通信基本原理

一、通信基本原理

通信子网：通信子网由传输介质和交换单元组成。交换单元是一种特殊的计算机，用于连接两条甚至更多条传输线，又称为分组交换节点、数据开关交换和路由器。

通信信道与传输介质：信道是通信中传递信息的通道，传输介质是指用于连接网络节点的物理传输电路，例如电话线、同轴电缆、光缆等。通信信道包括传输介质与通信设备，它是建立在传输介质之上的。采用多路复用技术时，一条物理传输介质上可以建立多条通信信道。

1、数据通信的基本概念

（1）信息、数据和信号

　●数据与信息：数据涉及的是事物的表示形式，信息涉及的是这些数据的内容和解释。

　●信道：是信号传输的通道，包括通信设备和传输媒体。按不同的分类方法有有线信道和无线信道、模拟信道和数字信道、专用信道和公共交换信道之分。

　●信道带宽和信道容量：信道的发送和接收两端传输比特信号的最大速率称为该信道的带宽，用赫兹（Hz）表示，信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（b/s）表示。

（2）数据通信系统基本结构

　数据通信系统基本结构可以用数据通信模型表示：

2、数据信号表示方式

（1）模拟数据编码方法：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)。三种编码方式优缺点对比和编码方法见下图：

（2）数字数据编码方式有：非归零制、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码

（3）脉冲编码调制（PCM）：模拟数据数字化的主要方法，典型应用是语音数字化。

其工作原理基本上包括：采样、量化与编码三部分。

3、数据通信类型

（1）宽带（频带）传输：利用模拟通信信道，通过调制解调器传输模拟数据信号的方法称做宽带传输。其优点是可以利用模拟语音通信信道。

（2）基带传输：利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称做基带传输。

4、数据传输方式

（1）串行通信和并行通信

　●串行通信是指数据流以串行方式在一条通信信道上传输。

　●并行通信是指数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。

　●波特率与比特率

　　波特率：又称“波形速率”，它是数据传输过程中在信道上每秒钟传送的离散信号事件（信号波形）个数，其单位是“波特”（Baud）。

　　比特率：又称“信息速率”，它是数据传输系统每秒内所传送的信息量的多少，其单位是“比特/秒”（b/s）。信息速率直接与波形速率和一个波形所携带的信息量有关。

只有当每个信号事件仅代表一个2进位的情况下，波特率才相当于比特率；采用多进制调制时，比特率为波特率的倍数（ Log2L）。 

（2）单工通信/半双工通信/全双工通信

　●单工通信：指数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收不能发送。

　●半双工通信：指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。

　●全双工通信：指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输传送。

（3）异步通信和同步通信

　●异步通信是每传送1个字符都在它前面加起始位，后加校验位、停止位。这种方式的字符发送是的。适用于低速终端设备。

　●同步通信是在发送字符之前先发送一组同步字符，使收发双方进入同步，之后可以连续发送任意多个字符，直到控制字符指出这一组字符是传送结束为止。提高了数据传输的效率。

5、数据交换方式

数据通过通信子网的交换方式分为电路交换和存储/转发交换两大类。常用的交换技术有：

（1）电路交换： 直接的交换，提供一条专用的传输通道，例如公用电话网。

（2）报文交换：不需要建立一条专用的通路。以“报文”为单位进行交换传输，缺点是时延大。

（3）分组交换（包交换）：以“报文分组”为单位进行交换传输，属于“存储/转发”交换方式。

　●数据报传输分组交换：交换网将进网的任一分组都当作单独的“小报文”来处理，“小报文”被称为数据报。优点：对于短报文数据通信传输率较高，对网络故障的适应能力强，缺点是时延大。

　●虚电路传输分组交换：所有分组都必须沿着事先建立的虚电路传输，存在一个需呼叫建立阶段和拆除阶段。优点：对于数据量较大的通信传输率高，分组传输时延短，不容易产生数据分组丢失，缺点是对网络依赖性大。

（4）高速交换技术：帧中继、ATM 

6、传输介质

（1）传输介质类型与特点：

分为有线和无线两大类。常用的有线媒体有：双绞线、同轴电缆和光纤；无线媒体有：无线电波、微波和红外线等。

（2）信道复用技术

采用多路复用器（MUX）将来自多个输入线路的数据组合、调制成一路复用数据，并将此数据信号送上高容量的数据链路；接收端接收复用的数据流，依照信道分离还原为多路数据，并将它们送到适当的输出电路上。具体方式有：

　●频分复用：是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频段，每个信号占其中一个频段。多用于传输模拟信号。

　●时分复用：是按传输信号的时间进行分割，使不同的信号在不同时间内传送。相当于在同一频率内不同相位上发送和接收信号，而频率共享。广泛用于包括计算机网络在内的数字通信系统。

　●波分复用：主要用于全光纤网组成的通信系统。类似频分复用，划分成多个波段，以频道不同区分地址。特点是独占频道而共享时间。

　●码分复用：原理是基于码型的分割信道。每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，特点是频率和时间资源都共享。

7、差错控制方法

在网络中为保证数据传输的差错控制在允许的范围内必须采用差错控制方法。数据通信过程中，差错控制是通过两种途径来解决的。一种是通过检错码编码来发现传输差错；另一种是通过差错恢复达到正确传输的目的。

常见的差错控制技术有：奇偶校验、循环冗余校验、海明码等。

8、主要数据通信指标

衡量数据通信质量的参数主要是：数据通信速率和误码率。

（1）数据通信速率（传输率）：传输率是指数据在网络中传输的速度。目前ATM达155/622Mbps，美国在2003年达35Tbps。（T：太比特Terabit为1012 ）

（2）误码率：是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率。