數(shù)據(jù)通信與計算機網(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）課時授課計劃課

程 內(nèi)

容第一頁，共四十六頁。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)多路復用技術(shù)

物理層模型物理層接口標準舉例目的與要求：掌握調(diào)制和解調(diào)技術(shù)、編碼與解碼技術(shù)；掌握多路復用技術(shù)；了解物理層接口標準；重點與難點：重點：調(diào)制與編碼技術(shù)、多路復用技術(shù)；難點：多路復用技術(shù)。第二頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)課堂討論：數(shù)據(jù)如何用電信號表示？信號如何傳輸？現(xiàn)代教學方法與手段：投影PowerPoint幻燈課件復習（提問）：通信系統(tǒng)模型？帶寬和傳輸速率？第三頁，共四十六頁。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，共四十六頁。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)模擬信號的脈沖調(diào)制數(shù)字信號的編碼技術(shù)多路復用技術(shù)頻分復用技術(shù)時分復用技術(shù)波分復用技術(shù)第五頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種組合，每一種相應地需要進行不同的編碼處理。數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)信號：模擬信號、數(shù)字信號信道：模擬信道、數(shù)字信道第六頁，共四十六頁。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)字信號模擬信號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)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制第八頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)數(shù)字信號的調(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)字信號對載波的不同參量進行調(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)制就是要使這三個參量隨數(shù)字基帶信號的變化而變化第九頁，共四十六頁。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，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)-+開關(guān)1開關(guān)2運算放大器輸出FSK調(diào)制原理圖第十一頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)不歸零制(NRZ，Non-Returnto

Zero)

二進制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示。常用－5V表示1，＋5V表示0。缺點：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機制，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)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼第十二頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變：高→低的跳變——0，低→高的跳變——1∵每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與發(fā)送設(shè)備的時鐘保持一致?！嗦鼜厮固鼐幋a也稱為自同步碼（Self-Synchronizing

Co具有自同步機制，無需外同步信號。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。第十三頁，共四十六頁。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，在每個碼元的中間，信號都會發(fā)生跳變；不同之處在于：用在碼元開始處有無跳變來表示0和1

：碼元開始處有跳變——0碼元開始處無跳變——1第十四頁，共四十六頁。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，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)4B/5B編碼：

采用NRZI方式用5位信號傳4位信息（信號與時鐘同步傳）利用率提高至80%。

5位信號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，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)(解決連續(xù)0問題：頭0<2,尾0<3)4B/5B編碼4位數(shù)據(jù)符號5位編碼0000111100001010010010101000011101010100010100101010110110011100111011114位數(shù)據(jù)符號5位編碼100010010100110011101010110101110111110011010110111011111011100111111101第十七頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)模擬信號的脈碼調(diào)制奈奎斯特定理（采樣定理）：如果連續(xù)變化的模擬信號最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對其采樣，則采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復出原始信號。語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個步驟：采樣——按一定間隔對語音信號進行采樣量化——對每個樣本舍入到量化級別上編碼——對每個舍入后的樣本進行編碼第十八頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)編碼后的信號稱為PCM（Pulse

Coded

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

1001001100原始信號PAM脈沖PCM

脈沖（有量化誤差）PCM輸出第二十頁，共四十六頁。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采樣時鐘PAM信號PCM信號采樣電路量化和編碼ABC

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

Multiplexing

原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每個用戶占用一個頻率通道。頻率通道之間留有防護頻帶。CH2CH

1CH

3原帶寬CH

1CH

2CH

3移頻后帶寬MUXCH

1

CH

2

CH

3帶寬復用f適用于模擬信號傳輸?shù)诙捻?，共四十六頁。?講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)時分復用Time

DivisionMultiplexing

原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個通道（時隙），每個用戶占用一個通道傳輸數(shù)據(jù)。A

2A

1

D

1A

3原始信號D2D

3數(shù)字化信號MUX復用后數(shù)據(jù)時隙1234D

2D

1

D

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

DivisionMultiplexing

原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每個用戶占用一個波長范圍來進行傳輸。F

2F

1F3光譜F

1F2F

3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖采用無源設(shè)備，更可靠棱柱/衍射光柵第二十六頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)統(tǒng)計(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：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該通道，將會造成帶寬浪費。改進：統(tǒng)計時分多路復用（STDM），用戶不固定占用某個通道，有空槽就將數(shù)據(jù)放入。帶寬浪費C2統(tǒng)計TDMA1

B1

B2第二周十七期頁，1共四十六頁。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)鏈路層實體物理實體物理實體物理實體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)鏈路層實體系統(tǒng)連接的實際環(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，共四十六頁。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確定與傳輸媒體的接口的一些特性：機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性物理層向數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務物理連接物理服務數(shù)據(jù)單元（PSDU）：串行傳輸方式、并行傳輸方式順序化故障報告服務質(zhì)量參數(shù)第二十九頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)物理層接口標準舉例EIA-RS-232CRS-232C標準接口只控制DTE與DCE之間的通信計算機調(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)能力的計算機DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）：設(shè)備，如計算機。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變換和編碼功能，并負責建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接，如MODEM第三十頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)機械特性：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,最大電纜長度為15米。功能特性：引腳信號的含義，如DTR表示DTE通電，DSR表示DCE通電規(guī)程特性：動作的順序第三十一頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)利用虛MOEM連接兩臺計算機DTEDTE1保護地2365422

RI6

DSR5

CTS4

RTS227

CR78

CDTR820

D2012

T3

R第三十二頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)第三十三頁，共四十六頁。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(需要電源)-調(diào)制解調(diào)器-中繼器-集線器被動(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，共四十六頁。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。用于UTP線纜的連接可減少噪聲，反射和機械可靠性問題第三十五頁，共四十六頁。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，常見的有12，24,

and

48口.第三十六頁，共四十六頁。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，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)轉(zhuǎn)換器應用示例FiberCat

5

UTP第三十八頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)中繼器物理信號的放大與再生“單進單出”形式第三十九頁，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)中繼器使用舉例第四十頁，共四十六頁。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對物理信號進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，共四十六頁。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，共四十六頁。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)關(guān)于物理層設(shè)備和組件的評論只關(guān)注原始比特流的傳送，即物理信號的傳輸。其不關(guān)心也不認識所傳輸信號所包含的信息。