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1、電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第第2章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 本章要點：本章要點： 了解數(shù)據(jù)通信的基本概念和主要技了解數(shù)據(jù)通信的基本概念和主要技術(shù)指標(biāo)術(shù)指標(biāo) 了解數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成了解數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成 掌握數(shù)字和模擬數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制掌握數(shù)字和模擬數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制方法方法 了解數(shù)據(jù)并行和串行傳輸方式了解數(shù)據(jù)并行和串行傳輸方式 掌握同步和異步傳輸技術(shù)掌握同步和異步傳輸技術(shù) 掌握掌握FDM、TDM和和WDM三種多路三種多路復(fù)用技術(shù)及適應(yīng)復(fù)用技術(shù)及適應(yīng) 場所場所了解有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸技術(shù)了解有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸技術(shù) 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算

2、機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第第2章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 目錄目錄2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2 數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式2.4 同步傳輸和異步傳輸同步傳輸和異步傳輸2.5 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)2.6 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 2.1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念 1. 數(shù)據(jù) 分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。 2. 信息 以某種格式組織起來的數(shù)據(jù)。 3. 信號 是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)。分為模擬信號和數(shù) 字信號兩種，如下圖。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算

3、機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 2.1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念 4. 信道 傳輸信息時信號沿發(fā)送端到接收端的通路。 5. 通信和數(shù)據(jù)通信 通信是信息的傳輸與交換。數(shù)據(jù)通信 是以傳送數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)的通信。 6. 數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形式 。 7. 碼元和碼字 碼元是一個信號編碼單元。碼字由若干碼 元組成的字符串序列。 8. 數(shù)據(jù)分組把較大的數(shù)據(jù)塊分成較小的數(shù)據(jù)段。 不同的網(wǎng)絡(luò)或?qū)又校纸M名稱也不同，如 幀 (frame)、信元(cell)、IP數(shù)據(jù)報等。通常數(shù)據(jù) 分組也稱為數(shù)據(jù)包。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)

4、據(jù)通信的基本概念 2.1.2 數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo) 1. 比特(bit)率S指單位時間內(nèi)所傳送的二進位序列的位bit數(shù)，是度量通信系統(tǒng)每秒傳送的信息量。用每秒比特數(shù)bit/s或bps表示 。 常用的單位換算關(guān)系式如下： 1Kbps=1024bps；1Mbps=1024Kbps；1Gbps=1024Mbps 2. 波特(Baud)率B指數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，或者是說每秒傳輸?shù)拿}沖波形信號個數(shù)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)）。 B=1/T；其中，T為每個脈沖波形信號的持續(xù)時間，單位為秒。 比特率和波特率的關(guān)系：S=B*log 2 n 3. 誤碼率Pe 指數(shù)據(jù)位被傳錯的概率，也稱出錯率。 Pe=Ne

5、/N；N 為傳輸?shù)拇a元總數(shù)，Ne為接收碼元中被傳錯的碼元數(shù)。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 2.1.2 數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo) 4. 信道容量 指物理信道能達(dá)到的最大傳輸能力，用比特率S表示。 。 5. 帶寬Bandwidth） 指信道所能傳送的信號的頻率寬度，也就是可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差，單位是Hz赫）、kHz千赫）、MHz兆赫）。 6. 帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率和信道容量的區(qū)別 7. 延遲、抖動、呑吐量和丟包率。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念

6、2.1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 1. 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本模型 2. 模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)是比模擬通信系統(tǒng)費用低，抗干擾能力強，不易失真；但數(shù)字信號比模擬信號易衰減；模擬信號比數(shù)字信號傳輸距離要遠(yuǎn)。 3. 信號衰減的克服 數(shù)字信號衰減的克服辦法是使用中繼器，把數(shù)字信號“0”、“1整形恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)電平后繼續(xù)傳輸。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.2 數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制 2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 2雙極性不歸零碼 (BNRZ) 用正電平和負(fù)電平分別表示二進制數(shù)據(jù)的1和0，正和負(fù)的幅值相等 。 1. 單極性不歸零編碼 (NRZ) 單極性不歸零編碼只

7、使用一個電壓值，用高電平表示1，沒電壓表示0。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.2 數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制 2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 3雙極性歸零編碼BRZ） 使用了正、負(fù)和零三個電平，信號本身攜帶同步信息，解決了同步問題。缺點是編碼一個比特，需要兩次信號變化，增加了占用帶寬，且線路上的平均電壓值還不為零。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.2 數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制 2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 4. 雙相位編碼(biphase encoding) 信號在每個比特內(nèi)部的中間發(fā)生改變，但不歸零而是將電壓變?yōu)橄喾础?曼徹

8、斯特編碼Manchester encoding） 差分曼徹斯特編碼differential Manchester encoding）電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.2 數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制2.2.2模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 1. 脈沖振幅調(diào)制PAM） 對原始的模擬信號每間隔一個相等的時間進行采樣一次 2. 脈碼調(diào)制PCM） 將PAM所產(chǎn)生的采樣結(jié)果修改成完全數(shù)字化的信號。24240001100000011000-15-151000111110001111125125011111010111110138380010011000100110-80-80110100

9、0011010000110110011011100110111048480011000000110000-50-5010110010101100109090010110100101101039390010011100100111525200110110001101108888010110000101100026260001101000011010127127011111110111111177770100110101001101 3. 采樣頻率 是原始的有效信號中最高頻率分量或其帶寬的倍。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.2 數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制 2.2.3

10、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制 1.幅移鍵控法ASK） 2.頻移鍵控法FSK） 3.相移健控法PSK） 4.正交調(diào)幅QAM） (a)3振幅，12相位 (b)4振幅，8相位 (c)2振幅，8相位 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.2 數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制 2.2.4 模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制 1.調(diào)幅 2.2.調(diào)頻調(diào)頻 3.調(diào)相 在調(diào)相傳輸技術(shù)中，原始模擬載波信號在調(diào)相傳輸技術(shù)中，原始模擬載波信號的相位隨調(diào)制信號電壓振幅的改變而調(diào)的相位隨調(diào)制信號電壓振幅的改變而調(diào)整，振幅和頻率，保持不變。調(diào)相技術(shù)和調(diào)整，振幅和頻率，保持不變。調(diào)相技術(shù)和調(diào)頻技術(shù)的分析類似。頻技術(shù)的分析類似。 電子

11、工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式 2.3.1 并行傳輸 l概念 并行傳輸是指數(shù)據(jù)以成組方式在多個并行的信道上同時傳輸，相應(yīng)地需要若干根傳輸線。一般用于計算機內(nèi)部或近距離設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，如計算機和打印機之間的通信，一次傳送一個字節(jié)的信號，所以傳輸信道需要根數(shù)據(jù)線，同時還需要其它的控制信號線。 l優(yōu)缺點并行傳輸優(yōu)點是速度快，缺點是費用高。因為并行傳輸需要一組傳輸線，所以并行傳輸一般用在短距離范圍且傳輸速度要求高的場合。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式 2.3.2 串行傳輸 串行傳輸是指數(shù)據(jù)

12、在信道上一位一位的逐個傳輸，從發(fā)送端到接收端只需一根傳輸線，成本少，易于實現(xiàn)，是計算機網(wǎng)絡(luò)中普遍采用的傳輸方式。數(shù)據(jù)通信采用串行傳輸方式時，發(fā)送端需要通過并/ 串轉(zhuǎn)換裝置將并行數(shù)據(jù)位流變?yōu)榇袛?shù)據(jù)位流，然后送到信道上傳輸，在接收端再通過串/并轉(zhuǎn)換， 還原成位并行數(shù)據(jù)流。PC機和外界進行串行通信是通過串行端口COM完成的。 串行傳輸可以用兩種方式進行： l 同步傳輸 l 異步傳輸下一節(jié)介紹）電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式 2.3.2 串行傳輸 串行信號在傳輸線上的傳送方向有以下三種方式： 1.單工通信雙線制） 單工simplex通信只允許

13、傳送的信息始終向一個方向流動。實際應(yīng)用中，單工通信的信道采用雙線制。 例如，廣播、電視系統(tǒng)；BP機；道路交通單行道。 2.半雙工通信雙線制開關(guān)） 半雙工half duplex通信允許信息流向兩個方向的都可傳輸，但同一時刻只能朝一個方向傳輸。 例如，無線電對講機就是半雙工通信。 3.全雙工通信四線制） 全雙工full duplex通信是指在同一時刻，能同時進行雙向通信。 例如，常用的電話系統(tǒng)就是全雙工通信。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.4 同步傳輸和異步傳輸同步傳輸和異步傳輸 2.4.1 同步傳輸 同步傳輸方式傳輸時是將一個大的數(shù)據(jù)塊一起發(fā)送。傳輸時，需要在數(shù)據(jù)塊

14、前放上兩個或以上的同步信號字符SYN，在數(shù)據(jù)塊結(jié)束加上后同步信號。 同步傳輸線路利用率高，多用于字符信息塊的高速傳送。但這種方式收發(fā)雙方控制復(fù)雜。 2.4.2 異步傳輸 異步傳輸也叫做起止式傳輸，它以字符為單位，在每個字符前增加一個起始位，字符代碼后增加、1.5、位停止位。它允許碼字之間存在不確定的空閑時間。 異步傳輸設(shè)備簡單，費用不高，但速率較低。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.5 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 2.5.1 頻分多路復(fù)用技術(shù)FDM） FDM把信道的頻譜分割成若干個互不重疊的子信道，各相鄰子信道間留有保護帶，每個子信道傳送一路信號 2.5.2 時分多路

15、復(fù)用TDM） TDM將物理信道按時間分成許多等長的時間片，輪番、交替地分配給多路信源。分為同步和異步TDM兩種。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.5 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 2.5.3 波分多路復(fù)用(WDM) WDM的原理同F(xiàn)DM相似，用于光纖通信。光信號用波長而不是頻率來表示所使用的光載波。WDM和FDM不同之處是光波頻率很高。 密集波分多路復(fù)用DWDM可在一根光纖上復(fù)用80路以上的光信號。 2.5.4 三種復(fù)用技術(shù)的比較 FDM適合于傳輸模擬信號，TDM適合于傳輸數(shù)字信號，而WDM傳輸?shù)氖枪獠ㄐ盘?。TDM和FDM相比，技術(shù)上比較復(fù)雜，但有抗干擾能力強，可以逐級

16、再生整形，避免干擾的積累等優(yōu)點，而且數(shù)字信號較容易實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換，易于集成化。計算機通信中廣泛使用TDM和WDM。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.6 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 2.6.1 有線傳輸媒體 1. 1. 雙絞線雙絞線(TP) (TP) 分為非屏蔽雙絞線分為非屏蔽雙絞線UTP UTP 和屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線STPSTP兩種。兩種。 1 1類線類線 1 1對線，用于模擬電話線和低速數(shù)字傳輸對線，用于模擬電話線和低速數(shù)字傳輸 2 2類線類線 4 4對雙絞線，用于數(shù)字電話、對雙絞線，用于數(shù)字電話、ISDNISDN和和T1T1線路等。線路等。 3 3類線類線 4 4對雙絞

17、線，用于電話線、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)等。對雙絞線，用于電話線、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)等。4 4類線類線 4 4對雙絞線，用于語音、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)等。對雙絞線，用于語音、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)等。 5 5類線類線 4 4對雙絞線，用于令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)、對雙絞線，用于令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)、ATMATM等等。 超超5 5類線類線 是是5 5類線更高級別的版本。類線更高級別的版本。目前使用最多目前使用最多。 6 6類線類線 4 4對雙絞線對雙絞線，目前還很少使用于網(wǎng)絡(luò)中。目前還很少使用于網(wǎng)絡(luò)中。 STP 用于、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)及全息圖像傳輸?shù)?。用于、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)及全息圖像傳輸?shù)取?電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.6 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 2.6.1 有線傳輸媒