軌道交通列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)課件：數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

軌道交通列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)4學(xué)習(xí)重點(diǎn)(1)理解通信基礎(chǔ)常見(jiàn)的基本概念。(2)掌握通信系統(tǒng)的各組成部分及功能。(3)理解數(shù)據(jù)編碼過(guò)程。(4)掌握通信信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸方式。(5)掌握數(shù)據(jù)交換方式。u能力目標(biāo)：(1)能根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇通信方式。(2)能分析信號(hào)差錯(cuò)的產(chǎn)生及處理方法。培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與持續(xù)發(fā)展能力，并主動(dòng)關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài)和新技術(shù)發(fā)展

，學(xué)習(xí)新的知識(shí)和技能，以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求。u知識(shí)目標(biāo)：(1)理解通信基礎(chǔ)常見(jiàn)的基本概念。(2)掌握通信系統(tǒng)的各組成部分及功能。(3)理解數(shù)據(jù)編碼過(guò)程。(4)掌握通信信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸方式。(5)掌握數(shù)據(jù)交換方式。u素質(zhì)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)2目

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1

任務(wù)一2

任務(wù)二任務(wù)三通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)四433任務(wù)一通信基礎(chǔ)知識(shí)451.

信

息u定義：信息是對(duì)客觀事物特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，其形式表現(xiàn)為數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像等。u信息是通信系統(tǒng)傳輸和處理的對(duì)象，是人類對(duì)自然界和社會(huì)不同事物的描述。2.

數(shù)

據(jù)u定義和分類：數(shù)據(jù)是傳遞信息的實(shí)體。數(shù)據(jù)可以分為模

擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。u模擬數(shù)據(jù)：用于描述連續(xù)變化量的數(shù)據(jù)，如聲音、溫度、速度等。u數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：用于描述不連續(xù)變化量(離散值)的數(shù)據(jù)稱為，如文本信息、圖像、整數(shù)等。一、

基本概念

一、

基本概念3.

信

號(hào)u定義：信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的電磁波表示形式。信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種。u模擬信號(hào)是一種連續(xù)變化的信號(hào)，其波形可以表示成一種連續(xù)的正弦波。u數(shù)字信號(hào)是一種離散信號(hào)，最常見(jiàn)也是最簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào)，用數(shù)字“1”和數(shù)字“0”表示，其波形是一種不連續(xù)方波。圖2-1模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)6

一、

基本概念4.

信

道u定義：信道是傳輸信號(hào)的通道，由傳輸介質(zhì)及相應(yīng)的附屬信號(hào)設(shè)

備組成。u分類：信道可分為邏輯信道和物理信道。

一條線路可以是一條信道(一般稱為物理信道)，這條線路上可以有多條邏輯信道，如一條光纖可以供上千人通話，就有上千個(gè)邏輯信道。通常所講的信道都是指邏輯信道。根據(jù)信道傳輸?shù)男盘?hào)不同，信道又可以分為模擬信道和數(shù)字信道。75.

帶

寬u定義：數(shù)據(jù)信號(hào)傳送時(shí)，信號(hào)能量或功率的主要部分集中的頻率范圍稱為信號(hào)帶寬。u若通信線路不失真地傳送2MHz或10MHz的信號(hào)，則該通信線路的帶寬為2

MHz或10MHz。u信道上能夠傳送信號(hào)的最大頻率范圍稱為信道帶寬，信道帶寬大于信號(hào)帶寬。6.

總

線u定義：總線是將信息從一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線。通俗地說(shuō)，總線就是多個(gè)部件間的公共連線，用于在各個(gè)部件之間傳輸信息。人們常常以MHz來(lái)描述總線頻率。一、

基本概念8二、通信系統(tǒng)(一)

通信系統(tǒng)的組成(

1)

定義：

通信系統(tǒng)是傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備和信道的總和。(2)

分類：u按消息的物理特性，通信系統(tǒng)可分為電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)等；u按調(diào)制方式，可分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶(調(diào)制)傳輸系統(tǒng)；u按傳輸信號(hào)的特征，又可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)等。典型的數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型如圖2-2所示。圖2-2典型的數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型9u基本功能：將信息源和傳輸介質(zhì)匹配起來(lái)，即將信息源輸出的原始電信號(hào)變換為適合在信道中傳

輸?shù)男盘?hào)，通常包括編碼器和調(diào)制器等。u發(fā)送設(shè)備的編碼常常又可分為信源編碼與信道編

碼兩部分。u

信源編碼：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)(A/D轉(zhuǎn)換)

；提高信息有效性(如壓縮)

。u

信道編碼：按一定的規(guī)則在傳輸?shù)男畔⒋a元中加入監(jiān)督碼元，進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼。u信息源是信息的產(chǎn)生者。其作用是把各種可能的信息通過(guò)相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

信息源可根據(jù)輸出信號(hào)的性質(zhì)不同分為模擬信息源

和離散信息源。u信息接收者是信息的使用者。在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù)，是數(shù)字化的信息。這些信息可能是原始數(shù)據(jù)，也可能是經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果，還有可能是某種指令或標(biāo)志。二、通信系統(tǒng)(二)

通信系統(tǒng)各組成部分的功能1.

信息源和接收者2.

發(fā)送設(shè)備10二、通信系統(tǒng)(二)

通信系統(tǒng)各組成部分的功能3.

傳輸介質(zhì)u定義：傳輸介質(zhì)指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳遞所經(jīng)過(guò)的媒介。u類型：可以是無(wú)線的，也可以是有線的(包括光纖)。有線和無(wú)線均有多種傳輸介質(zhì)，如電磁波、紅外線為無(wú)線傳輸介質(zhì)，各種電纜、光纜、雙絞線等為有線傳輸介質(zhì)。4.

接收設(shè)備u功能：完成發(fā)送設(shè)備的反轉(zhuǎn)換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密等。u任務(wù)：在帶有干擾的信號(hào)中正常恢復(fù)出原始信息；對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用、實(shí)現(xiàn)正確分路等。5.噪聲源u噪聲源不是人為加入的，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及傳輸介質(zhì)中噪聲與干擾的集中表示。

介質(zhì)在傳輸過(guò)程中必然會(huì)引

起某些干擾11任務(wù)二數(shù)據(jù)編碼12模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)來(lái)表示和傳輸。在一定條件下，可以將模擬信號(hào)編碼成數(shù)字信號(hào)，或?qū)?shù)字信號(hào)編碼成模擬信號(hào)。其編碼信號(hào)有4種，如圖2-3所示。一、

數(shù)據(jù)編碼類型圖2-3數(shù)據(jù)編碼類型13

二、數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)

若模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采用模擬信號(hào)傳輸，須采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)。在目前的實(shí)際應(yīng)用中

，數(shù)字信號(hào)通常

采用模擬通信系統(tǒng)傳輸

，如通過(guò)傳統(tǒng)電話線上網(wǎng)時(shí)，數(shù)字信號(hào)就是通過(guò)模擬通信系統(tǒng)(公用電話網(wǎng))傳輸，如圖2-4所示。141414圖2-4數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)u調(diào)制：為了利用模擬語(yǔ)音通信的傳統(tǒng)電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信，必須將發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換

成能夠在公用電話網(wǎng)上傳輸?shù)哪M信號(hào)。u解調(diào)：經(jīng)傳輸后在接收端將話音信號(hào)逆轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為解調(diào)。u實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)互換的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器

(Modem)。

二、數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)

模擬數(shù)據(jù)編碼采用模擬信號(hào)來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)的0、1狀態(tài)。幅度、

頻率、

相位是描述模擬信號(hào)的參數(shù)，可以通過(guò)改變這三個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)編碼。151515u幅移鍵控(ASK)中，載波信號(hào)的頻率、相位不變，幅

度隨調(diào)制信號(hào)變化。調(diào)制后如圖2-5(b)u

頻移鍵控(FSK)中，載波信號(hào)的頻率隨著調(diào)制信號(hào)而變化，而載波信號(hào)的幅度、相位不變。調(diào)制后圖2-5(c)u

相移鍵控(PSK)中，載波信號(hào)的相位隨著調(diào)制信號(hào)而變化，而載波信號(hào)的幅度、頻率不變。調(diào)制后圖2-5

(d)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制3種基本技術(shù)：幅移鍵控

(ASK)

、頻移鍵控

(

FSK)

和相移鍵控

(

PSK)

。在實(shí)際應(yīng)用中，以上3種調(diào)制技術(shù)通常結(jié)合起來(lái)使用。

圖2-5三種模擬數(shù)據(jù)編碼調(diào)制后的信號(hào)波形三、數(shù)據(jù)的編碼解碼技術(shù)若模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采用數(shù)字信號(hào)傳輸，須采用編碼解碼技術(shù)。1.

模擬數(shù)據(jù)的編碼信號(hào)。u脈沖編碼調(diào)制模擬信號(hào)數(shù)字化的3個(gè)步驟分別是：采樣、量化、編碼。(1)采樣：以采樣頻率把模擬信號(hào)的值采出，如圖2-6所示。在數(shù)字化的電話交換和傳輸系統(tǒng)中，通常需要將模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行傳輸。通常使u脈沖編碼調(diào)制技術(shù)以采樣定理為基礎(chǔ)，對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行周期性采樣，以有效信號(hào)最高頻率的兩倍或兩倍以上的速率對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣，通過(guò)低通濾波器可不失真地從這些采樣值中重新構(gòu)造出有效用的一種方法稱為脈沖編碼調(diào)制技術(shù)。圖2-6采樣16三、數(shù)據(jù)的編碼解碼技術(shù)

(2)量化：使連續(xù)模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間軸上的離散值。如在圖2-7中采用8個(gè)量化級(jí)，每個(gè)采樣值用3位二進(jìn)制數(shù)表示。

圖2-7量化(3)編碼：將離散值變成一定位數(shù)的二進(jìn)制碼

，如圖2-8所示。171717圖2-8編碼三、數(shù)據(jù)的編碼解碼技術(shù)2.

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼數(shù)字信號(hào)可以直接采用基帶傳輸，基帶傳輸就是在線路中直接傳送數(shù)字信號(hào)的電脈沖，是一種最簡(jiǎn)單的傳輸方式，近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸。基帶傳輸需要解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字

信號(hào)表示及收發(fā)兩端之間的信號(hào)同步兩個(gè)方面的

問(wèn)題。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方式主要有3種：不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼特斯特編碼

，如圖2-9所示。圖2-9數(shù)字信號(hào)編碼18三、數(shù)據(jù)的編碼解碼技術(shù)2.

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼u不歸零碼可以用負(fù)電平表示邏輯“1”，用正電平表示邏輯“0”，反之亦然。缺點(diǎn)是發(fā)送方和接收方不能保持同步，需采用其他方法保持收發(fā)同步。u曼徹斯特編碼每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時(shí)鐘信號(hào)，又作數(shù)據(jù)信號(hào)，從高到低跳變表示“1”，從低到高跳變表示“0”。u差分曼特斯特編碼每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，用兩種曼徹斯特編碼具有自同步能力和良好的抗干擾性能。每位開(kāi)始時(shí)有無(wú)跳變來(lái)表示數(shù)據(jù)信號(hào)，有跳變?yōu)椤?”，無(wú)跳變?yōu)椤?”。圖2-9數(shù)字信號(hào)編碼19任務(wù)三數(shù)據(jù)傳輸20

一、

并行傳輸和串行傳輸在數(shù)字通信中，傳輸方式分類：u按每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)可分為：并行傳輸和串行傳輸1.

并行傳輸采用并行傳輸方式時(shí)，多個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)在通信設(shè)備間的多條通道上傳輸，并且每個(gè)數(shù)據(jù)位都有自己專用的傳輸通道。這種傳輸方式的數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較快，適合在近距離數(shù)據(jù)傳輸中使用。若在遠(yuǎn)距離傳輸中采用這種工作方式，則需要支出較高的費(fèi)用。其工作情況如圖2-10所示。圖2-10并行傳輸21由于設(shè)備內(nèi)部往往以并行方式傳輸數(shù)據(jù)，所以在數(shù)據(jù)傳輸至線路之前需先被送入發(fā)送端的并/串行

轉(zhuǎn)換器，通過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)將逐位傳至線路上。而在數(shù)據(jù)到達(dá)目的地時(shí)，數(shù)據(jù)則需先進(jìn)入接收端的串/并行轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)換過(guò)程，使數(shù)據(jù)傳輸從串行方式轉(zhuǎn)換成并行方式，如圖2-11所示。串行傳輸只需一個(gè)傳輸通道，因而它具有簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。與并行傳輸相比，串行傳輸在遠(yuǎn)距離傳輸和位數(shù)較多的情況下具備更為明顯的優(yōu)勢(shì)。然而數(shù)據(jù)傳輸速率較低是這種傳輸方式的不足之處。2.

串行傳輸采用串行傳輸方式時(shí)

，數(shù)據(jù)將按照順序一位接一位地在通信設(shè)備之間的一條通道上傳輸。一、

并行傳輸和串行傳輸圖2-11串行傳輸22但讓兩個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)同步難度較大，目前主要通過(guò)異步傳輸和同步傳輸這兩種方式，來(lái)解決收發(fā)端的時(shí)鐘同步問(wèn)題。串行傳輸時(shí)數(shù)據(jù)逐位依次傳輸，每位數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收都由時(shí)鐘脈沖控制。發(fā)送端依靠發(fā)送時(shí)鐘確定數(shù)據(jù)位的起止，接收端則需在合適時(shí)刻對(duì)數(shù)據(jù)流采樣，收發(fā)雙方必須保持同步，否則會(huì)產(chǎn)生時(shí)鐘漂移，引發(fā)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。二、異步傳輸與同步傳輸在數(shù)字通信中，傳輸方式分類：u按數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞娇煞譃椋和絺鬏敽彤惒絺鬏?3二、異步傳輸與同步傳輸1.

異步傳輸異步傳輸將比特分成小組進(jìn)行傳送，小組可以是8位的1個(gè)字符或更長(zhǎng)。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這

些比特組

，而接收方不知道它們會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。解決辦法每次異步傳輸?shù)男畔⒍加幸粋€(gè)起始位開(kāi)頭

，它通知接收方數(shù)據(jù)到達(dá)了，這就給了接收方響應(yīng)、接收和緩存數(shù)據(jù)比特的時(shí)間，在傳輸結(jié)束時(shí)，一個(gè)停止位表示該次傳輸信息的終止。異步傳輸潛在問(wèn)題即接收方并不知道數(shù)據(jù)會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。在它檢測(cè)到數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)之前，第一個(gè)比特已經(jīng)過(guò)去了。異步傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)比較容易，每個(gè)信息都加上了“同步”信息，因此，計(jì)時(shí)的漂移不會(huì)產(chǎn)生大的積累，但卻產(chǎn)生了較多的開(kāi)銷。在書(shū)上的例子，每8個(gè)比特要多傳送兩個(gè)比特，總的傳輸負(fù)載就增加25%。因此，異步傳輸常用于低速設(shè)備。24同步傳輸采用更大的比特分組進(jìn)行發(fā)送，不再為每個(gè)字符單獨(dú)添加開(kāi)始位和停止位獨(dú)立傳輸，

而是將多個(gè)字符組合成數(shù)據(jù)幀

(簡(jiǎn)稱

，

幀)

統(tǒng)一發(fā)送。幀的開(kāi)頭設(shè)有同步字符，作為獨(dú)特比特碼，既通知接收端幀已到達(dá)，又用于校準(zhǔn)采樣速度，實(shí)現(xiàn)收發(fā)時(shí)鐘同步；幀末尾則有幀結(jié)束標(biāo)記，標(biāo)識(shí)當(dāng)前幀傳輸完畢。u同步傳輸優(yōu)點(diǎn)：

同步傳輸通常要比異步傳輸快得多，接收端無(wú)需逐字符處理起止位；且傳輸開(kāi)銷更低，數(shù)據(jù)量越大，開(kāi)銷占比越小。u同步傳輸缺點(diǎn)：

但數(shù)據(jù)比特位越長(zhǎng)，緩存數(shù)據(jù)所需要的緩沖區(qū)也越大

，這就限制了一個(gè)幀的大小。另外，幀越大，它占據(jù)傳輸媒體的連續(xù)時(shí)間也越長(zhǎng)。在極端的情況下，這將導(dǎo)致其他用戶等得太久。同步傳輸方式中發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘是統(tǒng)一的，字符與字符間的傳輸是同步無(wú)間隔的。異步傳輸方式并不要求發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘完全一樣，字符與字符間的傳輸是異步的。二、異步傳輸與同步傳輸同步傳輸2.25(3)異步傳輸通過(guò)字符起止的開(kāi)始和停止碼抓住再同步的機(jī)會(huì)，而同步傳輸則是從數(shù)據(jù)中抽取同步信息。(5)異步傳輸相對(duì)于同步傳輸效率較低。(4)異步傳輸對(duì)時(shí)序的要求較低，同步傳輸往往通過(guò)特定的時(shí)鐘線路協(xié)調(diào)時(shí)序。二、異步傳輸與同步傳輸3.

同步傳輸與異步傳輸?shù)膮^(qū)別(1)異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸。(2)異步傳輸?shù)膯挝皇亲郑絺鬏數(shù)膯挝皇菐?6三、通信線路的工作方式根據(jù)數(shù)據(jù)在通信線路上的傳輸方向及其與時(shí)間的關(guān)系，串行數(shù)據(jù)通信可分為三種方式：?jiǎn)喂し绞健腚p工方式和全雙工方式。1.

單工方式單工方式只允許數(shù)據(jù)始終在一個(gè)固定方向上傳輸。如圖2-12所示，對(duì)于站點(diǎn)A、B而言，只有A能夠向傳輸線路上發(fā)送數(shù)據(jù)，而B(niǎo)卻只能從線路上接收數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，在這種方式下數(shù)據(jù)的流向只能是從A到B，而不是從B到A。圖2-12單工方式27三、通信線路的工作方式2.

半雙工方式半雙工方式允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸，但在某一時(shí)刻，如圖2-13所示，采用半雙工方式時(shí)，

數(shù)據(jù)可以由A傳向B，也可以由B傳向A。從這個(gè)角度講，這種方式似乎是雙向工作方式，但由于A、B之間只有一個(gè)傳輸通道，所以信號(hào)只能分時(shí)傳送。換言之，在某一時(shí)刻只能進(jìn)行一個(gè)方向的傳輸

，而不能

進(jìn)行雙向傳輸

，

故將其稱為半雙工方式。在這種工作方式

下，或者A發(fā)送數(shù)據(jù)，由B進(jìn)行接收；或者B發(fā)送數(shù)據(jù)，由

A接收。當(dāng)不工作時(shí)，令A(yù)、B均處于接收方式，以便隨時(shí)

響應(yīng)對(duì)方的呼叫。圖2-13中的收發(fā)轉(zhuǎn)

換開(kāi)關(guān)并不是物理

開(kāi)關(guān)

，而是由軟件

控制的電子開(kāi)關(guān)。數(shù)據(jù)只被允許在一個(gè)方向上傳輸。圖2-13半雙工方式28三、通信線路的工作方式3.

全雙工方式采用半雙工方式時(shí)，同一時(shí)刻只能工作在一種方式下的特點(diǎn)正是該方式效率不高的根本原因。解決的方法就是增加一條傳輸通道

，允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸

，這種方式就是全雙工方式。如圖2-14所示，站點(diǎn)A、B均可以同時(shí)接受數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。正是因?yàn)槿p工方式下存在兩條傳輸通道，所以不再通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換便可實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，從而提高了傳輸效率。全雙工相比半雙工傳輸速率更高，但需要增加一條傳輸通道，成本更高；實(shí)際應(yīng)用(尤其是異步通信)

多采用半雙工，雖傳輸效率較低，但線路簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。圖2-14全雙工方式29u基帶是原始信號(hào)所占用的基帶頻率，也就是原始數(shù)字信號(hào)調(diào)制以前所占有的頻帶寬度。基帶傳輸是指在線路上直接傳輸基帶信號(hào)或略加整形后進(jìn)行的傳輸。u在基帶傳輸中

，整個(gè)信道只傳輸一種信號(hào)，因此通信信道利用率低。數(shù)字信號(hào)被稱為基帶數(shù)字信號(hào)

，在基帶傳輸中，需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼后再傳輸。u基帶傳輸是一種最簡(jiǎn)單、最基本的傳輸方式。基帶傳輸過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用低，基帶信號(hào)的功率衰減不大，適用于近距離傳輸。在局域網(wǎng)中通常使用基帶傳輸技術(shù)。四、通信信號(hào)的傳輸方式

1.

基帶傳輸303030基帶傳輸頻帶傳輸就是先將基帶信號(hào)變換(調(diào)制)成便于在模擬信道中傳輸?shù)摹⒕哂休^高頻率范圍的模擬信號(hào)(稱為頻帶信號(hào))，再將這種頻帶信號(hào)在模擬信道中傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離通信通常采用的是頻帶傳輸。基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)的轉(zhuǎn)換是由調(diào)制解調(diào)器完成的。遠(yuǎn)距離通信信道多為模擬信道，例如，傳統(tǒng)的電話(電話信道)只是用于傳輸音頻范圍(300~3400Hz)的模擬信號(hào)，不適合用于直接傳輸頻帶很寬、但能量集中在低頻段的數(shù)字

基帶信號(hào)。四、通信信號(hào)的傳輸方式2.

頻帶傳輸31寬帶：指比音頻帶寬更寬的頻帶，涵蓋大部分電磁波頻譜的頻帶，是一種相對(duì)概念，并沒(méi)有絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)。寬帶傳輸系統(tǒng)：可容納廣播、實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸；能將一個(gè)寬帶信道劃分為多個(gè)邏輯基帶信道，在同一物理信道中綜合傳輸聲音、圖像、數(shù)據(jù)。帶寬：指數(shù)據(jù)信號(hào)傳送時(shí)所占據(jù)的頻率范圍，描述帶寬的單位為“比特/秒”四、通信信號(hào)的傳輸方式

3.

寬帶傳輸323232寬帶線路和窄帶線路上信息的傳播速率是一樣的。如果用“汽車(chē)運(yùn)貨”來(lái)比喻“寬帶線路”和“窄帶線路”，

它們的關(guān)系如圖2-15所示。寬帶傳輸必采用頻帶傳輸技術(shù)

，但頻帶傳輸不一定是寬帶傳輸。圖2-15“寬帶線路”與“窄帶線路”的比較差錯(cuò)就是在數(shù)據(jù)通信中，接收端接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實(shí)際發(fā)出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致

的現(xiàn)象。例如，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中位丟失，發(fā)

出的數(shù)據(jù)位為“0”，而接收到的數(shù)據(jù)位為“1”，或發(fā)出的數(shù)據(jù)位為“1”，而接收到

的數(shù)據(jù)位為“0”，如圖2-16所示。差錯(cuò)的產(chǎn)生是由噪聲引起的。圖2-16差錯(cuò)產(chǎn)生的過(guò)程根據(jù)產(chǎn)生原因的不同可把噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲。五、差錯(cuò)控制技術(shù)33u熱噪聲又稱為白噪聲

，是由傳輸介質(zhì)的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的

，

它存在于所有電子

器件和傳輸介質(zhì)中。

熱噪聲是溫度變化的結(jié)果

，不受頻率變化的影響。u熱噪聲在所有頻譜中是以相同的形態(tài)分布的，它是不能消除的，由此對(duì)通信系統(tǒng)性能構(gòu)成了上限。u例如，線路本身電器特性隨機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)幅度、頻率與相位的畸變和衰減。u沖擊噪聲呈突發(fā)狀

，

常由外界因素引起

，其噪聲幅度可能相當(dāng)大

，是傳輸中

的主要差錯(cuò)。u例如，大氣中的閃電、電源開(kāi)關(guān)的跳火、自然界磁場(chǎng)的變化以及電源的波動(dòng)等外界因素所引起的噪聲都屬于沖擊噪聲。五、差錯(cuò)控制技術(shù)

根據(jù)產(chǎn)生原因的不同可把噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲。3434342.

沖擊噪聲1.

熱噪聲反饋重發(fā)檢錯(cuò)方法又稱自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)(Automatic

Repeat

reQuest，ARQ)，是利用編碼的方法在數(shù)據(jù)接收端檢測(cè)差錯(cuò)。

當(dāng)檢測(cè)出差錯(cuò)后，設(shè)法通知發(fā)送數(shù)據(jù)端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到無(wú)差錯(cuò)為止，如圖2-17所示。反饋重發(fā)檢錯(cuò)方法只使用檢錯(cuò)碼。六、差錯(cuò)控制方法1.

反饋重發(fā)檢錯(cuò)方法圖2-17反饋重發(fā)檢錯(cuò)方法35前向糾錯(cuò)方法(Forward

Error

Correction，F(xiàn)EC)中

，接收數(shù)據(jù)端不僅對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)

，而且當(dāng)檢測(cè)出差錯(cuò)后還能利用編碼的方法自動(dòng)糾正差錯(cuò)，如圖2-18所示。前向糾錯(cuò)方法必須使用糾錯(cuò)碼。六、差錯(cuò)控制方法2.

前向糾錯(cuò)方法圖2-18前向糾錯(cuò)方法36任務(wù)四數(shù)據(jù)交換37數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸，最簡(jiǎn)單的形式是用傳輸介質(zhì)將兩個(gè)端點(diǎn)直接連接起來(lái)進(jìn)

行數(shù)據(jù)傳輸。但是，每個(gè)通信系統(tǒng)都采用把收發(fā)兩端直接相連的形式是不可能的，一般都要通過(guò)一個(gè)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的中間網(wǎng)絡(luò)來(lái)把數(shù)據(jù)從源點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的

點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)通信。這個(gè)中間網(wǎng)絡(luò)不關(guān)心所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，只是為這些數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)直至目的節(jié)點(diǎn)，一般的交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-19所示。u數(shù)據(jù)交換是多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行侄巍常用的數(shù)據(jù)交換有電路交換和存儲(chǔ)交換兩種方式，存儲(chǔ)交換又可細(xì)分為報(bào)文交換和分組交換。圖2-19交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)38傳輸數(shù)據(jù)和拆除電路3個(gè)階段。1.

建立電路在傳輸任何數(shù)據(jù)之前

，要先經(jīng)過(guò)呼叫過(guò)程建立一條端到端的電路。如圖2-20所示，若H1站要與H2站連接，H1站先要向與其相連的A節(jié)點(diǎn)提出請(qǐng)求，然后A節(jié)點(diǎn)在有關(guān)聯(lián)的路徑中找到下一個(gè)支路B節(jié)點(diǎn)，在此電路上分配一個(gè)未用的通道，并告訴B節(jié)點(diǎn)它還要連接C節(jié)點(diǎn)；接著用同樣的方法到達(dá)D節(jié)點(diǎn)完成所有連接；再由主機(jī)H2發(fā)出應(yīng)答信號(hào)給主叫用戶主機(jī)H1，這樣通信鏈路就接通了。只有當(dāng)通信的兩個(gè)站點(diǎn)之間建立起物理鏈路之后，才允許進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸階段。電路交換的這種“連接”過(guò)程所需時(shí)間的長(zhǎng)短，與連接的中間節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)有關(guān)。電路交換也叫線路交換，是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域最早使用的交換方式。電路交換通信包括建立電路、一、