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1、第第3章章 数据传输数据传输数据通信是两个实体间数据的传输和交换。数据传输是将源站的数据编码成信号，沿传输介质传播至目的站。数据传输的品质取决于被传输信号的品质和传输介质的特性。本章学习要点：1、数据通信模型及其关键成份2、数据传输的时域概念和频域概念3、数据调制与编码的概念及常用方法4、数字数据传输方式5、数字数据传输接口6、多路复用技术及常用的数字信号分级7、传输介质的特性8、铜环接入技术（XDSL）3.1 数据通信模型数据通信模型图图 3.1 简单的通信模型简单的通信模型模型中关键部分模型中关键部分源：产生要发送的数据的设备。发送器：对信号进行转换或编码以产生能在特定传输系统中传输的电磁
2、信号。传输系统：连接源和目的地的传输线或复杂的网络。接收器：从传输系统接收信号并转换成目的站设备能处理的信号。目的站:：从接收器输入数据的设备。数据通信关键任务数据通信关键任务传输系统利用率接口同步交换管理差错检测和校正寻址和路由恢复报文格式安全网管3.2 时域和频域概念时域和频域概念时域概念：信号是时间的函数，可分为连续信号和离散信号两种。频域概念：信号由多个频率成分组成。3.2.1 时域概念时域概念图图 3.2 连续信号和离散信号连续信号和离散信号周期信号周期信号相同的信号形式能周期地重复数学表达式：S（t+T）=S(t)-t+8式中T为信号周期正弦波是基本的连续信号S(t)=Asin(2
3、ft+)A为幅度、f为频率、为相位图图 3.3 周期信号周期信号图图 3.4 S(t)=A sin(2ft+)3.2.2 频域概念频域概念S(t)=sin(2f1t)+1/3sin(2(3f1)t)f1：合成信号的基本频率成分T：信号周期，即基本频率信号周期图图 3.5 多个频率成分组成的信号多个频率成分组成的信号图图 3.6 频域表示频域表示 图图 3.7 具有直流成分的信号具有直流成分的信号 3.2.3 数据率和频带的关系数据率和频带的关系 频谱：一个信号包含的频率范围绝对频宽：一个信号的频谱的宽度有效频带：信号的大部分能量集中的频谱宽度信号数据率越高，所需有效频带越宽如数字信号数据率为W
4、，则2WHZ有效频带的系统能很好满足传输需求图图 3.8 方波（方波（T=1/f1）的频率成分）的频率成分 方波（方波（T=1/f1）的频率成分）的频率成分 方波S（t）包含无限数的频率成分，具有无限频宽S(t)=A1/ksin(2kf1t)k为奇数k=1方波大部分能量集中在头几个少数频率成分中3.3 数据调制与编码数据调制与编码几个术语：数据:数据是有意义的实体，数据涉及到事物的形式，而信息涉及的是这些数据的内容和解释。信号和信号发送:信号是数据的电磁或电子编码，信号发送是指沿传输介质传播信号的动作。传输:指传播和处理信号的数据通信。图图 3.9 模拟和数字数据的模拟和数字信号模拟和数字数据
5、的模拟和数字信号 调制与编码调制与编码调制是载波信号的某些特性根据输入信号而变化的过程编码是将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便通过数字通信介质传输出去3.3.1 模拟数据的模拟信号调制模拟数据的模拟信号调制幅度调制是一种载波的幅度会随着原始模拟数据的幅度变化而变化的技术频率调制是一种高频载波的频率会随着原始模拟信号的幅度变化而变化的技术图图 3.10 幅度调制幅度调制 图图 3.11 频率调制频率调制 3.3.2 数字数据的模拟信号调制数字数据的模拟信号调制幅移键控()是用载波频率的两个不同的振幅来表示两个二进制值频移键控()是用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值相移键控()是
6、利用载波信号的相位移动来表示数据图图 3.12 数字数据的模拟信号调制数字数据的模拟信号调制 图图 3.13 频移键控频移键控FSK传输传输 3.3.3 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码不归零制编码曼彻斯特编码差动曼彻斯特编码图图 3.14 数字信号的编码数字信号的编码 3.3.4 模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码脉冲代码调制（PCM）是以采样定理为基础采样定理：如在规则的时间间隔内，以高于两倍最高有效信号频率的速率对信号f（t）进行采样，那么，这些采样值包含了原始信号的全部信息图图 3.15 脉冲代码调制脉冲代码调制 3.4 数字数据传输方式数字数据传输方式串行传输与
7、并行传输异步传输和同步传输3.4.1 串行传输与并行传输串行传输与并行传输单工半双工全双工图图 3.16 数据流的方向数据流的方向 3.4.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输异步传输：一次传输一个字符，用起始位引导，用停止位结束面向字符的同步传输：每个数据块以一个或多个同步字符作为开始，以惟一的后文字符结束面向位的同步传输（HDLC、SDLC）：数据块作为位流来处理图图 3.17 异步传输和同步传输异步传输和同步传输 3.5 数字数据传输接口数字数据传输接口DTE-DCE接口物理层特性RS-232-C接口其他标准接口3.5.1 DTE-DCE接口接口数据终端设备DTE：产生数据及必须的控
8、制字符，并送到DCE数据通信设备DCE：位于DTE和传输线路之间的中介通信设备，负责发送和接收在传输介质上的信号图图 3.18 DTE-DCE接口接口 3.5.2 物理层特性物理层特性机械特性电气特性功能特性规程特性图图 3.19 物理层的电气特性物理层的电气特性 3.5.3 RS-232-C接口接口定义DTE和DCE之间的接口RS-232-C的四个特性异步应用的RS-232-C同步应用的RS-232-C零调制解调器连接图图 3.20 数据通信模式数据通信模式 图图 3.21 RS-232-C的功能特性的功能特性 图图 3.22 异步应用的异步应用的RS-232-C引线引线 图图 3.23 同
9、步应用的同步应用的RS-232-C引线引线 图图 3.24 零调制解调器连接零调制解调器连接 3.5.4 其他标准接口其他标准接口V.24RS-449V.35X.213.6 传输介质传输介质传输介质特性常用的传输介质双绞线同轴电缆光导纤维无线介质传输损耗外部损耗和内部损耗信噪比传输介质特性传输介质特性 物理描述:说明传输介质的特征。传输特性:包括是使用模拟信号发送还是数字信号发送，调制技术、传输容量及传输的频率范围。连通性:点到点或者多点连接。地理范围:网上各点间的最大距离，是在建筑物内、建筑物之间或扩展到整个城市。抗干扰性:防止噪音对传输数据影响的能力。相对价格:以元件、安装和维护的价格为基
10、础。3.7 多多 路路 复复 用用频分多路复用时分多路复用统计时分多路复用波分复用图图 3.26 多路复用多路复用 3.7.1 频分多路复用频分多路复用传输介质的可用带宽分隔成一个频段适用于模拟信号数字数据首先经调制解调器转换成模拟信号3.7.2 时分多路复用时分多路复用传输介质的可用时间分成时隙适用于数字信号时分多路复用类型隔位扫描隔字符扫描数字信号分级图图 3.27 时分多路复用技术时分多路复用技术 图图 3.28 隔位扫描隔位扫描TDM 图图 3.29 隔字符扫描隔字符扫描TDM 图图 3.30 T1多路复用器多路复用器 3.7.3 统计时分多路复用统计时分多路复用图图 3.31 TDM
11、与与STDM的比较的比较图图 3.32 统计时分多路复用统计时分多路复用 3.7.4 波分多路复用波分多路复用(WDM)不同波长的光载波信号在同一根光纤中传输波分多路复用光纤通信系统单向系统双向系统复用器主要性能指标插入损耗串扰衰减光纤带宽达210101010Hz3.8 铜环接入技术（铜环接入技术（XDSL）数字用户线DSL提供用户方便地用数字形式接入网络DSL系列统称XDSLXDSL技术已标准化不对称数字用户线ADSL对称的高速数字用户线HDSL甚高速数字用户线VDSL图图 3.33 ADSL体系结构体系结构 图图 3.34 ADSL“Lite”体系结构体系结构 图图 3.35 HDSL体系
12、结构体系结构 3.8 3.8 本章小结本章小结数据通信是两个实体间数据的传输和交换。数据传输是将源站的数据编码成信号，沿传输介质传播至目的站。数据传输的品质取决于被传输信号的品质和传输介质的特性。通信系统的基本作用是在两个实体间交换数据，数据通信模型的关键成分是源站、发送器、传输系统、接收器以及目的站。从时域概念分析，信号是时间的函数，可分成连续信号和离散信号两种。从频域概念分析，信号是频率的函数，可由多个频率成分组成。一个信号的频谱是它包含的频率范围，一个信号的绝对频宽是它的频谱的宽度。调制是载波信号的某些特性根据输入信号而变化的过程。编码是将模拟数据或数字数据变换成数字信号。模拟数据的模拟
13、信号调制有幅度调制、频率调制和相位调制。数字数据的模拟信号调制有幅移键控法、频移键控法和相移键控法。数字数据的数字信号编码有不归零制编码、曼彻斯特编码及差动曼彻斯特编码。最常用的模拟数据的数字信号编码是脉冲代码调制(PCM)，它是以采样定理为基础的。数字数据通信的基本要求是：接收方必须知道它所接收的每一位的开始时间和持续时间。有异步传输和同步传输两种方法。BISYNC是一种面向字符的同步传输，HDLC和SDLC是面向位的同步传输。DTE和DCE接口由OSI模型的物理层规定，包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。常用的物理层接口有RS232C、RS449、X.21等。传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光导纤维电缆以及无线介质。传输介质的选择是有许多因素决定的。多路复用是同时携带多个信号来高效率地使用传输介质的技术。常用的技术有频分多路、时分多路、波分多路等复用技术。常用的数字信号分级有用于TDM的DS系列和用于SONET的STM系列。数字用户线不仅用于对称服务，也可用于不对称服务，即两个传输方向的传输速率不一样，一般下行速度高于上行速度，这种数字用户线称不对称数字用户线ADSL，各种类型数字用户线技术DSL成为一个系列，统称XDSL。