第三章数据通信基础.pptx

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1、P1 I0；P0 I；以2为底，I的单位为：bit（比特）；以e为底，I的单位为：nat（奈特）；以10为底，I的单位为：hartly（哈特莱）；例：在二进制通信中，每位二进制数所携带的信息量为多大？一位二进制数通常称作一个比特，是指一位二进制数携带的信息量为一一位二进制数通常称作一个比特，是指一位二进制数携带的信息量为一个比特。个比特。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第1页/共69页2、数据与编码数据：描述事物的符号，是信息的载体。数据可以分为：模拟数据和数字数据；编码：字符编码集博多（Baudot）码（IA2）ASCII码（IA5）汉字区位码GB2312计算机通信与网络计算

2、机通信与网络计算机专业教研室第2页/共69页3、信号：在通信系统中所使用的信号指的是电信号，即随时间 变化的电压或电流，是数据的表现形式。信号的分类v连续信号与离散信号；v模拟信号与数字信号；v周期信号与非周期信号；v随机信号与确认信号；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第3页/共69页信号的特性：v时间特性-时域法 主要用于模拟信号的分析；v频率特性-频域法 主要用于数字信号的分析。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第4页/共69页信号的绝对带宽和有效带宽信号带宽：是指信号的频谱宽度；绝对带宽：指信号本身固有的带宽；即是：例如：+.（k为奇数）(2kft)波 形计

3、算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第5页/共69页设备有效带宽：一个绝对带宽为的信号，在通过一个有 限带宽的传输设备、介质时，所能通过的 最高频率与最低频率之差；信号有效带宽：包含绝大多数信号能量的频带宽度；设备容错能力：设备能够根据所接收到的失真信号还原出 信号本身的能力；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第6页/共69页数据传输速率与通信系统带宽 例：若一个通信网带宽为4MHZ，传输信号为方波，当 基波频率为f01 MHZ 时，试请问数据的传输速率 是多少呢？10tAV=2f0FAQ：是不是只要提高f0就能够提高数据的传输速率呢？计算机通信与网络计算机通信与网络计

4、算机专业教研室第7页/共69页 Sin(2kft)1/3Sin(2(3f)t)+包含三个频率分量返回 7计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第8页/共69页3.2 数据传输与处理 数据从源站到目的站的传输过程中，必须要考虑以下几个问题：v数据的特性；v用于传输数据的实际物理手段；v在传输过程中如何保证数据的正确性。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第9页/共69页1 1、数据的特性：、数据的特性：包括两类：模拟数据：语音数据、音频、视频数据 数字数据：由0、1 序列构成的数据（1）、语音数据：dB3000700400语音声音电话系统：3003400Hz 采样频率：80

5、00Hz 量化系数：8bit 数据速率：64KbpsHz计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第10页/共69页IP电话：比电话通信系统的语音质量差 数据速率：832Kbps 分组传输特性 受网络传输带宽影响 延时的抖动特性（2）、视频数据 PALPAL制制 NTSCNTSC制制 基本属性：空间分辨率：768576 640480 色彩分辨率：24bit 时间分辨率：25Fbps 30Fbps计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第11页/共69页数据速率：7685762425 260MbpsCIF规范：3522888（5-10）4Mbps 主要用于网络视频会议系统QCIF规

6、范：1761448（5-10）1Mbps 主要用于可视电话系统（3）、数字数据：由0、1构成的数字序列，应进行一定的编码才能有效地进行通信。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第12页/共69页2 2、数据与信号：、数据与信号：信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式，是通过一定的编码技术将数据转换成电编码的。（1 1）模拟）模拟模拟模拟编码编码：调相制编码；调幅制编码；调频制编码；返回计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第13页/共69页（2 2）、数字）、数字数字数字编码：非归零编码（NRZ，Non-ReturntoZero）曼彻斯特编码（Manchester）差分

7、曼彻斯特编码（Differential Manchester）针对不同的介质、不同物理信道或不同用途有不同的编码方式，例如：针对不同的介质、不同物理信道或不同用途有不同的编码方式，例如：4B/5B4B/5B、8B/6T8B/6T等等。等等。返回计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第14页/共69页01101NRZManchesterDifferentialManchester计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第15页/共69页（3 3）、模拟）、模拟数字数字 编码：脉冲振幅调制(PAM)；脉冲编码调制(PCM)；（4 4）、数字）、数字模拟模拟 编码：幅移键控(ASK

8、)；相移键控(PSK)；频移键控(FSK)；正交调幅(QAM)；返回返回计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第16页/共69页3 3、传输方式：、传输方式：Analog Data Analog Signal Digital Data Digital Signal可以有四种数据传输形式，也就形成了四类传输系统。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第17页/共69页基带传输：信号未经频率变换直接在信道上进行传输。即：数据与信号占用相同相同的频谱宽度。宽带传输：对信号进行频率变换后才送上信道进行传输。即：数据与信号占用不同不同的频谱宽度。（1）、模拟数据以模拟信号方式传输 例

9、如：目前的广播、电视通信系统。Audio数据 直接以Audio信号传输 调制编码后传输：调制方式计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第18页/共69页（2）、模拟数据以数字信号方式传输 例如：声 卡 模拟语音PCM数字数据数字信号 视频卡 模拟视频采集编码数字化数字信号 Analog Data Digital DataDigital Data Digital Signal（3）、数字数据以模拟信号方式传输编码方式PCMODEMPCMODEMPSTN编码方式计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第19页/共69页（4）、数字数据以数字信号方式传输 编码转换成比特流即可。编码

10、方式*远程传输：模拟信号：放大器(Amplifier)数字信号：中继器（Repeater）计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第20页/共69页4 4、传输损耗：、传输损耗：主要有三种：衰减、延迟失真和噪声衰减、延迟失真和噪声。（1）、衰减：指信号强度随传输距离的增加而减弱。任何传输介质都存在衰减问题。S/NS/N下降下降。规则介质：线性；（双绞线，同轴电缆，光纤）不规则介质：非线性；（空气）解决办法：模拟信号放大器；数字信号中继器；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第21页/共69页（2）、延迟失真：因不同频率的信号在同一介质中传 输速率的不同而引起的。HzmsHz

11、对模拟信号：可以不考虑；对数字信号：码间干扰；延迟均衡器ms计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第22页/共69页（3）、噪声：凡引入的无用信号，均称为噪声。主要有热噪声、交调噪声、串扰、脉冲噪声热噪声、交调噪声、串扰、脉冲噪声四种：热噪声：传输设备、介质中的电子做布朗运动 所产生的噪声。任何绝对零度以上的系统都有热噪声；热噪声是均匀分布的；难以被克服；热噪声的功率密度：NoNoKTKT（w/Hzw/Hz）；T：Kelvin温度；K:Boltzmanns=1.38031023 J/K在WHz带宽内（不考虑信号频率f）：N NKTW KTW；（上限）计算机通信与网络计算机通信与网络计

12、算机专业教研室第23页/共69页 交调噪声：多个不同频率的信号共存于同一介质或 信道时信号之间相互调制所产生的噪声；f1、f2、f3f1 f2f1 f2f1 f2如果f3相互影响 串扰：信号之间的有害耦合；双绞线：计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第24页/共69页 脉冲噪声；来源：雷电、电磁干扰、设计上的不合理；特点：持续时间短、幅度大且不连续；对模拟信号影响较小；对数字信号影响较大；0.01s模拟如果：数字信号速率：64Kbps则有：640bit错误计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第25页/共69页3.3 信道及其容量1、信道：由传输设备和传输介质一起所构成的

13、信号传输通道。（1）、信号传输的方向与时间：单工；半双工；双工；（2）、信号类型：模拟信道；数字信道；（3）、介质类型：有线信道；无线信道；（4）、使用方法：专用信道；公共信道；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第26页/共69页2、信噪比（Signal/Noise）：在通信信道上某点信号与 噪声的功率比。S/NS/N10101010（Ps/PnPs/Pn）(dB)(dB)3、信道容量：在给定条件下（带宽、S/N、差错率、可靠 性、可用性），信道的最大数据传输速率。注意：通常所说的网络带宽为注意：通常所说的网络带宽为2M2M，实际指的是容量，实际指的是容量。计算机通信与网络计算机

14、通信与网络计算机专业教研室第27页/共69页4、数字信道的信道容量（1）、码元的传输速率：单位时间内传递的码元个数.波特率（Band）（2）、数据传输速率：单位时间内传递的比特的个数。比特率（bps或bit/s）两者关系：R Rb bR RB Bloglog2 2L L计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第28页/共69页计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室（3）、奈奎斯特（Nyquist）准则：在带宽为B的信道中，能够传输的最大波特率为2B,因此，无噪声的数字信道的容量为：C C2Blog2Blog2 2L L例：一数字信道的带宽为：5MHz，若传输二进制编码的数字信

15、号，则：信道的最大数据传输速率是多少？C=25MHzlogC=25MHzlog2 22=10Mbps2=10Mbps第29页/共69页5、模拟信道的信道容量香农（香农（ShannonShannon）定理）定理:在带宽为B，且只有白噪声存 在的模拟信道中，其最大的数 据传输速率为：C C2Blog22Blog2（1 1S/NS/N）（S/N：是指功率比）例：基于MODEM的电话通信网络，电话语音频谱：3003400HZ，典型的信噪比：30dB，求最大数据速率是多少？理论值理论值计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第30页/共69页6、功率利用率与频带利用率（1）、功率利用率：功率利用

16、率：在误码率一定的情况下，传输每一 比特数据所需的最小信号平均功率。S/N下降平均功率下降功率利用率上升；（2）、频带利用率：频带利用率：在单位带宽内，所允许传输的最大数 据速度。B一定C增大频带利用率上升；（3）、互换原则：互换原则：计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第31页/共69页B一定C频带利用率S/N功率利用率L编码复杂功率利用率卫星通信：注重功率利用率；地面微波通信：注重频带利用率；C2Blog2（1S/N）C2Blog2L计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第32页/共69页3.4、传输介质1、传输介质的特性：网络带宽：传输介质所能承受的网络带宽物理特性

17、：对传输介质物理结构的描述传输特征：包括频率特性和适用范围等。传输损耗：传输介质中传输过程中的损耗。连通特性：允许点-点或多点连接。地理范围：传输介质的最大传输距离。抗干扰性：防止噪声与电磁干扰对数据传输影响的能力。相对价格：包括器件、安装与维护费用。0计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第33页/共69页2、设计通信系统时，与介质相关的因素：v BandWidth；v Transmissionimpairment；v Interface；v Number of Receiver；3、介质分类：导向（guided）性传输介质-规则介质非导向(unguided)性传输介质-不规则介质

18、计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第34页/共69页（1）、导向传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤）计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第35页/共69页v 双绞线：双绞线：也称双扭线，由两、四、八根相互绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法两两绞合起来就构成了双绞线。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第36页/共69页通常我们使用的双绞线，不同生产商的产品标志可能不同，但一般包括以下一些信息：双绞线类型 NEC/UL防火测试和级别 CSA防火测试 长度标志 生产日期 双绞线的生产商和产品号码 如：AVAYA-CSYSTEIMAX1061C+4/24A

19、WGCMVERIFIEDUL生产商产品号 通信通用电缆，CM是NEC(美国国家电气规程)中防火耐烟等级中的一种。VERIFIEDUL：说明双绞线满足UL(UnderwritersLaboratoriesInc.保险业者实验室)的标准要求。第37页/共69页第38页/共69页电话系统：一对；RJ11网络系统：四对；RJ451 11 12 22 23 33 34 44 45 55 56 66 67 77 78 88 8PCPC交叉HUB平行计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第39页/共69页非屏蔽双绞线（UTP）屏蔽双绞线（STP）UTP3(16M)UTP4(20M)UTP5(100

20、M)语音级数据级三类线：绞距大，串扰大；五类线：绞距小，串扰小；绞距计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第40页/共69页vv 同轴电缆同轴电缆常用的同轴电缆有下述几种（无线电波管制级别RG）：RG-8和RG-11，通常用来实现粗缆Ethernet（75）RG-58，通常用来实现细缆Ethernet。（50）RG-75，通常用来实现电视传输，也可用于宽带数据网络。（75）计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第41页/共69页 细缆：50同轴电缆，是为数据通信传送基带数字信号，故又称为基带同轴电缆。T 型头网卡的 BNC 接口端接器 粗缆：相对于细缆而言，它的带宽更大，常

21、用来传输频分复用的宽带信号，因此也称为宽带同轴电缆。MAUAUI50mDIX接口型头计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第42页/共69页第43页/共69页NOTE：一个网段上连接的计算机台数有限。相邻两台计算机之间的距离有限。细缆：0.5m；粗缆：2.5m；HUB100m电话网（双绞线）：8cm光纤易折断；弯折处光信号有损失；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第49页/共69页（2）、非导向性传输介质以空气作为传输介质(无线传输)定向传输：聚集为波束；点点全向传输：立体扩散；点多点发送和接收都是通过天线实现的。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第50页

22、/共69页v 地面微波地面微波微波的频率范围为300MHZ300GHZ，但主要是使用240GHZ的频率范围。微波在空间是直线传播的。d:天线之间的距离（Km）；h：天线高度（m）；K：调节系数，与地理表面情况有关，经验值K4/3；由于地面微波传输距离较小，一般为50Km，如果需要进行远距离传输，则需要微波中继站；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第51页/共69页NECPASOLINK系列第52页/共69页vv 卫星通信卫星通信：无人值守的微波中继站；为了使卫星与地面站始终保持在可视范围内，需要采用同步卫星（位于赤道上空35784Km的轨道上）；两个使用相同频带的卫星，如果离的很

23、近，它们会相互干扰，故要求：46GHz 41214GHz 317-29GHz 试用计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第53页/共69页 链路链路每一颗卫星分别使用两个波段分别用于发送和接收；uplinkdownlink波波波波 段段段段Uplink（GHz）downlink downlink（GHz）CC3.73.74.24.25.9255.9256.4256.425KuKu11.711.71.21.214.00014.00014.50014.500KaKa17.717.721.021.027.50027.50031.00031.000计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教

24、研室第54页/共69页卫星通信系统基本组成卫星通信系统基本组成第55页/共69页第56页/共69页计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室3.5 多路复用技术 解决链路利用率;1、概述v概念：多个信号共享同一传输介质的技术；v原理：一条高速物理通道个信源多路分用器多路复用器个输出NN个逻辑通道N第57页/共69页v多路复用技术：频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM，ATDM）波分多路复用（WDM）计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第58页/共69页2、频分多路复用技术（1）概念计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第59页/共69页（2）原理计算机通信与网

25、络计算机通信与网络计算机专业教研室第60页/共69页（3）应用实例-12路载波电话系统载波发生器低通调制带通低通调制带通低通调制带通1212调制FDM60kHz64kHz108kHz第61页/共69页3、时分多路复用（1）概念复用器分用器12Nt12N12NTDM帧时隙时间片12N第62页/共69页（2）原理BufferBufferBuffer12NBufferBufferBuffer12N同步第63页/共69页（3）应用实例-电话程控数字通信系统主要有：T1/E1两大类系统。011631125S同步控制信令控制E1帧E1接口速率：3280008=2.048Mbps每一路电话信道速率：80008=64Kbps基群速率，Router的E1接口（DDN）速率电话PCM速率第64页/共69页CCITT电话群路系统：12330444基群二次群三次群四次群301204801920第65页/共69页（4）异步时分多路复用（ATDM）t1t2t3t1t2t3ABCDEFADFBCDEABCDBufferEF第66页/共69页4、波分多路复用第67页/共69页第三章结束第68页/共69页感谢您的观看！第69页/共69页