通信考試數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎头绞郊百|(zhì)量

  數(shù)據(jù)傳輸方式是指數(shù)據(jù)在信道上傳送所采取的方式。按數(shù)據(jù)代碼傳輸?shù)捻樞蚩梢苑譃榇袀鬏敽筒⑿袀鬏敚喊磾?shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞娇煞譃橥絺鬏敽彤惒絺鬏敚话磾?shù)據(jù)傳輸?shù)牧飨蚝蜁r間關(guān)系可分為單工、雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸。

  （1）串行與并行數(shù)據(jù)傳輸

  二進制信息既可以串行傳輸，也可以并行傳輸：并行傳輸主要應(yīng)用于近炬離的計算機與其外設(shè)如打印機、調(diào)制解調(diào)器等之間的數(shù)據(jù)傳輸：而串行傳輸主要應(yīng)用于遠距離的數(shù)據(jù)終端設(shè)備主要是計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，如圖1-2所示。使用并行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸可以完成得更快，但是并行傳輸需要在源和目的地之間有更多的線路。

  圖1-2串行和并行數(shù)據(jù)傳輸

  （2）同步與異步數(shù)據(jù)傳輸

  實現(xiàn)數(shù)字通信的必要條件是，保持收發(fā)雙方的時鐘一致。實際上收發(fā)雙方往往相距很遠，且收端的時鐘通常是獨立產(chǎn)生的。難以保證與發(fā)端時鐘完全相同。為了在這種條件下滿足通信對時鐘的最低要求，提出的第一個簡便方法就是異步通信。

  異步通信時，對每一個數(shù)據(jù)編碼加上一些固定的特殊碼，如起始位、奇偶校驗位和停止位等，組成一個數(shù)據(jù)幀，如圖1-3所示。

  圖1-3起始式異步通信數(shù)據(jù)的幀格式

  線路上沒有數(shù)碼傳輸時稱為空閑態(tài)，線路保持為髙電平。在數(shù)據(jù)正式開始傳送前，先發(fā)送一個起始位，它占用一個碼元的時間，且規(guī)定為低電平。緊接著傳送5-8個數(shù)據(jù)位，最先傳送的是數(shù)據(jù)編碼的最低位（LSB）。在一次確定的傳輸中，每個異步數(shù)據(jù)中包括的有效數(shù)據(jù)長度應(yīng)是相同的。數(shù)據(jù)位結(jié)束后，可以再傳送一位奇偶校驗位，對全部數(shù)據(jù)位進行奇校驗或偶校驗。實際上，是否需要加上這一位，采用奇校驗還是偶校驗，可以由用戶根據(jù)情況選擇。最后必須加上停止位（規(guī)定為高電平），作為這個數(shù)據(jù)幀的結(jié)束標志。停止位的寬度可以是1位或2位。當前一字符所組成的數(shù)據(jù)幀全部發(fā)送完畢后，下一字符尚未準備好時，線路將回到空閑狀態(tài)，延續(xù)前一個械中停止位的髙電平，直到出現(xiàn)下一個起始位為止。

  通常，在異步數(shù)據(jù)的接收端，都采用一個獨立產(chǎn)生的頻率為數(shù)據(jù)速率16倍以上的時鐘，利用這個時鐘速率檢測線路上的狀態(tài)。檢測到起始位后，開始接收數(shù)據(jù)位，接收到規(guī)定的數(shù)據(jù)位后，接收器還要對接收數(shù)據(jù)跟校驗位進行校驗。如果校驗無誤，表示這個數(shù)據(jù)幀基本上已經(jīng)正確接收。然后將數(shù)據(jù)移入緩沖寄存器，等待處理機讀取。為了提高對數(shù)據(jù)幀接收的正確性，接收器還必須對停止位檢測。只有在檢測到高電平后，才可以說把這一幀正確地接收完了。否則，就認為這一幀的接收發(fā)生了幀錯誤。

  異步通信在收發(fā)數(shù)據(jù)時所用的時鐘是獨立的，最多只是標稱值相同而已，這也是采用“異步”這個名稱的原因。由于異步通信對時鐘的要求不高，對其他設(shè)備的要求也較低，這種方式得到了廣泛的應(yīng)用，特別在一些經(jīng)濟條件受限制的情況下更受歡迎。異步通信中對每一個數(shù)據(jù)位的同步，是依靠確定起始位和接收端時鐘的頻率準確性和穩(wěn)定性來保證的。對數(shù)據(jù)字的同步，有賴于預(yù)知數(shù)據(jù)字的位數(shù)，以及可以在起始位和停止位之間檢測特殊位的功能。

  異步通信的最大優(yōu)點是設(shè)備簡單，易于實現(xiàn)。但是，它的效率很低。例如，一個數(shù)據(jù)幀由10個碼元組成，其中只有8位數(shù)據(jù)，不代表信號意思的碼元就占了20%,使線路利用率降低。同步通信就是為了解決這個問題而提出的。

  同步通信的基本特點是，使接收端的時鐘嚴格與發(fā)送端保持一致，從而使接收時鐘與接收數(shù)據(jù)位之間不存在誤差積累的問題，確保正確地將每一個數(shù)據(jù)位區(qū)分開并接收下來。這樣就省去了每個數(shù)據(jù)字傳送時添加的附加位。也就是說，同步通信時把全部要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)位緊密排列成數(shù)據(jù)流，在接收端再把這些數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)字。

  為了區(qū)分數(shù)據(jù)流中的各個數(shù)據(jù)字，同步通信對數(shù)據(jù)格式作了一定的規(guī)定，就形成了各種不同的協(xié)議。同步通信時一個數(shù)據(jù)幀中包含以下幾部分：幀的開頭必須規(guī)定同步碼，這是一組區(qū)別于一般信息編碼的一種特殊二進制編碼，通常，選擇在數(shù)據(jù)碼中極少出現(xiàn)的碼型，以避免可能造成的混亂；同步碼后面緊跟著數(shù)據(jù)碼，每個數(shù)據(jù)字之間緊密排列不留空隙。原則上講，數(shù)據(jù)碼的長度不作嚴格的限定，但在實用系統(tǒng)中，考慮到傳輸可靠性及網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境，有時對一幀的長度還是作了一些限制的：數(shù)據(jù)幀的最后部分是校驗碼，它對本幀的數(shù)據(jù)進行校驗，以確認接收到數(shù)據(jù)的正確性。現(xiàn)在大部分校驗碼都采用CRC方法產(chǎn)生。

  為了使同步通信的接收端能夠連續(xù)準確地接收很長的數(shù)據(jù)串，接收時鐘必須與數(shù)據(jù)速率始終保持一致。失去這個條件，“同步”就被破壞，無法正確通信。如何在電路設(shè)計上做到這-點呢？當收發(fā)雙方距離很近時，當然可以考慮把發(fā)送時鐘與數(shù)據(jù)碼一起傳送到接收端。但是在大部分情況下，收和發(fā)是相距相當遠的，這種方法顯得很不實際。目前，通常采用從接收數(shù)碼的脈沖串中提取時鐘，用作接收端時鐘的方法。同時，要在接收端正確地從數(shù)據(jù)流中把各數(shù)據(jù)字區(qū)分出來，其關(guān)鍵在于正確識別同步碼。 一般說來，同步通信較異步通信可以獲得較高的數(shù)據(jù)速率，這種速度上的差異是由于兩種通信方式的信號形式不同造成的。異步通信時，由于空閑態(tài)長度的不確定，使它不會是時鐘周期的整數(shù)倍，而同步方式時所有的碼元都是等寬的。這種信號形式的差異使同步方式可以采用高效率的調(diào)制，實現(xiàn)高速通信。

  （3）單工、雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸

  根據(jù)實際需要數(shù)據(jù)通信采用單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸，如圖1-4所示。通信一般總是雙向的，有來有往，這里單工、雙工等，指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉?/P>

  單工數(shù)據(jù)傳輸是兩數(shù)據(jù)站之間只能沿一個指定的方向進行數(shù)據(jù)傳輸。如圖1-4（a）所示，數(shù)據(jù)由A站傳到B站，而B站至A站只傳送聯(lián)絡(luò)信號，前者稱為正向信道，后者稱為反向信道。一般，正向信道傳輸速率較高，反向信道傳輸速率較低。遠程數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，如氣象數(shù)據(jù)的收集，采用單工傳輸，因為在這種數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中，大量數(shù)據(jù)只需要從一端傳送到另一端，而另外需要的少量聯(lián)絡(luò)信號（也是一種數(shù)據(jù)）通過反向信道傳輸。

圖1-4 數(shù)據(jù)通信公式

  半雙工數(shù)據(jù)傳輸是兩數(shù)據(jù)站之間可以在兩個方向上進行數(shù)據(jù)傳輸，但不能同時收發(fā)。問詢、檢索、科學(xué)計算等數(shù)力數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)多用半雙工數(shù)據(jù)傳輸。

  全雙工數(shù)據(jù)傳輸是在兩數(shù)據(jù)站之間，可以在兩個方向上同時進行傳輸。如計算機之間的高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

  通常四線線路實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸，二線線路實現(xiàn)單工或半雙工數(shù)據(jù)傳輸。在采用頻率復(fù)用、時分復(fù)用或回波抵消技術(shù)時，二線線路也可實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸。

  3.數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量

  （1）差錯率

  由于數(shù)據(jù)信號在傳輸過程中不可避免地會受到外界的噪聲干擾，信道的不理想也會帶來信號的畸變，因此當噪聲干擾和信號畸變達到一定程度時就可能導(dǎo)致接收的差錯。衡量數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的最終指標是差錯率。

  差錯率有多種定義，在數(shù)據(jù)傳輸中，一般采用誤碼（比特）率、誤字符率、誤碼組率，它們分別定義如下。

  誤碼（比特）率=接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)/總的發(fā)送比特數(shù)

  誤字符率=接收出現(xiàn)差錯的字符數(shù)/總的發(fā)送字符數(shù)

  誤碼組率=接收出現(xiàn)差錯的碼組數(shù)/總的發(fā)送碼組數(shù)

  差錯率是一個統(tǒng)計平均值，因此在測量或統(tǒng)計時，總的比特（字符、碼組）數(shù)應(yīng)達到一定的數(shù)量，否則得出的結(jié)果將失去意義。

  （2）頻帶利用率n

  數(shù)據(jù)信號的傳輸需要一定的頻帶。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)占用的頻帶越寬，傳輸數(shù)據(jù)信息的能力越大。因此，在比較不同數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的效率時，只考慮它們的數(shù)據(jù)傳信速率是不充分的。 即使兩個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳信速率相同，但它們的通信效率也可能不同，這還要看傳輸相同信息所占的頻帶寬度。因此真正衡黿數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的信息傳輸效率應(yīng)是單位頻帶內(nèi)的碼元速率，即每赫茲的波特數(shù)：

  n=系統(tǒng)的碼元速率/系統(tǒng)的頻帶寬度

  當然，衡熳數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有效性的指標也可以是單位頻帶內(nèi)的傳信速率，即每赫茲每秒的比特數(shù)（bit/s.Hz）。

返回目錄：通信專業(yè)實務(wù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)通倍基礎(chǔ)教程