數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)第3講

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)（2）課時(shí)授課計(jì)劃課

程 內(nèi)

容第一頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)內(nèi)容：調(diào)制與編碼技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)

物理層模型物理層接口標(biāo)準(zhǔn)舉例目的與要求：掌握調(diào)制和解調(diào)技術(shù)、編碼與解碼技術(shù)；掌握多路復(fù)用技術(shù)；了解物理層接口標(biāo)準(zhǔn)；重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：調(diào)制與編碼技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)；難點(diǎn)：多路復(fù)用技術(shù)。第二頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)課堂討論：數(shù)據(jù)如何用電信號(hào)表示？信號(hào)如何傳輸？現(xiàn)代教學(xué)方法與手段：投影PowerPoint幻燈課件復(fù)習(xí)（提問(wèn)）：通信系統(tǒng)模型？帶寬和傳輸速率？第三頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)第2章

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.3傳輸技術(shù)2.4物理層接口技術(shù)第四頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)傳輸技術(shù)模擬傳輸與數(shù)字傳輸數(shù)字調(diào)制技術(shù)模擬信號(hào)的脈沖調(diào)制數(shù)字信號(hào)的編碼技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)第五頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有4種組合，每一種相應(yīng)地需要進(jìn)行不同的編碼處理。數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)：模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)信道：模擬信道、數(shù)字信道第六頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)EncoderDecoderModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)字或模擬數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)g(t)px(t)s(t)m(t)數(shù)字或模擬數(shù)字或模擬編碼g(t)P—調(diào)制參數(shù)調(diào)制m(t)編碼和調(diào)制用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制第八頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制編碼三種常用的調(diào)制技術(shù)：1）幅移鍵控ASK(Amplitude

Shift

Keying)，調(diào)幅

2）頻移鍵控FSK(Frequency

Shift

Keying)，調(diào)頻

3）相移鍵控PSK(Phase

Shift

Keying)，調(diào)相基本原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。載波S(t)=A

cos(t+)S(t)的參量包括：

幅度A、頻率

、相位調(diào)制就是要使這三個(gè)參量隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化第九頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)0011

0100

0

1

0ASK調(diào)幅FSK調(diào)頻PSK調(diào)相第十頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)-+開(kāi)關(guān)1開(kāi)關(guān)2運(yùn)算放大器輸出FSK調(diào)制原理圖第十一頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)不歸零制(NRZ，Non-Returnto

Zero)

二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來(lái)表示。常用－5V表示1，＋5V表示0。缺點(diǎn)：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機(jī)制，必須使用外同步。曼徹斯特編碼(Manchester

code)用電壓的變化表示0和1。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼第十二頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變：高→低的跳變——0，低→高的跳變——1∵每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)，使接收端的時(shí)鐘與發(fā)送設(shè)備的時(shí)鐘保持一致?！嗦鼜厮固鼐幋a也稱為自同步碼（Self-Synchronizing

Co具有自同步機(jī)制，無(wú)需外同步信號(hào)。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。第十三頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)差分曼徹斯特編碼(Differential

Manchester

code)與曼徹斯特編碼相同，在每個(gè)碼元的中間，信號(hào)都會(huì)發(fā)生跳變；不同之處在于：用在碼元開(kāi)始處有無(wú)跳變來(lái)表示0和1

：碼元開(kāi)始處有跳變——0碼元開(kāi)始處無(wú)跳變——1第十四頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)三種數(shù)字編碼的波形圖第十五頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)4B/5B編碼：

采用NRZI方式用5位信號(hào)傳4位信息（信號(hào)與時(shí)鐘同步傳）利用率提高至80%。

5位信號(hào)的剩余部分可用于控制，00000-線路斷，11111-線路空，00100-中止第十六頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)(解決連續(xù)0問(wèn)題：頭0<2,尾0<3)4B/5B編碼4位數(shù)據(jù)符號(hào)5位編碼0000111100001010010010101000011101010100010100101010110110011100111011114位數(shù)據(jù)符號(hào)5位編碼100010010100110011101010110101110111110011010110111011111011100111111101第十七頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)模擬信號(hào)的脈碼調(diào)制奈奎斯特定理（采樣定理）：如果連續(xù)變化的模擬信號(hào)最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。語(yǔ)音信號(hào)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。這需要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：采樣——按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣量化——對(duì)每個(gè)樣本舍入到量化級(jí)別上編碼——對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼第十八頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)編碼后的信號(hào)稱為PCM（Pulse

Coded

Modulatio通n）信基信礎(chǔ)號(hào)(2)（脈碼調(diào)制信號(hào)）模擬話音采樣時(shí)鐘PAM信號(hào)PCM信號(hào)采樣電路量化和編碼數(shù)字化聲音--話音信道帶寬<4KHz--采樣時(shí)鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)--量化級(jí)數(shù)：256級(jí)(8位二進(jìn)制碼表示)--數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信號(hào)的速率=64000bps第十九頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)PCM轉(zhuǎn)換過(guò)程舉例3.23.92.83.41.24.2343314011011001100011

1001001100原始信號(hào)PAM脈沖PCM

脈沖（有量化誤差）PCM輸出第二十頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)PCM轉(zhuǎn)換波形圖模擬話音AC數(shù)字化聲音DB采樣時(shí)鐘PAM信號(hào)PCM信號(hào)采樣電路量化和編碼ABC

D第二十一頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)多路復(fù)用技術(shù)復(fù)用——多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道為何要復(fù)用？線路成本DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX第二十二頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)復(fù)用類型FDM(頻分復(fù)用)WDM(波分復(fù)用)TDM(時(shí)分復(fù)用)第二十三頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)頻分復(fù)用FrequencyDivision

Multiplexing

原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每個(gè)用戶占用一個(gè)頻率通道。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶。CH2CH

1CH

3原帶寬CH

1CH

2CH

3移頻后帶寬MUXCH

1

CH

2

CH

3帶寬復(fù)用f適用于模擬信號(hào)傳輸?shù)诙捻?yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)時(shí)分復(fù)用Time

DivisionMultiplexing

原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)通道（時(shí)隙），每個(gè)用戶占用一個(gè)通道傳輸數(shù)據(jù)。A

2A

1

D

1A

3原始信號(hào)D2D

3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后數(shù)據(jù)時(shí)隙1234D

2D

1

D

3適用于數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)間片第二十五頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)波分復(fù)用Wave

DivisionMultiplexing

原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每個(gè)用戶占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。F

2F

1F3光譜F

1F2F

3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖采用無(wú)源設(shè)備，更可靠棱柱/衍射光柵第二十六頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)統(tǒng)計(jì)(異步)TDM—STDMABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1

t2

t3A1

B1

C1

D1

A2

B2

C2

D2周期1周期2同步TDM

TDM的缺點(diǎn)：某用戶無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該通道，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。改進(jìn)：統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（STDM），用戶不固定占用某個(gè)通道，有空槽就將數(shù)據(jù)放入。帶寬浪費(fèi)C2統(tǒng)計(jì)TDMA1

B1

B2第二周十七期頁(yè)，1共四十六頁(yè)。周期2可用帶寬第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)系統(tǒng)AM接口雙絞線

變換器

電-->光

反變換器

系統(tǒng)B光-->電光纖CEF數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體物理實(shí)體物理實(shí)體物理實(shí)體P

1P1接口E

FM

C物理媒體連接物理媒體連接與媒體接口數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體系統(tǒng)連接的實(shí)際環(huán)境系統(tǒng)連接的邏輯環(huán)境（物理層模型）物理層模型第二十八頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)物理層的作用盡可能屏蔽傳輸媒體的差異，透明傳送和接收位流物理層的主要任務(wù)確定與傳輸媒體的接口的一些特性：機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性物理層向數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)物理連接物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）：串行傳輸方式、并行傳輸方式順序化故障報(bào)告服務(wù)質(zhì)量參數(shù)第二十九頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)物理層接口標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA-RS-232CRS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口只控制DTE與DCE之間的通信計(jì)算機(jī)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器公共交換電話網(wǎng)具有一定數(shù)據(jù)處理能力及收發(fā)數(shù)據(jù)能力的計(jì)算機(jī)DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）：設(shè)備，如計(jì)算機(jī)。DCE（數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備）：在DTE和傳輸線路之間提供信號(hào)變換和編碼功能，并負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接，如MODEM第三十頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)機(jī)械特性：25針插座電氣特性：低于-3伏表示“1”，高于4伏表示“0”，最大速率為20Kbps,最大電纜長(zhǎng)度為15米。功能特性：引腳信號(hào)的含義，如DTR表示DTE通電，DSR表示DCE通電規(guī)程特性：動(dòng)作的順序第三十一頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)利用虛MOEM連接兩臺(tái)計(jì)算機(jī)DTEDTE1保護(hù)地2365422

RI6

DSR5

CTS4

RTS227

CR78

CDTR820

D2012

T3

R第三十二頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)第三十三頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)物理層的設(shè)備與組件主動(dòng)(需要電源)-調(diào)制解調(diào)器-中繼器-集線器被動(dòng)(不需要外電源)線纜連接頭連接座接線面板轉(zhuǎn)換器第三十四頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)RJ-45連接頭/座RJ-45是英文Registered

Jack-45的縮寫(xiě)。用于UTP線纜的連接可減少噪聲，反射和機(jī)械可靠性問(wèn)題第三十五頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)接線面板（

Patch

Panels）RJ-45座的組合，常見(jiàn)的有12，24,

and

48口.第三十六頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)轉(zhuǎn)換器接收器和發(fā)送器的組合。用于不同物理接口或傳輸介質(zhì)間的轉(zhuǎn)換第三十七頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用示例FiberCat

5

UTP第三十八頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)中繼器物理信號(hào)的放大與再生“單進(jìn)單出”形式第三十九頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)中繼器使用舉例第四十頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)集線器多端口中繼器典型的端口數(shù)為

4,8,或24對(duì)物理信號(hào)進(jìn)放大與再生起到線纜集中器的作用，所以又稱集線器提高了物理連接的可靠性第四十一頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)Hub使用舉例The

Cloud第四十二頁(yè)，共四十六頁(yè)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)關(guān)于物理層設(shè)備和組件的評(píng)論只關(guān)注原始比特流的傳送，即物理信號(hào)的傳輸。其不關(guān)心也不認(rèn)識(shí)所傳輸信號(hào)所包含的信息。