數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

單擊此處編輯母版,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,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)；,重點與難點：,重點：調(diào)制與編碼技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)；,難點：多路復(fù)用技術(shù)。,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(xué)方法與手段：,投影,PowerPoint幻燈課件,復(fù)習(xí)（提問）：,通信系統(tǒng)模型,？,帶寬和傳輸速率？,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),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(fù)用技術(shù),頻分復(fù)用技術(shù),時分復(fù)用技術(shù),波分復(fù)用技術(shù),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(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：模擬信號、數(shù)字信號,信道：模擬信道、數(shù)字信道,模擬傳輸和數(shù)字傳輸,話音,模擬傳輸,模擬,數(shù)字,模擬,模擬,CODEC,數(shù)字,數(shù)字,數(shù)字編碼,數(shù)字,模擬數(shù)據(jù)，模擬信號,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號,模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號,1010,1010,Modem,Encoder,Decoder,Modulator,Demodulator,數(shù)字或,模擬,數(shù)字或,模擬,數(shù)字信號,模擬信號,g(t),m(t),p,x(t),s(t),g(t),m(t),數(shù)字或,模擬,數(shù)字或,模擬,P,調(diào)制參數(shù),編碼,調(diào)制,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,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(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)制就是要使這三個參量隨數(shù)字基帶信號的變化而變化,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,ASK調(diào)幅,FSK調(diào)頻,PSK調(diào)相,-,+,開關(guān)1,開關(guān)2,運算放大器,輸出,FSK調(diào)制,原,原理圖,不歸零制(,NRZ，Non-Returnto Zero),二進(jìn)制數(shù)字0、1分別,用,用兩種電平,來,來表示。,常用5V,表,表示1，5V表示0,。,。,缺點：存在,直,直流分量，,傳,傳輸中不能,使,使用變壓器,；,；,不具備自同,步,步機制，必,須,須使用外同,步,步。,曼徹斯特編,碼,碼(,Manchestercode),用電壓的變,化,化表示0和1。,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的,數(shù),數(shù)字信號編,碼,碼,規(guī)定在,每個碼元的,中,中間,發(fā)生跳變：,高 低的,跳,跳變0,，,，低高的,跳,跳變1,每個碼元,中,中間都要發(fā),生,生跳變，接,收,收端可將此,變,變化提取出,來,來作為同步,信,信號，使接,收,收端的時鐘,與,與發(fā)送設(shè)備,的,的時鐘保持,一,一致。,曼徹斯特編,碼,碼也稱為自同步碼（Self-Synchronizing Code）。它具有自,同,同步機制，,無,無需外同步,信,信號。,缺點：需要,雙,雙倍的傳輸,帶,帶寬（即信,號,號速率是數(shù),據(jù),據(jù)速率的2,倍,倍）。,差分曼徹斯,特,特編碼(Differential,Manchestercode),與,曼徹斯特編,碼,碼相同，,在每個碼元,的,的中間，信,號,號都會發(fā)生,跳,跳變；不同,之,之處在于：,用在碼元開,始,始處有無跳,變,變來表示0,和,和1,：,碼元開始處,有,有跳變0,碼元開始處,無,無跳變1,三種數(shù)字編,碼,碼的波形圖,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,時鐘,NRZ,Manchester,差分Manchester,4B/5B,編,編碼,：,采用NRZI方式用5,位,位信號傳4,位,位信息（信,號,號與時鐘同,步,步傳）,利用率提高,至,至80%。,5位信號的,剩,剩余部分可,用,用于控制，00000-線路斷，11111-線路空，00100-中止,4B/5B,編,編碼,(解決連續(xù)0問題：頭02,尾03),4位數(shù)據(jù)符號,5位編碼,0000,11110,0001,01001,0010,10100,0011,10101,0100,01010,0101,01011,0110,01110,0111,01111,4位數(shù)據(jù)符號,5位編碼,1000,10010,1001,10011,1010,10110,1011,10111,1100,11010,1101,11011,1110,11100,1111,11101,模擬信號的,脈,脈碼調(diào)制,奈奎斯特定理,（,（采樣定理,）,）：,如果連續(xù)變,化,化的模擬信,號,號最高頻率,為,為F，若以2F的采樣,頻,頻率對其采,樣,樣，則采樣,得,得到的離散,信,信號序列就,能,能完整地恢,復(fù),復(fù)出原始信,號,號。,語音信號要,在,在數(shù)字線路,上,上傳輸，必,須,須將語音信,號,號轉(zhuǎn)換成數(shù),字,字信號。這,需,需要經(jīng)過三,個,個步驟：,1）采樣,按一定間,隔,隔對語音信,號,號進(jìn)行采樣,2）量化,對每個樣,本,本舍入到量,化,化級別上,3）編碼,對每個舍,入,入后的樣本,進(jìn),進(jìn)行編碼,編碼后的信,號,號稱為PCM（Pulse Coded Modulation）,信,信號（脈碼,調(diào),調(diào)制信號）,模擬話音,采樣時鐘,PAM 信,號,號,PCM 信,號,號,采樣電路,量化和編碼,數(shù)字化聲音,-話音信,道,道帶寬 2倍,話,話音最大頻,率,率),-量化級,數(shù),數(shù)：256,級,級 (8,位,位二進(jìn)制碼,表,表示),-數(shù)據(jù)率,：,：8000,次,次/s*8bit=64Kb/s,每路PCM信號的速,率,率=64000bps,PCM轉(zhuǎn)換,過,過程舉例,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,原始信號,PAM脈沖,PCM 脈,沖,沖,（有量化誤,差,差）,011100011011001100,PCM 輸,出,出,PCM 轉(zhuǎn),換,換波形圖,B,A,C,D,模擬話音,采樣時鐘,PAM 信,號,號,PCM 信,號,號,采樣電路,量化和編碼,數(shù)字化聲音,A,B,C,D,多路復(fù)用技,術(shù),術(shù),復(fù)用多個信,息,息源共享一,個,個公共信道,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,復(fù)用類型,FDM(,頻,頻分復(fù)用),WDM(,波,波分復(fù)用,),TDM(,時,時分復(fù)用),頻分復(fù)用,FrequencyDivision Multiplexing,原理：整個,傳,傳輸頻帶被,劃,劃分為若干,個,個頻率通道,，,，每個用戶,占,占用一個頻,率,率通道。頻,率,率通道之間,留,留有防護(hù)頻,帶,帶。,CH2,CH1,CH3,原帶寬,CH1,CH2,CH3,移頻后帶寬,MUX,CH1,CH2,CH3,帶寬復(fù)用,f,適用于模擬,信,信號傳輸,時分復(fù)用,TimeDivision Multiplexing,原理：把時,間,間分割成小,的,的時間片，,每,每個時間片,分,分為若干個,通,通道（時隙,）,），每個,用,用戶占用一,個,個通道傳輸,數(shù),數(shù)據(jù)。,A2,A1,A3,原始信號,D2,D1,D3,數(shù)字化信號,MUX,復(fù)用后數(shù)據(jù),時隙,1,2,3,4,D3,D2,D,1,適用于數(shù)字,信,信號傳輸,時間片,波分復(fù)用,WaveDivision Multiplexing,原理：整個,波,波長頻帶被,劃,劃分為若干,個,個波長范圍,，,，每個用戶,占,占用一個波,長,長范圍來進(jìn),行,行傳輸。,F2,F1,F3,光譜,F1,F2,F3,共享光纖的,光,光譜,光纖2,光纖3,光纖1,共享光纖,采用無源設(shè),備,備，更可靠,棱柱/衍射,光,光柵,統(tǒng)計(異步),TDMSTDM,TDM,的缺點：某,用,用戶無數(shù)據(jù),發(fā),發(fā)送，其他,用,用戶也不能,占,占用該通道,，,，將會造成,帶,帶寬浪費。,改進(jìn)：統(tǒng)計,時,時分多路復(fù),用,用（,STDM,），用戶不,固,固定占用某,個,個通道，有,空,空槽就將數(shù),據(jù),據(jù)放入。,A,B,C,D,待發(fā)數(shù)據(jù),t,1,t,2,t,3,A,1,B,1,C,1,D,1,C,2,D,2,A,2,B,2,周期1,周期2,同步 TDM,帶寬浪費,A,1,B,1,C,2,B,2,周期1,周期2,統(tǒng)計TDM,可用帶寬,系統(tǒng)A,變換器,系統(tǒng)B,反變換器,M,雙絞線,接口,電-光,光-電,光纖,C,E,F,數(shù)據(jù)鏈路層,實,實體,物理實體,物理實體,物理實體,P,1,P,1,接口,M,F,E,C,物理媒體連,接,接,物理媒體連,接,接,與媒體接口,數(shù)據(jù)鏈路層,實,實體,系統(tǒng)連接的,實,實際環(huán)境,系統(tǒng)連接的,邏,邏輯環(huán)境（,物,物理層模型,）,）,物理層模型,物理層的作,用,用,盡可能屏蔽,傳,傳輸媒體的,差,差異，透明,傳,傳送和接收,位,位流,物理層的主,要,要任務(wù),確定與傳輸,媒,媒體的接口,的,的一些特性,：,：機械特性,、,、電氣特性,、,、功能特性,和,和規(guī)程特性,物理層向數(shù),據(jù),據(jù)鏈路層提,供,供的服務(wù),物理連接,物理服務(wù),數(shù),數(shù)據(jù)單元（PSDU）,：,：串行傳輸,方,方式、并行,傳,傳輸方式,順序化,故障報告,服務(wù)質(zhì)量,參,參數(shù),物理層接口,標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)舉例,EIA-RS-232C,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接,口,口只控制DTE與DCE之間的通,信,信,計算機,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),DTE（數(shù),據(jù),據(jù)終端設(shè)備,）,）：,具,具有一,定,定數(shù)據(jù)處理,能,能力及收發(fā),數(shù),數(shù)據(jù)能力的,設(shè),設(shè)備，如計,算,算機。,DCE（數(shù),據(jù),據(jù)電路端接,設(shè),設(shè)備）：在DTE,和,和傳輸線路,之,之間提供信,號,號變換和編,碼,碼功能，并,負(fù),負(fù)責(zé)建立、,保,保持和釋放,數(shù),數(shù)據(jù)鏈路的,連,連接，如MODEM,機械特,性,性：25針,插,插座,電氣特,性,性：低于-3伏表示“1”，高,于,于4伏表示,“,“0”，最,大,大速率為20Kbps,最大,電纜長度為15米。,功能特,性,性：引腳信,號,號的含義，,如,如DTR表,示,示DTE通,電,電，DSR,表,表示DCE,通,通電,規(guī)程特,性,性：動作,的,的順序,利用虛MOEM連接兩,臺,臺計算機,DTE,DTE,1,1,保護(hù)地,2,2,3 R,3,6,5,4,22 RI,20 DTR,8 CD,7 CR,6 DSR,5 CTS,4 RTS,22,20,8,7,T,物理層的設(shè),備,備與組件,主動(需,要,要電源),-調(diào)制解調(diào),器,器,-中繼器,-集線器,被動(不需,要,要外電源),線纜,連接頭,連接座,接線面板,轉(zhuǎn)換器,RJ-45,連,連接頭/,座,座,RJ-45,是,是英文,R,egistered,J,ack-45的縮寫。,用于UTP,線,線纜的連接,可減少噪聲,，,，反射和機,械,械可靠性問,題,題,接線面板（Patch Panels）,RJ-45,座,座的組合,，,，常見的有12，24,and48 口.,轉(zhuǎn)換器,接收器和發(fā),送,送器的組合,。,。,用于不同物,理,理接口或傳,輸,輸介質(zhì)間的,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換器應(yīng)用,示,示例,Fiber,Cat 5UTP,中繼器,物理信號的,放,放大與再生,“單進(jìn)單出,”,”形式,中繼器使用,舉,舉例,集線器,多端口中繼,器,器,典型的端口,數(shù),數(shù)為,4,8,或,24,對物理信號,進(jìn),進(jìn)放大與再,生,生,起到線纜集,中,中器的作用,，,，所以又稱,集,集線器,提高了物理,連,連接的可靠,性,性,Hub使用,舉,舉例,The Cloud,關(guān)于物理層,設(shè),設(shè)備和組件,的,的評論,只關(guān)注原始,比,比特流的傳,送,送，即物理,信,信號的傳輸,。,。其不關(guān)心,也,也不認(rèn)識