教学课件：第二章-数据通信基础.ppt

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1、现代计算机网络,第 2 章 数据通信基础,第 2 章 数据通信基础,2.1 数据通信的基本概念2.2 数据调制和编码2.3 传输介质2.4 多路复用技术2.5 数据交换技术,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据和信号 信息与数据 数据是信息的载体，数据涉及对事物的表示形式，信息涉及对数据所表示内容的解释。信号 信号是数据的电子或电磁编码。信号分为模拟信号和数字信号。,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 信息、数据和信号 模拟信号 模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电 磁波,可以利用其某个参量(如幅度、频率或相位等)来表示要传输的数据；数字信号 数字信号则是一系列离散的电脉

2、冲，可以利用其某一瞬间的状态来表示要传输的数据。,2.1.2 信道的基本概念,1.信道 信道（channel）是用来表示某一个方向上传送信息的媒体。单工通信只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。半双工通信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)。全双工通信通信的双方可以同时发送和接收信息。,2.1.2 信道的基本概念,2.信道的最大传输率奈奎斯特准则。式中 H为信号带宽、V是信号离散级数香农定理 式中 H为信号带宽、S/N为信噪比,2.1.2 信道的基本概念,3.码元和波特率在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制

3、码元。码元传输速率，又称为码元速率或传码率。其定义为每秒钟传送码元的数目，单位为“波特”，常用符号Baud表示，简写为B。,2.1.2 信道的基本概念,4.误码率 误码率是指二进制比特数据在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：其中：为传输的二进制比特总数，为被传错的比特数。,2.1.3 数据通信系统模型,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字比特流,数字比特流,模拟信号,模拟信号,输入汉字,显示汉字,PC 机,2.2 数据调制和编码,2.2.1 数字数据编码为数字信号非归零码 曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码nB/mB编码,2.2 数据调制和编码,数字数据编码为数字信号的方

4、法,2.2.2 数字数据调制为模拟信号,将发送端数字数据信号变化为模拟数据信号的过程称为调制（modulation），将调制设备称为调制器（modulator）；将接收端模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调（demodulation），将解调设备称为解调器（demodulator）。同时具备调制和解调功能的设备，就被称为调制解调器（modem），即俗称的“猫”。,2.2.2 数字数据调制为模拟信号,最基本的调制方法振幅键控（amplitude-shift keying，ASK）移频键控（frequency-shift keying，FSK）移相键控（phase-shit keying，

5、PSK）,2.2.2 数字数据调制为模拟信号,数字数据调制为模拟信号的方法,2.2.3 模拟数据编码为数字信号,PCM操作包括采样、量化、编码三个部分。采样 量化 编码,2.2.4 模拟数据调制为模拟信号,PCM操作包括采样、量化、编码三个部分。调幅 调频 调相,2.3 传输介质,无线电,微波,红外线,可见光,紫外线,X射线,射线,双绞线,同轴电缆,卫星,地面微波,调幅无线电,调频无线电,海事无线电,光纤,电视,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,1

6、00 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,移动无线电,电磁波普和它在通信中的用途,2.3.1 导向传输介质,双绞线屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)同轴电缆50 同轴电缆75 同轴电缆光缆,各种电缆,铜线,铜线,聚氯乙烯 套层,聚氯乙烯套层,屏蔽层,绝缘层,绝缘层,外导体屏蔽层,绝缘层,绝缘保护套层,内导体,无屏蔽双绞线 UTP,屏蔽双绞线 STP,同轴电缆,光纤的工作原理,高折射率(纤芯),低折射率(包层),光线在纤芯

7、中传输的方式是不断地全反射,多模光纤,2.3.2 非导向传输媒体,无线电微波 地面微波接力通信卫星通信 红外线光波,共享信道,2.4 多路复用技术,多路复用示意图,信道,A1,A2,B1,B2,C1,C2,信道,信道,A1,A2,B1,B2,C1,C2,复用,分用,(a)不使用复用技术,(b)使用复用技术,2.4.1 频分多路复用,频分复用即在一条高速信道可以设计多路通信信道，每路信道的信号以不同的载波频率进行调制，各个载波频率是互不重叠的，相邻信道之间用“警戒频带”隔离。,2.4.2 时分多路复用,时分复用则是将信道用于传输的时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用

8、户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。,频率,时间,B,C,D,B,C,D,B,C,D,B,C,D,A 在 TDM 帧中的位置不变,时分复用,频率,时间,C,D,C,D,C,D,A,A,A,A,C,D,B 在 TDM 帧中的位置不变,频率,时间,B,D,B,D,B,D,A,A,A,A,B,D,C 在 TDM 帧中的位置不变,频率,时间,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,B,C,D 在 TDM 帧中的位置不变,A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t

9、,t,t,t,t,4 个时分复用帧,#1,a,c,b,c,d,时分复用,#2,#3,#4,用户,使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。,统计时分复用,用户,A,B,C,D,a,b,c,d,t,t,t,t,t,3 个 STDM 帧,#1,a,c,b,a,b,b,c,a,c,d,#2,#3,统计时分复用,1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7,0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm,2.4.3 波分多路复用,波分复用就是光的频分复用。,8 2.5 Gb/s1310 nm,20 Gb/s,复用器,分用器,EDFA,120 km,光调制器,光解调器,2.5 数据交换技术,2.5.1 电路交换建立连接通话释放连接,电路交换示意图,2.5.2 分组交换,分组交换采用存储转发技术。数据报方式虚电路方式 永久虚电路交换虚电路,