數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)ppt

1、第2章 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識本章內(nèi)容數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本概念傳輸(chun sh)介質(zhì)數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)差錯控制數(shù)據(jù)通信性能指標對講機1共八十六頁2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(xtng)源系統(tǒng)源點：源點設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。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)可以是簡單(jindn)的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)2共八十六頁數(shù)據(jù)通信的基本(jbn)過程

2、5個階段包含兩項內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制 過程 與打電話比較建立物理連接 撥號，撥通對方 建立邏輯連接 互相確認身份數(shù)據(jù)傳輸 互相通話斷開(dun ki)邏輯連接 互相確認要結(jié)束通話斷開物理連接 雙方掛機*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個階段。3共八十六頁2.2基本概念數(shù)據(jù)(shj)與信號信道通信方式傳輸方式同步方式4共八十六頁2.2.1數(shù)據(jù)(shj)與信號數(shù)據(jù)（Data）傳遞（攜帶）信息的實體。信息（Information）數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋(jish)。信號（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在介質(zhì)中傳播5共八十六頁模擬信號時間上連續(xù)，包含無窮多個(du

3、 )信號值數(shù)字信號時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號ta） 模擬信號tb） 數(shù)字信號6共八十六頁周期信號信號由不斷重復(fù)(chngf)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。tTTTtTTT周期(zhuq)信號非周期信號tt7共八十六頁信息(xnx)編碼：將信息用二進制數(shù)表示的方法例如：ASCII編碼、BCD編碼等數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法例如：字符“A”的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t8共八十六頁信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進行傳輸?shù)倪^程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過信道傳送到目的地信息

4、和數(shù)據(jù)（二進制位）不能直接在信道上傳輸編碼：數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號便于(biny)同步、識別、糾錯調(diào)制：數(shù)字信號適合傳輸?shù)男问桨搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形數(shù)字信號解碼：數(shù)字信號原始數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信號在信道上傳輸信號數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信息編碼信息解碼9共八十六頁不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸(chun sh)有4種情況：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10共八十六頁模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用(shyng)的技術(shù)語音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字數(shù)字數(shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號

5、數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制11共八十六頁編碼與調(diào)制的區(qū)別(qbi)編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或模擬(mn)數(shù)據(jù)數(shù)字信號x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼12共八十六頁調(diào)制(tiozh)與解調(diào)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制解調(diào)制13共八十六頁2.2.2 信道(xn do)信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）數(shù)字(shz)信道：

6、以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道計算機網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進行數(shù)據(jù)傳輸ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道CATV、無線電廣播、電話撥號線路14共八十六頁數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信在模擬信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點抗噪聲（干擾）能力強可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量便于用計算機進行處理易于加密、保密性強可以傳輸語音、數(shù)據(jù)(shj)、影像，通用、靈活計算機通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。15共八十六頁2.2.3 通信(tng xn)方式單工數(shù)據(jù)

7、單向傳輸（例：無線電廣播）半雙工數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時刻雙向傳輸（例：對講機）全雙工數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（例：電話）需要具有兩條物理上獨立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向(fngxing)的信號傳輸。16共八十六頁發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器單工方式(fngsh)：半雙工方式(fngsh)：全雙工方式：A站B站可同時不可同時17共八十六頁基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過(tnggu)電話網(wǎng)

8、絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百MHZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號傳輸2.2.4 傳輸方式18共八十六頁同步的因素：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時候開始(kish)，什么時候結(jié)束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實現(xiàn)同步：位位同步字符字符同步幀(Frame)幀同步2.2.5 同步(tngb)方式19共八十六頁同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始 同步脈沖也可位于碼元的中部 一個(y )碼元也可有多個同步脈沖相對應(yīng)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(xnho)同步脈沖t20共八十六頁目的：使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致外同步發(fā)送

9、端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含(bohn)同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。位同步(tngb)21共八十六頁目的：找到正確的字符邊界常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要：1個起始位、58個數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個停止位采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”起止式的優(yōu)缺點：頻率的漂移不會積累，每個字符開始(kish)時都會重新獲得同步每兩個字符之間的間隔時間不固定增加了輔助位，所以傳輸效率低例如，采用1個起始位、 8個數(shù)據(jù)位、 2個

10、停止位時，其傳輸效率為8/1173起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個字符時間邏輯“0”邏輯“1”字符(z f)同步22共八十六頁目的：識別一個幀的起始和結(jié)束(jish)幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊面向字符的以同步字符（SYN，16H）來標識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀面向比特的以特殊位序列（7EH，即01111110）來標識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗和0 n bit8bit8bit832m7EH7EH幀同步(tngb)23共八十六頁2.3 傳輸(chun sh)介質(zhì)磁介質(zhì)高帶寬、低費用(fi yong)、高延

11、時（小時） 在通信中很少使用 例：7GB/8mm磁帶，1000盤/505050cm3，24h可送到任何地方。 總?cè)萘?710008Gb，總時間=246060s=86400s 傳送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s 若讓劉翔來傳送1盤10GB的磁帶，在110m（12.91s）內(nèi)其傳輸速率是多少？金屬導(dǎo)體雙絞線、 同軸電纜(粗、細)光纖無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線24共八十六頁同軸電纜（Coaxial Cable，CC）計算機網(wǎng)絡(luò)中使用(shyng)基帶同軸電纜阻抗50，有粗同軸和細同軸兩種應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s，500m/185m銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層

12、保護套25共八十六頁雙絞線（Twist Pair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根4對、25對、1800對典型連接距離100m（LAN）RJ45插座(chzu)、插頭優(yōu)缺點： 成本低 組裝密度高、節(jié)省空間 安裝容易（綜合布線系統(tǒng)） 平衡傳輸（高速率） 抗干擾性一般 連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話(dinhu)網(wǎng)絡(luò)、計算機局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套26共八十六頁屏蔽(pngb)雙絞線(STP) 非屏蔽(pngb)雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少(jinsho)干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛常用的雙絞線：3類（16Mb/s） 和5類（155Mb/s）兩種27共八十六頁雙絞線的連接

13、標準色彩標記和連接方法(fngf)：交叉線：交換機交換機、PC-PC、HUB-HUB(標準端口)直連線：PC/路由器交換機/HUB、HUB-HUB(級連端口)線對色彩碼1白藍，藍2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉(jioch)線EIA-568B直連線EIA-568A28共八十六頁光纖（Optical Fiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件(qjin)的限制（100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價格較高需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：塑料二氧化

14、硅 （高純玻璃）29共八十六頁光纖傳輸(chun sh)原理光的反射光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當入射角臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。纖芯折射率高，玻璃包層折射率低亮度調(diào)制：有光脈沖-1，無光脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD單向傳輸，雙向需兩根光纖應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接30共八十六頁多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個(y )光波波長多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，

15、折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播31共八十六頁典型(dinxng)的光纜單芯光纜(un ln)多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：纖芯50um緩變型-MMF 62.5um緩變型/增強型-MMF 8.3um突變型-SMF 包層125um32共八十六頁高密度多芯光纜(un ln)剖面結(jié)構(gòu)芯封套(fngto)外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束33共八十六頁無線介質(zhì)（信號在大氣或外層空間自由(zyu)傳播）使用電磁波或光波攜帶信息優(yōu)缺點：無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾反射，為障礙物所阻隔主要類型：無線電、地面微波通信衛(wèi)星紅外線34

16、共八十六頁微波通信通過地面站之間接力傳送接力站之間距離(jl)：50 100 km速率：每信道 45 Mb/s地球(dqi)地面站之間的直視線路 微波傳送塔35共八十六頁地球同步衛(wèi)星與地面站相對(xingdu)固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（270ms）廣播式傳輸應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784km地球(dqi)36共八十六頁激光傳輸將激光束調(diào)制成光(chn un)脈沖傳輸數(shù)據(jù) 特點：激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕偷聽 受天氣影響只能在短距離通信中使用 37共八十六頁紅無線通信紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從

17、而形成整個房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng) 特點：紅外通信的設(shè)備相對便宜，可獲得(hud)較高的帶寬傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響 38共八十六頁短波(dunb)通信基站與終端之間通信采用無線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋(fgi)的無線電區(qū)域BS基站 用戶計算機和終端39共八十六頁常用(chn yn)傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價格應(yīng)用雙絞線寬帶基帶1Gb/s模擬: 10km數(shù)字: 500m較好低模擬/數(shù)字信號傳輸50同軸電纜基帶10Mb/s3km較好較低基帶數(shù)字信號75同軸電纜寬帶450MHz100km較好較低模擬電視、

18、數(shù)據(jù)及音頻光纖基帶40Gb/s20km以上很好較高遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶46GHz幾百km好中等遠程通信衛(wèi)星寬帶110GHz18000km很好高遠程通信40共八十六頁2.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(shù)字數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸(chun sh)數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼使數(shù)字數(shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸模擬信號的數(shù)字編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸41共八十六頁1. 數(shù)字(shz)數(shù)據(jù)的數(shù)字(shz)信號編碼不歸零碼（Non-Return to Zero， NRZ ）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，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機制(jz

19、h)，傳輸時必須使用外同步。曼徹斯特編碼（Manchester Coding）用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變高低的跳變代表0，低高的跳變代表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。這種編碼也稱為自同步碼（Self-Synchronizing Code）。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）。差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Coding，DMC）每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼元開始處有無跳變來表示0和1 ，有跳變代表0，無跳變代表1。42共八十六頁三種(sn zhn)數(shù)字編碼的波形圖01001100011 時鐘NRZManchester差分Manchester43共八十六頁2. 數(shù)字(shz)數(shù)據(jù)的調(diào)制三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK （Amplitude Shift Keying）頻移鍵控FSK （Frequency Shift Keying）相移鍵控PSK （Phase Shift Keying）原理(yunl)：用數(shù)字信號