[互联网]数据通信原理.ppt

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1、2023年4月30日星期日,1,计算机网络技术与应用,2023年4月30日星期日,2,第2章 数据通信原理,数据通信是利用信号传输技术和计算机技术，依照通信协议，在两个终端之间传递数据的一种通信方式和通信业务。,2023年4月30日星期日,3,第2章 数据通信原理,数据通信系统指由数据传输电路将分布在不同地区的数据终端设备(包括计算机系统)和相关通信设备连接起来，组成一个具有数据传输、数据交换、数据处理和数据存储功能的计算机系统。,2023年4月30日星期日,4,第2章 数据通信原理,在数据通信系统中，用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备，简称为终端。数据终端设备泛指各种类型的计算机系统或

2、数据终端(如接收数据的打印机等)，是数据输入/输出的工具。,2023年4月30日星期日,5,第2章 数据通信原理,用于连接数据终端设备与传输信道的设备称为数据电路终接设备，该设备是用户设备接入数据传输电路的连接点。数据电路终接设备的功能是完成数据信号的变换。,2023年4月30日星期日,6,第2章 数据通信原理,1 数据通信的基本概念一、数据和信号1.数据的概念数据(data)是实体特征(包括性质、形状、数量等)的符号说明，泛指那些能被计算机接受、识别、表示、处理、存储、传输和显示的符号。,2023年4月30日星期日,7,第2章 数据通信原理,模拟数据在给定的定义域内表示为时间的连续函数值，例

3、如声音和视频数据。数字数据指时间离散、幅度量化的数值，可以用二进制代码0或1的比特序列表示。,2023年4月30日星期日,8,第2章 数据通信原理,2.信号的概念 信号(signal)指传输数据的物理量，如电压、电流、磁通、光波等物理量称为信号。任一次通信，产生和发送信号的一端叫信源，接收信号的一端叫信宿。,2023年4月30日星期日,9,第2章 数据通信原理,信号分为模拟信号与数字信号。,信号电平连续变化,信号电平是不连续变化,2023年4月30日星期日,10,第2章 数据通信原理,3.数据与信号的关系 模拟数据通过高频载波信号调制到一个指定频率范围，形成模拟信号进行传输。模拟数据通过采样、

4、量化和编码三个步骤转化为数字信号，数字信号传输到目标节点后，使用解码器解码，转化为模拟信号，通过驱动设备转换为模拟数据。,2023年4月30日星期日,11,第2章 数据通信原理,数字数据通过编码转化为数字信号，经发送器发送数字信号。常用的数字信号编码有不归零编码、曼切斯特编码和差分曼切斯特编码等。数字信号通过解码器转换成计算机使用的数字数据。,2023年4月30日星期日,12,第2章 数据通信原理,数字数据使用调制器转化为模拟信号，相应的数据编码方式称为 模拟数据编码。调制方式有幅度调制、频率调制和相位调制。模拟信号传输到目标节点后，用解调器解调还原成数字数据。,2023年4月30日星期日,1

5、3,第2章 数据通信原理,4.码元 码元(code cell)是网络中传输二进制数字的每一位的通称，是传输信号的最小单元，又称为bit位，7位码元构成一个码字。用同步脉冲识别码元的开始和结束，完成码元的同步定时。,2023年4月30日星期日,14,第2章 数据通信原理,二、信道及其主要特性信道指从信源到信宿传输信号的通道，其传输介质是信道的载体。,2023年4月30日星期日,15,第2章 数据通信原理,根据传输介质的不同信道可以分为 有线信道：明线、双绞线、同轴电缆及光缆等信道。无线信道：长波、中波、短波、超短波、微波以及人造卫星信道或各种散射等信道。,2023年4月30日星期日,16,第2章

6、 数据通信原理,根据传输信号的类型不同信道可以分为 数字信道：指传输数字信号的信道，以数字脉冲形式传输数据，相应的通信系统称为数字通信系统。模拟信道：指传输模拟信号的信道，以随时间连续变化的模拟信号形式传输数据，相应的通信系统称为模拟通信系统。,2023年4月30日星期日,17,第2章 数据通信原理,用模拟信道传输数字数据,2023年4月30日星期日,18,第2章 数据通信原理,噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪声往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表

7、现而抽象加入到信道。,2023年4月30日星期日,19,第2章 数据通信原理,三、数据通信方式数据通信方式是由并行传输与串行传输、单工与双工通信、同步与异步通信技术三个层面构成。（1）并行传输与串行传输,2023年4月30日星期日,20,第2章 数据通信原理,并行传输：多个数据位（对一个编码字符）同时在通信设备间的多条通道上传输，并且每个bit都占用一条专用的传输通道；用于短距离设备间的通阠/设备内部通信方式，相对速率较快如：Computer，Printer,2023年4月30日星期日,21,第2章 数据通信原理,并行传输每次可同时传送一个字节或一个字适于距离小于30米的通信系统长距离通信不采

8、用,2023年4月30日星期日,22,第2章 数据通信原理,串行传输：编码字符的各个数据位一位一位顺序的在通信设备之间的一条通道上传输；适合远距离设备间的通讯，但传输速率较慢。如：Computer与mouse和keyboard,2023年4月30日星期日,23,第2章 数据通信原理,串行传输数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输计算机串行通信的发送顺序先发送通信代码的最低位再发送代码的高位最后发送校验位。,2023年4月30日星期日,24,第2章 数据通信原理,（2）单工、半双工与全双工通信 根据数据在通信线路上的传输方向及其与时间的关系，串行数据通信可分为三种方式：单工、半双工与全双工通信

9、,2023年4月30日星期日,25,第2章 数据通信原理,单工通信只允许数据向一个方向传输如：广播电台、电视的信号传输,2023年4月30日星期日,26,第2章 数据通信原理,半双工通信具有双向传输信号的能力，但同一时间里，双方不能同时发送信号，只能轮流发送如：对讲机。,2023年4月30日星期日,27,第2章 数据通信原理,全双工传输：克服半双工通讯发送方式和接收方式之间切换所花费的时间提高传输速率，为此在此基础上增加一条传输通道，允许数据同时在两个方向上传输，称为全双工。电话系统、计算机网络等大多数通信系统都是全双工方式。,2023年4月30日星期日,28,第2章 数据通信原理,（3）同步

10、技术在串行传输过程中，数据是一位一位依次传输的，而每位数据的发送和接受均需要时钟脉冲的控制，发送端通过发送时钟确定数据位的起始和结束。,2023年4月30日星期日,29,第2章 数据通信原理,而接收端为了能正确识别数据，则需要以适当的时间间隔在适当的时刻对数据流进行采样。也就是说，接收端与发送端必须保持步调一致，否则将会出现漂移现象，最终使数据传输出现差错。,2023年4月30日星期日,30,第2章 数据通信原理,如何使两个独立的时钟保持同步？为使接收端能准确接收所传输信息，接收端必须做到：位(比特)同步，即同步每一位的时间宽度，即传输的比特率；（位同步）字符同步，即每一个字符或字节的起始和结

11、束；(字符同步）块(帧)同步，即每一个完整的数据块(帧)的起始和结束。（帧同步）,2023年4月30日星期日,31,第2章 数据通信原理,目前经常采用两种方法解决这一问题：异步传输和同步传输。异步传输：字符是数据传输单位。字符既可以一个一个连续发送，也可以随即地进行单独发送，因此接收端无法通过计时方式对字符传输的起始时刻加以预测。,2023年4月30日星期日,32,第2章 数据通信原理,可是在这种方式下一个字符的传输一旦开始，那么组成这个字符的各个数据位将被连续发送，并且每个数据位所持续的时间是相等的。接收端可以根据这个特点与发送端保持同步，以便正确恢复数据。,2023年4月30日星期日,33

12、,第2章 数据通信原理,在实现异步串行通信的过程中，当没有字符被发送时，传输线路保持空 闲状态，某信号电平与二进制1对应的电平相同。而在发送字符时，为了通知接收端新字符的到来，在字符的前面将附加一个起始位，,2023年4月30日星期日,34,第2章 数据通信原理,长度为1位，其信号电平与二进制0对应的电平相同。接收端通过检测信号电平发生的跳转来判断新字符的到达，从而与发送端取得同步。,2023年4月30日星期日,35,第2章 数据通信原理,同样，为了通知接收端目前一个字符已传输结束，在字符代码的最后将附加一个停止位，长度可以是1、1.5、2位，其信号电平与二进制1对应的电平相同。如图为异步通信

13、的数据格式。,2023年4月30日星期日,36,第2章 数据通信原理,起始位 字符代码 校验位 停止位 1 58 1 1,1.5,2,2023年4月30日星期日,37,第2章 数据通信原理,字符代码长度取决于所采用编码方案，如ASCII编码中每个字符是7位，EBCDIC（广义二进制编码的十进制交换码，读作“ehb-suh-dik”）编码中每个字符的代码长度8位，有时为了提高传输可靠性，也可以在字符代码和停止位间设置一个校验位。,2023年4月30日星期日,38,第2章 数据通信原理,在异步传输中，接收端通过检测起始位和停止位来接收新近到达的字符，这就要求收发双方每传输一个字符就重新校验一次同步

14、关系。这种方式不易造成时钟误差的积累，对时钟精度要求不高，,2023年4月30日星期日,39,第2章 数据通信原理,且不需要传输专门的时钟控制信息，实现简单。但由于异步方式每传输一个字符就要添加起始位和停止位，并且字符与字符之间有不定长度的时间间隔，所以效率低。,2023年4月30日星期日,40,第2章 数据通信原理,应用：低速传输系统，因为其传输效率较低，如传输一个ASC码，数据代码7位，1位起止位，2位停止位，1位校验位，其效率7/(7+1+1+2)64且字符之间还可能有空隙,2023年4月30日星期日,41,第2章 数据通信原理,同步传输：数据被封装成更大的传输单位帧每个帧中含有多个字符

15、代码，而且字符代码与字符代码之间没有间隙以及起始位和停止位。然而数据传输单位的加长容易积累时钟误差，最终引起时钟漂移。,2023年4月30日星期日,42,第2章 数据通信原理,为了保证接收端能正确区分数据流中的每个数据位，收发双方必须通过某种方法建立起同步的时钟。常用的方法有两种：,2023年4月30日星期日,43,第2章 数据通信原理,一种方法是采用专线携带时钟振荡信号；另一种是对数据信号编码，在编码中把时钟信号考虑进去，将数据和时钟信号一起进行传输，如局域网所用的曼彻斯特码就带有时钟信号。,2023年4月30日星期日,44,第2章 数据通信原理,此外，在进行同步传输过程中，收发双方还需要在

16、数据帧这个级别上实现同步。就需在每个帧的开始和结束部位都应有相应的标志序列，接收端通过检测这些标志来与发送端取得同步，由于具体方案不同，这些标志序列可以是一些特殊字符，也可以是一些比特组合。,2023年4月30日星期日,45,第2章 数据通信原理,有面向字符型和面向比特型两种方案：帧被视为一个字符序列，即使其中包含控制信息也常用字符形式，每个数据帧以一个或多个同步字符作为开始标志，在ASCII码中字符SYN（0010110）专门作为同步字符，接收端通过检测同步字符来确定数据帧传输的开始。数据帧中位于同步字符后面的字符则和帧结尾处的控制字符则与具体传输控制规程有关。,2023年4月30日星期日,

17、46,第2章 数据通信原理,帧被视为一个比特序列。每个数据帧以比特组合01111110为标志序列，它即可以位于数据帧的首部作为开始标志，又可以位于数据帧的尾部作为结束标志。数据帧中还含有少量控制信息，帧中数据字段的长度往往不是固定的。,2023年4月30日星期日,47,第2章 数据通信原理,为了避 免在数据中出现同样 的比特组合，发送端在发送数据时一旦发现数据中连续出现5个比特1，就在其后加一个不同0，接收端检测到5个1时便检查下一个比特，若是0则将其删除。,2023年4月30日星期日,48,第2章 数据通信原理,同步传输每次传送的是一个完整的数据帧，发送端无需在字符间加入附加位和间隙，因而同

18、步传输的效率比异步传输的效率高。但由于收发双方需建立准确的同步关系，所以实现起来比较复杂。应用：高速传输系统中，其传输效率较高。,2023年4月30日星期日,49,第2章 数据通信原理,四、数据通信的主要技术指标1.传输速率就是指在单位时间内传输的信息量，即信息速率；它是评价通信系统好坏优劣的重要标准；在数据传输经常用到的指标有调制速率，数据信号速率和数据传输速率。,2023年4月30日星期日,50,第2章 数据通信原理,2.码元传输速率:又称波特率、传码率、符号速率或调制速率，记作RB。指单位时间所传送的码元(即脉冲)数目，或者表示信号调制过程中单位时间内调制信号波形的变换次数。单位为波特(

19、Baud或Bd)。调制速率可表示为：RB1/T；（2.1）T为码元或调制信号周期,2023年4月30日星期日,51,第2章 数据通信原理,例2.1：如图所示的调频波，其中一个“0”或“1”状态的最短时间长度为41710-6秒，试求调制速率。解：根据以上公式,2023年4月30日星期日,52,第2章 数据通信原理,3.数据信号速率：单位时间内通过信道的信息量，简称比特率，记作Rb,单位为bit/s（bps）Rb为波特率，M为调制信号波的状态数(叫M进制数字传输)，T为单位调制信号波的时间长度。,串行方式：（一路）,并行方式：（多路）,2023年4月30日星期日,53,第2章 数据通信原理,在串行

20、传输方式下波特率与比特率之间的关系取决于调制信号波的状态数。如果只使用两种状态进行调制，那么两种速率在数值上是相等的。,2023年4月30日星期日,54,第2章 数据通信原理,例2.2：若采用串行传输方式，且一个单位调制信号波的时间长度为41710-6秒，那么在使用2状态调制时，数据信号速率为多少？若使用4状态调制，则数据信号速率又为多少？,2023年4月30日星期日,55,第2章 数据通信原理,解：当M=2时 RB=1/T2400（波特）根据公式（2.2）可得 Rb=RBlog2M=2400log22=24001=2400（bit/s）当M=4时 RB=1/T2400（波特）Rb=RBlog

21、2M=2400log24=24002=4800（bit/s）,2023年4月30日星期日,56,第2章 数据通信原理,4.数据传输速率：单位时间内传输的数据量，数据量的单位为：比特、字符等，时间的单位可以是s，m，h等。如果数据量单位bit，时间单位s，则数据传输率即为数据信号速率如果数据量单位字符，时间单位min，则需作个转换。,2023年4月30日星期日,57,第2章 数据通信原理,5.带宽(Bandwidth)：通常指信号所占据的频带宽度，在被用来描述信道带宽时则指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度。模拟通信中的信号带宽:数字通信中的信号带宽:介质带宽与有效带宽:,2023年4月30

22、日星期日,58,第2章 数据通信原理,模拟通信中的信号带宽指的是信号频率的范围，它的大小等于最高频率与最低频率之差，单位为“赫兹（Hz）”。例如电话信号的频率范围为3003400Hz，因此它的信号带宽为3100Hz。通常所占的带宽越大，越能传输高质量的信号。,2023年4月30日星期日,59,第2章 数据通信原理,数字通信中也使用了带宽的概念，通常用来代表数字传输中的线路传输速率，也称为线路带宽。线路带宽也就是传输介质每秒所能传输的数据量，用来描述在一个给定的时间内有多少信息从一个地方传输到另一个地方。例如，ISDN的B信道带宽为64Kbits。为了区别模拟通信的信号带宽，有时也将线路带宽称为

23、数字带宽。,2023年4月30日星期日,60,第2章 数据通信原理,正是因为 带宽代表数字信号 的发送速率，因此带宽有时也称为吞吐量（Throughput）。在实际应用中，吞吐量又称为通过量，指的是每单位时间内在一个方向上穿越一个连接段（或虚连接段），成功地传送的数据比特数。,2023年4月30日星期日,61,第2章 数据通信原理,介质带宽与有效带宽:传输介质只能传输某些频率范围内的信号，即具有特定带宽的某种传输介质只能传输在介质带宽内的信号。对于数字信号来说，其频谱（带宽）包括不同振幅的无数个频率。,2023年4月30日星期日,62,第2章 数据通信原理,如果在传输时只传输具有重要振幅的分量

24、，仍然可用合理的精度在接收端恢复数字信号，把无限频谱的这一部分频谱称为有效频谱（带宽）。若信号的有效带宽大于介质的最大带宽时，传输的信号将产生失真。,2023年4月30日星期日,63,第2章 数据通信原理,2023年4月30日星期日,64,第2章 数据通信原理,2023年4月30日星期日,65,第2章 数据通信原理,各种常见介质的最大带宽和最大传输距离,2023年4月30日星期日,66,第2章 数据通信原理,在任何传输系统中，接收端得到的信号不可能与发送端传送的信号完全一致，在信号传输过程中肯定会出现传输损耗。这些损耗会随机地引起模拟信号的改变，或使数字信号出现差错。它们也是影响数据传输速率和

25、传输距离的重要因素。,2023年4月30日星期日,67,第2章 数据通信原理,6.衰损：信号在传输介质中传输时将会有部分能量转化为热能或者被传输介质吸收，从而造成信号强度不断减弱。这种现象称为衰损，,2023年4月30日星期日,68,第2章 数据通信原理,衰损用分贝（dB）来描述，它是衡量两个功率电平之间差别的度量。,2023年4月30日星期日,69,第2章 数据通信原理,使用分贝来计算整个系统的衰损或增益。,2023年4月30日星期日,70,第2章 数据通信原理,例：假设在传输系统上传输的信号具有12mW的功率，而在一定距离远的某处测得功率为7mW，试求出这段线路上信号的衰损。解：根据公式（

26、2.4）可得D=10 lg(p1/p2)=10 lg(7/12)=-2.34（dB）可见，这段线路上的衰损为2.34dB。注意：分贝是一种衡量相对差别的度量，也就是说从1200mW到700mW的衰损也是2.34dB。,2023年4月30日星期日,71,第2章 数据通信原理,7.失真：信号不同频率的分量在传输过程中受到不同程度的衰减和延迟的影响，最终使到达接收端的信号与发送端送出的初始信号在波形上有所差异，把这种传输过程中信号波形的变化称为失真。如图中的虚线表示初始 信号的波形，实线则是 失真后的信号波形,2023年4月30日星期日,72,第2章 数据通信原理,8.噪声：传输过程中插入到数据信号

27、中不希望有的信号，根据产生原因不同分为四类：热噪声，交调噪声串音脉冲噪声,2023年4月30日星期日,73,第2章 数据通信原理,热噪声：由带电粒子在导电媒介中进行的分子热运动造成的（绝对存在的）无法被消除的。它为通信系统性能设置了上限。噪声功率密度可作为热噪声值的度量,N0=KT N0：W/HZ；K：波尔兹曼常数 1.3810-23J/K；T：绝对温度 K（开）,2023年4月30日星期日,74,第2章 数据通信原理,说明：热噪声是一种高斯白噪声。高斯噪声：n维分布都服从高斯分布。白噪声：功率谱密度在这个频率范围内分布均匀的噪声。服从高斯分布的同时功率谱密度又是均匀分布的噪声称高斯白噪声。,

28、2023年4月30日星期日,75,第2章 数据通信原理,交调噪声：多个不同频率的信号共享一个传输媒介时可能产生的噪声，通常是通信系统中存在非线性因素造成的。（非线性因素元件故障引起的）通常情况：发送端和接收端是以线性系统模式工作的，即输出为输入的常数倍,2023年4月30日星期日,76,第2章 数据通信原理,干扰信号频率可能是：f1f2；f1f2；2f1 2f2；2f1f2；mf1+mf2 可以通过人为方法对非线性因素校正。串音：又称串扰，它是由一个信道中的信号对另一个信道中的信号产生的干扰。特别常见于双绞线之间。,2023年4月30日星期日,77,第2章 数据通信原理,脉冲噪声：是一种由突发

29、的振幅很大持续时间很短，耦合到信号通路中的非连续尖峰脉冲引起的干扰，通常是由一些无法预知的因素造成的，如电火花，雷电；脉冲噪声对模拟数据传输不会造成明显影响但数字数据传输中脉冲噪声是产生差错的主要来源,2023年4月30日星期日,78,第2章 数据通信原理,脉冲噪声造成的干扰是不易被消除的，必须通过差错控制手段来确保数据传输的可靠性！,噪声对数字信号传输造成的影响,2023年4月30日星期日,79,第2章 数据通信原理,信噪比：信号在传输过程中不可避免地要受到噪声的影响，信噪比是用来描述在此过程中信号受噪声影响程度的量，它是衡量传输系统性能的重要指标之一。,2023年4月30日星期日,80,第

30、2章 数据通信原理,信噪比通常是指某一点上的信号功率与噪声功率之比，可用下面的公式表示信噪比:其中，/是信噪比，Ps是信号的平均功率，Pn是噪声的平均功率,2023年4月30日星期日,81,第2章 数据通信原理,有时为了使用方便也会采用分贝（dB）来表示信噪比，公式如下,2023年4月30日星期日,82,第2章 数据通信原理,给出了一种计算传输速率上限的方法。香农定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率为式中C是极限传输速率，其单位是bit/s；B是信道带宽，其单位是Hz；S/N是信噪比，其中S为信号功率，N为噪声功率。,2023年4月30日星期日,83,第2章 数据通信原理,

31、2 传输介质及主要特性,2023年4月30日星期日,84,第2章 数据通信原理,一、有线传输介质及特性双绞线,2023年4月30日星期日,85,第2章 数据通信原理,双绞线的主要特性如下：(1)物理特性：双绞线芯一般是铜质的材料制成的，具有良好的导电性能。(2)传输特性：双绞线可以传输模拟信号和数字信号，最常用于声音的模拟传输。(3)连通性：双绞线普遍用于点对点的连接，也可以用于点对多点的连接,2023年4月30日星期日,86,第2章 数据通信原理,(4)地理范围：局域网的双绞线在100 Kbps速率下传输距离可达1 km，在10 Mbps或100 Mbps传输速率下传输距离均不超过100 m

32、。(5)抗干扰性：在较低频率传输时，双绞线的抗干扰性相当于或高于同轴电缆，随着频率的增加，双绞线抗干扰能力逐步降低。(6)价格：双绞线的价格低于其他传输介质。,2023年4月30日星期日,87,第2章 数据通信原理,同轴电缆,2023年4月30日星期日,88,第2章 数据通信原理,10base2 细同轴电缆,10base5 粗同轴电缆,2023年4月30日星期日,89,第2章 数据通信原理,2023年4月30日星期日,90,第2章 数据通信原理,同轴电缆的主要特性如下：(1)物理特性：同轴电缆可以在较宽的频率范围内工作。(2)传输特性：基带同轴电缆仅用于数字传输，数据传输速率最高可达10 Mb

33、ps。宽带同轴电缆既可传输模拟信号又可传输数字信号。(3)连通性：同轴电缆既可用于点对点的连接，也可以用于多点的连接。,2023年4月30日星期日,91,第2章 数据通信原理,(4)地理范围：基带同轴电缆的最大传输距离限制在几千米，而宽带同轴电缆的最大传输距离可达几十千米。(5)抗干扰性：同轴电缆的抗干扰能力比双绞线强。(6)价格：同轴电缆的价格比双绞线高，但比光纤低,2023年4月30日星期日,92,第2章 数据通信原理,光纤 光纤的全名叫做光导纤维，是用特殊的工艺将石英晶体拉成的细丝，称为纤芯。纤芯外加上包层，纤芯的折射率高于包层的折射率，光线在纤芯和包层的分界面上几乎是全反射，光线遇到包

34、层就会折射回纤芯，形成光波沿着纤芯传输。,2023年4月30日星期日,93,第2章 数据通信原理,2023年4月30日星期日,94,第2章 数据通信原理,光纤分为单模光纤和多模光纤两大类。光纤传输具有通信容量大、传输损耗小、中继距离长、抗雷击、抗电磁干扰、无串音干扰，保密性好等优点。,2023年4月30日星期日,95,第2章 数据通信原理,光纤的主要特性如下：(1)物理特性：在计算机网络中一般采用两根光纤组成传输系统。(2)传输特性：光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号，数据传输速率高，最低速率是100Mbps，一般可达1Gbps。(3)连通性：光纤普遍用于点对点的连接。,2023年

35、4月30日星期日,96,第2章 数据通信原理,(4)地理范围：光纤信号衰减极小，使用光纤传输，可以在68km的距离内不使用中继器实现高速率的数据传输。(5)抗干扰性：光信号不受外界电磁干扰和噪声的影响，因此光纤可以在长距离内传输数据，并且安全性和保密性高。(6)价格：光纤的价格比双绞线和同轴电缆高。,2023年4月30日星期日,97,第2章 数据通信原理,光纤实物图裸光纤,2023年4月30日星期日,98,第2章 数据通信原理,常见光纤接头,FCPC型光尾纤接头外形图,SCPC型光尾纤接头外形图,ST-PC型光尾纤接头外形图,FC/PCSC/PC型光尾纤外形图,2023年4月30日星期日,99

36、,第2章 数据通信原理,常见光接口连接器,SC/PC型光连接器,ST型光连接器,FC/PC型光连接器,BNC型光连接器,MTRJ型光连接器,2023年4月30日星期日,100,第2章 数据通信原理,光纤接头和光纤融接器,2023年4月30日星期日,101,第2章 数据通信原理,二、无线传输介质无线电波 无线电波适合于数据通信的主要方式是微波，微波的频率范围在300MHz-300GHz，主要使用2G-40GHz的频率范围。,2023年4月30日星期日,102,第2章 数据通信原理,微波在空间以直线传播，并且 穿透性强，能穿透电离层直接进入宇宙空间。无线电波是全向性的传播，使用较低频率传输信号，不

37、同的无线电通信使用的频段不同。,2023年4月30日星期日,103,第2章 数据通信原理,红外线通信 红外线数据技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。数据传输所受到的干扰较少，数据传输率可达16Mbps。,2023年4月30日星期日,104,第2章 数据通信原理,适用于近距离、高速率传输数据的移动通信设备，扫描仪，数码相机和图形处理设备相互传送数据。红外线通信的方向性很强，且是沿直线传播的，但必须把要传输的信号转换为红外光信号才能直接在空间传播。,2023年4月30日星期日,105,第2章 数据通信原理,3 数据编码技术与多路复用技术一、数据编码技术在进

38、行数据通信是，数据的原始存在形式需要变换成某一种适合于信道传输的信号形式，这一过程称为数据编码。依据数据通信类型，网络中常用的信道,2023年4月30日星期日,106,第2章 数据通信原理,分两类：数字通信信道和模拟通信信道。用于数据通信的数据编码方式也分为两类：数字数据编码和模拟数据编码。,2023年4月30日星期日,107,第2章 数据通信原理,在数字信道上传送数字数据需要数字信号编码，在模拟信道上传送数字数据需要调制编码。在数字信道上传送模拟数据需要采样编码，在模拟信道上传送模拟数据可以不编码。,2023年4月30日星期日,108,第2章 数据通信原理,数据编码方法：,2023年4月30

39、日星期日,109,第2章 数据通信原理,两个概念：编码：将数字消息和模拟消息转换成通信硬件能够接受和易于传输的信号，称这一过程为编码。根据编码功能的不同，可分为,2023年4月30日星期日,110,第2章 数据通信原理,第一次编码，把各种信息用二进制表示。第二次编码，把二进制数转换成脉冲信号。第三次编码，差错控制编码。第四次编码，基带信号变成频带信号。,2023年4月30日星期日,111,第2章 数据通信原理,码型：表示二进制数中0和1的信号形式被称为码形。通信用直流信号表示二进制数中的0和1。,2023年4月30日星期日,112,第2章 数据通信原理,1.数字数据的数字信号编码,Digita

40、l to Digital Encoding,2023年4月30日星期日,113,第2章 数据通信原理,2023年4月30日星期日,114,第2章 数据通信原理,2023年4月30日星期日,115,第2章 数据通信原理,1.不归零码用电平1来表示二元信息中的“1”,用电平0来表示二元信息中的”0”，电平在整个码元的时间里不变，记作：NRZ码。,2023年4月30日星期日,116,第2章 数据通信原理,为保证收发双方的同步，必须在发送NRZ的同时，用另一个信道同时发送同步时钟脉冲。另外，脉冲序列中含有直流分量，因此传输中不能采用变压器来隔离通信设备和通信线路，以保护通信设备安全。,2023年4月3

41、0日星期日,117,第2章 数据通信原理,下图是用单极性非归零码表示二元信息序列100110000101,2023年4月30日星期日,118,第2章 数据通信原理,2.曼彻斯特编码（数字双向码）曼彻斯特编码的编码规则是：每个比特的中间有一次电平跳变，从低电平到高电平的跳变表示二进制“0”，从高电平到低电平的跳变表示二进制“1”。曼彻斯特编码信号又称为“自含时钟编码”信号。,2023年4月30日星期日,119,第2章 数据通信原理,2023年4月30日星期日,120,第2章 数据通信原理,数字双相码的好处是含有丰富的定时信息，每一个码元都有跳变沿，遇到连续的0或1时不会出现长时间维持同一电平的现

42、象。另外，虽然数字双向码有直流但对每一个码元其直流分量是固定的0.5，只要叠加-0.5就转换为没有直流了，实际上是没有直流的，方便传输。,2023年4月30日星期日,121,第2章 数据通信原理,下图是用数字双相码表示二元信息序列100110000101,2023年4月30日星期日,122,第2章 数据通信原理,3.差分曼彻斯特编码（条件双向码）前面介绍的几种码都是只与当前的二元信息0或1有关，而条件双相码（差分曼彻斯特码）不仅与当前的信息元有关，并且与前一个信息元也有关，确切地说应该是同前一个码元的电平有关。,2023年4月30日星期日,123,第2章 数据通信原理,差分曼彻斯特编码的编码规

43、则是：也使用中央时刻的电平跳变来表示信息，与数字双向码不同在于对信息1，则前半时间的电平与前一个码元的后半时刻电平相同，在中央处再跳变，对信息0，则前半时间的电平与前一个码元的后半时刻电平相反（即遇0到1，遇1取0）。,2023年4月30日星期日,124,第2章 数据通信原理,条件双向码的好处是当遇到传输中电平极性反转情况时，前面介绍的几种码都会出现译码错误，而条件双相码却不会受极性反转的影响。,2023年4月30日星期日,125,第2章 数据通信原理,差分曼彻斯特编码的好处是当遇到传输中电平极性反转情况时，前面介绍的几种码都会出现译码错误，而差分曼彻斯特编码却不会受极性反转的影响。,2023

44、年4月30日星期日,126,第2章 数据通信原理,下图是用条件双相码表示二元信息序列100110000101,2023年4月30日星期日,127,第2章 数据通信原理,2.数字数据的模拟信号编码模拟信道上传送数字数据需要调制编码。将发送端数字数据信号转换成模拟数据信号的过程称为调制(modulation)，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)。,2023年4月30日星期日,128,第2章 数据通信原理,在调制过程中，需要一种载波信号，它是一个频率连续恒定的信号，其余弦信号可以写为Acos(t)。可以通过变化载波的三个参量（振幅、频率和相位）来进行调制

45、，实现模拟数据信号的编码。又称模拟载波传输数字数据。,2023年4月30日星期日,129,第2章 数据通信原理,常用的方法有：幅移键控ASK频移键控FSK 相移键控PSK正交调幅QAM,2023年4月30日星期日,130,第2章 数据通信原理,幅移键控ASK载波信号的不同幅值代表二进制的两个数值，通常，其中一个载波的振幅值为 0，即，用载波的存在与否来表示1或0。,2023年4月30日星期日,131,第2章 数据通信原理,ASK特点：容易受突发的噪声影响；效率较低；在话音级线路上，数据率最大1200bps；光纤传输使用ASK,2023年4月30日星期日,132,第2章 数据通信原理,频移键控（

46、FSK）两个不同频率来表示二进制数的两个值(载波频率附近)。,2023年4月30日星期日,133,第2章 数据通信原理,2023年4月30日星期日,134,第2章 数据通信原理,FSK的特点：比ASK的抗差错性稍强；在话音级线路上，典型数据率为1200bps；也用于高频无线电传播；对于使用同轴电缆的局域网，频率更高。,2023年4月30日星期日,135,第2章 数据通信原理,相移键控用载波信号的相位偏移来表示数据绝对相移键控（PSK）差分相移键控（DPSK）正交相移键控（QPSK）,2023年4月30日星期日,136,第2章 数据通信原理,绝对相移键控（PSK）用二个相位来表示两个二进制数,2

47、023年4月30日星期日,137,第2章 数据通信原理,3.模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码是指模拟数据信息用数字信号表示。脉冲编码调制PCM(pulse code modulation)是模拟数据数字化的主要方法。PCM编码过程包括采样、量化和编码三个步骤。,2023年4月30日星期日,138,第2章 数据通信原理,2023年4月30日星期日,139,第2章 数据通信原理,二、多路复用技术实际通信系统中经常要在异地之间同时传送多路信号，一般采用:近距离多路信号传输：采用多路低速传输介质分别传输多路信号 远距离多路信号传输：采用一条高速传输介质传输多路信号,多路复用技术,2023年

48、4月30日星期日,140,第2章 数据通信原理,所谓多路复用技术：采用一条高速传输介质（信道）来分时/分频率传送多路低速信号从而有效地提高传输介质的利用率。采用多路复用技术原因：数据传输率越高，传输系统的性能价格比越高；大多数通信设备要求达到的数据传输率并不很高,2023年4月30日星期日,141,第2章 数据通信原理,定义：将一些彼此无关的低速信号按照一定的方法和规则合成一路复用信号，并在一条公用（高速）信道上进行数据传输，到达接收端再进行分离的一种技术。,2023年4月30日星期日,142,第2章 数据通信原理,理论依据：信道多路复用的理论基础是信号分割原理。信号分割的依据在于信号之间的差

49、别.这种差别可以体现在频率、时间或波形等参量上。,2023年4月30日星期日,143,第2章 数据通信原理,按照频率参量的差别来分割信号的多路复用称为频分多路复用(Frequency-Division Multiplex,FDM)按照时间参量上的差别来分割信号的多路复用称为时分多路复用(TimeDivision Multiplex,TDM）,2023年4月30日星期日,144,第2章 数据通信原理,根据码型(波形)结构的不同来实现信号分割的多路复用称为码分多路复用或码分多址复用(Code DivisionMultiplex Address,CDMA）此外，还有两种特殊的复用方式：空分多路复用(

50、Space Divisicn Multiplex,SDM),波分多路复用(Wavelength Divisicn Multiplex,WDM),2023年4月30日星期日,145,第2章 数据通信原理,1.频分多路复用FDMFDM对传输介质带宽要求：FDM 是根据 频率参量的差别来分割信号的，当传输介质的带宽大于所要传输的所有信号的带宽总和时，就可采用FDM。,2023年4月30日星期日,146,第2章 数据通信原理,FDM对各路信号的要求：只要各路信号在频谱上不重叠，即可以在同一信道中传输，最后用滤波器将其分开，实现频分多路复用。,2023年4月30日星期日,147,第2章 数据通信原理,3