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第 2 章 数据通信基础

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第 2 章 数据通信基础 - PowerPoint PPT Presentation


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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

   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

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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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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。

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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
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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。

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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。

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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)。

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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。

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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。

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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。

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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 。

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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。

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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)

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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。

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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

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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

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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。

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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)

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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。

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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。

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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。

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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
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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。

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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。

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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

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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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