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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識,2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),2.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成及相關(guān)基本概念,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),構(gòu)成,傳輸,系統(tǒng),輸入信息,輸入數(shù)據(jù),發(fā)送,的信號,接收,的信號,輸出數(shù)據(jù),源點,終點,M,M,調(diào)制解調(diào)器,PC 機,公用電話網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字比特流,數(shù)字比特流,模擬信號,模擬信號,正文,正文,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),源系統(tǒng),目的系統(tǒng),傳輸系統(tǒng),輸出信息,PC 機,DTE,DCE,DCE,DTE,2.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成及相關(guān)基本概念,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),構(gòu)成,（續(xù)）,源系統(tǒng),源點：源點設(shè)備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
2、,發(fā)送器：通常源點生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。,目的系統(tǒng),接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。,終點：終點設(shè)備從接收器獲取傳送來的信息。,傳輸系統(tǒng),在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的傳輸系統(tǒng)可以是簡單的傳輸線，也可以是復雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù),模擬數(shù)據(jù)（Analog Data）是由傳感器采集得到的連續(xù)變化的值，例如溫度、壓力以及目前在電話、無線電和電視廣播中的聲音和圖像。,數(shù)字數(shù)據(jù)（Digltal Data）則是模擬數(shù)據(jù)經(jīng)量化后得到的離散的值，例如在計算機中用二進制代碼表示的字符、圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)。,2.1.2
3、 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù),模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸,模擬數(shù)據(jù),模擬信號,放大器,調(diào)制器,模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號,PCM,編碼器,數(shù)字數(shù)據(jù),模擬信號,調(diào)制器,數(shù)字數(shù)據(jù),數(shù)字信號,數(shù)字,發(fā)送器,調(diào)制解調(diào)器,(modem)包括：,調(diào)制器,(MOdulator)：把要發(fā)送的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為某個頻率范圍的模擬信號，以便在電話用戶線上傳送。,解調(diào)器,(DEModulator)：把電話用戶線上傳送來的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。,調(diào)制解調(diào)器的作用,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù),調(diào)制就是進行,波形變換,（頻譜變換）。,最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：,調(diào)幅,(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。,調(diào)頻,(FM)：載
4、波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。,調(diào)相,(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。,幾種最基本的調(diào)制方法,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù),0,1,0,0,1,1,1,0,0,基帶信號,調(diào)幅,調(diào)頻,調(diào)相,對基帶數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù),正交調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation),r,(r,),可供選擇的相位有 12 種，,而對于每一種相位有 1 或,2 種振幅可供選擇。,由于4 bit 編碼共有16 種不同的,組合，因此這 16 個點中的每個,點可對應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。,若每一個碼元可表示的比特數(shù)越多，則在接收端進行
5、,解調(diào)時要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù),現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)均采用,脈碼調(diào)制,PCM(Pulse Code Modulation)體制。,采樣周期,T,t,信號,t,采樣,1001,0011,1100,0010,t,編碼,t,解碼,t,還原,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù),2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標,傳輸速率,數(shù)據(jù)傳輸速率,（也稱為數(shù)據(jù)率、比特率）是指每秒傳輸二進制信息的位數(shù)，是對信息傳輸速率的度量，單位為位/秒，記作 b/s 或 bps。,信號傳輸速率,（也稱碼元速率、調(diào)制速率或波特率）是調(diào)制速率，是指單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，即單位時間內(nèi)信號狀態(tài)的
6、變化次數(shù)。單位為波特，記作 Baud。,比特率與波特率的關(guān)系,：,R,b=,R,B,log,2,N,(N為碼元調(diào)制數(shù)),2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標,計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬,計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通過的最高數(shù)據(jù)率，即每秒多少比特。,描述帶寬也常常把“比特/秒”省略。,例如，帶寬是 10 M，實際上是 10 Mb/s。,這里的 M 是 10,6,2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標,計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬（續(xù)）,寬帶線路：可通過較高數(shù)據(jù)率的線路。,寬帶是相對的概念，并沒有絕對的標準。,在目前，對于用戶接入到因特網(wǎng)的用戶線來說，每秒傳送幾個兆比特就可以算是寬帶速率。,A,B,A,B,寬帶線路,窄帶線路,寬
7、帶線路：每秒有更多比特從計算機,注入到線路。,寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的。,正確的概念,比喻：汽車運貨,寬帶線路,窄帶線路,寬帶和窄帶線路：車速一樣,寬帶線路：車距縮短,2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標,信道容量,信道容量表示一個信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，即單位時間內(nèi)可傳送的最大比特數(shù)。信道容量的單位為 bps。,單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘吭酱螅诺赖膫鬏斈芰驮綇?，信道容量越大?提高信道傳輸能力的方法之一，就是提高信道的帶寬。,信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別是，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限，而后者是實際的數(shù)據(jù)傳輸速率。,2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標,
8、誤碼率,誤碼率（Pe）意指錯誤接收的信息的碼元數(shù)在傳輸信息的總碼元數(shù)中所占的比例。計算機網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于10,-6,。,Pe=,100%,2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,2.2.1 并行傳輸和串行傳輸,2.2.1 并行傳輸和串行傳輸,按數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚍譃椋?串行傳輸和并行傳輸,串行:,只有一條數(shù)據(jù)線,數(shù)據(jù)一位位順序傳送,特點：,速度低、成本也低、支持長距離傳輸。,并行:,多個數(shù)據(jù)位利用多條數(shù)據(jù)線同時傳輸,特點:,速度高、成本也高、不支持長距離傳輸。,2.2.1 并行傳輸和串行傳輸,按數(shù)據(jù)傳送的方向與時間可以分為：,單工、半雙工、全雙工,2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞椒譃椋?異
9、步傳輸,同步傳輸,2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,異步傳輸,以字符為單位傳輸，每個字符帶有起始位與停止位，字符之間的間隔是任意的，發(fā)送接收時鐘不要求嚴格同步。,異步通信幀格式：起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶位，停止位。,起始位,校驗位,停止位,空閑位,數(shù)據(jù)位,低位,高位,字符,0/1,0/1,0/1,0/1,1,0,1,1,1,2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,同步傳輸,以數(shù)據(jù)塊方式傳送，數(shù)據(jù)塊內(nèi)的字符一個接一個傳送，數(shù)據(jù)塊以同步字符開始，無信息傳送時，要以同步字符填充。發(fā)送接收時鐘要嚴格同步,。,同步字符,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),校驗字符,2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,同步傳輸與異步傳輸?shù)膮^(qū)別如下：,異步傳輸是面向字符的傳輸
10、，而同步傳輸是面向比特的傳輸。,異步傳輸?shù)膯挝皇亲址?，而同步傳輸?shù)膯挝皇菐?異步傳輸通過字符起止的開始、停止碼來獲得再同步的機會，而同步傳輸則是將時鐘同步信號植入數(shù)據(jù)幀中，以實現(xiàn)接收器與發(fā)送器的時鐘同步。,異步傳輸對時序的要求較低，同步傳輸往往通過特定的時鐘線路協(xié)調(diào)時序。,異步傳輸相對于同步傳輸效率較低。,2.2.3 多路復用傳輸,常用的復用技術(shù)：,頻分復用（Frequency Division Multiplexing,FDM）,時分復用（Time Division Multiplexing,TDM）,波分復用（Wavelength Division MultiPlexing,WDM）,碼
11、分多路復用（Code Division Multiple Access,CDMA）,共享信道,2.2.3 多路復用傳輸,復用,(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。,信道,A,1,A,2,B,1,B,2,C,1,C,2,信道,信道,A,1,A,2,B,1,B,2,C,1,C,2,復用,分用,(a)不使用復用技術(shù),(b)使用復用技術(shù),頻率,時間,頻率 1,頻率 2,頻率 3,頻率 4,頻率 5,頻分復用,FDM,：,所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源。,2.2.3 多路復用傳輸,頻分復用主要應(yīng)用：,傳統(tǒng)電話通信系統(tǒng),ADSL,將雙絞線劃分出,3,個頻段,04KHz,傳統(tǒng)語音信號
12、,2050KHz,計算機上傳的信號,150500KHz,計算機下載的信號,1401100KHz,2.5 信道復用技術(shù).,2.2.3 多路復用傳輸,頻分復用FDM,如果,每路信號以不同的載波頻率進行調(diào)制,每個載波頻率是完全獨立的，即各個信道所占用的頻率不相互重疊。,相鄰信道之間用“警戒頻帶”隔離,那么,每個信道就能獨立的傳輸一路信號。,信道被劃分成若干通道，每個通道互不重疊，獨立進行數(shù)據(jù)傳遞。,2.2.3 多路復用傳輸,時分復用,以信道傳輸時間為分割對象，通過為多個信道分配互不重疊的時間片的方法來實現(xiàn)多路復用。,將傳輸?shù)臅r間劃分為若干個時間片，每個用戶分得一個時間片。,2.2.3 多路復用傳輸,
13、2.048 Mb/s,傳輸線路,CH0,CH16,CH17,CH15,CH15,CH16,CH17,CH31,CH31,CH0,CH1,CH1,時分復用幀,T,CH0,CH1,CH2,CH15,CH16,CH17,CH30,CH31,CH0,8 bit,t,時分復用幀,時分復用幀,T=125 ms,15 個話路,15 個話路,E1,的時分復用幀,2.2.3 多路復用傳輸,頻率,時間,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,B,C,D,D,D,D,在 TDM 幀中的,位置不變,TDM 幀,TDM 幀,TDM 幀,TDM 幀,TDM 幀,時分復用,2.5 信道復用技術(shù).,2.2.3 多路復用傳輸,
14、A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 個時分復用幀,#1,a,c,b,c,d,時分復用,#2,#3,#4,用戶,時分復用可能會造成線路資源的浪費,2.2.3 多路復用傳輸,用戶,A,B,C,D,a,b,c,d,t,t,t,t,t,3 個 STDM 幀,#1,a,c,b,a,b,b,c,a,c,d,#2,#3,統(tǒng)計時分復用,每個分塊帶地址信息,經(jīng)過緩存后發(fā)送,統(tǒng)計時分復用,STDM,2.2.3 多路復用傳輸,波分復用,在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力。,2.2.3 多路復用傳輸,1550 nm 0,1551 nm 1,1552
15、 nm 2,1553 nm 3,1554 nm 4,1555 nm 5,1556 nm 6,1557 nm 7,0 1550 nm,1 1551 nm,2 1552 nm,3 1553 nm,4 1554 nm,5 1555 nm,6 1556 nm,7 1557 nm,波分復用,波分復用在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力，就是,光的頻分復用,。,8,2.5 Gb/s,1310 nm,20 Gb/s,復,用,器,分,用,器,EDFA,120 km,2.2.3 多路復用傳輸,碼分多路復用CDMA,各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。,這種系統(tǒng)發(fā)送
16、的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。,2.2.3 多路復用傳輸,CDMA 的工作原理,S 站的碼片序列,S,1,1,0,t,t,t,t,t,t,m,個碼片,t,S 站發(fā)送的信號,S,x,T 站發(fā)送的信號,T,x,總的發(fā)送信號,S,x,+,T,x,規(guī)格化內(nèi)積,S,S,x,規(guī)格化內(nèi)積,S,T,x,數(shù)據(jù)碼元比特,發(fā),送,端,接,收,端,一、填空題,1 根據(jù)字符在信道的傳輸方式，字符編碼在信源信宿之間的傳輸分為,、,兩種方式，目前計算機網(wǎng)絡(luò)中所用的傳輸方式均為,。,2 串行通信中數(shù)據(jù)傳輸按信息傳送的方向與時間可以分為,、,和,三種傳輸方式。,3 常用的信道復用技術(shù)有、和,幾種。,二、判斷題,1 雖然并行傳輸比串行傳輸速度快，但計算機網(wǎng)絡(luò)通信中采用串行方式傳輸信息。(),2 調(diào)制解調(diào)器的作用是進行數(shù)字數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。（）,3 常用的信道復用技術(shù)有時分、頻分、帶分等。（）,三、單項選擇題,1 數(shù)字通信和模擬通信相比，最突出的優(yōu)點是（）。,A 設(shè)備復雜程度低，易于實現(xiàn) B 占用頻帶窄，頻帶利用率高,C 便于實現(xiàn)移動通信 D 抗干擾能力強，通話質(zhì)量高,2 在串行傳輸
數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識
