《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 》教案 第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)（一）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

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課題數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)（一）——數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)課時2課時（90min）教學(xué)目標知識技能目標：（1）理解數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的基本概念（2）掌握數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型的基本組成（3）掌握數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標思政育人目標：能夠意識到數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用價值，感受數(shù)據(jù)通信的實用性與便捷性，培養(yǎng)學(xué)生善于思考、深度思考的習(xí)慣，幫助學(xué)生樹立創(chuàng)新意識，提高關(guān)鍵能力，為我國數(shù)據(jù)通信事業(yè)的發(fā)展貢獻自身的力量。教學(xué)重難點教學(xué)重點：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的基本概念及組成教學(xué)難點：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標的計算方法教學(xué)方法問答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、文旌課堂APP教學(xué)設(shè)計第1節(jié)課：2傳授新知（32min）6第2節(jié)課：傳授新知（30min）課堂小結(jié)（3min）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計意圖第一節(jié)課考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀律性，掌握學(xué)生的出勤情況問題導(dǎo)入（3min）【教師】引入新課在當今信息社會中，通信是人們獲取、傳遞和交換信息的重要手段。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)、激光技術(shù)、空間技術(shù)等新型技術(shù)的不斷發(fā)展以及計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代通信中出現(xiàn)了如數(shù)字通信、衛(wèi)星通信、光纖通信等具有代表性的新領(lǐng)域。而在這些新領(lǐng)域中，數(shù)字通信尤為重要，它是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本節(jié)我們將簡單介紹數(shù)字通信的基本概念和系統(tǒng)模型。思考：我們是如何獲得信息的？【學(xué)生】聆聽、觀看、思考、討論【教師】通過學(xué)生的回答引入要講的知識通過問題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知

（32min）【教師】結(jié)合教材講解信息的概念一、數(shù)據(jù)通信的基本概念1．信息定義：信息是對客觀事物的運動狀態(tài)和存在形式的反映，可以是客觀事物的形態(tài)、大小、結(jié)構(gòu)、性能等描述，也可以是客觀事物與外部之間的聯(lián)系。載體：是數(shù)字、文字、語音、圖形和圖像等。計算機及其外圍設(shè)備產(chǎn)生和交換的信息都是由二進制代碼表示的字母、數(shù)字或控制符號的組合。【學(xué)生】聆聽、思考、記憶?【教師】提出問題，課堂互動1.關(guān)于信息，以下說法不正確的是（）A.信息要依附于載體而存在。B.兩個人進行交談或討論也是在相互傳遞信息。C.傳遞和獲得信息的途徑可以有很多種。D.同一條信息對所有人都有價值。2.對于信息特征的下列理解中，錯誤的是()A.刻在甲骨上的文字說明信息具有載體依附性B.天氣預(yù)報、軍事情報等信息會因時間的推移失去原有的價值，說明信息具有時效性C.信息不會隨著時間的推移而變化D.不同載體上的信息有可能是相同的?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題【教師】結(jié)合教材講解數(shù)據(jù)2．數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是傳遞信息的實體，是信息的一種表現(xiàn)形式。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種。模擬數(shù)據(jù)：用于描述連續(xù)變化量的數(shù)據(jù)，如聲音、溫度等；數(shù)字數(shù)據(jù)：描述不連續(xù)變化量的數(shù)據(jù)，如文本信息、整數(shù)等。【學(xué)生】聆聽、思考、記憶【教師】結(jié)合教材講解信號3．信號定義：信號是攜帶信息的介質(zhì)，是數(shù)據(jù)的一種電磁編碼。信號一般以時間為自變量，以表示信息（或數(shù)據(jù)）的某個參量（振幅、頻率或相位）為因變量。類型：信號按其因變量的取值是否連續(xù)可分為模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號：是指信號的因變量完全隨連續(xù)消息的變化而變化的信號，其因變量一定是連續(xù)的。舉例：電視圖像信號、語音信號、溫度壓力傳感器的輸出信號以及許多遙感遙測信號。數(shù)字信號：是指表示消息的因變量是離散的，其自變量時間的取值也是離散的信號。類型：計算機數(shù)據(jù)信號、數(shù)字電話信號和數(shù)字電視信號等。4.模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化模擬信號可以通過采樣、量化、編碼等步驟變成數(shù)字信號，而數(shù)字信號也可以通過解碼、平滑等步驟變換為模擬信號。【學(xué)生】聆聽、思考、記憶?【教師】提出問題，課堂互動思考：信息、數(shù)據(jù)、信號三者之間的關(guān)系。信息、數(shù)據(jù)和信號三者的關(guān)系是：信息一般用數(shù)據(jù)來表示，而數(shù)據(jù)通常需要轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栠M行傳輸。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題【教師】要求學(xué)生使用文旌課堂APP掃描二維碼播放“數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成”視頻，并講解新知二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型1.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成信息的傳遞是通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來實現(xiàn)的，一個完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由信源、信號變換器、通信信道、信宿等構(gòu)成。（1）信源和信宿信源：信息的產(chǎn)生和發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的人或設(shè)備。信宿：信息的接收端，是接收所傳送信息的人或設(shè)備。大部分信源和信宿設(shè)備都是計算機或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備。（2）通信信道通信信道：傳送信號的通路，由傳輸線路和傳輸設(shè)備組成。信道類型是由所傳輸?shù)男盘枦Q定的：模擬信道：用來傳輸模擬信號的信道數(shù)字信道：用來傳輸數(shù)字信號的信道（3）信號變換器作用：將信源發(fā)出的數(shù)據(jù)變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?，或?qū)⑿诺郎蟼鱽淼男盘栕儞Q成可供信宿接收的數(shù)據(jù)。發(fā)送端的信號變換器可以是編碼器或調(diào)制器，接收端的信號變換器相對應(yīng)的就是譯碼器或解調(diào)器。（4）噪聲信號在傳輸過程中受到的干擾稱為噪聲。噪聲可能來自外部，也可能由信號傳輸過程本身產(chǎn)生。【學(xué)生】聆聽、思考、記憶通過教師的講解和演示，幫助學(xué)生了解數(shù)據(jù)通信的基本概念和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成課堂互動（6min）【教師】提出問題，要求學(xué)生討論并回答問題在信息傳輸?shù)倪^程中，減少噪聲干擾的方法有哪些？【學(xué)生】思考、討論、回答問題通過練習(xí)題鞏固所學(xué)知識，加深對知識點的理解評價修正（2min）【教師】點評學(xué)生的回答，并總結(jié)、鞏固知識點【學(xué)生】聆聽、思考、記憶通過形成性檢測進行強化矯正第二節(jié)課問題導(dǎo)入（5min）【教師】引入新課思考：為了滿足自身需求，在選購計算機時，我們往往會關(guān)注計算機配件的各種指標，請同學(xué)們回憶一下計算機硬件的性能指標包括哪些？應(yīng)當如何根據(jù)自身需求選擇合適的計算機？【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題通過問題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（30min）【教師】要求學(xué)生使用文旌課堂APP掃描二維碼播放“數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標”視頻，并講解新知一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標描述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的大小和傳輸質(zhì)量的好壞，往往需要運用信道帶寬、比特率、波特率、信道容量和誤碼率等技術(shù)指標。1.信道帶寬信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘栐诓皇д娴那闆r下所占用的頻率范圍，即傳輸信號的最高頻率與最低頻率之差。公式：W=f2-f1模擬信道的帶寬W=f2-f1其中f1是信道能夠通過的最低頻率，f2是信道能夠通過的最高頻率。舉例：若某通信線路可以不失真地傳送2MHz～10MHz的信號，則該通信線路的信道帶寬為8MHz。2.波特率定義：波特率又稱作波形速率或調(diào)制速率。它是指數(shù)據(jù)傳輸過程中，在線路上每秒鐘傳送的波形個數(shù)。其單位是波特，記作baud。公式：設(shè)一個波形的持續(xù)周期為T，則波特率B可按下式計算：B=1/T（baud）?【教師】提出問題，課堂互動思考：從速度、傳送量兩個方面對比波特率9600與波特率19200的不同。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題3.比特率比特率又稱數(shù)據(jù)傳輸速率，是指數(shù)字信號的傳輸速率，用每秒鐘所傳輸?shù)亩M制代碼的有效位數(shù)表示，單位為比特/秒（記作b/s或bps）。比特率S可按下式計算：S=Blog2N（bps）式中B是波特率，N是一個波形代表的有效狀態(tài)數(shù)。?【教師】提出問題，課堂互動思考：1.波特率與比特率有何關(guān)系。2.設(shè)一個波形的持續(xù)周期為T=5，波形代表的有效狀態(tài)數(shù)為8，求此時的比特率。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題4.信道容量信道容量一般是指物理信道能夠傳輸信息的最大能力，它的大小由信道的帶寬、可使用的時間、傳輸速率以及信道質(zhì)量（即信號功率與干擾功率之比）等因素決定。無噪聲情況下信道容量計算公式:C信道容量，W信道帶寬，M是電頻個數(shù)例題1：一個無噪聲3000Hz信道，如果采用8電平傳輸，則該信道可允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是多少？解：M=8，W=3000Hz,則信道容量，即該信道可允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率C=2Wlog2M=18kbit/s5.誤碼率誤碼率，也稱出錯率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下傳輸可靠性的重要指標。誤碼率等于傳輸出錯的碼元數(shù)占傳輸總碼元數(shù)的比例。在計算機網(wǎng)絡(luò)中一般要求數(shù)字信號誤碼率低于10?6。公式：誤碼率=錯誤碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)例題：一萬位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯，誤碼率為多少？6.信道的時延信號在傳輸過程中，所產(chǎn)生的延時，叫做信道時延，也叫信道延遲。網(wǎng)絡(luò)中的時延由以下幾個不同部分組成：（1）發(fā)送時延（傳輸時延）傳輸時延是指結(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時使數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需的時間，即一個站點從開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀到數(shù)據(jù)幀發(fā)送完畢（或者是接收站點接收一個數(shù)據(jù)幀的全部時間）所需要的全部時間。計算公式：傳輸時延=數(shù)據(jù)幀長度/發(fā)送速率（2）傳播時延播時延是指電磁信號或光信號在傳輸介質(zhì)中傳播一定的距離所花費的時間，即從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到接收端收到數(shù)據(jù)（或者從接收端發(fā)送確認幀，到發(fā)送端收到確認幀），總共經(jīng)歷的時間。傳播延遲與信源和信宿間的距離有關(guān)，也與具體的通信信道中的信號傳播速度有關(guān)。公式：傳播時延=傳輸信道長度/傳輸介質(zhì)中信號的傳播速率?【教師】提出問題，課堂互動計算：收發(fā)兩端之間的傳輸距離為1000km，信號在媒體上的傳播速率為2*108m/s。試計算以下兩種情況的傳輸時延和傳播時延：（1）數(shù)據(jù)長度為107bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100kb/s。（2）數(shù)據(jù)長度為103bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gb/s。從以上計算結(jié)果可以得出什么結(jié)論？?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題7.信噪比在信道中，信號功率與噪聲功率的比值稱為信噪比。如果用S表示信號功率，用N表示噪聲功率，則信噪比應(yīng)被表示為S/N。在實際傳輸中，更多地使用10lg10（S/N）來表示信噪比，單位是分貝（dB）。計算公式：信噪比（SNR）=10log10（S/N）（dB）?【教師】提出問題，課堂互動計算：假定要用3kHz帶寬的電話信道傳送64kb/s的數(shù)據(jù)（無差錯傳輸），試問這個信道具有多高的信噪比。這個結(jié)果說明什么問題？對于S/N等于10的信道，則稱其信噪比為10dB；同樣的道理，如果信道的S/N等于100，則稱其信噪比為20dB；以此類推。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，因此信噪比應(yīng)該越高越好。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題【學(xué)生】聆聽、思考、記憶結(jié)合教材講解幫助學(xué)生掌握數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標課堂互動（5min）【教師】提供練習(xí)題，并找學(xué)生進行講解思考、討論、完成練習(xí)、講解通過練習(xí)題鞏固所學(xué)知識，加深對知識點的理解，通過講解能夠幫助學(xué)生強化知識點課堂小結(jié)

（3min）【教師】簡要總結(jié)本節(jié)課的要點數(shù)據(jù)通信技術(shù)是計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)通信是指在不同的計算機之間傳送表示字符、數(shù)字、語音、圖像的二進制代碼的過程。數(shù)據(jù)通信是通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來實現(xiàn)的，一個完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由信源、信號變換器、通信信道、信宿等構(gòu)成。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標包括信道帶寬