1、淮海工学院测绘工程学院 孙华,计算机网络B,2012年3月5日,第2章 数据通信基本技术,2,本章内容,2.1 数据通信中的基本概念与技术指标 2.2 数据通信过程中涉及的主要技术问题 2.3数据交换 2.4计算机网络的体系结构 2.5数据传输方式 2.6数据传输中的同步技术 2.7多路复用技术,2012年3月5日,第2章 数据通信基本技术,3,2.1 数据通信中的基本概念与技术指标,2.1.1 数据通信涉及的基本知识 1.信息和编码 2.二进制编码标准 3.数据和信号 4.信道 5.模拟数据与数字数据的传输形式 6.数据传输中的检错与纠错 2.1.2 通讯系统的主要技术指标,2.1.1 数据
2、通信涉及的基本知识,1.信息和编码信息：关于人或事务情况的报道的有价值的消息信息的载体是文字、语音、图形和图像等。为了传送信息，必须对信息中所包含的所有字符进行编码。用二进制代码来表示信息中的每一个字符就是二进制编码。2.二进制编码标准 最常用的二进制编码标准为美国标准信息交换码（ASCII）。,2012年3月5日,第2章 数据通信基本技术,5,2.1 数据通信中的基本概念与技术指标,2.1.1 数据通信涉及的基本知识 1.信息和编码 2.二进制编码标准 3.数据和信号 4.信道 5.模拟数据与数字数据的传输形式 6.数据传输中的检错与纠错,信号 信号是数据的电磁或电子编码。,数据 定义为有意
3、义的实体，是表征事物的形式，例如文字、声音和图像等。,2.1.1 数据通信涉及的基本知识,3.数据和信号,例：请区分一下，下面四幅图哪些表示数字信号，哪些表示模拟信号,2.1 数据通信中的基本概念与技术指标,2.1.1 数据通信涉及的基本知识 1.信息和编码 2.二进制编码标准 3.数据和信号 4.信道 5.模拟数据与数字数据的传输形式 6.数据传输中的检错与纠错,4.信道 信道是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。 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。,2.1 数据通信中的基本概念与技术指标,2.1.1 数据通信涉及的基本知识 1.信息和编码 2.
4、二进制编码标准 3.数据和信号 4.信道 5.模拟数据与数字数据的传输形式 6.数据传输中的检错与纠错,例：话音信号在普通的电话系统中传输。,1）模拟数据在模拟信道上传输,2）数字数据在模拟信道上传输,5.模拟数据与数字数据的传输形式,调制 数字数据要进入到模拟信道以前要有一个变换器进行数字信号到模拟信号的转换，以便它能在模拟信道上传输，这样的一个变换过程叫调制。这个变换器叫做调制器。 解调 而当调制后的模拟信号传到接收端以后，在接收端也有一个变换器再对这个信号进行反变换，即又把它变回数字信号，这样的一个变换过程叫解调。这个变换器又叫解调器。 调制解调器 调制器和解调器合在一起形成我们通常所说
5、的调制解调器（Modem）。 调制解调器就是使用一条标准话路（3.1kHz的标准话路带宽）提供全双工的数字信道。,调制解调器最基本的调制方法有以下几种 （1）调幅（AM） 即载波的振幅随基带数字信号而变化。 （2）调频（FM） 即载波的频率随基带数字信号而变化。 （3）调相（PM） 即载波的初始相位随基带数字信号而变化。,3）模拟数据在数字信道上传输,用数字信道传输模拟数据时，需要对模拟数据进行脉冲编码调制（PCM（pulse code modulation） ）。 PCM是将模拟电话信号转变为数字信号，所以首先要对电话信号进行取样,每秒钟采样8000次。 下一步是进行编码。在我国使用的PCM
6、体制中，电话信号是采用8bit编码，也就是说，将取样后的模拟电话信号量化为256个不同等级中的一个。,抽样定理全过程图解,PCM数字通信过程,发送端的模/数变换 1抽样 2量化 3编码 信道及再生中继 1.信道传输的码型 2.再生中继的作用 3.再生中继工作过程 接收端的数字/模变换 1.再生、解码 2.低通滤波（平滑）,发送端的模/数转换 均匀量化,设输入信号的最小值和最大值分别是a和b,量化电平数为M. 量化间隔v=(b-a)/M 量化器输出mq=qi ，当mi-1m=mimi第i个量化区间的终点，可表示为mi=a+i v qi第i个量化区间的量化电平，可表示为qi =（ mi-1+mi
7、）/2,设模拟信号的最大值小于4V，以Ts的速率进行抽样，且抽样值按16个量化电平进行均匀量化，其量化间隔为0.5V.,-1,-2,-3,-4,均匀量化,均匀量化信号量噪比,Nq量化噪声功率 mq=qi第i个量化区间的量化电平 m实际的抽样值 M量化电平数 mi第i个量化区间的终点 f(x)概率函数,.,平均信号功率S0,信号量噪比S0/Nq,非均匀量化,均匀量化特点：大信号时信噪比大，小信号时信噪比小。 非均匀量化特点：信号幅度小时，量化间隔小，其量化误差也小；信号幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大。 实现非均匀量化的方法之一是采用压缩扩张技术。 目前我国使用的是A律13折线,非均匀量化实
8、现方法：将抽样值通过压缩在进行均匀量化 压缩：用一个非线性变换电路将输入变量x变换成另一变量y，即y=f(x) 接收端采用一个传输特性为x=f (y)的扩张器来恢复x。,-1,A律压缩特性,x归一化压缩器输入电压 y归一化压缩器输出电压 y均匀量化,x非均匀量化,A律13折线,发送端的模/数转换 编码,把抽样并量化的量化值变换成一组二进制码组。 续前例（均匀量化）：模拟信号抽样值为2.1时，量化电平为2.25，量化区间为12，编码为1100,信道及再生中继,1.信道传输的码型PCM编码后输出的是单极性不归零码(NRZ码)，需要转换成双极性归零码(RZ码) 2.再生中继的作用修整，再生出与原发送
9、信号相同的波形 3.再生中继工作过程从收码中提取定时时钟信号，并按波形规定的时刻进行判决，从而再生出前站的波形，继续向下一站传送,接收端的数/模转换,1.再生、解码先整形再生，在把RZ码反变换NRZ码把PCM信号还原为PAM信号 2.低通滤波（平滑）解码后的PAM信号送入低通滤波器，输出PAM信号的包络线，这包络线与原始的模拟信号极其相似。PAM脉冲振幅调制,4）数字数据在数字信道上传输,对于数字数据在数字信道上传输来说，最普遍而且最容易的办法是用两个不同的电压电平来表示两个二进制数字。,不归零制NRZ信号的最大问题：难以确定一位的结束和另一位的开始，并且当出现一长串连续的1或连续的0时，在接
10、收端无法从收到的比特流中提取位同步信号。 解决办法：曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码,曼彻斯特编码优点：可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的转换，即这个位中间跳变提供了时钟定时，这对接收端提取同步信号是非常有利的。 曼彻斯特编码缺点：所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。 差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。,纠错码是指在发送每一组信息时发送足够的附加位，接收端通过这些附加位在接收译码器的控制下不仅可以发现错误，而且还能自动地纠正错误。 优点：不需反馈信道就可以实现一个对多个用户的通信 缺点：译码器设备比较复杂， 降低传输的效率。,1）纠错码,6.数据传输中的
11、检错与纠错,2.1 数据通信中的基本概念与技术指标,2.1.1 数据通信涉及的基本知识 1.信息和编码 2.二进制编码标准 3.数据和信号 4.信道 5.模拟数据与数字数据的传输形式 6.数据传输中的检错与纠错,2）检错码,检错码是指在发送每一组信息时发送一些附加位 不能纠正错误而是通过反馈让发送端重新发送该信息。 最简单的检错码为奇偶校验。 在偶校验时，在每一个字符上增加一个附加位，使该字符中“1”的个数为偶数。 在奇校验时，在每一个字符上增加一个附加位，使该字符中“1”的个数为奇数。,循环冗余校验码：是基于将位串看成是系数为0或1的多项式，一个k位帧看成是从xk-1到x0的k次多项式的系数
12、序列，这个多项式的阶数为k-1。例，110001表示成多项式是x5+x4+x0。 多项式的运算法则是模2运算，按照它的运算法则，加法不进位，减法不借位。加法和减法两者都与异或运算相同。 约定多项式：如果采用多项式编码的方法，发送方和接收方必须事先商定一个生成多项式G（x），生成多项式的最高位和最低位必须是1。要计算m位的帧M（x）的校验和，生成多项式必须比该校验和的多项式短。,循环冗余校验（CRC）码,基本思想：将校验和加在帧的末尾，使这个带校验和的帧的多项式能被G（x）除尽。当接收方收到带有校验和的帧时，用G(x)去除它，如果有余数，则传输出错。,计算校验和的算法如下： 设生成多项式G(x)为n阶，在帧的末尾附加n个零，使帧为m +n 位，则相应的多项式是2n M(x)。 按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于2n M(x)的位串。 按模2减法从对应于2n M(x)的位串中减去余数。结果就是要传送带校验和的帧，叫多项式T(x)。目前，常见的生成多项式G(x)国际标准有以下几种：CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITT G(x)=x16+x12+x5+1,循环冗余校验（CRC）码,循环冗余校验（CRC）码,G(x)=x4+x+1,
