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1、数据通信基础数据通信基础v数据通信的基本概念数据通信的基本概念v数据通信方式数据通信方式v数据通信传输介质数据通信传输介质v数据通信的实用技术数据通信的实用技术 数据编码技术数据编码技术 多路复用技术多路复用技术 数据交换技术数据交换技术v数据网简介数据网简介通信系统的基本模型通信系统的基本模型 通信系统经历了四个发展阶段。通信系统经历了四个发展阶段。 噪声噪声信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系统源系统目的系统目的系统 数据通信系统的构成：数据通信系统的构成：v源系统和目的系统源系统和目的系统v传输系统（传输线路和传输设备）传输系统（传输线路和传输设备）数据通信举例数据通信举
2、例声音声音A/DD/A数字信道数字信道数据数据信号信号传输传输信号信号数据数据信源信源信宿信宿 通信的目的是交换信息，信息的载体是用数据通信的目的是交换信息，信息的载体是用数据来表示的，而数据在信道中进行传输又是以信号的来表示的，而数据在信道中进行传输又是以信号的形式表示。形式表示。 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输v模拟数据以模拟信号表示模拟数据以模拟信号表示 v模拟数据以数字信号表示模拟数据以数字信号表示 v数字数据以模拟信号表示数字数据以模拟信号表示v数字数据以数字信号表示数字数据以数字信号表示话音话音移频移频模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟PCM编码编码数字数字数字数字数字编码数字
3、编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制调制传输速率传输速率信号传输速率：信号传输速率：指每秒钟信道传输的码元数，单指每秒钟信道传输的码元数，单位为波特（位为波特（baud）。也称为码元速率、调制速）。也称为码元速率、调制速率或者波特率。率或者波特率。 设脉冲的周期为设脉冲的周期为T，则波特率，则波特率B = 1 / T 数据传输速率：数据传输速率：指信道每秒钟所能传输的二进制指信道每秒钟所能传输的二进制位数，单位为位数，单位为bit/s。又称为比特率。又称为
4、比特率。 设脉冲的周期为设脉冲的周期为T，一个脉冲所表示的有效状态，一个脉冲所表示的有效状态数为数为N，则比特率（，则比特率（bit/s）可表示为：）可表示为： S = （1 / T）x log 2 N 波特率与比特率的关系波特率与比特率的关系S = B * log 2 N 或 B = S / log 2 N波特率波特率状态数状态数比特率比特率1200N = 212001200N = 424001200N = 836001200N = 164800例例 题题 采用采用8种相位的种相位的PSK调制方式，当信调制方式，当信号传输速率为号传输速率为1200baud时，问数据传时，问数据传输速率是多少
5、？输速率是多少？信道容量信道容量v信道容量是用来表征一个信道传输数字信道容量是用来表征一个信道传输数字信号的能力，它是信道的最大数据传输信号的能力，它是信道的最大数据传输速率。信道容量与信道带宽和噪声有关。速率。信道容量与信道带宽和噪声有关。无噪声信道的最大传输速率无噪声信道的最大传输速率v奈奎斯特（奈奎斯特（Nyquist）定理。对于无噪声信道，）定理。对于无噪声信道，可根据奈奎斯特定理来确定最大数据传输速率可根据奈奎斯特定理来确定最大数据传输速率与信道带宽的关系：与信道带宽的关系： C = 2 x H x log 2 N 式中，式中，C表示最大数据传输速率，单位为表示最大数据传输速率，单位
6、为bit/s； H表示信道带宽，单位为表示信道带宽，单位为Hz N表示码元状态数。表示码元状态数。v香农（香农（Shannon）定理。香农定理是针对有噪声）定理。香农定理是针对有噪声信道的情况下提出的，其信道容量的计算公式为：信道的情况下提出的，其信道容量的计算公式为： C = H x log 2 （1 + S / N） 式中，式中，C表示最大数据传输速率，单位为表示最大数据传输速率，单位为bit/s； H表示信道带宽，单位为表示信道带宽，单位为Hz； S / N 表示信噪比，单位为分贝（表示信噪比，单位为分贝（dB）。）。 （S表示信号功率，表示信号功率，N表示噪声功率），用分贝表示表示噪声
7、功率），用分贝表示信噪比时的运算为：信噪比时的运算为： 信噪比（信噪比（dB）= 10 x lg（S / N） 有噪声信道的最大传输速率有噪声信道的最大传输速率例例 题题v带宽为带宽为4kHz的信道，若采用的信道，若采用8种不同的种不同的状态来表示数据，在不考虑噪声的情况状态来表示数据，在不考虑噪声的情况下，该信道的最大数据传输速率是多少？下，该信道的最大数据传输速率是多少？ v带宽为带宽为3kHz的信道，信噪比为的信道，信噪比为30dB，那么该信道的最大数据传输速率是多少？那么该信道的最大数据传输速率是多少？ 数据通信方式数据通信方式 数据通信方式是指数据在信道上传输所采数据通信方式是指数据
8、在信道上传输所采取的方式。通常有如下三种分类方法：取的方式。通常有如下三种分类方法：v按数据代码传输的按数据代码传输的顺序顺序分为分为:串行传输和并行串行传输和并行传输传输v按数据传输的按数据传输的同步方式同步方式分为同步传输和异步分为同步传输和异步传输传输v按数据传输的按数据传输的流向和时间关系流向和时间关系分为分为:单工、半单工、半双工和双工传输双工和双工传输数据通信方式数据通信方式v串行传输串行传输 将待传送的每个字符的将待传送的每个字符的二进制代码按由低位到高二进制代码按由低位到高位的顺序在一根信号线上位的顺序在一根信号线上将数据一位一位地传送将数据一位一位地传送v并行传输并行传输 将
9、表示一个字符的将表示一个字符的8位位二进制代码通过二进制代码通过8条并行条并行的通信信道同时发送出去，的通信信道同时发送出去，每次发送一个字符代码每次发送一个字符代码 数据通信方式数据通信方式v异步传输异步传输特点是数据以字符特点是数据以字符为传输单位，且字为传输单位，且字符的发送时间是异符的发送时间是异步的。步的。v同步传输同步传输不是对每个字符单不是对每个字符单独进行同步，而是独进行同步，而是对一组字符组成的对一组字符组成的数据块进行同步。数据块进行同步。 01111110 01111110 B A X 01111110 SYN SYN B A X SYN 同步字符（一个或多个） 同步位模
10、式（一个或多个） 可变长度的位数据块 可变长度的字符数据块 数据传输方向数据传输方向连接方式连接方式v点到点的连接点到点的连接连接方式连接方式v多点连接多点连接传输介质传输介质v有线介质有线介质双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光纤光纤v无线介质无线介质无线电无线电微波微波卫星卫星移动通信移动通信双绞线双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线v用于话音传输用于话音传输1类：只能用于话音的模拟传输类：只能用于话音的模拟传输2类：可用于数据传输，速率达类：可用于数据传输，速率达1 Mbpsv用于计算机局域网的数据传输用于计算机局域网的数据传输3类类 （10M
11、bps）4类（类（20Mbps）5类（类（100Mbps）6类（类（1000Mbps）7类（类（1000Mbps）UTP同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆v75 （CATV)用于模拟传输，称为频带电缆用于模拟传输，称为频带电缆v50 (10Base5/10Base2)用于数字传输，称为基带电缆用于数字传输，称为基带电缆v粗缆：粗缆：10Mbps, 500m, 100站点站点v细缆：细缆：10Mbps, 185m, 30站点站点v价格贵价格贵局域网使用被双绞线局域网使用被双绞线 取代取代长途传输被光纤取代长途传输被光纤取代光光 纤纤光光 纤纤v单模单模光纤在介质内部成单个角度传播光纤在介质内部成单
12、个角度传播沿直线传播，传输距离更远沿直线传播，传输距离更远v多模多模光纤在介质内部以多个不同反射角传播光纤在介质内部以多个不同反射角传播无线传输介质无线传输介质 微微 波波v沿直线传播，用微波塔中继沿直线传播，用微波塔中继v微波在计算机网络中的作用微波在计算机网络中的作用广域网广域网v长途电信主干（逐渐被光纤取代）长途电信主干（逐渐被光纤取代）局域网或城域网局域网或城域网v网络互连物理传输手段之一网络互连物理传输手段之一v要求两个端点之间的直视距离上无任何遮挡物要求两个端点之间的直视距离上无任何遮挡物v与光纤互补与光纤互补卫卫 星星v地球同步卫星地球同步卫星v低轨道卫星低轨道卫星v适用于大覆盖
13、范围以及地形复杂的边远地区适用于大覆盖范围以及地形复杂的边远地区通信，与地面传输网络互补通信，与地面传输网络互补数据编码技术数据编码技术 数据编码方法数据编码方法 模拟数据编码模拟数据编码 振幅键控 （振幅键控 （ASK） 移频键控（移频键控（FSK） 移相键控（移相键控（PSK） 不归零码（不归零码（NRZ） 曼彻斯特编码曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 数字数据编码数字数据编码 脉冲编码调制脉冲编码调制 模拟数据编码模拟数据编码v载波载波v调制方法调制方法调幅，（调幅，（Amplitude-Shift Keying，ASK）调频，（调频，（Frequency-Shift Ke
14、ying，FSK）调相，（调相，（Phase-Shift Keying，PSK）0( )sin()mu tutModulatorDemodulator数字数据数字数据m(t)u(t)m(t)数字数据数字数据载波发送方发送方接收方接收方模拟数据信号的编码方法模拟数据信号的编码方法ASK：用载波的两个不同振幅表示：用载波的两个不同振幅表示0和和1FSK：用载波的两个不同角频率表示：用载波的两个不同角频率表示0和和1PSK：用载波的起始相位的变化表示：用载波的起始相位的变化表示0 和和1调调 幅幅v调幅，又称振幅键控。这种方法是通过改变载调幅，又称振幅键控。这种方法是通过改变载波信号的振幅来表示数字
15、信号波信号的振幅来表示数字信号1，0。v数学表达式为：数学表达式为：v振幅键控振幅键控ASK信号容易实现，技术比较简单，信号容易实现，技术比较简单，但抗干扰能力较差但抗干扰能力较差。10sin()( )0mutu t 数 字 1 数 字 0调调 频频v调频，又称移频键控。该方法是通过改变载波调频，又称移频键控。该方法是通过改变载波信号角频率来表示数字信号信号角频率来表示数字信号1，0。v数学表达式为：数学表达式为：v移频键控移频键控FSK信号容易实现，技术简单，抗干信号容易实现，技术简单，抗干扰能力优于扰能力优于ASK方式，但所占用的频带较宽。方式，但所占用的频带较宽。1020sin()( )
16、sin()mmutu tut 数字1 数字0调调 相相v调相又称移相键控。该方法通过改变载波信号调相又称移相键控。该方法通过改变载波信号的相位值来表示数字信号的相位值来表示数字信号1，0。 v绝对调相绝对调相相位的绝对值来表示它所对应的相位的绝对值来表示它所对应的数字信号。当表示数字数字信号。当表示数字1时，取时，取 = 0；当表示；当表示数字数字0时，取时，取 = 。绝对调相方法可以用下。绝对调相方法可以用下式表示为：式表示为：v相对调相相对调相相对调相用载波在两位数字信号相对调相用载波在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。数字信号。 00sin(0)( )sin()mmutu tut 数 字 1 数 字 0多相调制多相调制v四相调相的相位变化值四相调相的相位变化值v八相调相的相位变化值八相调相的相位变化值比特位比特位00011011相对相位偏移量相对相位偏移量0 90180270比特位比特位000001010011相对相位偏移量相对相位偏移量0 4590135比特位比特位100101110111相对相位偏移量相对相位
