数据通信系统模型在线视频

你好

通过第一周的学习

大家应该清楚的认识到

计算机网络的核心是

数据信息的共享、交互和传输

因此

计算机网络必须架构于各种数据通信系统之上

下面就向大家介绍

数据通信系统的基本模型和相关概念

谈到通信

我们每个人都不陌生

古代的烽火报警

就是把敌人入侵的消息

通过烽火传达给远方的士兵

舰船上的灯语和旗语通过灯的闪烁和

旗子这样的挥舞与另一艘船进行无声的对话

在各种建筑工地上

工人们经常使用对讲机相互联络

协调工作

还有移动电话、无线广播、有线电视等

当代最为普及的通信手段

都是现实生活中我们所熟悉的通信实例

最早的数据通信实例可以追溯到

1837年莫尔斯发明的电报系统

莫尔斯将0-9十个数字

A-Z二十六个字母和常用标点符号

用短电流脉冲

俗称“点”，短音，念做“嘀”

和长电流脉冲

俗称“划”，长音，念做“嗒”

的不同组合进行表示

即进行“数据编码”

从而实现了“数据通信”

此表是国际莫尔斯码

如果要给数据通信下一个定义

我们可以这样说

数据通信是指信源 就是信息的发送方

和信宿（就是信息的接收方）

按照一定的协议或者规程

以数字或者基带的方式

完成信息的传输的过程或方法

这里的“协议”（规程）

是指为了能有效和可靠地进行通信而制定的

通信双方必须互相遵守的一组规则

实际上如果按照

信号种类来进行区分的话

除了数据通信系统外

还有两类通信系统

即模拟通信系统和数字通信系统

模拟通信系统一般指的是信源发出的

信宿接收的和信道传输的

都是模拟信号的通信过程或方式

因此 模拟通信系统可以说是

以模拟信道传输模拟信号的系统

而数字通信系统

是信源发出和信宿接收的都是模拟信号

而信道传输的是数字信号的通信过程或方式

因此 数字通信系统可以说是

以数字信号的形式传输模拟信号的系统

而之前所说的数据通信

其信源和信宿处理的皆为数字信号

传输信道则既可以是数字信道

也可以是模拟信道

数据通信系统的具体组成

可以从不同的角度予以不同的描述

从系统设备的构成

可认为数据通信系统由终端设备子系统

数据传输子系统 数据处理子系统组成

如图 终端设备子系统由数据终端设备

及有关的传输控制设备组成

数据终端设备有

数据输入设备和数据输出设备之分

其作用是将发送的信息变换为二进制信号传输

或者把接收到的二进制信号转换为

用户能够理解的信息形式

它既有编码器的功能

又具有解码器的功能

终端设备的形式很多

较常用的有键盘终端、显示器、打印机等

集中器是设置在远程终端较密集处的

一种传输控制设备

它的一端用于多条低速线路

与各终端设备的连接

另一端则用一条高速速率的线路与

数据传输子系统相连

传输控制设备用于数据传输的控制

借助传输控制代码完成线路的控制功能

包括通信线路的自动呼叫

自动接通/断开、确认对方的通信状态等等

以及实现差错控制等

数据传输子系统由传输信道

及两端的数据电路终端设备组成

传输信道可以采用

固定连接的专用线路或通信网

数据电路终端设备

比如调制解调器

是为数据终端与传输信道之间

提供交换和编码功能

以及建立、保持和释放线路连接功能的设备

数据处理子系统指

包括通信控制器在内的数据处理终端

通信控制器把来自数据处理终端的数据

经通信控制器分发给相应的通信线路

或者把来自通信线路的数据

经由通信控制器发往数据处理终端

它是数据处理终端

与各条通信线路之间的一个“桥梁”

通信控制器的功能包括

线路的控制、差错控制、传输控制等等

下面我们就通过一个最简单的例子来说明

数据通信系统的模型

这个例子是两台计算机

通过公用电话网进行通信

如图所示 这个数据通信系统可划分为三部分

即发送端主机系统 传输系统和接收端主机系统

发送端主机系统包括计算机和调制解调器

从计算机键盘输入的汉字

计算机产生输出的数字比特流

要经过调制解调器编码后

才能在传输系统中进行传输

接收端主机系统包括调制解调器和计算机

这里的调制解调器接收传输系统传送过来的信号

把来自传输线路上的模拟信号进行解调

提取出在发送端置入的汉字消息

还原出发送端产生的数字比特流

接收端的计算机

从调制解调器获取来的数字比特流

然后把汉字在计算机屏幕上进行显示出来

在发送端主机系统和接收端主机系统之间的

传输系统就是连接两个系统之间的公用电话网

下面我们介绍一些数据通信系统中的常用术语

通信的目的是传送消息

如语音、文字、图像、视频等等

这些都是消息

数据是传送消息的实体

根据RFC 4949给出的定义

数据是使用特定方式表示的信息

通常是有意义的符号序列

信号则是指数据的电气或电磁的表现

根据信号中代表消息的参数取值方式的不同

信号可以分为以下两大类：

1 模拟信号（或连续信号）

代表消息的参数取值是连续的

例如在刚刚讲过的数据通信系统模型中

用户家中的调制解调器到电话局端之间的

用户线上传送的就是模拟信号

2 数字信号（或离散信号）

代表消息的参数取值是离散的

例如在刚刚讲过的数据通信系统模型中

用户家中的计算机到调制解调器之间

或在电话网中继线上传送的就是数字信号

在使用时间域或简称为时域的波形

表示数字信号时

代表不同离散数值的基本波形就称为码元

在使用二进制编码时

只有两种不同的码元

一种代表0状态而另一种代表1状态

下面我们来看一下关于通信的几种基本的方式

根据通信的双方信息交互的方式

可分为单向通信、双向交替通信

双向同时通信三种

首先我们来认识一下单向通信

单向通信又称为单工通信

即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互

无线电广播或有线电广播

以及电视广播就属于这种类型

如图所示 无线广播电台的广播发送信息

接收端可以接收到广播端发来的信息

但是接收端不能向广播端发送信息

双向交替通信又称为半双工通信

即通信的双方都可以发送信息

但不能双方同时发送

当然也就不能同时接收

这种通信方式是一方发送另一方接收

双方交替发送信息

如图中所示的对讲机的工作方式

对讲机A发送信息

此时对讲机B可以接收到A发送的信息

但B在此时不能发送信息

双向同时通信又称为全双工通信

即通信的双方可以同时发送和接收信息

例如我们常用的手机通信

图中 手机A和手机B在通信过程中

可以同时发送和接收信息

下面我们来看基带信号

来自信源的信号常称为基带信号

即基本频带信号

像计算机输出的代表各种文字

或图像文件的数字信号都属于基带信号

基带信号往往包含很多低频成分

甚至有直流成分

而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量

所以必须对基带信号进行调制

接下来介绍两类调制

一类是仅仅对基带信号的波形进行变换

使它能够与信道特征相适应

变换后的信号仍然是基带信号

这类调制称为基带调制

由于这种基带调制是把数字信号

转换成另一种形式的数字信号

因此大家更愿意把这种过程称为编码

另一类调制是带通调制

需要使用载波进行调制

把基带信号的频率范围搬移到较高的频段

并转换为模拟信号

经过载波调制后的信号称为带通信号

仅在一段频率范围内能够通过信道

我们再来看看几种常用的编码方式

第一种是不归零编码

正电平代表1

负电平代表0

第二种是归零制

正脉冲代表1

负脉冲代表0

第三种是曼彻斯特编码

位周期中心的向上跳变代表0

位周期中心的向下跳变代表1

也可反过来定义

第四种是差分曼彻斯特编码

在每一位的中心处始终都有跳变

位开始边界有跳变代表0

而位开始边界没有跳变则代表1

最后 我们来看一下基本的三种带通调制方法

第一种是调幅

即载波的振幅随基带数字信号而变化

例如0或1分别对应于无载波或者有载波输出

第二种是调频

即载波的频率随基带数字信号而变化

如0或1分别对应于频率

第三种是调相

即载波的初始相位随基带数字信号而变化

例如0或1分别对应于相位0度或180度