数据通信基础ppt

1、第2章 数据通信的基础知识本章内容数据通信系统基本概念传输(chun sh)介质数据编码多路复用技术数据交换技术差错控制数据通信性能指标对讲机1共八十六页2.1数据通信系统(xtng)源系统源点：源点设备产生通信网络要传输的数据。发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。目的系统 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。传输系统可以是简单(jindn)的物理通信线路也可以是连接源系统和目的系统之间的复杂网络设备噪声信源发送器信道接收器信宿源系统目的系统2共八十六页数据通信的基本(jbn)过程

2、5个阶段包含两项内容：数据传输和通信控制 过程 与打电话比较建立物理连接 拨号，拨通对方 建立逻辑连接 互相确认身份数据传输 互相通话断开(dun ki)逻辑连接 互相确认要结束通话断开物理连接 双方挂机*注意，并不是所有的数据通信都需要全部5个阶段。3共八十六页2.2基本概念数据(shj)与信号信道通信方式传输方式同步方式4共八十六页2.2.1数据(shj)与信号数据（Data）传递（携带）信息的实体。信息（Information）数据的内容或解释(jish)。信号（Signal）数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在介质中传播5共八十六页模拟信号时间上连续，包含无穷多个(du

3、 )信号值数字信号时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号ta） 模拟信号tb） 数字信号6共八十六页周期信号信号由不断重复(chngf)的固定模式组成（如正弦波）非周期信号信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）。tTTTtTTT周期(zhuq)信号非周期信号tt7共八十六页信息(xnx)编码：将信息用二进制数表示的方法例如：ASCII编码、BCD编码等数据编码：将数据用物理量表示的方法例如：字符“A”的ASCII编码为01000001，其数据编码可能为01000001t8共八十六页信息通过数据通信系统进行传输的过程把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地信息

4、和数据（二进制位）不能直接在信道上传输编码：数据适合传输的数字信号便于(biny)同步、识别、纠错调制：数字信号适合传输的形式按频率、幅度、相位解调：接收波形数字信号解码：数字信号原始数据信息数据信号在信道上传输信号数据信息数据编码调制解调数据解码01000001“A”01000001“A”信道信息编码信息解码9共八十六页不同类型的信号在不同类型的信道上传输(chun sh)有4种情况：数据：模拟数据 数字数据信号：模拟信号 数字信号 信道：模拟信道 数字信道10共八十六页模拟传输和数字传输所使用(shyng)的技术语音移频,调制模拟数字模拟模拟PCM编码数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号

5、数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制11共八十六页编码与调制的区别(qbi)编码：用数字信号承载数字或模拟数据调制：用模拟信号承载数字或模拟数据EncoderDecoder数字或模拟(mn)数据数字信号x(t)g(t)数字或模拟数据编码与解码数字信道发送方接收方g(t)编码解码12共八十六页调制(tiozh)与解调数字或模拟数据ModulatorDemodulator数字或模拟数据模拟信号g(t)s(t)g(t)载波模拟信道发送方接收方调制解调制13共八十六页2.2.2 信道(xn do)信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）数字(shz)信道：

6、以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道CATV、无线电广播、电话拨号线路14共八十六页数字通信与模拟通信数字通信在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输模拟通信在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输数字通信的优点抗噪声（干扰）能力强可以控制差错，提高了传输质量便于用计算机进行处理易于加密、保密性强可以传输语音、数据(shj)、影像，通用、灵活计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网。15共八十六页2.2.3 通信(tng xn)方式单工数据

7、单向传输（例：无线电广播）半双工数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输（例：对讲机）全双工数据可以双向同时传输（例：电话）需要具有两条物理上独立的传输线路；或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于不同方向(fngxing)的信号传输。16共八十六页发送器接收器发送器/接收器发送器/接收器发送器/接收器发送器/接收器单工方式(fngsh)：半双工方式(fngsh)：全双工方式：A站B站可同时不可同时17共八十六页基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。例如：以太网（局域网）频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：通过(tnggu)电话网

8、络传输数据宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ到几百MHZ的模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：闭路电视的信号传输2.2.4 传输方式18共八十六页同步的因素：同步脉冲频率数据从什么时候开始(kish)，什么时候结束位边界数据块边界数据通信中需要在三个层次上实现同步：位位同步字符字符同步帧(Frame)帧同步2.2.5 同步(tngb)方式19共八十六页同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元从何时开始 同步脉冲也可位于码元的中部 一个(y )码元也可有多个同步脉冲相对应t码元1码元2码元3码元4码元5信号(xnho)同步脉冲t20共八十六页目的：使接收端与发送端在时间基准上一致外同步发送

9、端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号中包含(bohn)同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。位同步(tngb)21共八十六页目的：找到正确的字符边界常用的为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字符的传输需要：1个起始位、58个数据位、1、1.5或2个停止位采用这种同步方式的通信也称“异步通信”起止式的优缺点：频率的漂移不会积累，每个字符开始(kish)时都会重新获得同步每两个字符之间的间隔时间不固定增加了辅助位，所以传输效率低例如，采用1个起始位、 8个数据位、 2个

10、停止位时，其传输效率为8/1173起始位数据位停止位字符间隔不固定1个字符时间逻辑“0”逻辑“1”字符(z f)同步22共八十六页目的：识别一个帧的起始和结束(jish)帧（Frame）：数据链路中的传输单位包含数据和控制信息的数据块面向字符的以同步字符（SYN，16H）来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧面向比特的以特殊位序列（7EH，即01111110）来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧帧起始控制信息数据帧结束校验和0 n bit8bit8bit832m7EH7EH帧同步(tngb)23共八十六页2.3 传输(chun sh)介质磁介质高带宽、低费用(fi yong)、高延

11、时（小时） 在通信中很少使用 例：7GB/8mm磁带，1000盘/505050cm3，24h可送到任何地方。 总容量=710008Gb，总时间=246060s=86400s 传送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s 若让刘翔来传送1盘10GB的磁带，在110m（12.91s）内其传输速率是多少？金属导体双绞线、 同轴电缆(粗、细)光纤无线介质无线电、微波、卫星、红外线24共八十六页同轴电缆（Coaxial Cable，CC）计算机网络中使用(shyng)基带同轴电缆阻抗50，有粗同轴和细同轴两种应用：总线局域网（以太网）性能：10Mb/s，500m/185m铜芯绝缘层外导体屏蔽层

12、保护套25共八十六页双绞线（Twist Pair，TP）螺旋绞合的双导线每根4对、25对、1800对典型连接距离100m（LAN）RJ45插座(chzu)、插头优缺点： 成本低 组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率） 抗干扰性一般 连接距离短应用领域：电话(dinhu)网络、计算机局域网内导体芯线绝缘内屏蔽外屏蔽外套26共八十六页屏蔽(pngb)双绞线(STP) 非屏蔽(pngb)双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少(jinsho)干扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛常用的双绞线：3类（16Mb/s） 和5类（155Mb/s）两种27共八十六页双绞线的连接

13、标准色彩标记和连接方法(fngf)：交叉线：交换机交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口)直连线：PC/路由器交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口)线对色彩码1白蓝，蓝2白橙，橙3白绿，绿4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉(jioch)线EIA-568B直连线EIA-568A28共八十六页光纤（Optical Fiber，OF）依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播优缺点：传输带宽高：仅受光电转换器件(qjin)的限制（100Gb/s）传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好、误码率低、保密性好轻便价格较高需要光电转换纤芯材料：塑料二氧化

14、硅 （高纯玻璃）29共八十六页光纤传输(chun sh)原理光的反射光从折射率高的介质入射到折射率低的介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角临界值时产生全反射，不会泄漏。纤芯折射率高，玻璃包层折射率低亮度调制：有光脉冲-1，无光脉冲-0光传输系统：光源、介质、光检测光源：850nm/1300nm/1500nm，发光二极管/激光二极管光检测器：光电二极管PIN/雪崩二极管APD单向传输，双向需两根光纤应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接30共八十六页多模光纤(MMF)单模光纤(SMF)：光纤的直径接近一个(y )光波波长多束光线以不同的反射角传播激光器包层，折射率低纤芯，

15、折射率高亮度调制光检波器激光器光检波器单束光线沿直线传播31共八十六页典型(dinxng)的光缆单芯光缆(un ln)多芯光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳常见规格：纤芯50um缓变型-MMF 62.5um缓变型/增强型-MMF 8.3um突变型-SMF 包层125um32共八十六页高密度多芯光缆(un ln)剖面结构芯封套(fngto)外套加强芯光纤外鞘加强芯光纤束33共八十六页无线介质（信号在大气或外层空间自由(zyu)传播）使用电磁波或光波携带信息优缺点：无需物理连接适用于长距离或不便布线的场合易受干扰反射，为障碍物所阻隔主要类型：无线电、地面微波通信卫星红外线34

16、共八十六页微波通信通过地面站之间接力传送接力站之间距离(jl)：50 100 km速率：每信道 45 Mb/s地球(dqi)地面站之间的直视线路 微波传送塔35共八十六页地球同步卫星与地面站相对(xingdu)固定位置使用三颗卫星即可覆盖全球传输延迟时间长（270ms）广播式传输应用领域：电视传输长途电话专用网络广域网35,784km地球(dqi)36共八十六页激光传输将激光束调制成光(chn un)脉冲传输数据 特点：激光的频率更高，可获得更高的带宽激光束的方向性好，不受电磁干扰的影响，不怕偷听 受天气影响只能在短距离通信中使用 37共八十六页红无线通信红外传输系统利用墙壁或屋顶反射红外线从

17、而形成整个房间内的广播通信系统 特点：红外通信的设备相对便宜，可获得(hud)较高的带宽传输距离有限，而且易受室内空气状态（例如有烟雾等）的影响 38共八十六页短波(dunb)通信基站与终端之间通信采用无线链路应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）BS基站覆盖(fgi)的无线电区域BS基站 用户计算机和终端39共八十六页常用(chn yn)传输介质的比较传输介质传输方式速率/工作频带传输距离性能价格应用双绞线宽带基带1Gb/s模拟: 10km数字: 500m较好低模拟/数字信号传输50同轴电缆基带10Mb/s3km较好较低基带数字信号75同轴电缆宽带450MHz100km较好较低模拟电视、

18、数据及音频光纤基带40Gb/s20km以上很好较高远距离高速数据传输微波宽带46GHz几百km好中等远程通信卫星宽带110GHz18000km很好高远程通信40共八十六页2.4数据编码数字数据的数字信号编码使数字数据能在数字信道上传输(chun sh)数字数据的调制编码使数字数据能在模拟信道上传输模拟信号的数字编码使模拟数据能在数字信道上传输41共八十六页1. 数字(shz)数据的数字(shz)信号编码不归零码（Non-Return to Zero， NRZ ）二进制数字0、1分别用两种电平来表示；常用5V表示1，5V表示0；缺点：存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；不具备自同步机制(jz

19、h)，传输时必须使用外同步。曼彻斯特编码（Manchester Coding）用电压的变化表示0和1。规定在每个码元的中间发生跳变高低的跳变代表0，低高的跳变代表1每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种编码也称为自同步码（Self-Synchronizing Code）。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Coding，DMC）每个码元的中间仍要发生跳变。用码元开始处有无跳变来表示0和1 ，有跳变代表0，无跳变代表1。42共八十六页三种(sn zhn)数字编码的波形图01001100011 时钟NRZManchester差分Manchester43共八十六页2. 数字(shz)数据的调制三种常用的调制技术：幅移键控ASK （Amplitude Shift Keying）频移键控FSK （Frequency Shift Keying）相移键控PSK （Phase Shift Keying）原理(yunl)：用数字信号