数据通信基础

1、调制速率 调制是将基带的数字脉冲信号变换成适合于在线 路上传输的某一频率载波信号的过程。 单位时间内调制信号波形的变换次数称为波特率。 如果一个单位调制信号波的时间长度位T（s）， 则调制速率为：
RB=1/T
2、数据传送速率 数据传送速率Rb表示单位时间内通过信道的信 息量。 在串行通信中，定义数据传送速率为：
例如： “SYN”控制字符，帧标志符“01111110”来 实现收发双方的同步。 同步传输方式适用于 2400 b/s 以上的数据 传输，不需加起、止信号，因此传输效率高， 但是实现起来比较复杂。
1.2.3 双工通信 双工通信方式是对相互通信的两台通信 设备(如计算机)间数据流向的描述，或者说 是对一台通信设备执行收发操作能力的描述
数字信道
发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的 原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的 信号。 信道：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是 无线的，甚至还可以包含某些设备。 接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中恢复出 相应的原始电信号来。 信宿：将复原的原始电信号转换成相应的消息。
第一讲 数据通信基础
刘丰华
主要内容：
数据通信的基本概念 数据传输的模式 衡量数据通信系统的指标 数据传输的媒体
数据通信基础
1.1 数据通信概述 一、数据通信概念及特点 1、概念 数据通信是为了实现计算机与计算机或终端 与计算机之间的信息交互而产生的一种通信 技术。
2、特点


谁也不知道这条直 线是代表0还是1， 多少位。对不对。
0
1 用下降沿代表0， 上升沿代表1，就 很清楚。
1.1.3 数据通信系统的组成
数据终端设备 数据通信 数据电路
信 源
发送设备
信 道 噪 声 源
接收设备
信 宿
发送端
接收端
数据源是数据的产生者或发送者； 数据宿是数据的接收者和数据的终点；
模拟信道 传输信道
B是系统频带宽度，Rb是系统的比特率 M是调制的状态数。
1.3.5 标准性 缩短研制周期，降低生产成本。 标准的研制和制定。 1.3.6 通信建立时间 通信建立时间应该尽可能短，它是反 映系统同步性能的一个指标。
1.4 数据传输媒体
双绞线、电力线 同轴电缆、波导管 电话线、光纤 短波、微波 卫星、红外通信 波导管、激光等
数字通信系统可靠性的指标是利用差错率来衡 量。
1.误码率（码元差错率）
发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比 例，也就是说，误码率就是码元在传输系统中被传 错的概率。
接收的错误码元数 Pe 系统传输的总码元数
1.3.3 可靠性 可靠性是衡量机器正常工作能力的一个指 标，可以用公式表示为：
系统正常工作时间 Peb *100% 系统工作总时间
1.3 数据通信系统的质量标准
数据通信和其它通信方式一样，首先要满足 快速性和准确性的指标。 在评价数据通信的质量时，主要用传输速率 来评价快速性，用误码率来评价其准确性。
1.3.1 传输速率 传输速率是衡量数据通信系统通信能力的指 标。它表征了单位时间内传送的信息量，在数据 传输中，通常采用调制速率、数据信号速率和数 据传输速率来表示。
1.2.2 异步和同步传输
异步传输方式 异步传输方式是字符的异步传输技术。在异步传 输方式下，传输数据以字符为单位。当发送一 个字符代码时，字符前面要加一个“起”信号， 其长度为 1 个码元，极性为“0”；字符后面 要加一个“止”信号，其长度为 1、1.5 或 2 个码元，极性为“1”。
加上“起”、“止”信号后，即可区分出所 传输的字符。传送时，字符可以连续发送， 也可以单独发送，不发字符时线路保持“1” 状态。每个字符由 8 比特(位)组成，加 “起”、“止”信号共有 11 位长，两字符 之间的间隔长度可以不确定
优点是收发双方不需要严格的位同步(因为 每个字符开始时都要重新启动，位定时误 差不会积累)。 缺点是每一个字符都要加“起”、“止” 信号，传输效率比较低。
同步传输方式(SPI,IIC)
在同步传输方式下，收发双方必须建立准确的位 定时信号。 在该方式中，每个字符不增加任何附加位， 而是连续发送。但是在传输中，数据要分成组(或 帧)，一组含多个字符代码。 为使收发双方建立和保持同步，在每组的开 始和结束需加上规定的码元序列，作为标志序列。 在发送数据之前必须先发送该标志序列，接收端 通过检测出该标志序列来实现同步。
已调信号有三个基本特性：
（1）携带有消息；
（2）适合在信道中传输;
（3）频谱具有带通形式，且中心频率远 离零频。
模拟信道对应的信号变换设备即调制解调器
数字信道对应的信号变换设备是接口设备。其 作用是实现信号码型与电平的转换、信道特 性的均衡、收发时钟的形成与供给以及码速 控制等
1.2 数据传输模式
1.2.1 串行和并行传输 1、并行通信时数据的各个位同时传送，可以 字或字节为单位并行传输。 并行通信速度快。 用的通信线多、成本高，不宜进行远距 离通信。
发 送 设 备
接 收 设 备
发 送 设 备
接 收 设 备
(a)串序传输
(b)并序传输
图1-7 串序和并序传输方式
2、串行通信时数据是一位一位顺序传送，只 用很少几根通信线，串行传送的速度低， 但传送的距离可以很长。 因此串行适用于长距离而速度要求不高的 场合。
有线 传输媒体
无线
1.4.1 有线传输媒质 1、双绞线
2、同轴电缆
3、电力线 4、电话线 5、波导管 6、光纤
1.4.2 无线传输媒质
1、短波通信 2、微波通信 3、卫星通信 4、激光通信 5、红外通信 6、散射通信 7、蓝牙技术 8、其它技术
1.3.4 功率利用率和频带利用率 1、功率利用率 功率利用率以比特差错率小于某一规定值 时最低归一化信噪比衡量。
2、频带利用率 频带利用率是描述数据传输速率和带宽之 间关系的一个指标，也是衡量数据通信系统有效 性的指标，它是单位频带内所能传输的信息速率， 其表达式为：
Rb 1 B log 2 M B BT
数据通信传输和处理离散的数字信号
数据通信的通信速度很高，通信量突发性强 数据传输的可靠性要求高 必须事先制定通信双方必须遵守的、功能齐 备的通信协议 数据通信的信息传输效率很高 数据通信每次呼叫的平均持续时间短

1.1.2 数据通信研究的内容 1. 传输——研究适合传输的信号形式及相应的各种传输 设备。 2. 通信接口——解决发送端的信号变换成适合传输的形 式或者终点信号变换成适合接收端设备接收 只有一个方向的通信而没有反方向的交互。
2、半双工通信 通信双方都可以发送（接收）信息，但不能同时双 向发送。半双工通信线路简单，有两条通信线就行 了，这种方式得到广泛应用。
3、全双工通信 通信双方可以同时发送和接收信息，双方的发送 与接收装置同时工作。 全双工通信的效率最高，但控制相对复杂一些， 系统造价也较高。通信线至少三条（其中一条为信 号地线），或四条（无信号地线）。
M为调制信号的状态数 单位为比特/秒，用b/s表示 k b/s 千比特/秒 M b/s 兆比特/秒
调制速率（波特率）和数据传送速率（比特率） 之间有一定的关系。在串行传输两状态中，二者 的速率是相等的，即一个码元
Rb 2 RB 2 log2 2 RB 2
1.3.2 可靠性指标的具体表述