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1、计算机通信基础,第2章 数据的传输Data Transmission,1,本章内容,模拟传输和数字传输 通信代码 传输损耗 传输媒介,2,模拟传输和数字传输,数据和信号 数字通信的特点,3,数据和信号,数据 模拟数据 数字数据 信号 模拟信号 数字信号,4,模拟的和数字的数据、信号,5,模拟通信和数字通信,抗干扰性能比较 噪声积累 放大器 中继器,6,数字通信的特点,体积小，成本低 使用VLSI 数据完整性好 使用的是中继器而不是放大器 安全可靠 数字数据的加密要比模拟数据的加密容易得多。 便于计算机接口 计算机用二进制码序列电平 便于集成化处理 数字汇聚,7,通信代码,ASCII码 ISO
2、10646 Unicode 汉字编码,8,ASCII码,American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准代码 ASCII码是一种7位代码，有128个 01为控制字符 32127为字母、数字和专用符号,9,ASCII码的分类,物理设备控制字符 逻辑通信控制字符 物理通信控制字符 信息分隔字符 代码扩展控制字符,10,ASCII码的逻辑通信控制字符,数据的传输格式 SOH：01H，表示标题开始。 STX：02H，正文开始，也同时表示标题结束。 ETX：03H，正文结束。 EOT：04H，传送结束，告诉接收方数据传送完毕。,11,
3、EBCDIC码,扩充的二-十进制交换码 Extended Binary-Coded Decimal Interchange Code IBM公司制定的8位二进制代码 字符总数140个 用于IBM大中型计算机设备的内码,12,ISO 10646标准,信息技术通用多字节编码字符集 Information technology - Universal Multiple - Octet Coded Character Set 简称UCS。 四维的编码空间 组（Group）、平面（Plane）、行（Row）、列（Cell）,13,Unicode,与ISO 10646-1相同 编码的传输规则 由USC传输
4、格式UTF（UCS Transformation Format）规范规定 UTF是将Unicode编码规则和计算机的实际编码对应起来的一个规则 常见的UTF规范包括 UTF-8 UTF-16,14,汉字编码,GB2312-80 GBK GB13030-2000 BIG5码 Unicode,15,数据传输的概念及分类,数据传输方式的分类 数据传输的基本概念,16,数据传输方式的分类,并行传输和串行传输 单工通信、半双工通信和全双工通信 异步通信和同步通信 基带传输和频带传输,17,并行传输和串行传输,并行传输 每次可同时传送一个字节或一个字 适于距离小于30米的通信系统 长距离通信不采用 串行传
5、输 数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输 计算机串行通信的发送顺序 先发送通信代码的最低位 再发送代码的高位 最后发送校验位。,18,单工、半双工、全双工通信,单工通信 只允许数据向一个方向传输 如：广播电台、电视的信号传输 半双工通信 具有双向传输信号的能力，但同一时间里，双方不能同时发送信号，只能轮流发送 如：对讲机。 全双工通信 双方可同时发送信号，同时接收信号,19,异步通信和同步通信,时序问题 采样时钟不精确 需要采取措施来同步发送器和接收器 两种解决方案 异步通信 同步通信,20,异步通信,数据传输一次一个字符 每个字符从5 比特到 8 比特不等 只需在每个字符内包含同步或时序
6、信息 新字符开始时，接收器可重新取得同步 TTY规程,21,同步通信,数据连续发送，没有起始位和停止位 位同步 比特流级别 时钟专线 数据信号编码 帧同步 数据块级别 面向字符的数据链路控制规程 面向比特的数据链路控制规程,22,基带传输和频带传输,基带传输 直接传送基带信号 基带就是指电信号的基本频带，即调制前或解调后的信号所占用的频带。 频带传输（宽带传输） 用数据信号对模拟载波进行调制，使其变为适合线路传输的信号,23,数据传输的基本概念,符号速率 数据传输速率 误码率 带宽,24,符号速率,码元或符号 码元是离散信号波形的基本单位 符号速率 每秒传送的码元数，单位是波特（Baud） 波
7、特率、传码率、波形速率或调制速率,25,数据传输速率,数据传输速率 数据传输速率指通信系统每秒传送的信息量 单位是比特/秒，简写为bps或bits/s 信息量 信息量 = -log2P 比特 （P为该事件出现的概率） 传输速率R与符号速率Nb的关系是： R = Nb log2M bps M=2时 R= Nb,26,误码率,误码率指码元在系统中传送时被传错的概率误组率PB与误码率Pe的关系为： PB = 1 -（1 - Pe）n 若n=8： PB = 1 -（1 - Pe）8 （误字率）,27,带宽,信号带宽 Hz 一个信号的绝对带宽就是信号频谱的宽度 信号的频谱就是信号所包含的频率范围 线路带
8、宽 Hz 系统允许通过的信号频率范围 速率带宽 Kb/s Mb/s Gb/s 系统允许的最高数据传输率，系统容量,28,带宽,29,传输损耗,衰减 噪声 延迟失真 信道容量,30,衰减,衰减 信号强度从传输媒介的一端传到另一端时的减弱程度 衰减的原因 全阻抗、趋肤效应和介电损失,31,噪声,噪声 物理系统中对信号的传输与处理起扰乱作用而又不能完全控制的一种不需要的波形 噪声分类 热噪声 互调噪声 串话噪声 脉冲噪声,32,噪声,不严重失真严重失真,33,实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）,输入信号波形,输出信号波形 (失真不严重),延迟失真,信号通过有线媒介时，其传播速度随着频率的变
9、化而变化 会导致数据信号产生相移 解决方法：延迟均衡器,34,信道容量,信道允许传输的最大数据传输速率（bps） 信道容量受限于： 带宽 信噪比（香农定理 ） 最大符号速率（奈奎斯特准则）,35,奈奎斯特准则,任何实际传输系统都是频带受限的，输入波形通过后都会产生一定的失真。 奈奎斯特准则给出了有限带宽无噪声信道的最大符号传输速率。,36,奈奎斯特准则,37,理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud,W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz),不能通过,能通过,0,频率(Hz),W (Hz),每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒 2 个码元。 Baud 是波特，是码元传输速
10、率的单位，1 波特为每秒传送 1 个码元。,奈奎斯特准则,38,理想带通特性信道的最高码元传输速率 = W Baud,W 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz),不能通过,能通过,0,频率(Hz),W (Hz),不能通过,每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒 1 个码元。,香农定理,信噪比 信号功率与所出现的噪声功率之比香农定理 C = B log2（1 + Ps / Pn） (bps) B为信道带宽Hz,39,例题,假设一个信道的带宽为6400Hz，信噪比是30dB，则信道的容量为？若由于设备原因信噪比将为10dB，则此时信道的容量为？ 答案： 63790 bps 22140 bp
11、s,40,传输媒介,有线媒介 无线媒介,41,有线媒介,明线 双绞线 同轴电缆 光纤,42,明线,架设在地面上的一种裸线线路 目前已不发展,43,双绞线,由两根对地对称的绝缘芯线按照规则的螺旋状绞合在一起 绞距 3类 7.5 cm 到 10 cm 5类 0.6 cm 到 0.85 cm 长途 5 cm 到 15 cm 同一捆相邻线对绞距不同 分类 UTP STP,44,双绞线分类,无屏蔽双绞线 (UTP) 普通电话线 最便宜 最易安装 受外界电磁干扰屏蔽双绞线 (STP) 金属罩可以减少干扰 更贵 更难处理 (粗, 重),45,金属屏蔽层,无屏蔽双绞线实物图,UTP,46,RJ-45 和AUI
12、,无屏蔽双绞线,屏蔽双绞线实物图,STP FTP：铝箔双绞线 SSTP：屏蔽网双绞线,47,同轴电缆,内导体 绝缘层 外导体（屏蔽层） 护套,48,同轴电缆的组成,内导体：采用半硬铜线 外导体：采用铜带或铝带纵包而成 绝缘层：用聚乙烯等塑料制成 护套：有铅护套、铝护套、钢护套、塑料护套等,49,同轴电缆的特点,优点 传输距离较远，覆盖的地域范围较大 技术非常成熟 缺点 电缆硬，折曲困难，重量重,50,同轴电缆实物,中同轴（2.6/9.5mm） 小同轴（1.2/4.4mm） 微同轴（0.7/2.9mm）,51,同轴电缆的应用,Most versatile medium 电视布线 有线电视CATV
13、 Common Antenna Television Community Antenna Television CAble TV 长途电话传输 可同时承载10,000路电话 正被光纤所取代 短距离计算机系统连接 局域网,52,同轴电缆组网,53,局域网使用的同轴电缆,54,细同轴电缆：特征阻抗50，直径0.5cm 粗同轴电缆：特征阻抗50，直径1cm,10base2 细同轴电缆,10base5 粗同轴电缆,同轴电缆的传输特性,模拟 每隔几千米一个放大器 频率越高，距离越近 最高 500MHz 数字 每千米一个中继器 速率越高，距离越近,55,光纤,光导纤维 光纤是通过全反射传输光信号编码波束的
14、一种传输媒介 光纤系统工作频率：1014到1015 Hz 位于红外线和可见光,56,光纤示意图,纤芯 8到50微米 玻璃或塑料 包层 125微米 玻璃或塑料 套管 塑料或其他物质,57,光纤实物图,裸光纤,58,常见光纤接头,59,FCPC型光尾纤接头外形图,SCPC型光尾纤接头外形图,ST-PC型光尾纤接头外形图,FC/PCSC/PC型光尾纤外形图,常见光接口连接器,60,SC/PC型光连接器,ST型光连接器,FC/PC型光连接器,BNC型光连接器,MTRJ型光连接器,光纤接头和光纤融接器,61,光缆,62,光纤的特点,63,光纤是数据传输中最有效的一种传输媒介,它有以下优点： 容量大 体积
15、小，重量轻 衰减较小 电磁绝缘性能好 中继器的间隔较大 至少几十千米,光纤的应用,长途干线，1500km，6万话路。 市区干线，12km，10万话路。 农用交换干线 用户环路 LANs,64,光纤的光源,发光二级管 (LED) 更便宜 工作温度宽 寿命长 注入激光二极管 (ILD) 更高效 更大的数据速率,65,光纤的类型,多模光纤 阶跃型多模光纤 渐变型多模光纤 单模光纤 纤芯的半径为波长数量级 用于长途,66,光纤的损耗,衰减（下图），影响距离。 吸收 散射 色散，导致脉冲展宽，影响速率 传播速度随频率变化，到达时间不同。 由于频率不变，导致入射波长在媒介中变化 多模导致传播距离不同,67
16、,68,光纤的工作频率,四个传输窗口 另：全波光纤,69,无线媒介,微波 卫星 短波 激光 红外线,70,无线传播,地波传播 天波传播 视距传播,71,微波线路,视距传播 频率范围 300 MHz至300GHz 天线间的最大距离,72,卫星线路,卫星就是一个中继站 卫星以一个频率接收，放大信号然后以另一个频率传输 转发器 下行/上行：4/6GHz，12/14GHz，20/30GHz 固定轨道 35,784km的高度,73,卫星通信的特点,长时延性 约有0.26秒的传播延迟 广播性,74,卫星通信多址性,频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA）,75,射频无线电通信线路,短波通信 电离层反射 工作频率范围为330MHz 通信距离可达上千公里乃至上万公里。 散射通信 在对流层散射 工作频率范围为100MHz10GHz 通信距离一般为150km400km 不受核爆、磁爆和极光的影响 蜂窝无线电通信 工作频率范围为800MHz900MHz或1800MHz 带宽为220MHz,
