1、计 算 机 网 络 基 础 第二讲 数据通信与广域网,掌握：数据通信的基本概念 了解：传输介质类型及主要特性 了解：无线与卫星通信技术的基本概念 掌握：数据编码的类型和基本方法 了解：基带传输的基本概念 掌握：频带传输的基本概念 掌握：多路复用的分类与特点 掌握：广域网中的数据交换技术 掌握：差错控制方法,本章学习要求,2.1.1 信息、数据与信号,信息 (Information):字母、数字、符号的组合用二进制数表示信息（ASCII码）ASCII码采用7位二进制数编码：高 （b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0） 低,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,通信的目的:
2、 是交换信息， 信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合；为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的数据来表示；,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,数据 (Data):指在计算机之间传送的二进制代码数据是信息的载体，是对事物的表示形式，信息是对数据所表示内容的解释。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,数据有两种形式： 模拟数据指在某个区间产生的连续的值例如：声音、视频图像、温度和压力等 数字数据指产生的离散的值例如： 文本信息、整数数列等,2.1 数据通信的基
3、本概念,2.1.1 信息、数据与信号,数据通信:是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,信息编码标准: ASCII 码被国际标准化组织ISO接受，成为国际标准ISO 646，又称为国际5号码; 它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准; ASCII码采用7位二进制比特编码，可以表示128个字符。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,信息编码标准: 字符分为图形字符与控制字符两类: 图形字符:包括数字、字母、运算符号、商用符号等。 控制字符：用于数据通信时，
4、收、发双方动作的协调和信息格式的表示。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,信号的概念 : 信号是数据在传输过程中电信号的表示形式 模拟信号(analog signal)信号电平是连续变化的； 数字信号(digital signal)是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示；,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,信号的概念 : 按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为两种。 模拟通信系统 数字通信系统,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,模拟信号与数字信号波形,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数
5、据与信号,信源/信宿:产生和发送数据的一端为信源接收数据的一端为信宿 信道连接信源和信宿的物理通信线路,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,信道可以按不同的方法分类:按使用的传输介质按传输信号的类型按使用方式,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,按使用的传输介质:有线信道：使用有形的媒体作为传输介质的信道无线信道：以电磁波在空间传播方式传送信息的信道混合信道：由有线线路和无线线路的结合,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,按传输信号的类型:模拟信道能传输模拟信号的信道数字信道能传输数字信号的信道,2.1 数据通信的基本概念,2.
6、1.1 信息、数据与信号,按使用方式:专用信道一种连接用户与设备的固定电路专用信道的连接方式点对点连接多点连接公用信道 又称公共交换信道通过交换机转接的信道。,2.1 数据通信的基本概念,数据通信系统,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,2.1.1 信息、数据与信号,多媒体网络应用: 随着计算机技术的发展，多媒体技术得到了广泛应用； 利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的重要内容之一； 与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性；,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据与信号,多媒体网络应用: 如果每
7、帧图像由1024768个点阵组成，图像颜色有256种，每个点阵用1字节二进制数表示，每秒钟传送30帧图像，那么每秒钟需要传送235,929,601字节； 如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音信号进行22,050次取样，每次取样值用1字节表示，那么单声道每秒钟需要传送22,050字节；双声道立体声每秒钟需要传送44,100字节； 多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高的要求。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,数据传输过程 指用电信号把数据从发送端（信源）传送到接收端（信宿）的过程。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,数据
8、传输类型: 模拟通信 数字通信,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,数据通信方式: 串行通信、并行通信 单工通信、半双工或全双工通信 同步通信 异步通信,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,根据信号占用的信道: 串行通信：是指将待传送的每个字符（8位二进制代码由低位到高位）顺序通过一条信道依次发送的方式。 并行通信：是指将待传送的字符以组（其编码的所有二进制位）沿着各自的信道并排同时传输的方式。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,串行通信、并行通信,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方
9、式,根据信号传输方向与时间关系: 单工通信发送器和接收器之间只有一个传输通道,信号单方向地从发送器传输到接收器，不能改变信号的传输方向。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,根据信号传输方向与时间关系: 半双工通信两个设备之间有两个传输通道,可以分时轮流进行双向的信息传输，但在某一时刻只能沿着一个方向传输信息。 每个设备都具备发送器和接收器。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,根据信号传输方向与时间关系:全双工通信两个通信设备之间有两个传输通道,可以同时进行双向的信息传输。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式
10、,单工通信、半双工或全双工通信,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,同步通信: 同步就是通信的双方在时间上保持一致 通信双方必须遵循相同的通信规程,使用相同的同步方式进行数据传输。 同步传输是以数据块为单位的数据传输 可分为位同步与字符同步,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,位同步 (Bit Synchronous): 是使接收端接收的每一位数据信息都要和发送端准确地保持同步。 解决的基本方法是：要求接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率，来校正自己的时间基准与时钟频率。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信
11、方式,实现位同步的方法: 外同步法是根据发送端发送的信号（数据信号和同步时钟信号）中的同步时钟信号作为接收端同步标准的方法。 内同步法是从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,字符同步 (Character or word Synchronous): 发送端以8位为一个字符单元发送，接收端也以8位的字符单元接收。 保证收发双方正确传输字符的过程叫做字符同步。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,实现字符同步的方法: 同步传输 (Synchronous) 异步传输 (Asynchronous),2
12、.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,同步传输 (Synchronous) : 是指采用同步方式进行数据传输。 同步传输将字符组织成组，以组为单位进行数据传输。每个字内不加附加位，每组字符之前必须加上一个或多个同步字符SYN（01101000）。 接收端根据SYN来实现位同步与确定字符起始位。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,同步通信,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,异步传输 (Asynchronous) : 是指采用异步方式进行数据传输。 异步传输是以字符为单位进行数据传输 每个字符都要附加 1位起始位和
13、 1 位停止位, 以标记一个字符的开始和结束。 起始位和停止位结合起来, 便可实现字符的同步,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,异步通信 一个字符占用5-8位，具体取决于数据所采用的字符集。 例如：电报码字符为 5 位 ASCII码字符为 7 位汉字码则为8 位,2.1 数据通信的基本概念,2.1.2 数据传输类型与通信方式,同步传输称为同步通信同步通信的传输效率要比异步通信的传输效率 异步传输称为异步通信，又称为起止式异步通信方式异步通信常用于面向字符的、低速的异步通信场合,2.1 数据通信的基本概念,掌握：数据通信的基本概念 了解：传输介质类型及主要特性 了解
14、：无线与卫星通信技术的基本概念 掌握：数据编码的类型和基本方法 了解：基带传输的基本概念 掌握：频带传输的基本概念 掌握：多路复用的分类与特点 掌握：广域网中的数据交换技术 掌握：差错控制方法,本章学习要求,2.2.1 传输介质的主要类型,传输介质是网络中连接收发双方的物理信道 主要传输介质： 双绞线 同轴电缆 光纤电缆 无线与卫星通信信道,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.1 传输介质的主要类型,传输介质的特性： 物理特性：传输介质物理结构的描述； 传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及调制技术、传输容量、传输的频率范围； 连通特性：允许点-点或多点连接；,2.2 传输介质及其主
15、要特性,2.2.1 传输介质的主要类型,传输介质的特性： 地理范围：传输介质最大传输距离； 抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力； 相对价格：包括器件、安装与维护费用。,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.2 双绞线的主要特性,物理特性: 是一种最常用的传输介质, 由按规则螺旋结构排列的两根绝缘导线组成, 两根导线相互扭绞在一起, 可使线对之间的电磁干扰减至最小。,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.2 双绞线的主要特性,传输特性: 可用于传输模拟信号, 又可用于传输数字信号。 双绞线一般可以分成：1）非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP
16、)2）屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP),2.2 传输介质及其主要特性,2.2.2 双绞线的主要特性,屏蔽双绞线 STP 非屏蔽双绞线UTP,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.2 双绞线的主要特性,UTP可以分为6类: 1类UTP：主要用于电话连接，通常不用于数据传输。 2类UTP：通常用在程控交换机和告警系统。2类线的最高带宽为1MHz。 3类UTP：又称为声音级电缆，此类UTP的阻抗为100。最高带宽为16 MHz,适合于1O Mbit/s 双绞线以太网和4 Mbit/s 令牌杯网的安装，同时也能运行16 Mbit/s 的令牌环网。,2.2 传输介质及其主
17、要特性,2.2.2 双绞线的主要特性,UTP可以分为6类: 4类UTP：最大带宽为2O MHz，其他特性与3类UTP完全一样，能更稳定的运行16 Mbit/s令牌杯网。 5类UTP：又称为数据级电缆，质量最好，它的带宽为 l00 MHz。能够运行100 Mbit/s以太网，此类UTP的阻抗为100。 6类UTP：是一种新型电缆， 最大带宽可以达到1000 MHz，适用于低成本的高速以太网的骨干线路。,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.2 双绞线的主要特性,UTP:,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.2 双绞线的主要特性,连通特性 点-点、多点连接 地理范围 比较适合于短距离传输 抗干扰
18、性通过适当的屏蔽和扭曲长度提高双绞线的抗干扰性能。 相对价格是一种较为廉价的传输介质，使用与维护方便,2.2 传输介质及其主要特性,物理特性: 由内、外两个导体组成。 内导体（铜芯导线）是单股或多股线。 圆柱形的外导体（屏蔽层）通常由编织线组成并围裹着内导体，作用是屏蔽电磁干扰和辐射。,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.3 同轴电缆的主要特性,2.2.3 同轴电缆的主要特性,粗同轴电缆 细同轴电缆,2.2 传输介质及其主要特性,传输特性: 同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量，按射频级测量单位（RG）来度量。RG越高，铜芯导线越细RG越低，铜芯导线越粗,2.2 传输介质及其主要特性,2.2
19、.3 同轴电缆的主要特性,主要使用的同轴电缆为： 粗同轴电缆: 阻抗为50,基带同轴电缆，RG-8或RG-11细同轴电缆: 阻抗为50, 基带同轴电缆，细缆；RG-58A/U或C/U；主要用于基带信号传输，传输数字信号；传输带宽为1-20Mb/s,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.3 同轴电缆的主要特性,主要使用的同轴电缆为： 宽同轴电缆: 阻抗为75 如：公用天线电视(CATV) RG-59 既可用于传输模拟信号, 又可用于传输数字信号。CATV电缆的传输频带比较宽,可达 300-400 MHz。可用于宽带信号的传输,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.3 同轴电缆的主要特性,基带信号
20、传输：是指按数字信号位流的形式进行数据传输, 无需任何调制, 用于局域网的信号传输技术。 宽带信号传输是利用FDM技术在宽带介质上所进行的多路信号的传输, 用于宽带网络的信号传输技术。,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.3 同轴电缆的主要特性,连通特性 点-点、多点连接 地理范围基带同轴电缆的最大距离为几千米，宽带同轴电缆的最大距离为几十千米 抗干扰性具有极好的抗干扰特性 相对价格介于双绞线与光缆之间，使用与维护方便,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.3 同轴电缆的主要特性,物理特性: 是一种传送光信号的介质； 内层是具有较高光波折射率的光导玻璃纤维； 外层包裹着一层折射率较低的材料,
21、 称为覆层 利用光波的全反射原理来传送编码后的光信号,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.4 光纤的主要特性,2.2.4 光纤的主要特性,单模光纤 多模光纤,2.2 传输介质及其主要特性,单芯 vs 多芯光缆:单芯光缆多芯光缆,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.4 光纤的主要特性,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.4 光缆剖面结构,传输特性: 根据光波的传输模式，光纤主要分为两种： 多模光纤 单模光纤,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.4 光纤的主要特性,多模光纤: 通过多角度地反射光波实现光信号的传输。 多模光纤有多个传输路径，每个路径的长度不同，通过光纤的时间也不同。,2.2
22、 传输介质及其主要特性,2.2.4 光纤的主要特性,单模光纤: 只有一个轴向角度来传输光信号， 或者说光波沿着轴向无反射地直线传输。 单模光纤只有一个传输路径。 在相同传输速率情况下，单模光纤比多模光纤的传输距离长得多。,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.4 光纤的主要特性,2.2 传输介质及其主要特性,光纤传输系统的结构:,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.4 光纤的主要特性,连通特性 点到点或环形结构 地理范围 可进行远距离、高速率的数据传输 抗干扰性是一种不易受电磁干扰和噪声影响的传输介质，具有很好的保密性能 相对价格 价格高于同轴电缆、双绞线。 通常，单模光纤传输系统的价格要高
23、于多模光纤 传输系统。,2.2 传输介质及其主要特性,2.2.4 光纤的主要特性,掌握：数据通信的基本概念 了解：传输介质类型及主要特性 了解：无线与卫星通信技术的基本概念 掌握：数据编码的类型和基本方法 了解：基带传输的基本概念 掌握：频带传输的基本概念 掌握：多路复用的分类与特点 掌握：广域网中的数据交换技术 掌握：差错控制方法,本章学习要求,常用的无线介质有微波、超短波、红外线以及激光等。 描述电磁波的参数有：波长 、频率f、与光速C。关系为：C = x f,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.1 电磁波谱与移动通信,电磁波传播方式: 无线传播方式 有线传播方式电磁波谱：无线电、微波、红
24、外线、可见光、紫外线、X射线、 射线,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.1 电磁波谱与移动通信,2.3.1 电磁波谱与移动通信,2.3 无线与卫星通信技术,红外线: 频率为1011 - 1014 Hz的电磁波信号，红外线的方向性很强, 不易受电磁波干扰。 在有效范围内的两个互相对准的红外线收发器之间通过将电信号调制成非相应红外线而形成通信链路，可以准确地进行数据通信。 由于红外线的穿透能力较差，易受障碍物的阻隔，适合于近距离的楼宇之间数据通信。,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.1 电磁波谱与移动通信,激光: 频率为1014 - 1015 Hz，其方向性很强,不易受电磁波干扰。但外界气候条
25、件对激光通信的影响较大。 激光通信系统由有效范围内的两个互相对准的激光调制解调器组成，激光调制解调器通过对相干激光的调制和解调,从而实现激光通信。,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.1 电磁波谱与移动通信,传输媒体的比较:,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.1 电磁波谱与移动通信,传输媒体的比较:,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.1 电磁波谱与移动通信,有线传输介质用于固定物体之间的通信 无线传输介质用于移动物体之间的通信 无线通信形式： 无线通信系统、微波通信系统 蜂窝移动通信系统、卫星移动通信系统,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.1 电磁波谱与移动通信,频率在30 KHz -
26、3 GHz之间的电磁波信号 根据应用划分不同的频率 扩频无线电是一种新的民用无线通信技术，它采用900 MHz或2.4 GHz的微波频段作为传输介质，属于宽带调制,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.2 无线通信,2.3.2 无线通信,视距传播电离层反射,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.3 微波通信,频率在100 MHz - 10 GHz的电磁波信号。对应的波长为：3cm - 3m 微波信号没有绕射功能，两个微波信号只能在可视情况下才能正常接收,只能进行视距离传播，即主要是直线传播大气对微波信号的吸收与散射影响较大,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.3 微波通信,微波通信系统可分成: 地
27、面微波通信系统 卫星微波通信系统,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.3 微波通信,地面微波通信系统: 由有效范围内的两个互相对准方向的抛物面天线组成 连接形式为点-点的连接 计算机网络主要将地面微波通信系统作为中继链路使用，以延长网络的传输距离,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.3 微波通信,地面微波通信系统:,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.3 微波通信,卫星微波通信系统 将在2.3.5卫星通信中讲解,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.4 蜂窝无线通信,多址接入方法： 频分多址接入（FDMA） 时分多址接入（TDMA） 码分多址接入（CDMA）,2.3 无线与卫星通信技术,卫星微波
28、通信系统: 由卫星转发器和地面站(发送站、接收站)组成 连接形式为多点的连接 主要用于实现超远距离的微波通信，比较适合于城市之间以及海上和油田等移动通信的场合。但费用相对高一些。,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.5 卫星通信,2.3.5 卫星通信,2.3 无线与卫星通信技术,地球同步卫星：,2.3 无线与卫星通信技术,2.3.5 卫星通信,掌握：数据通信的基本概念 了解：传输介质类型及主要特性 了解：无线与卫星通信技术的基本概念 掌握：数据编码的类型和基本方法 了解：基带传输的基本概念 掌握：频带传输的基本概念 掌握：多路复用的分类与特点 掌握：广域网中的数据交换技术 掌握：差错控制方法,
29、本章学习要求,数据编码是将数据表示成适当的信号形式, 以便于数据的传输和处理: 数据传输系统中, 主要有如下三种数据编码技术： 数字数据的模拟信号编码 数字数据的数字信号编码 模拟数据的数字信号编码,2.4 数据编码技术,2.4.1 数据编码类型,数据编码方式: 模拟编码 数字编码,2.4 数据编码技术,2.4.1 数据编码类型,典型应用是电话通信 只适用传输音频(300Hz-3400Hz)的模拟信号 Modulation 调制过程 Modulator 调制设备 Demodulation 解调过程 Demodulator 解调设备 Modem 调制解调设备,2.4 数据编码技术,2.4.2 数
30、字数据的模拟信号编码,将数字数据调制成模拟信号，通过模拟信道进行传输称为频带传输。 通常被调制的数字数据可用三种方法来表示载波特性： 振幅、频率、相位u(t) = um sin(t +0) 由此产生三种基本调制方式,2.4 数据编码技术,2.4.2 数字数据的模拟信号编码,2.4.2 模拟数据编码方法,2.4 数据编码技术,幅移键控法 ASK (Amplitude Shift Keying) ASK是通过改变载波信号的幅度值来表示两个二进制值1、0。实现容易，技术简单，抗干扰较差，是一种效率较低的调制技术。um sin(t +0) 数字“1” u(t) = 0 数字“0”,2.4 数据编码技术
31、,2.4.2 数字数据的模拟信号编码,频移键控法 FSK (Frequency Shift Keying) FSK是通过改变载波信号的频率来表示两个二进制值0、1，实现容易，技术简单，抗干扰较强，比ASK方式的编码效率高。um sin(1t +0) 数字“1” u(t) = um sin(2t +0) 数字“0”,2.4 数据编码技术,2.4.2 数字数据的模拟信号编码,相移键控法 PSK (Phase Shift Keying) PSK是通过改变载波信号的相位值来表示二进制值0、1。信号相位与前面信号串同相位的信号表示0,信号相位与前面信号串反相位的信号表示1。um sin(1t +0) 数
32、字“1” u(t) = um sin(2t + ) 数字“0”,2.4 数据编码技术,2.4.2 数字数据的模拟信号编码,相移键控法 PSK (Phase Shift Keying) 实现技术较复杂，具有较强的抗干扰能力，比FSK方式编码效率更高。,2.4 数据编码技术,2.4.2 数字数据的模拟信号编码,相移键控法 PSK (Phase Shift Keying) PSK包括三种类型: 绝对调相：使用相位的绝对值表示数字信号 相对调相：使用相位的相对偏移值表示数字信号。数据为0时，相位不变化，数据为1时，相位偏移。 多相调制:,2.4 数据编码技术,2.4.2 数字数据的模拟信号编码,多相调
33、制: 把要发送的数字信号按两个比特一组的方式组合，则有4种组合方式：00、01、10、11，用4个不同的相位值可以表达出这4个组合。在调相信号传输过程中，相位每改变一次，则传输两个二进制比特，这种调制方法称为四相相移键控。,2.4 数据编码技术,2.4.2 数字数据的模拟信号编码,多相调制:若把要发送的数字信号按三个比特一组的方式组合，则有6种组合方式，在调相信号传输过程中，相位每改变一次，则传输三个二进制比特，这种调制方法称为八相相移键控。 这些基本调制技术也可以组合起来使用。常见的组合是PSK和FSK方式的组合及PSK和ASK方式的组合。,2.4 数据编码技术,2.4.2 数字数据的模拟信
34、号编码,将数字信号通过数字信道进行传输称为基带传输 对于传输数字信号来说, 最普通且最容易的方法是用两个不同的电压值来表示两个二进制值 优点:传输速率与系统效率高正被广泛使用与发展,2.4 数据编码技术,2.4.3 数字数据的数字信号编码,2.4.3 数字数据编码方法,2.4 数据编码技术,NRZ编码: 在NRZ编码中,用正电压表示 1,用负电压表示 0,并且在表示一个码元时,电压均无需回到零,故称不归零码。 码元 : 一个离散的值，信号,2.4 数据编码技术,2.4.3 数字数据的数字信号编码,NRZ编码的特点: 是一种全宽码,即一位码元占一个单位脉冲的宽度 全宽码的优点: 每个脉冲宽度越大
35、, 发送信号的能量就越大 脉冲时间宽度与传输带宽成反比关系,2.4 数据编码技术,2.4.3 数字数据的数字信号编码,NRZ编码的主要缺点是: 当出现连续 0 或连续 1 时,首先是难以分辨一位的结束和另一位的开始 会产生直流分量的积累问题,这将导致信号的失真与畸变,使传输的可靠性降低 得用另一个信道传送同步信号,2.4 数据编码技术,2.4.3 数字数据的数字信号编码,曼彻斯特编码: 在曼彻斯特编码中,用一个码元中间电压跳变的相位不同来区分1和0,即用正的电压跳变表示0；用负的电压跳变表示1。 由于电压跳变都发生在每一个码元的中间, 接收端可以方便地利用它作为位同步时钟,因此这种编码也称为自
36、含同步时钟编码。,2.4 数据编码技术,2.4.3 数字数据的数字信号编码,曼彻斯特编码的特点: 不需要单独发送同步时钟 不会产生直流分量 曼彻斯特编码的缺点： 效率低,2.4 数据编码技术,2.4.3 数字数据的数字信号编码,差分曼彻斯特编码: 差分曼彻斯特编码是曼彻斯特编码的一种修改格式。 不同之处在于: 每位的中间跳变只用作同步时钟信号 0和1的取值判断是用位的起始处有无跳变来表示 (若有跳变则为0； 若无跳变则为 1),2.4 数据编码技术,2.4.3 数字数据的数字信号编码,差分曼彻斯特编码特点: 每一位均用不同电平的两个半位来表示，始终能保持直流的平衡 这种编码也是一种自同步编码
37、令牌环(Token Ring)网采用的是这种差分曼彻斯特编码,2.4 数据编码技术,2.4.3 数字数据的数字信号编码,常用的是一种称为脉冲编码调制(PCM Pulse Code Modulation) 的编码技术PCM编码是把模拟数据转换成数字数据的技术，是以采样定理为基础的,2.4 数据编码技术,2.4.4 模拟数据的数字信号编码,采样定理: 如果在规定的时间间隔内,以有效信号f(t)最高频率的两倍或两倍以上的速率对该信号进行采样的话,则这些采样值中就包含了无混叠而又便于分离的全部原始信号信息。,2.4 数据编码技术,2.4.4 模拟数据的数字信号编码,PCM操作包括： 采样、量化和编码三
38、部分内容 ,2.4 数据编码技术,2.4.4 模拟数据的数字信号编码,采样: 模拟信号是电平连续变化的信号。每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的电平值作为样本表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。采样频率： f =2BB: 通信信道带宽,2.4 数据编码技术,2.4.4 模拟数据的数字信号编码,量化: 是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。 经过量化后的样本幅度为离散的量化级值，根据之前规定好的量化级，将抽样所得样本的幅值与量化级的幅值比较取整定级,2.4 数据编码技术,2.4.4 模拟数据的数字信号编码,编码: 是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。经过编码后，每个样本都用相应
39、的编码脉冲表示,2.4 数据编码技术,2.4.4 模拟数据的数字信号编码,PCM工作原理:,2.4 数据编码技术,2.4.4 模拟数据的数字信号编码,PCM用于数字语音系统： 声音分为128个量化级； 每个量化级采用7位二进制编码表示； 采样速率为8000样本/秒； 数据传输速率应达到7位8000/秒=56Kbps； 如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示; 数据传输速率应达到8位8000 /秒= 64Kbps。,2.4.4 脉冲编码调制方法,2.4 数据编码技术,掌握：数据通信的基本概念 了解：传输介质类型及主要特性 了解：无线与卫星通信技术的基本概念 掌握：数据编码的类型和基本方法
40、了解：基带传输的基本概念 掌握：频带传输的基本概念 掌握：多路复用的分类与特点 掌握：广域网中的数据交换技术 掌握：差错控制方法,本章学习要求,在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号;矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带,简称为基带,矩形脉冲信号就叫做基带信号;在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输;,2.5.1 基带传输的定义,2.5 基带传输技术,2.5.1 基带传输的定义,2.5 基带传输技术,在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号; 在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲
41、信号; 基带传输是一种最基本的数据传输方式。,2.5.1 基带传输的定义,2.5 基带传输技术,基本分析方法: 在通信技术中，对信号进行分析的方法有： 时域方法：时间为自变量，分析信号随时间变化的情况，用示波器观察。 频域方法：频率为自变量，分析信号的频谱组成及变化的情况，用频谱仪观察。,2.5 基带传输技术,2.5.2 通信信道带宽对基带传输的影响,影响: 带宽:放大器输出功率从最大值下降一半所对应的频率范围，即放大器的通频带宽，即带宽。 信道带宽:传输信道所具有的频率范围。 信道容量:单位时间内可以传输的最大信息量最大码元数)，代表信道的传输能力。,2.5 基带传输技术,2.5.2 通信信
42、道带宽对基带传输的影响,实践说明: 信道带宽越宽，信号失真越小，传输的信息量越大，即信道容量越大，传输效率越高 信道容量与信道带宽之间的关系：C = W log2 ( 1+S/N) (Shannon定理)其中：C:信道容量 W:信道带宽S:信号功率 N:噪声功率,2.5 基带传输技术,2.5.2 通信信道带宽对基带传输的影响,2.5.2 通信信道带宽对基带传输的影响,2.5 基带传输技术,数据传输速率的定义: 数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标； 数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒，记做bps； 数据传输速率: S=1/T(bps) T为传
43、送1比特二进制所需要的时间,2.5.3 数据传输速率的定义与信道速率的极限,2.5 基带传输技术,数据传输速率的定义: 常用的数据传输速率单位有：Kbps、Mbps、Gbps与Tb/s，其中：1Kbps = 1103 bps1Mbps = 1106 bps1Gbps = 1109 bps1Tbps = 11012 bps,2.5.3 数据传输速率的定义与信道速率的极限,2.5 基带传输技术,信道速率的极限值: 奈奎斯特准则：二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽B（B=f，单位Hz）的关系为：Rmax=2f（bps）,2.5.3 数据传输速率的定义与信道速率的极限,2.5 基带
44、传输技术,信道速率的极限值: 香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N的关系为Rmax = B log2（1+S/N） S/N为信噪比,2.5.3 数据传输速率的定义与信道速率的极限,2.5 基带传输技术,掌握：数据通信的基本概念 了解：传输介质类型及主要特性 了解：无线与卫星通信技术的基本概念 掌握：数据编码的类型和基本方法 了解：基带传输的基本概念 掌握：频带传输的基本概念 掌握：多路复用的分类与特点 掌握：广域网中的数据交换技术 掌握：差错控制方法,本章学习要求,利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输调制解调器（modem）是频带
45、传输中最典型的通信设备。,2.6.1 频带传输的定义,2.6 频带传输技术,在发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传输的模拟信号； 在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。,2.6.2 调制解调器的基本工作原理,2.6 频带传输技术,2.6.2 FSK方式Modem的工作原理,2.6 频带传输技术,Modem实现全双工通信的工作原理,2.6.2 调制解调器的基本工作原理,2.6 频带传输技术,外置Modem与计算机的连接,2.6.3 调制解调器的分类与应用,2.6 频带传输技术,调制解调器的分类:按功能分类 1）数字信号传输的Modem 2）具有传真功能的Modem 3）
46、有线电视的Modem,2.6.3 调制解调器的分类与应用,2.6 频带传输技术,调制解调器的分类:按连接方式分类 1）内置式Modem 2）外置式Modem,2.6.3 调制解调器的分类与应用,2.6 频带传输技术,调制解调器的分类:按数据传输速率分类 1）低速的Modem 2）中速的Modem 3）高速的Modem,2.6.3 调制解调器的分类与应用,2.6 频带传输技术,调制解调器的分类:按通信线路分类 1）普通的Modem 2）专用线路的Modem,2.6.3 调制解调器的分类与应用,2.6 频带传输技术,调制解调器的分类:按操作状态分类 1）异步Modem 2）同步Modem,2.6.
47、3 调制解调器的分类与应用,2.6 频带传输技术,调制解调器的分类:按调制方式分类 1）频移键控Modem 2）差分相移键控Modem 3）正交幅度调制Modem,2.6.3 调制解调器的分类与应用,2.6 频带传输技术,调制解调器的分类:按Modem内部控制方式分类 1）智能Modem 2）非智能Modem,2.6.3 调制解调器的分类与应用,2.6 频带传输技术,调制解调器的分类:按通信方式分类 1）单工Modem 2）半双工Modem 3）全双工Modem,2.6.3 调制解调器的分类与应用,2.6 频带传输技术,掌握：数据通信的基本概念 了解：传输介质类型及主要特性 了解：无线与卫星通
48、信技术的基本概念 掌握：数据编码的类型和基本方法 了解：基带传输的基本概念 掌握：频带传输的基本概念 掌握：多路复用的分类与特点 掌握：广域网中的数据交换技术 掌握：差错控制方法,本章学习要求,多路复用(Multiplexing) 技术的概念: 在一条物理线路上建立多条通信信道的技术就是多路复用技术。 利用一个物理信道同时传输多路信号，以提高信道的利用率，实现信道资源的共享。,2.7 多路复用技术,2.7.1 多路复用的工作原理,2.7.1 多路复用的工作原理,2.7 多路复用技术,频分多路复用(Frequency Division Multiplexing FDM) 波分多路复用(Wave-
49、length Division Multiplexing WDM) 时分多路复用(Time Division Multiplexing TDM),2.7 多路复用技术,2.7.1 多路复用技术的分类,频分多路复用FDM是把信道的可用频带划分为多个互不交叠的频段，每条信道供一个用户使用。使用FDM的前提是：传输介质的可用带宽必须超过各路给定信号所需带宽的总和,2.7 多路复用技术,2.7.2 频分多路复用 FDM,在一条通信线路设计多路通信信道; 每路信道的信号以不同的载波频率进行调制; 各个载波频率是不重叠的, 一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号。,2.7 多路复用技术,2.7.2 频分多路复用 FDM,多路信号中的每路信号都以不同的载波频率进行调制; 各路载波频率之间留有一定的间隔以使各路信号带宽不相互重叠; 频率之间的间隔称为保护带，是带宽中不用的部分 各路信号带宽以及各个保护带宽之和要小于或等于传输介质的可用带宽,2.7 多路复用技术,2.7.2 频分多路复用 FDM,
