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第 2 章 数据通信基础

第 2 章 数据通信基础. 　　　本章要点： ◆   了解数据通信的基本概念和主要技术指标 ◆   了解数据通信系统的组成 ◆   掌握数字和模拟数据的编码和调制方法 ◆   了解数据并行和串行传输方式 ◆   掌握同步和异步传输技术 ◆  掌握 FDM、TDM 和 WDM 三种多路复用技术及适应 场合 ◆了解有线传输介质和无线传输技术. 第 2 章 数据通信基础. 　　　目　　录 2.1 数据通信的基本概念 2.2 数据编码和调制 2.3 数据传输方式 2.4 同步传输和异步传输 2.5 多路复用技术 2.6 传输介质.

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第 2 章 数据通信基础

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  1. 第2章数据通信基础 　　　本章要点： ◆   了解数据通信的基本概念和主要技术指标 ◆   了解数据通信系统的组成 ◆   掌握数字和模拟数据的编码和调制方法 ◆   了解数据并行和串行传输方式 ◆   掌握同步和异步传输技术 ◆  掌握FDM、TDM和WDM三种多路复用技术及适应 场合 ◆了解有线传输介质和无线传输技术

  2. 第2章数据通信基础 　　　目　　录 2.1 数据通信的基本概念 2.2 数据编码和调制 2.3 数据传输方式 2.4 同步传输和异步传输 2.5 多路复用技术 2.6 传输介质

  3. 2.1.1 数据通信基本概念 2.1 数据通信的基本概念 1. 数据分为模拟数据和数字数据两种。 2. 信息以某种格式组织起来的数据。 3. 信号是数据的具体物理表现。分为模拟信号和数 字信号两种，如图所示。

  4. 2.1.1 数据通信基本概念 模拟信号 幅值 时间 数字信号 幅值 时间 2.1 数据通信的基本概念 4. 信道传输信息时信号沿发送端到接收端的通路。 • 模拟信道 • 适于模拟信号传输 • 模拟信号：时间和幅度连续 • 数字信道 • 适于数字信号传输 • 数字信号：时间和幅度离散

  5. 2.1.1 数据通信基本概念 2.1 数据通信的基本概念 5. 通信和数据通信 通信是信息的传输与交换。数 据通信是以传送数据为业务的 通信。 6. 数据通信网 是数据通信系统的网络形式 。 7. 码元和码字码元是一个信号编码单元。码字由 若干码 元组成的字符串序列。 8. 数据分组把较大的数据块分成较小的数据段。 不同的网络或层中，分组名称也不同， 如 帧 (frame)、信元(cell)、IP数据报 等。通常数据分组也称为数据包。

  6. 2.1.2 数据通信的主要技术指标 2.1 数据通信的基本概念 1. 比特(bit)率S 　　指单位时间内所传送的二进位序列的位（bit）数，是度量通信系统每秒传送的信息量。用每秒比特数（bit/s或bps）表示 。 常用的单位换算关系式如下： 1Kbps=1024bps；1Mbps=1024Kbps；1Gbps=1024Mbps 2. 波特(Baud)率B 　　指数字信号经过调制后的传输速率，或者是说每秒传输的脉冲（波形）信号个数（通过信道传输的码元数）。 B=1/T；其中，T为每个脉冲（波形）信号的持续时间，单位为秒。 ◆　比特率和波特率的关系：S=B*log 2 n 3. 误码率Pe 指数据位被传错的概率，也称出错率。 Pe=Ne/N；N 为传输的码元总数，Ne为接收码元中被传错的码元数。

  7. 2.1.2 数据通信的主要技术指标 2.1 数据通信的基本概念 4. 信道容量 　　指物理信道能达到的最大传输能力，用比特率S表示。　　描述数字信道的容量用信道的数据速率表示，而模拟信道的容量用带宽描述。 5. 带宽（Bandwidth） 　　指信道所能传送的信号的频率宽度，也就是可传送信号的最高频率与最低频率之差，单位是Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz（兆赫）。

  8. 2.1.2 数据通信的主要技术指标 2.1 数据通信的基本概念 5. 带宽（Bandwidth） l　带宽定义：模拟信道所传输的信号频率范围称为该信道的带宽。信道的带宽是由传输媒体和有关附加设备与电路的频率特性决定的。 例：电话线路带宽4kHz l　计算带宽：用信号的最高频率减去信号中的最低频率。例：电话线路带宽3Hz(300Hz~3300Hz) 103~104Hz间的带宽为9000Hz，若电话信道占据3kHz，则在此范围内可划出3个信道：1000~4000；4000~7000；7000~10000。3个信道可用一个物理媒体。

  9. 2.1.2 数据通信的主要技术指标 2.1 数据通信的基本概念 6. 带宽、数据传输速率和信道容量的区别 带宽和数据传输速率都是用来度量实际传输能力的。带宽一般用来表示传输介质和模拟信道的传输能力，例如电话信道的带宽是3100Hz。而数据传输速率一般表示数字通信系统的传输能力，例如百兆以太网的数据传输速率为100Mbps。信道的带宽大，信道容量也大，传输速率相应也高。 7. 延迟、抖动、呑吐量和丢包率。 l　延迟指将一个比特从一端传输到另一端所花费的时间。 l　抖动指在同一条路由上发送数据包之间的时间差异。 l　呑吐量是指网络中发送数据包的速率。 l　丢包率是指在发送数据包时丢弃数据包的最高比率。

  10. 2.1.3 数据通信系统 1. 数据通信系统基本模型 噪声 信源 变换 信道 变换 信宿 2.1 数据通信的基本概念 2. 模拟通信系统和数字通信系统 　 数字通信系统是比模拟通信系统费用低，抗干扰能力强，不易失真；但数字信号比模拟信号易衰减；模拟信号比数字信号传输距离要远。 3. 信号衰减的克服 　　数字信号衰减的克服办法是使用中继器，把数字信号“0”、“1”整形恢复为标准电平后继续传输。

  11. 2.2.1　数字数据的数字信号编码 2.2 数据编码和调制 1. 单极性不归零编码 (NRZ) 单极性不归零编码只使用一个电压值，用高电平表示1，没电压表示0。 2．双极性不归零码 (BNRZ) 用正电平和负电平分别表示二进制数据的1和0，正和负的幅值相等 。

  12. 2.2.1　数字数据的数字信号编码 2.2 数据编码和调制 3．双极性归零编码（BRZ） 　　使用了正、负和零三个电平，信号本身携带同步信息，解决了同步问题。缺点是编码一个比特，需要两次信号变化，增加了占用带宽，且线路上的平均电压值还不为零。

  13. 2.2.1　数字数据的数字信号编码 2.2 数据编码和调制 4. 双相位编码(biphase encoding) 信号在每个比特内部的中间发生改变，但不归零而是将电压变为相反。 ◆ 曼彻斯特编码（Manchester encoding） ◆ 差分曼彻斯特编码（differential Manchester encoding）

  14. 2.2.2　模拟数据的数字信号编码 1. 脉冲振幅调制（PAM） 2.2 数据编码和调制 对原始的模拟信号每间隔一个相等的时间进行采样一次 2. 脉码调制（PCM） 将PAM所产生的采样结果修改成完全数字化的信号。 3. 采样频率 是原始的有效信号中最高频率分量或其带宽的２倍。

  15. 2.2.3 数字数据的模拟调制 1.幅移键控法（ASK） 2.2 数据编码和调制 2.频移键控法（FSK） 3.相移健控法（PSK） 4.正交调幅（QAM） (a)3振幅，12相位　 (b)4振幅，8相位 (c)2振幅，8相位

  16. 2.2.4 模拟数据的模拟调制 1.调幅 2.2 数据编码和调制 2.调频 　　在调相传输技术中，原始模拟载波信号的相位随调制信号电压（振幅）的改变而调整，振幅和频率，保持不变。调相技术和调频技术的分析类似。 3.调相

  17. 2.3.1 并行传输 2.3 数据传输方式 l　概念 并行传输是指数据以成组方式在多个并行的信道上同时传输，相应地需要若干根传输线。一般用于计算机内部或近距离设备的数据传输，如计算机和打印机之间的通信，一次传送一个字节的信号，所以传输信道需要８根数据线，同时还需要其它的控制信号线。 l　优缺点 　　并行传输优点是速度快，缺点是费用高。因为并行传输需要一组传输线，所以并行传输一般用在短距离范围且传输速度要求高的场合。

  18. 2.3.2 串行传输 2.3 数据传输方式 　 串行传输是指数据在信道上一位一位的逐个传输，从发送端到接收端只需一根传输线，成本少，易于实现，是计算机网络中普遍采用的传输方式。数据通信采用串行传输方式时，发送端需要通过并/ 串转换装置将并行数据位流变为串行数据位流，然后送到信道上传输，在接收端再通过串/并转换， 还原成８位并行数据流。PC机和外界进行串行通信是通过串行端口（COM）完成的。 ◆  串行传输可以用两种方式进行： l同步传输 l异步传输（下一节介绍）

  19. 2.3.2 串行传输 2.3 数据传输方式 串行信号在传输线上的传送方向有以下三种方式： 1.单工通信（双线制） 单工（simplex）通信只允许传送的信息始终向一个方向流动。实际应用中，单工通信的信道采用双线制。 例如，广播、电视系统；BP机；道路交通单行道。 2.半双工通信（双线制＋开关） 半双工（half duplex）通信允许信息流向两个方向的都可传输，但同一时刻只能朝一个方向传输。 例如，无线电对讲机就是半双工通信。 3.全双工通信（四线制） 全双工（full duplex）通信是指在同一时刻，能同时进行双向通信。 例如，常用的电话系统就是全双工通信。

  20. 2.4.1 同步传输 2.4 同步传输和异步传输 同步传输方式传输时是将一个大的数据块一起发送。传输时，需要在数据块前放上两个或以上的同步信号字符SYN，在数据块结束加上后同步信号。 同步传输线路利用率高，多用于字符信息块的高速传送。但这种方式收发双方控制复杂。 2.4.2 异步传输 异步传输也叫做起止式传输，它以字符为单位，在每个字符前增加一个起始位，字符代码后增加１、1.5、２位停止位。它允许码字之间存在不确定的空闲时间。 　 异步传输设备简单，费用不高，但速率较低。

  21. 2.5.1 频分多路复用技术（FDM） 2.5 多路复用技术 FDM把信道的频谱分割成若干个互不重叠的子信道，各相邻子信道间留有保护带，每个子信道传送一路信号 2.5.2 时分多路复用（TDM） TDM将物理信道按时间分成许多等长的时间片，轮流、交替地分配给多路信源。分为同步和异步TDM两种。

  22. 2.5.1 频分多路复用技术（FDM） 2.5 多路复用技术 • 频分多路复用技术，FLASH动化图形模拟： • http://211.70.248.15:801/flash/01fdm.swf • 路由器中的路由列表,FLASH动化图形模拟图示： • http://211.70.248.15:801/flash/05route_table.swf

  23. 2.5.3 波分多路复用(WDM) 2.5 多路复用技术 WDM的原理同FDM相似，用于光纤通信。光信号用波长而不是频率来表示所使用的光载波。WDM和FDM不同之处是光波频率很高。 　 密集波分多路复用DWDM可在一根光纤上复用80路以上的光信号。 2.5.4 三种复用技术的比较 FDM适合于传输模拟信号，TDM适合于传输数字信号，而WDM传输的是光波信号。TDM和FDM相比，技术上比较复杂，但有抗干扰能力强，可以逐级再生整形，避免干扰的积累等优点，而且数字信号较容易实现自动转换，易于集成化。计算机通信中广泛使用TDM和WDM。

  24. 2.6.1 有线传输媒体 2.6 传输介质 　　1. 双绞线(TP) 　　分为非屏蔽双绞线UTP 和屏蔽双绞线STP两种。

  25. 2.6.1 有线传输媒体 2.6 传输介质 1. 双绞线(TP) 2. 同轴电缆 　 同轴电缆具有较高的抗干扰能。以太网使用二种规格：一种是粗缆构建的10Base-5，称为标准以太网。另一种是细缆构建的10Base-5，称为廉价以太网。 3.光纤 　 光纤通信是利用光纤传递光脉冲信号实现的。 室外非金属光缆室外金属光缆 室内单芯单模光缆 室内多芯多模光缆

  26. 2.6.2 无线传输 1.无线电波段分配 2.6 传输介质 2.微波通信 3.卫星通信 4.红外通信和激光通信

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