)計時分復(fù)用（STDM，Statistic TD,29,信道復(fù)用,30,(3),碼分復(fù)用（,CDM,，,Code Division Multiplexing,）,,為每一路信號分配不同的編碼，不同的編碼彼此正交。,,碼分多址（,CDMA,，,Code Division Multiple Access,）是碼分復(fù)用的一種技術(shù)，每一個比特時間再劃分為,M,個短的間隔，稱為碼片（,chip,），,M,的值通常為,64,或,128,。每一路信號用一個惟一的,M,位碼片序列。,CDMA,多用在無線多路訪問信道中。,,用戶在時間和頻率上均共享總信道，信道效率高容量大。,隨著技術(shù)的進(jìn)步，,CDMA,設(shè)備的價格和體積都大幅度下降，因而現(xiàn)在已廣泛使用在民用的移動通信中 。,信道復(fù)用30(3)碼分復(fù)用（CDM， Code Divisi,30,信道復(fù)用,31,(4),波分復(fù)用（,WDM,，,Wavelength Division Multiplexing,）,應(yīng)用于光纖傳輸。,8,路傳輸速率均為,2.5 G Bit/s,的光載波,(,其波長均為,1310 nm),,經(jīng)光的調(diào)制后，分別將波長變換到,1550,～,1557nm,，每個光載波相隔,1nm(,實(shí)際上光載波的間隔一般是,0.8,或,1.6nm),，這,8,個光載波,(,它們的波長是很接近的,),經(jīng)過復(fù)用器后，就在一根光纖中傳輸。因此，在一根光纖上數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偹俾示瓦_(dá)到了,8x2.5 G Bit/s,＝,20 G Bit/s,。,光放大器,,信道復(fù)用31(4)波分復(fù)用（WDM，Wavelength D,31,2.2.3 差錯控制,32,差錯起因,,,信道噪聲干擾,信號衰減,,信道特性不理想，如頻帶削減,差錯類型,,,單比特錯誤（在一個數(shù)據(jù)單元中只有,1bit,的錯誤）,突發(fā)錯誤（一個數(shù)據(jù)單元中有連續(xù)的或多,bit,錯誤）,2.2.3 差錯控制32差錯起因差錯類型,32,差錯控制,33,差錯控制方法,,,檢錯重發(fā)（,ARQ, Auto Repeat Request,）,前向糾錯（,FEC, Forward Error Correction,）,,混合糾錯（,HEC, Hybrid Error Correction,）,不適合實(shí)時系統(tǒng)。,差錯控制33差錯控制方法不適合實(shí)時系統(tǒng)。,33,差錯控制,34,糾錯設(shè)備成本高。適合單工通信系統(tǒng)，目前廣泛用于太空和衛(wèi)星通信中。,HEC,,結(jié)合,ARQ,和,FEC,，也在衛(wèi)星通信中得到較廣泛應(yīng)用。,差錯控制34糾錯設(shè)備成本高。適合單工通信系統(tǒng)，目前廣泛用于太,34,差錯控制,35,差錯控制編碼,,,檢錯碼,,奇偶校驗(yàn)碼,,循環(huán)冗余碼（多項(xiàng)式碼）,糾錯碼,,海明碼,一般可以糾正,1,位錯，或發(fā)現(xiàn),2,位錯,,信息碼元（,K,位）,監(jiān)督碼元（,r,位）,傳輸碼元,,差錯控制35差錯控制編碼信息碼元（K位）監(jiān)督碼元（r位）傳輸,35,精品課件,！,精品課件！,36,精品課件,！,精品課件！,37,作業(yè),38,,1.,簡述分組交換的基本工作原理。,2.,查資料回答以下有關(guān)藍(lán)牙的問題：,,（,1,）工作的頻段,,（,2,）通信的距離范圍,,（,3,）指出藍(lán)牙技術(shù)的一個應(yīng)用,作業(yè)381. 簡述分組交換的基本工作原理。,38,