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1、教学提示： 本章介绍数据通信的基本概念，叙述了数据通信系统中串行传输与并行传输、同步传输与异步传输、单工传输与双工传输等传输方式，并简要介绍了数据通信系统的主要性能指标。 教学要求： 通过本章的学习，读者应理解数据通信的基本概念；掌握数据通信系统的传输方式；了解数据通信系统的主要性能指标。,本章将主要介绍数据通信的基础知识，包括消息、信息和信号的概念，模拟通信、数字通信及数据通信的基本概念，介绍数据通信系统的主要传输方式及衡量数据通信系统的主要性能指标。,2.1 概述,2.2 消息、信息和信号,消息 关于人或事物情况的报道，它有多种形式，如文字、符号、话音、数据、图像等。它的形式的多样性取决于
2、通信信源的特性。消息可分为离散消息和连续消息。 信息 消息中包含的有效内容，相对于消息，信息更具有抽象性，也可以认为信息是消息中对于接收方有意义的那部分内容。消息是信息的载体，而信息则是消息内容的度量，信息是包含在消息中的。 信号 信号是消息在通信系统中的具体表现形式。目前，在通信中所用的信号有电信号和光信号，而实质上光信号也是电信号的一种。信号是传输消息的手段，信号是消息的载体。,消息中信息的度量 根据信息论理论，一个离散消息包含的信息量I可表示为 式中，P为该事件发生的概率，底数a决定了信息量的单位： a=2 I的单位为比特(bit) a=e I的单位为奈特(nat) a=10 I的单位为
3、哈特莱(hartley),2.2 消息、信息和信号,消息中信息的度量（续） 二进制传输 M进制传输,2.2 消息、信息和信号,2.2 消息、信息和信号,消息中信息的度量（续） 对于由一串符号构成的消息，假设各符号的出现是相互独立的，根据信息量相加的理论，整个消息的信息量为 平均信息量 H 每个符号所含信息量的统计平均值，M种符号的平均信息量为 当M个码元等概率出现时，H取得最大值，此时消息所包含的信息量最大。,2.3 模拟通信与数字通信,模拟信号与数字信号 模拟信号 又称连续信号，其电压(或电流)的取值可用连续的时间函数表示。如下图所示：,2.3 模拟通信与数字通信,模拟信号与数字信号 （续）
4、 数字信号 又称离散信号，其电压(或电流)的取值仅可取有限个离散值。如计算机输出的数字序列，电传机输出的信号等都属于数字信号，如下图所示： 注意：模拟信号与数字信号的区别关键是取值是否连续，而不是时间。有的模拟信号在时间上也可能是离散的，而有的数字信号在时间上也可能是连续的。,2.3 模拟通信与数字通信,2.3.1 模拟通信 模拟通信系统：信道中传输模拟信号的系统。模型图如下： 信息源发出的模拟信号，经过调制器变换为适合在模拟信道中传输的频带信号，再经放大、滤波后送入到信道中，如果在短距离的有线传输场合也可以不经过调制直接使用基带信号传输。接收端将接收到的信号进行解调，反变换为基带信号送入到信
5、宿中，并将电信号转换为相应的消息。,2.3 模拟通信与数字通信,2.3.2 数字通信 数字通信系统：信道中传输数字信号的系统 。模型图如下： 系统的发送部分包括信源编码器、信道编码器和调制器三部分：信源编码器将模拟信号变换成数字信号；信道编码器对数字信号进行编码，使之具有自动检错或纠错的能力；调制器将数字信号变为高频的频带信号。接收端对接收到的信号进行解调、信道译码、信源译码后，送入信宿中并变换为相应的原始消息。,2.3 模拟通信与数字通信,2.3.3 数据通信 数据：预先约定的具有某种含义的数字、字母或符号的组合，是消息的一种表现形式。 数据通信：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元
6、之间传递数据信息。它可实现计算机与计算机之间、终端与计算机之间及终端与终端之间的数据信息传递。 主要特点： 计算机及终端作为通信的对象直接参与通信； 要求的传输质量高； 传输速率高，要求通信终端的响应速度快 ； 要求接口能力的灵活性较高； 计算机或终端要按照通信协议来执行通信过程； 数据通信是数字通信的一种形式。,2.4 数据通信的传输方式,数据通信的传输方式：数据在信道中传送所采用的方式。 依据不同的分类方法其有多种形式： 按照数据传输中码元的传输顺序可分为 按照数据传输的同步方式可分为 按照数据传输的流向可分为,2.4.1 串行传输与并行传输 串行传输 数据流的各个比特逐位在一条信道上传送
7、，如下图(a)所示： 优点：只需要一条信道，设备成本低，且易于实现。 缺点：必须解决收发双方保持码组或字符同步的问题。 并行传输 数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输，如下图(b)所示： 优点：传送速率高，发收双方不存在字符同步问题。 缺点：需要多个并行信道，增加了设备成本，而且并行线路间的电平相互干扰会影响传输质量。,2.4 数据通信的传输方式,2.4 数据通信的传输方式,2.4.2 异步传输与同步传输 异步传输 基本原理：每次只传送一个字符，在每个字符前设置“起始”位，长度为1个码元长度，极性为“0”，表示一个字符的开始，在字符结尾处设置“停止”位，长度为12个码元长度，极性为“1”，
8、表示一个字符的结束，如下图所示： 优点：字符本身包含同步信息，无需专门的同步设备，实现较简单。 缺点：增加了线路附加开销，每个字符都需要加入起始位和停止位，降低了传输效率。,2.4 数据通信的传输方式,2.4.2 异步传输与同步传输（续） 同步传输 基本原理：整个传输过程以固定的时钟节拍来发送数据信号。数据的发送以组(或帧)为单位，在每组(或每帧)的开头和结尾处加入特定字符以作为起始或结束的标志，如下图所示： 实现同步的方法有两种：外同步法和自同步法。 优点：具有较高的传输效率。 缺点：实现较为复杂。,2.4 数据通信的传输方式,2.4.3 单工传输与双工传输 单工传输 信号只能沿着一个方向传
9、输，信道只能为单向信道，如图(a)。 半双工传输 信号可以进行双向传输，但是不能同时进行，信道是双向的如图(b)。 全双工传输 信号可以同时在两个方向上传输，信道是双向的如图(c)。,2.5 数据通信系统的主要性能指标,2.5.1 有效性 有效性是指信道传输信息的速度快慢。在数据通信系统中，我们常用以下指标衡量： 码元速率 单位时间内传输的码元的个数，单位为码元/秒。 信息速率 单位时间内传输的信息量，单位为比特/秒(bit/s)。 当以二进制传输时，码元速率与信息速率在数字上是相等的，而采用M进制时，码元速率RB与信息速率Rb的关系为 数据传输速率 单位时间传输的数据量，反映终端设备之间的信息传输能力。,2.5 数据通信系统的主要性能指标,2.5.1 有效性（续） 频带利用率 单位频带内实现的传输速率，其表达式为 其中，B为系统的带宽。 频带利用率的高低主要的取决于系统所采用的调制方式以及编码方式。,2.5 数据通信系统的主要性能指标,2.5.2 可靠性 误码率 发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即 误比特率 接收的错误比特数目与传输的总比特数之比，即,end,返回,