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1、第3章 数据通信基础知识通信系统：通信系统：完成通信过程的全部设备和完成通信过程的全部设备和传输媒质。传输媒质。消息的传递和交换消息的传递和交换: 利用利用通信系统通信系统来实现的来实现的通信：通信：信息的传递和交换。信息的传递和交换。固定电话固定电话通信系统通信系统交换机卫星卫星通信系统通信系统发射控制接收端移动移动通信系统通信系统控制中心计算机网络计算机网络通信系统通信系统 互联网本章主要内容3.1 通信系统模型通信系统模型3.2 通信媒体通信媒体3.3 信号和编码信号和编码3.4 多路复用技术多路复用技术3.5 数据交换技术数据交换技术3.6 通信中的主要技术指标通信中的主要技术指标3.
2、1 数据通信基本概念1)通信系统的一般模型通信系统的一般模型2)信息、数据和信号信息、数据和信号3)发送设备和接受设备发送设备和接受设备4)通信方式通信方式1）通信系统的一般模型产生消息产生消息 接收消息接收消息消息转换成信号消息转换成信号 信号转换为消息信号转换为消息 信息源信息源发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备收信者收信者发送端发送端接收端接收端噪声源噪声源实例：通过公共电话网访问互联网。实例：通过公共电话网访问互联网。 发送设备和接受设备：发送设备和接受设备：Modem。 将计算机中的信息（数字信号）转将计算机中的信息（数字信号）转换为可以在公共电话网上传输的模拟换为可以在公共电
3、话网上传输的模拟信号。信号。2）信息、数据和信号：v信息（信息（Information）：）：描述客观事物的属描述客观事物的属性。消息的形式：如符号、文字、语音、音性。消息的形式：如符号、文字、语音、音乐、数据、图像、活动图像等。乐、数据、图像、活动图像等。v数据（数据（Data）：）：数字化的信息形式。在计算数字化的信息形式。在计算机网络系统中，数据通常被理解为在网络中机网络系统中，数据通常被理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。存储、处理和传输的二进制数字编码。 v信号（信号（Signal）：）：在携带传输介质中信息的在携带传输介质中信息的表示形式。如：电信号、电磁信号、光信号、
4、表示形式。如：电信号、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等。载波信号、脉冲信号、调制信号等。 3）发送设备和接收设备：v发送设备：将信息转化为信号。通常要发送设备：将信息转化为信号。通常要经过经过3个步骤，即变换、编码和调制。个步骤，即变换、编码和调制。v变换：就是将表达消息的非电量的变化变换：就是将表达消息的非电量的变化变换为电量的变化。变换为电量的变化。v编码：在数字通信系统里，为了提高信编码：在数字通信系统里，为了提高信号传输质量等目的对数字信号进行的号传输质量等目的对数字信号进行的变换。变换。v调制：将信号进行变换，使之更适合在调制：将信号进行变换，使之更适合在相应的媒介中
5、传输。相应的媒介中传输。v接收设备：将信号转换为消息。接收设备：将信号转换为消息。4）通信方式：v按按信号类型信号类型分：模拟通信、数字通信。分：模拟通信、数字通信。v按按信号表示信号表示分：基带通信、宽带通信。分：基带通信、宽带通信。v按按信道形式信道形式分：有线通信、无线通信。分：有线通信、无线通信。 v按按收信者是否在运动中完成通信收信者是否在运动中完成通信分：移动通分：移动通信、固定通信。信、固定通信。v按按信息传送的方向与时间信息传送的方向与时间分：单工、半双工、分：单工、半双工、全双工。全双工。 模拟通信系统数字通信系统模拟信号数字信号 模拟通信系统传模拟通信系统传输模拟信号。输模
6、拟信号。 如：固定电话如：固定电话 数字通信系统传数字通信系统传输模拟信号。输模拟信号。 如：如：IP电话电话 数字通信系统传数字通信系统传输数字信号。输数字信号。 如：局域网如：局域网 模拟通信系统传模拟通信系统传输数字信号。输数字信号。 如：互连网如：互连网3.2 通信媒体双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光缆光缆微波微波激光激光红外线红外线有线传输介质有线传输介质无线传输介质无线传输介质1）双绞线特点：特点： 布线容易、便宜。布线容易、便宜。 直接传输距离有直接传输距离有限传输速率不是很高。限传输速率不是很高。适用于：适用于： 局域网布线。局域网布线。性能：性能： 传输速率：传输速率：100M
7、bps100Mbps 传输距离：传输距离：100M100M2）同轴电缆适用于：适用于： 较大型的局域网较大型的局域网。性能：性能： 传输速率：传输速率：100Mbps100Mbps 传输距离：传输距离：1000M1000M3）光缆特点：特点： 传输速度快，距离远，不导电，不受电磁干扰，传输速度快，距离远，不导电，不受电磁干扰，不怕雷电击，很难在外部窃听等不怕雷电击，很难在外部窃听等。适用于：适用于： 长距离；信息量大；要求高度安全的场合。长距离；信息量大；要求高度安全的场合。性能：性能： 传输速率：传输速率：1000Mbps1000Mbps。 传输距离：传输距离：10000M10000M 4）
8、无线传输媒质微波微波、红外线红外线、激光激光微波信道：微波信道：频带宽，数据传输速率高。频带宽，数据传输速率高。适用于：适用于：不同建筑物之间的局域网互联。不同建筑物之间的局域网互联。典型应用：典型应用： 卫星通信、移动卫星通信、移动通信、广播通信、广播3.3 信号和编码1)模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号2)信号变换信号变换3)数据编码数据编码4)调制解调调制解调发送设备的基本功发送设备的基本功能：信号编码、数能：信号编码、数据编码和调制解调。据编码和调制解调。 不同的通信系统不同的通信系统用到的功能是不同的。用到的功能是不同的。1）模拟信号和数字信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号2）
9、信号变换 将模拟信号转换为数字信号，然后通过数字通将模拟信号转换为数字信号，然后通过数字通信系统进行传输。信系统进行传输。3）数据编码目的：更有效地进行数字数据传送。目的：更有效地进行数字数据传送。基带传输：在线路中直接传送数字信号的电脉基带传输：在线路中直接传送数字信号的电脉冲。近距离通信的局域网都采用基带传输。冲。近距离通信的局域网都采用基带传输。 功能：主要解决数字信号表示、收发两端之间功能：主要解决数字信号表示、收发两端之间的信号同步等两个问题。的信号同步等两个问题。 数据编码 数字数据的模拟信号编码一般有三种编码方式：一般有三种编码方式： ASK(ASK(调幅调幅) )：用载波的不同
10、幅度表示：用载波的不同幅度表示1 1和和0 0。 FSKFSK(调频调频)：用载波的不同频率表示：用载波的不同频率表示1和和0。 PSKPSK(调相调相)：用载波的不同相位表示：用载波的不同相位表示1和和0。数据编码 数字数据的数字信号编码NRZNRZ编码：用不同的电压来表示编码：用不同的电压来表示1 1和和0 0。曼彻斯特编码：用不同的跳变来表示曼彻斯特编码：用不同的跳变来表示1 1和和0 0。4）调制解调调制：将数字信号转换成模拟信号。调制：将数字信号转换成模拟信号。解调：将模拟信号转换为数字信号。解调：将模拟信号转换为数字信号。应用举例 固定电话 固定电话通信系统：在模拟通信系统固定电话
11、通信系统：在模拟通信系统中传输模拟信号。中传输模拟信号。语音信号调制传输语音信号解调发送端发送端接收端接收端应用举例 访问互联网络 通过通过MODEM访问互联网：在模拟通访问互联网：在模拟通信系统中传输数字信号。信系统中传输数字信号。数字信号调制传输解调发送端发送端接收端接收端编码解码数字信号应用举例 IP电话 IP电话：在数字通信系统中传输模拟电话：在数字通信系统中传输模拟信号。信号。声音调制传输发送端发送端接收端接收端编码变换声音变换解码解调3.4 多路复用技术1)频分多路复用（频分多路复用（FDM）2)时分多路复用（时分多路复用（TDM）1）频分多路复用（FDM）频分多路复用频分多路复用
12、：在物理信道的可用带宽超过单个在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽的情况下，可将该物理信道的原始信号所需带宽的情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道传输一路信号。（或略宽）的子信道，每个子信道传输一路信号。 典型应用：典型应用： 闭路电视闭路电视 移动通信移动通信1）FDM的应用举例中央一台中央二台频率频率浙江一台浙江二台2）时分多路复用（TDM）时分多路复用：若信道能达到的位传输速率超过时分多路复用：若信道能达到的位传输速率超过传输数据所需的数据传输速率，可将一条物理信传输数据所需的数据传
13、输速率，可将一条物理信道按时间分成若干个时间片，轮流地分配给多个道按时间分成若干个时间片，轮流地分配给多个信号使用，每一时间片由一个信号占用。信号使用，每一时间片由一个信号占用。典型应用：典型应用： 固定电话固定电话1）TDM的应用举例杭州杭州上海上海假设每秒只需收到假设每秒只需收到1000个声音信号个声音信号将将1ms再分成更小的时间片，再分成更小的时间片，按照顺序分配按照顺序分配3.5 数据交换技术1)电路交换电路交换2)报文交换报文交换3)分组交换分组交换4)各种数据交换技术比较各种数据交换技术比较1）电路交换工作过程：工作过程：电电路路建建立立：在在传传输输数数据据之之前前，要要先先经
14、经过过呼呼叫叫过过程程建建立立一一条条端端到到端端的的电电路路。如如：“H1-A-B-C-H3”H1-A-B-C-H3” 。数数据据传传输输：数数据据在在通通道道“H1-A-B-C-H3”H1-A-B-C-H3”上上进进行行双双向向传传输输，在在整整个个数数据据传传输输过过程程中中，所所建建立立的的电电路必须始终保持连接状态。路必须始终保持连接状态。电路拆除：电路拆除：数据传输结束后，拆除连接。数据传输结束后，拆除连接。2）报文交换工作过程：工作过程：报文交换方式的数据传输单位是报文交换方式的数据传输单位是报文报文。当当一一个个站站点点发发送送报报文文时时，网网络络节节点点根根据据报报文文上上
15、的的目目的的地地址址，把把报报文文发发送送到到下下一一个个节节点点，一一直直逐逐个个节节点点地地转转送送到到目目的节点。的节点。每每个个节节点点在在收收到到整整个个报报文文并并检检查查无无误误后后，就就暂暂存存这这个个报报文文，然然后后利利用用路路由由信信息息找找出出下下一一个个节节点点的的地地址址，再再把把整整个个报文传送给下一个节点。报文传送给下一个节点。3）分组交换工作过程：工作过程：分组交换方式的数据传输单位是分组交换方式的数据传输单位是分组分组。分分组组交交换换是是报报文文交交换换的的一一种种改改进进，它它将将报报文文分分成成若若干干个个一一定定长长度度的的分分组组，有有限限长长度度的的分分组组使使得得每每个个节节点点所所需需的的存存储储能能力力降降低低了了，分分组组可可以以存存储储到到内内存存中中，可可以以提提高高交交换换速速度度。它它是是计计算算机机网网络络中中使用最广泛的一种交换技术。使用最广泛的一种交换技术。 3.6 数据通信中的主要技术指标1)波特率波特率2)带宽带宽3)误码率误码率
