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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 n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。n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冲，可以利
2、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。n单工通信只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。n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)。n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n奈奎斯特准则。 式中 H为信号带宽、V是信号离散级数n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n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。n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 传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器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 输入汉字显示汉字数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息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n非归零
4、码 n曼彻斯特编码n差分曼彻斯特编码nnB/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法 2.2.2 数字数据调制为模拟信号n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）；n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）。n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n最基本的调制方法振幅键控（amplitude-shift keying，ASK）移
5、频键控（frequency-shift keying，FSK）移相键控（phase-shit keying，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nPCM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nPCM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(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107
6、 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 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n双绞线屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) n同轴电缆50 同轴电缆75 同轴电缆n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
7、电缆光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤2.3.2 非导向传输媒体 n无线电n微波 地面微波接力通信卫星通信 n红外线n光波 共享信道2.4 多路复用技术多路复用示意图信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2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 n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。频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 52.4.
8、2 时分多路复用 n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户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。n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）。n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 DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用频率时间C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧频率时间BDBDBDAAAA BCCCC
9、DC 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧频率时间B CB CB CAAAA B CDDDDD 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1acbcd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ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#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 70 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 nm20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km光调制器光解调器2.5 数据交换技术 2.5.1 电路交换n建立连接n通话n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。n数据报方式n虚电路方式 永久虚电路交换虚电路
