数据通信技术基础学习教案.pptx

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1、数据通信技术数据通信技术(jsh)基础基础第一页，共104页。3.1 数据通信基本知识数据通信基本知识 3.1.1 3.1.1 信息、数据与信号信息、数据与信号 信息是在人们之间传递的知识信息是在人们之间传递的知识(zh shi)(zh shi)，数据是信息，数据是信息的具体表现形式，其本身是各种各样的物理符号或它的具体表现形式，其本身是各种各样的物理符号或它们的组合。们的组合。信息涉及到数据的内容和解释。信息涉及到数据的内容和解释。信号是数据的电子或电磁编码，数据必须经过编码转信号是数据的电子或电磁编码，数据必须经过编码转换为电信号后才能在传输介质中传输。换为电信号后才能在传输介质中传输。数

2、据和信号都有两种不同的形式数据和信号都有两种不同的形式一种称为模拟数据和信号一种称为模拟数据和信号另一种称为数字数据和信号。另一种称为数字数据和信号。存在两种数据、两种信号，就有四种类型的编码组合存在两种数据、两种信号，就有四种类型的编码组合即数字数据分别编码成数字信号或模拟信号，模拟数即数字数据分别编码成数字信号或模拟信号，模拟数据分别编码成模拟信号或数字信号。据分别编码成模拟信号或数字信号。第1页/共104页第二页，共104页。3.1.2 通信通信(tng xn)的基本要求的基本要求 通信的双方完成一次通信需要满足三个基本要求(yoqi)：一是双方有通信的愿望；二是通信的双方之间有信息传递

3、的信道，也即是说通信要经过传输介质以及有关的传输设备；三是通信双方要遵循通信的规则和约定，即通信双方按照通信协议传输信息，并能理解这些通信协议。第2页/共104页第三页，共104页。信道信道(xn do)信道与电路并不等同，信道表示信号的通路，一般是用来表示向某一个方向传输信息的媒体一条通信电路往往包含一条发送(f sn)信道和一条接收信道。信道与传输介质也是有区别的传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传输线路。通信信道建立在传输介质之上包括传输介质和通信设备。第3页/共104页第四页，共104页。差错率差错率差错率差错率/误码率误码率误码率误码率由于噪声的影响和信道带宽的限制由于噪声

4、的影响和信道带宽的限制(xinzh)(xinzh)，信号可能发生失真。信号可能发生失真。差错率差错率/误码率：传输比特总数与其中出错比特数的误码率：传输比特总数与其中出错比特数的比值比值 Pe=Pe=出错比特数传输出错比特数传输/比特总数比特总数 例：例：传输传输10000bit,10000bit,有有2bit2bit出错，出错，Pe Pe 2/10000 2/10000 差错率越高表示信道的质量越差差错率越高表示信道的质量越差 信道的差错率与信号的传输速率信道的差错率与信号的传输速率 和传输距离成正比和传输距离成正比第4页/共104页第五页，共104页。3.1.3 数据通信传输数据通信传输(

5、chun sh)系系统模型统模型 一个数据通信系统由源系统、传输系统、目的(md)系统三部分组成 图3.1 数据通信系统的模型接收的信号发送的信号输入信息输出信息输入数据输出数据目 的 系统源系统传 输 系统信源变换器信宿反变换器信道第5页/共104页第六页，共104页。信源：信息的发送者，是发出各种信息（语言、文字信源：信息的发送者，是发出各种信息（语言、文字(wnz)(wnz)、图象或者数据）的信息源、图象或者数据）的信息源 信宿：信息的接收者，信息传输的目的地；信宿：信息的接收者，信息传输的目的地；载体：传送信息的媒体；（信道）载体：传送信息的媒体；（信道）注意：噪声的存在和对通信的影响

6、注意：噪声的存在和对通信的影响信源信宿载体（信道）噪声源通信系统的基本通信系统的基本(jbn)(jbn)组成组成第6页/共104页第七页，共104页。变换器：将信源发出的信息(xnx)变换成载体（信道）上可传输的格式；反变换器：将载体（信道）上可传输的信息(xnx)变换成信宿可识别/处理的格式。信源信宿载体（信道）噪声源反变换器变换器通信通信通信通信(tng xn)(tng xn)(tng xn)(tng xn)系统的基本组成系统的基本组成系统的基本组成系统的基本组成第7页/共104页第八页，共104页。3.1.4 信道信道(xn do)的最大容量的最大容量 信道传输数据的能力是受到限制的，信

7、道的最大容量与信道的带宽有关。奈奎斯特定理的公式(gngsh)为（理想信道）：C=2H log2 L(bps)香农在1936年给出了有热噪声信道的最大容量，香农定理的公式(gngsh)为：C=H log2(1+S/N)(bps)第8页/共104页第九页，共104页。3.1.5 调制速率调制速率(sl)和数据传输和数据传输率率 在计算机网络中信号的传输有两种数据速率在计算机网络中信号的传输有两种数据速率即调制速率和位数据速率。即调制速率和位数据速率。调制速率也称为码元速率、波形速率或信号速率调制速率也称为码元速率、波形速率或信号速率指的是每秒种发送信号的数目指的是每秒种发送信号的数目(shm)(

8、shm)，单位为波特，单位为波特(baud)(baud)。数据传输率为每秒种发送的二进制位数数据传输率为每秒种发送的二进制位数单位为单位为bpsbps，读作每秒位。，读作每秒位。两种数据速率之间的关系为：两种数据速率之间的关系为：C=B log2 N(bps)C=B log2 N(bps)其中：其中：C C为数据传输率；为数据传输率；B B为调制速率；为调制速率；N N为一个信号可能取值的个数。为一个信号可能取值的个数。第9页/共104页第十页，共104页。波特率（信道速率）波特率（信道速率）:指调制设备每秒可调制的符号个指调制设备每秒可调制的符号个数，即信道上每秒传输的符号个数。数，即信道上

9、每秒传输的符号个数。数据传输速率：数据传输速率：信道在单位时间内可以信道在单位时间内可以(ky)(ky)传输的传输的最大比特数最大比特数波特率和数据传输速率之间的关系 数据传输速率波特率log2N (N-每个符号的取值个数，或可调制(tiozh)的线路状态数）0111001001 11 00 10假设调制设备采用调幅调制技术，每秒调制出一个符号，该符号可取四种幅度之一：两种速率两种速率(sl)的关系的关系第10页/共104页第十一页，共104页。3.1.6 基带传输基带传输(chun sh)和频带和频带传输传输(chun sh)把基本频率分量对应的矩形脉冲信号称为基本频带(pndi)，简称为基

10、带，对应的矩形脉冲信号称为基带信号。基带传输就是在数字信道上直接传送基带信号。带宽与信道可以允许通过的信号的最大频率与最低频率有关。频带(pndi)传输是利用模拟信道传输数据信号，例如，把计算机设备输出的信号进行调制以后再放在传输介质上传输。频带(pndi)传输有时也称为宽带传输。第11页/共104页第十二页，共104页。基基基基带带带带信信信信号号号号往往往往往往往往包包包包含含含含(bohn)(bohn)(bohn)(bohn)有有有有较较较较多多多多的的的的低低低低频频频频成成成成分分分分，甚甚甚甚至至至至有有有有直直直直流流流流成成成成分分分分，而而而而许许许许多多多多信信信信道道道道

11、并并并并不不不不能能能能传传传传输输输输这这这这种种种种低低低低频频频频分分分分量量量量或或或或直直直直流流流流分分分分量量量量。为为为为 了了了了 解解解解 决决决决 这这这这 一一一一 问问问问 题题题题，就就就就 必必必必 须须须须 对对对对 基基基基 带带带带 信信信信 号号号号 进进进进 行行行行 调调调调 制制制制(modulation)(modulation)(modulation)(modulation)。010011100基带信号(xnho)调幅(dio f)调频调相第12页/共104页第十三页，共104页。3.1.7 通信双方通信双方(shungfng)信息信息交互的方式交

12、互的方式 依据通信的方向讨论，通信双方信息交互的方式有三种依据通信的方向讨论，通信双方信息交互的方式有三种基本方式。基本方式。单向通信，只能有一个方向上的通信，即单向通信，只能有一个方向上的通信，即A A只能传给只能传给B B。双向交替通信，通信的双方都可以发送信息，但不能同双向交替通信，通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送，在某一个时刻仅存在一个方向上的通信。时发送，在某一个时刻仅存在一个方向上的通信。双向同时通信，通信的双方可以同时发送和接收信息。双向同时通信，通信的双方可以同时发送和接收信息。这里需要指明的是，上述三个基本方式是规范的术语，这里需要指明的是，上述三个基本方式是规范的术

13、语，分别对应分别对应(duyng)(duyng)以前的单工、半双工、全双工。以前的单工、半双工、全双工。第13页/共104页第十四页，共104页。3.1.8 异步传输异步传输(chun sh)和同步和同步传输传输(chun sh)在计算机网络和通信网络中都是采用串行传输，这是在计算机网络和通信网络中都是采用串行传输，这是由于远距离传输要考虑到技术实现上的要求和传输线由于远距离传输要考虑到技术实现上的要求和传输线路的费用。路的费用。串行传输在具体应用中，又分为异步和同步传输。异串行传输在具体应用中，又分为异步和同步传输。异步和同步传输都要考虑收发双方的同步，即接收方能步和同步传输都要考虑收发双方

14、的同步，即接收方能够够(nnggu)(nnggu)正确的区分所收到数据的每一位。正确的区分所收到数据的每一位。异步传输是一次传输一个字符，字符之间有不确定的异步传输是一次传输一个字符，字符之间有不确定的间隔，每个字符由间隔，每个字符由1 1位起始位标识，起始位的值为位起始位标识，起始位的值为0 0，字符由字符由5-85-8位二进制数组成，例如采用位二进制数组成，例如采用ASCIIASCII编码的字编码的字符，后跟符，后跟1-21-2位停止位，停止位的值为位停止位，停止位的值为1 1。同步传输是一次传输一个数据块，数据块的内容可以同步传输是一次传输一个数据块，数据块的内容可以是若干二进制位，也可

15、以是若干字符，每一位与前一是若干二进制位，也可以是若干字符，每一位与前一位之间的传输时间是确定的，即是可知的。位之间的传输时间是确定的，即是可知的。第14页/共104页第十五页，共104页。字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立(dl)(dl)传输，字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止传输，字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每个字符。传输效率较低。位来限定每个字符。传输效率较低。起 终 始 止 位 1 1 1 0 1 0 1 0 位 线路空闲 线路空闲起始位一个字符下一字符异步传输异步传输(chun sh)第15页/共

16、104页第十六页，共104页。接收接收(jishu)(jishu)方如何在时间上与发送方取得同步，以便能够方如何在时间上与发送方取得同步，以便能够正确地识别和接收正确地识别和接收(jishu)(jishu)发送方发来的数据。发送方发来的数据。字符同步(tngb)：使接收方可以正确地识别数据群同步(tngb)传输时的同步(tngb)字符（SYN）接收方在识别到独特的同步(tngb)字符或同步(tngb)模式后，才开始真正的数据接收。位同步：使接收方可以正确地接收各个比特自同步法：接收方直接从数据波中获取同步信号。外同步法：发送方在发数据前，先向接收方发一串同步时钟序列，接收方根据这一同步时序锁定

17、接收频率。（异步传输(chun sh)的起始/终止位）同步传输同步传输第16页/共104页第十七页，共104页。3.2有线传输有线传输(chun sh)介质介质 3.2.1 传输介质的分类 每一种(y zhn)传输介质在数据传输率、传输时延、安装、维护和成本上有不同的特性。适应的网络应用环境也不同。传输介质分为：有线传输介质、无线传输介质。在有线传输介质中，电信号的传播速度是光速的三分之二，即每秒20万Km（千米）在无线传输介质中电信号的传播速度等于光速，为每秒30万Km（千米）。在网络的最低层次上，所有计算机通信都以某种能量形式对数据进行编码，并将这些能量通过传输介质发送。第17页/共104

18、页第十八页，共104页。3.2.2 双绞线双绞线 双绞线是由一对相互绝缘的导线缠绕在一起构成的，两双绞线是由一对相互绝缘的导线缠绕在一起构成的，两条导线缠绕在一起。条导线缠绕在一起。双绞线在双绞线在EthernetEthernet网和网和Token RingToken Ring网中用得相当网中用得相当(xingdng)(xingdng)多，它常用作总线型拓扑结构或星形拓扑多，它常用作总线型拓扑结构或星形拓扑结构的连线。结构的连线。双绞线分为屏蔽和非屏蔽两大类双绞线分为屏蔽和非屏蔽两大类在这两大类中又分在这两大类中又分100100欧姆非屏蔽电缆、双体电缆、大欧姆非屏蔽电缆、双体电缆、大对数电缆、

19、对数电缆、150150欧姆屏蔽电缆和欧姆屏蔽电缆和100100欧姆屏蔽电缆。欧姆屏蔽电缆。图3.2 双绞线第18页/共104页第十九页，共104页。双绞线图示及双绞线图示及UTP-5UTP-5UTP-5UTP-5的线序的线序第1针第8针图3.5 RJ45插座针脚排列第19页/共104页第二十页，共104页。双绞线两头(lingtu)采用RJ-45标准水晶头；第20页/共104页第二十一页，共104页。第21页/共104页第二十二页，共104页。双绞线双绞线一段一段5 5类类UTPUTP最大传送距离最大传送距离100m100m；可使用可使用(shyng)(shyng)中继器加大传送距离，最多级连

20、中继器加大传送距离，最多级连4 4个；个；适合楼宇布线。适合楼宇布线。3.2.2 双绞线双绞线第22页/共104页第二十三页，共104页。双绞线的使用在使用双绞线作为传输介质的快速以太网100Base-T中存在着三个标准：100Base-TX100Base-T2100Base-T4其中：100Base-T4标准要求使用全部的4对线进行信号传输，另外(lnwi)两个标准只要求2对线。而在快速以太网中最普及的是100Base-TX标准。3.2.2 双绞线双绞线第23页/共104页第二十四页，共104页。UTP电缆中颜色和序号的对应关系(gunx)一般按照EIATIA568A或568B布线标准中规定

21、的线序标准来制作。3.2.2 双绞线双绞线第24页/共104页第二十五页，共104页。一般的10BASE-T和100BASE-TX规定(gudng)，以太网上各设备使用1、2线作为发送线，3、6线作为接收线。计算机发送(f sn)接收(jishu)12363.2.2 双绞线双绞线第25页/共104页第二十六页，共104页。计算机发送接收计算机发送接收1236利用利用UTPUTP线缆连接线缆连接(linji)(linji)时线对的通信关系：时线对的通信关系：交叉(jioch)网线计算机发送接收集线器发送接收1236平行(pngxng)网线计算机发送接收计算机发送接收12363.2.2 双绞线双绞

22、线第26页/共104页第二十七页，共104页。3.2.3 铜轴电缆铜轴电缆(dinln)同轴电缆是最早用于数据网和局域网的一种线缆类型同轴电缆是最早用于数据网和局域网的一种线缆类型(lixng)(lixng)。它中央是铜芯，铜芯外包着一层绝缘层，绝缘层。它中央是铜芯，铜芯外包着一层绝缘层，绝缘层外是一层屏蔽层，屏蔽层把电线很好地包起来，再往外就是外外是一层屏蔽层，屏蔽层把电线很好地包起来，再往外就是外层了。层了。用于局域网的同轴电缆有两种用于局域网的同轴电缆有两种塑料外层屏蔽网层铜芯绝缘层图3.7 同轴电缆构造第27页/共104页第二十八页，共104页。同轴电缆传输距离较双绞线远。电缆较硬，不

23、易弯曲，不适合楼宇布线。细缆可用于计算机连接(linji)，粗缆用于局域网主干线缆同轴电缆安装需要AUI接口和BNC接口。3.2.3 铜轴电缆铜轴电缆(dinln)第28页/共104页第二十九页，共104页。3.2.3 铜轴电缆(dinln)第29页/共104页第三十页，共104页。3.2.4 光纤光纤 光纤具有圆柱形的形状，由传输光波的玻璃纤芯以及包光纤具有圆柱形的形状，由传输光波的玻璃纤芯以及包围在纤芯外面的反射层组成，形成围在纤芯外面的反射层组成，形成(xngchng)(xngchng)三部分：三部分：纤芯、包层和护套。纤芯、包层和护套。光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输媒体的光

24、纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输媒体的通信方式通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。可以这样理解：接收机。可以这样理解：光源是光波产生的根源；光源是光波产生的根源；光纤是传输光波的导体；光纤是传输光波的导体；光发送机的功能是产生光束，将电信号转变成光信号，光发送机的功能是产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤；再把光信号导入光纤；光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号，并光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再作相应处理。将它转变成电信号，经解码后再作相应处理。第30页/共104页

25、第三十一页，共104页。光纤的工作(gngzu)原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输(chun sh)的方式是不断地全反射第31页/共104页第三十二页，共104页。输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤第32页/共104页第三十三页，共104页。第33页/共104页第三十四页，共104页。光纤与电缆线相比光纤与电缆线相比(xin b)(xin b)的的优缺点优缺点 光纤传输光纤传输(chun sh)(chun sh)的优点：的优点：因为传输因为传输(chun sh)(chun sh)的是光，所以不会引起电磁干扰的是光，所以不会引起

26、电磁干扰也不会被干扰；也不会被干扰；光纤传输光纤传输(chun sh)(chun sh)信号的距离比电缆线远得多，线信号的距离比电缆线远得多，线路损耗低；路损耗低；与电信号相比，传输与电信号相比，传输(chun sh)(chun sh)频带宽，通信容量大。频带宽，通信容量大。线径细线径细,重量轻；重量轻；抗化学腐蚀能力强；抗化学腐蚀能力强；光纤制造资源丰富。光纤制造资源丰富。光纤在应用中的不足之处：光纤在应用中的不足之处：安装需要专门设备以保证光纤的端面平整以便光能透过；安装需要专门设备以保证光纤的端面平整以便光能透过；当一根光纤在护套中断裂（如被弯成直角），要确定其当一根光纤在护套中断裂（如

27、被弯成直角），要确定其位置是非常困难的；位置是非常困难的；修复断裂光纤也很困难修复断裂光纤也很困难 第34页/共104页第三十五页，共104页。3.3 无线传输无线传输(chun sh)介质介质 3.3.1 3.3.1 电磁波谱电磁波谱在无线传输在无线传输(chun sh)(chun sh)介质（指自由空间）介质（指自由空间）中，电磁波沿自由空间传播中，电磁波沿自由空间传播传播速度为光速。传播速度为光速。无线传输无线传输(chun sh)(chun sh)介质也称为非导向传介质也称为非导向传输输(chun sh)(chun sh)媒体。媒体。无线传输无线传输(chun sh)(chun sh)

28、介质需要介质需要采用电磁波谱的某些可用频带采用电磁波谱的某些可用频带 。第35页/共104页第三十六页，共104页。电磁波谱的频谱电磁波谱的频谱 100无线电微波红外紫外X射线伽马射线10210410610810101012101410161018102010221024可见光1051061071081091010101110121013101410151016双绞线同轴电缆低频波 无线电AM无线电FM卫星地面微波光纤LFMF HFVHF UHFEHFSHFTHF图3.10 电磁波谱的频谱和在通信中的应用f(HZ)f(HZ)TV波段第36页/共104页第三十七页，共104页。3.3.2 无线电

29、传输无线电传输(chun sh)无线电通信在无线电广播和电视广播中已经广泛使用。无线电通信在无线电广播和电视广播中已经广泛使用。在低频段和中频波段内，无线电波可以轻易的通过障在低频段和中频波段内，无线电波可以轻易的通过障碍物，沿地球表面传播。但信号能量随着与信号源距碍物，沿地球表面传播。但信号能量随着与信号源距离增大而急剧离增大而急剧(jj)(jj)衰减，使得传输距离收到限制。衰减，使得传输距离收到限制。在高频、甚高频波段内，地表电波会被地球吸收。在高频、甚高频波段内，地表电波会被地球吸收。但会被离地表几百千米高度的带电粒子层但会被离地表几百千米高度的带电粒子层-电离层反电离层反射回地面，可以

30、传播到很远的距离。射回地面，可以传播到很远的距离。第37页/共104页第三十八页，共104页。3.3.3 微波微波(wib)传输传输 微波微波(microwave)(microwave)通信通常是指利用在通信通常是指利用在1GHz1GHz10GHz10GHz频率范围内的电磁频率范围内的电磁波来进行通信。波来进行通信。和低频的无线电波不同的是微波是沿着直线传播的，而不是向各个方和低频的无线电波不同的是微波是沿着直线传播的，而不是向各个方向扩散，而地球表面是弯曲的，其传播距离受到限制。在相距几十公向扩散，而地球表面是弯曲的，其传播距离受到限制。在相距几十公里的距离之间需要建设微波接力中继站，像接力

31、赛跑那样，一站接一里的距离之间需要建设微波接力中继站，像接力赛跑那样，一站接一站补充能量。站补充能量。微波通信的优点是：微波通信的优点是：适应的业务种类多，可传输长途电话、电报、蜂窝移动电话、广播适应的业务种类多，可传输长途电话、电报、蜂窝移动电话、广播电视、图像、文本数据等信息；电视、图像、文本数据等信息；工作在波段工作在波段lGHzlGHz10GHz10GHz频率范围，其信道频率范围，其信道(xn do)(xn do)的容量大；的容量大；微波传输质量高，不容易受工业干扰和天电干扰，这两者的主要频微波传输质量高，不容易受工业干扰和天电干扰，这两者的主要频谱比微波低的多；谱比微波低的多；与同样

32、效果的有线通信建设比较，微波通信建设周期快、投资少；与同样效果的有线通信建设比较，微波通信建设周期快、投资少；微波通信的可靠性高。微波通信的可靠性高。第38页/共104页第三十九页，共104页。3.3.4 红外线传输红外线传输(chun sh)红外线传输通信是利用电磁波频谱红外频段进行通信频率范围1012Hz1014Hz，红外线传输主要用于短距离的通信，通信距离一般在十几米范围内。红外线的发送(f sn)与接收装置硬件相对便宜且容易制造，也不需要天线红外通信不宜在室外使用。红外线传输也用于数据通信和计算机网络。第39页/共104页第四十页，共104页。3.3.5 激光激光(jgung)传输传输

33、 激光(jgung)能直接在空中传输具有能在很长的距离内保持聚焦(即定向)的特点。作为物理传输媒体，它和微波通信在直线传输上有相似性激光(jgung)同样不能被遮挡，而且对雨雪和雾都比较敏感，这限制了它的应用。第40页/共104页第四十一页，共104页。3.3.6 卫星卫星(wixng)传输传输 卫星是指围绕地球转动的物体。天体卫星和人造卫星1962年第一颗人造地球卫星发射成功，开创了天际通信的里程碑。通信卫星可以看作是一个空间微波中继器通信卫星上一般12-20个异频雷达接收机，每个都有36MHz-50MHz的带宽，异频雷达接收机对相应的波段进行(jnxng)监听，上行波束从地面卫星站传向卫星

34、，下行波束从卫星传向地面站，下行波束覆盖范围很广。通信卫星返回地面的信号可以在卫星上通过放大器放大。卫星传输采用的波段为微波波段。第41页/共104页第四十二页，共104页。卫星通信卫星通信(wixng tngxn)(wixng tngxn)的特点的特点 通信与地面两个通信与地面两个(lin)(lin)节点的位置无关，也即传送一条报节点的位置无关，也即传送一条报文的成本与距离无关文的成本与距离无关卫星的一个重要特性是收发器向上千个地面站发送一条报文的卫星的一个重要特性是收发器向上千个地面站发送一条报文的时间与向一个地面站发送该报文所用的时间基本相同。时间与向一个地面站发送该报文所用的时间基本相

35、同。卫星传输具有很低的出错率。卫星传输具有很低的出错率。上行地面站地球表面图3.11 卫星通信下行第42页/共104页第四十三页，共104页。3.4 信道信道(xn do)复用技术复用技术 复用技术用于在一个信道上同时传输多路信号(xnho)，这样可以充分利用信道的传输能力。复用可以实现的前提是信道的传输能力大于传输一路信号(xnho)的需求，体现在两个方面：一是信道的带宽很宽，而传输一路信号(xnho)所需的带宽很窄。另一方面是信道的数据传输率很高，而一路信号(xnho)所需的数据传输率很低，这样在能力很强的信道上仅传输一路信号(xnho)就很浪费。第43页/共104页第四十四页，共104页

36、。3.4.1 频分复用频分复用(f yn)FDM 信道的带宽很宽，信道的可用带宽大于一路信号所需的带宽，把信道的带宽很宽，信道的可用带宽大于一路信号所需的带宽，把信道划分为多个子信道，每个子信道传输一路信号。信道划分为多个子信道，每个子信道传输一路信号。在子信道之间要留有隔离频带，对每路信号以不同在子信道之间要留有隔离频带，对每路信号以不同(b tn)(b tn)频率频率的载波进行调制，使其适应不同的载波进行调制，使其适应不同(b tn)(b tn)子信道频段的要求，传子信道频段的要求，传输到目的地后再恢复为原始信号。输到目的地后再恢复为原始信号。子信道N图3.13 频分复用FDMF2F1子信

37、道1子信道2T第44页/共104页第四十五页，共104页。3.4.2 时分复用时分复用TDM 时分复用时分复用TDMTDM（Time Division MultiplexingTime Division Multiplexing）技术的依据是信）技术的依据是信道的数据道的数据(shj)(shj)传输率大于一路信号传输所需要的数据传输率大于一路信号传输所需要的数据(shj)(shj)传输率传输率可以把传输时间分成时间片帧，每一时间片帧包含若干时间隙，可以把传输时间分成时间片帧，每一时间片帧包含若干时间隙，每个时间隙对应一路信号的若干位每个时间隙对应一路信号的若干位 64321556432115

38、64321f时间片帧时间片帧时间片帧图3.14 时分复用TDM第45页/共104页第四十六页，共104页。FDM和TDMTDMFDM频率时间TDM频率时间4用户示例:第46页/共104页第四十七页，共104页。3.4.3 TDM与与FDM的比较的比较(bjio)TDMTDM中中在某一微小的时间间隔只有在某一微小的时间间隔只有(zhyu)(zhyu)一路信号在传输一路信号在传输每一路信号传输占用信道的全部带宽每一路信号传输占用信道的全部带宽FDMFDM中中在某一微小的时间间隔有多路信号在传输。在某一微小的时间间隔有多路信号在传输。每一路信号占用部分带宽每一路信号占用部分带宽在应用中在应用中TDM

39、TDM适合数字信号的传输适合数字信号的传输FDMFDM适合模拟信号传输适合模拟信号传输许多应用是先进行许多应用是先进行FDMFDM，然后再进行，然后再进行TDMTDM，即两种复用技术综合使用。，即两种复用技术综合使用。第47页/共104页第四十八页，共104页。3.4.4 波分复用波分复用(f yn)WDM 在光纤信道上采用波分复用WDM。波分复用是光的频分复用WDM是FDM的一个变种频率和波长之间满足关系式：f c，这里f 为频率，c为光速(un s)，为波长。每根光纤上光信号的波长不同，两根光纤连接到一个棱柱或衍射光栅上，两束光通过棱柱或衍射光栅合成到一根共享的光纤上。传输到远方的目的地后

40、，再用棱柱或衍射光栅将它们分解开，交给接收方。第48页/共104页第四十九页，共104页。波分复用波分复用(f yn)WDM图示图示71557 nm61556nm51555 nm41554 nm31553nm21552 nm11551nm01550 nm01550 nm11551 nm21552 nm31553 nm41554 nm51555 nm61556 nm71557 nm120 KmEPFA图3.15 波分复用的概念82.5Gbps1310 nm20 Gbps复用分用器复用分用器第49页/共104页第五十页，共104页。3.4.5 空分复用空分复用(f yn)SDM 空分复用SDM（S

41、pace Division Multiplexing）采用对空间划分的方法架设多条传输线路在每一条线路上传输一路信号。例如(lr)在电线杆之间架设多条线路，用于多条话音信号线，连接到电话用户。第50页/共104页第五十一页，共104页。3.4.6 统计统计(tngj)复用复用 统计复用是对时分复用的改进也称为统计时分复用STDM（Statistic Time Division Multiplexing）。在时分复用中各路信号的时隙是固定分配好了的每一路信号与复用的其它各路信号之间的时间间隔(jin g)是固定的从这个意义上讲，各路信号是同步传输的。第51页/共104页第五十二页，共104页。时

42、分复用频率(pnl)时间(shjin)BCDBCDBCDB CDAAAAA在TDM帧中的位置(wizhi)不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧第52页/共104页第五十三页，共104页。时分复用频率(pnl)时间(shjin)CDC DCDAAAABBBB CDB在TDM帧中的位置(wizhi)不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧第53页/共104页第五十四页，共104页。时分复用频率(pnl)时间(shjin)BDBDBDAAAABCCCCDC在TDM帧中的位置(wizhi)不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧第54页/共104页第五十五页，共104页。时分复用频率(

43、pnl)时间(shjin)BCB CBCAAAA BCDDDDD在TDM帧中的位置(wizhi)不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧第55页/共104页第五十六页，共104页。时分复用可能会造成线路(xinl)资源的浪费ABCDaabbcdbcattttt4个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户(yngh)使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质(xngzh)，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。第56页/共104页第五十七页，共104页。统计(tngj)时分复用STDM(StatisticTDM)用户(yngh)ABCDabcdttttt3个STD

44、M帧#1acbabbcacd#2#3统计(tngj)时分复用第57页/共104页第五十八页，共104页。3.5 数据编码技术数据编码技术(jsh)模拟数据和数字(shz)数据都可以转换为模拟信号或数字(shz)信号 调制器PCM编码器数字发送器放大器调制器图3.17 两种数据与两种信号的组合模拟信号数字数据数字数据模拟数据模拟数据数字信号模拟信号数字信号第58页/共104页第五十九页，共104页。3.5.1 数字数字(shz)数据编码数据编码为模拟信号为模拟信号为了使计算机数据能在模拟信道为了使计算机数据能在模拟信道(xn do)(xn do)，例如模拟电话网上传，例如模拟电话网上传输输需要对

45、计算机设备输出的数字数据或数字信号进行变换为模拟信需要对计算机设备输出的数字数据或数字信号进行变换为模拟信号。号。第59页/共104页第六十页，共104页。调制依据：模拟信号的三要素调制依据：模拟信号的三要素 （幅度（幅度(fd)(fd)、频率和相位）、频率和相位）幅度相位周期=频率的倒数1 0 1 0 1 1 0本例仅采用两种不同的幅度。调幅：（幅度调制或移幅键控法ASK）：将不同的数据信息（0和1）调制成不同幅度 但相同(xin tn)频率的载波信号；调制调制(tiozh)方法（调方法（调幅）幅）第60页/共104页第六十一页，共104页。调频：将不同的数据信息（调频：将不同的数据信息（0

46、 0和和1 1）调制）调制(tiozh)(tiozh)幅度相同幅度相同,但不同频率的载波信号；但不同频率的载波信号；1 0 1 0 1 1 0本例的相位变化值为180度。1 0 1 0 1 1 0本例仅采用两种不同的频率。调相：（相位调制或移相键控法PSK）：利用相邻载波信号的相位变化值来表示相邻信号是否具有相同的数据信息(xnx)值，此时的幅度和频率均不发生变化；调频调频(dio pn)和调相和调相第61页/共104页第六十二页，共104页。3.5.2 数字数字(shz)数据编码数据编码为数字为数字(shz)信号信号 用高电平标识用高电平标识1 1、低电平标识、低电平标识0 0的二进制数据信

47、号不能直接放在信的二进制数据信号不能直接放在信道上传输，这种不归零制编码道上传输，这种不归零制编码(bin m)NRZ(bin m)NRZ存在接收方无法在连存在接收方无法在连续续1 1或连续或连续0 0时区分出每一位的问题。解决问题的方法是在时区分出每一位的问题。解决问题的方法是在（1/21/2）T T加上同步时钟信号。加上同步时钟信号。码元1111100000图3.19 数字数据(shj)到数字信号编码基带数字信号曼切斯特编码信号差分曼码编码信号第62页/共104页第六十三页，共104页。3.5.3 3.5.3 模拟模拟模拟模拟(mn)(mn)数据编码为数字信号数据编码为数字信号数据编码为数

48、字信号数据编码为数字信号 脉冲脉冲(michng)(michng)编码调制编码调制PCMPCM（Pulse Code ModulationPulse Code Modulation）是用于模拟数据编码为数字信号的技术。是用于模拟数据编码为数字信号的技术。PCMPCM技术的实现有三个步骤：技术的实现有三个步骤：采样；量化；编码。采样；量化；编码。PCMPCM技术的实现基础是依据采样定理。技术的实现基础是依据采样定理。(1/2)T 采样间隔幅度/样本值图3.20 模拟数据编码为数字信号t第63页/共104页第六十四页，共104页。原始(yunsh)模拟信号 第64页/共104页第六十五页，共104

49、页。(1)采样。根据采样频率(pnl)，隔一定的时间间隔采集模拟信号的值，得到一系列模拟值。第65页/共104页第六十六页，共104页。(2)量化。将采样得到的模拟值按一定的量化级（本例采用16级）进行(jnxng)“取整”，得到一系列离散值。第66页/共104页第六十七页，共104页。（3）编码(bin m)。将量化后的离散值数字化，得到一系列二进制值；然后将二进制值进行编码(bin m)，得到数字信号 模拟数据(shj)的PCM编码 第67页/共104页第六十八页，共104页。脉冲编码脉冲编码(bin m)调制调制（PCM）举例：每路话音信号频率带宽4kHz，每秒采样8000次，通过PCM

50、编码(binm)以后是一个80008（位）的数据流，数据率64Kbps。各路经过PCM编码(binm)的64Kbps的信号。第68页/共104页第六十九页，共104页。3.5.4 模拟模拟(mn)数据编码为模拟数据编码为模拟(mn)信号信号 模拟数据可以通过(tnggu)电磁感应变化转换为模拟信号例如话音数据通过(tnggu)电话系统转换为模拟信号，之后在模拟电话网中传输，例如最早的电话系统，这里不再赘述。第69页/共104页第七十页，共104页。3.6 交换交换(jiohun)技术技术 3.6.1 3.6.1 交换技术的用途交换技术的用途 传统传统(chuntng)(chuntng)的交换技