第2章 数据通信技术基础

传输媒体

在一个数据通信系统中，连接发送部分和接收部分之间的物理通道称为传输媒体。

• 有线传输媒体：双绞线、同轴电缆和光纤（信号传输衰减最小、抗干扰能力最强的是光纤）
• 无线传输媒体：无线电波、地面微波、卫星微波、红外线

数据通信系统的技术指标

数据传输速率

• 传码速率：又称波特率，记为N_Bd。指在数据通信系统中，每秒钟传输信号码元的个数，单位是波特。
• 传信速率：又称比特率，记为R_b。指在数据通信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是比特/秒（b/s、kb/s或Mb/s）
• 数值上：R_b=N_Bd*log₂^M（M是电平）

误码率和误组率

误码率：在一定时间内接收到出错的比特数和总的传输比特数之比，P_e=e₁/e₂

误组率：在一定时间内接收到出错的组数和总的传输组数之比，P_b=b₁/b₂

时延

• 发送时延：又称传输时延，发送时延=数据块长度bit/信道带宽bit/s
• 传播时延：传播时延=信道长度m/电磁波在信道上的传播速度m/s
• 信道利用率=发送时延/(发送时延+2*传播时延)

数据传输技术

信道容量C：指在一定条件下，给定通信路径（信道）上所能达到的最大数据传输速率。

奈奎斯特定理

在无噪声情况下，有限带宽为W的信道，其最大的数据传输速率C为：C=2Wlog₂^M

香农定理

在有噪声情况下，给定带宽为W、信噪功率比S/N，最大传输速率C为：C=Wlog₂（1+S/N）

信噪比（dB）=10log₁₀^(S/N)

曼切斯特编码

 

多路复用技术

信道复用技术是在一条传输信道中传输多路信号，以提高传输媒体的利用率

• 频分复用：频分复用是按频率划分不同的子信道，每个子信道占用不同的频率范围。（载波电话、电视）
• 时分复用：采用时间分片方式来实现传输信道的多路复用，即每一路信号传输都使用信道的全部带宽，但只能使用其中某个时隙。
• 码分复用CDMA：每个站被指派一个唯一的m(bit)码片序列。（如果它要发送比特1，那么就发送自己的mbit的码片序列，反之发送比特0的情况下，就发送自己的码片序列的二进制反码）（第三代移动通信系统）
• 波分复用：波分复用就是光的频分复用，即在一根光纤上传输多路光载波信号。（光纤）

数据交换技术

电路交换

通过电路交换，就是要通过中间交换节点在两个站点之间建立一条专用的通信线路。

三个阶段：呼叫建立、通信（信息传送）、连接释放

• 在通信之前，需要在主被叫用户之间建立一条物理连接；
• 采用了静态时分复用，优点是实时交换，适用于实时性要求高的语音通信；
• 缺点是线路利用率低，且由于没有任何差错控制措施，不利于传输可靠性要求高的突发性数据业务。

报文交换

报文交换没有连接建立/释放两个阶段。在报文交换节点，接收一份份报文，予以存储，再按报文的报头进行转发。

• 交换节点采用存储－转发方式对每份报文完整地加以处理。
• 每份报文中含有报头，必须包含收、发双方的地址，以便交换节点进行路由选择，可以一对多地传送报文。
• 报文交换可进行速率、码型的变换，具有差错控制措施。
• 存储－转发时延大，随机性也大，过负荷时将会导致报文延迟。

分组交换

分组交换也是一种存储-转发处理方式，其处理过程是需要将用户的原始信息（报文）分成若干小的数据单元（分组）来传送。

• 可实现多路通信功能。
• 采用动态时分多路复用，提高了线路利用率。
• 能够实现不同类型的数据终端设备（含有不同的传输速率、不同的编码、不同的通信控制规程等）之间的通信。
• 数据传输质量高、可靠性高，可使用优先级。
• 提高了链路利用率，经济性好。

差错控制技术

奇偶校验码

• 所传数据后面附加一位监督位，使得数据位和监督位中包含奇数个或者偶数个“1”
• 可以检测出所有的1位或者奇数位错，但无法确定错码的位置和偶数位错。

循环冗余码CRC

码多项式：A=10110110，A(x)=x⁷+x⁵+x⁴+x²+x

编码过程：

1. 在一个长度为n的码组中有k个信息位和r个监督位，生成多项式为G(x)；
2. 生成多项式的最高次幂为r，将码组左移r位（后面补r个零），模2除生成多项式G(x)，得到余式R(x)
3. 最后发送的序列为：x^rM(x)⊕R(x)

检错过程：

• 用接收下来的报文T(x)模2除以生成多项式G(x),如能整除，则表明传输无差错。
• 如不能整除,说明T(x)在传输中出错, 但是由于无法确定误码发生在哪一位，接收方只能将出错的报文整个丢弃。

汉明码

• 汉明码(n,k)能够纠正1位差错。
• 若码长为n，信息位为k，则附加r=n-k位冗余信息。满足条件：2^r≥n+1=k+r+1，编码效率为k/n
• （7,4）汉明码可以得到2⁴=16个许用码组

数据通信接口特性

机械特性（几何尺寸、引线排列），电气特性（电气参数），功能特性（功能），规程特性（通信接口上传输时间和控制需要执行的事件顺序）