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1、数据通信基础（一）数据通信系统课题课时2 课时(90 min )教学目标教学重难点教学方法问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、文旌课堂APP知识技能目标：（1 ）理解数据通信系统中的基本概念（2 ）掌握数据通信系统模型的基本组成（3 ）掌握数据通信系统的主要技术指标思政育人目标：能够意识到数据通信的应用价值，感受数据通信的实用性与便捷性，培养学生善于 思考、深度思考的习惯，帮助学生树立创新意识，提高关键能力，为我国数据通信事业 的发展贡献自身的力量。教学重点：数据通信系统中的基本概念及组成教学难点：数据通信系统的主要技术指标的计算方法教学设计第1节课：考勤（2 min
2、 ）一问题导入（3 min ）一传授新知（32 min ）一课堂互动（6 min ） -介修正（2 min ）第2节课：问题导入（5 min ）一传授新知（30min ） 一课堂互动（5min ） 一课堂小结（3 min ）一任务布置（2 min ）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤(2 min)【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组 织纪律性，掌握学 生的出勤情况问题导入（3 min）通过问题导入 的方法，引导学生 主动思考，激发学 生的学习兴趣【教师】引入新课在当今信息社会中，通信是人们获取、传递和交换信息的重 要手段。随着大规模集成电路技术、激
3、光技术、空间技术等新型 技术的不断发展以及计算机技术的广泛应用，现代通信中出现了 如数字通信、卫星通信、光纤通信等具有代表性的新领域。而在 这些新领域中，数字通信尤为重要，它是现代通信系统的基础。 本节我们将简单介绍数字通信的基本概念和系统模型。思考：我们是如何获得信息的？ 【教师】通过学生的回答引入要讲的知识【教师】结合教材讲解信息的概念一、数据通信的基本概念1 .信息定义：信息是对客观事物的运动状态和存在形式的反映，可以 是客观事物的形态、大小、结构、性能等描述，也可以是客观事物与 外部之间的联系。载体：是数字、文字、语音、图形和图像等。计算机及其外围设 备产生和交换的信息都是由二进制代码
4、表示的字母、数字或控制符 号的组合。【学生】聆听、思考、记忆【教师】提出问题，课堂互动1 .关于信息，以下说法不正确的是（）通过教师的讲 解和演示，帮助学 生了解数据通信 的基本概念和数 据通信系统的组 成A.信息要依附于载体而存在。B.两个人进行交谈或讨论也是在相互传递信息。传授新知（32 min ）C.传递和获得信息的途径可以有很多种。D.同一条信息对所有人都有价值。2 .对于信息特征的下列理解中，错误的是（）A.刻在甲骨上的文字说明信息具有载体依附性B.天气预报、军事情报等信息会因时间的推移失去原有的价 值，说明信息具有时效性C.信息不会随着时间的推移而变化D.不同载体上的信息有可能是相
5、同的沙【学生】聆听、思考、回答问题【教师】结合教材讲解数据2 .数据数据是传递信息的实体，是信息的一种表现形式。在计算机网 络中，数据分为模拟数据和数字数据两种。模拟数据：用于描述连续变化量的数据，如声音、温度等；数字数据：描述不连续变化量的数据，如文本信息、整数等。 【教师】结合教材讲解信号3 .信号定义：信号是携带信息的介质，是数据的一种电磁编码。信号 一般以时间为自变量，以表示信息（或数据）的某个参量（振幅、频 率或相位）为因变量。类型：信号按其因变量的取值是否连续可分为模拟信号和数字 信号。模拟信号：是指信号的因变量完全随连续消息的变化而变化的举例：电视图像信号、语音信号、温度压力传感
6、器的输出信号 以及许多遥感遥测信号。数字信号：是指表示消息的因变量是离散的，其自变量时间的 取值也是离散的信号。X(nT) 类型：计算机数据信号、数字电话信号和数字电视信号等。4 .模拟信号与数字信号的转化模拟信号可以通过采样、量化、编码等步骤变成数字信号，而 数字信号也可以通过解码、平滑等步骤变换为模拟信号。 【学生】聆听、思考、记忆小【教师】提出问题，课堂互动信息、数据和信号三者的关系是：信息一般用数据来表示, 而数据通常需要转变为信号进行传输。【学生】聆听、思考、回答问题 【教师】要求学生使用文旌课堂APP扫描二维码播放数据通信系统的组成视频，并讲解新知二、数据通信系统模型1.数据通信系
7、统的组成信息的传递是通过数据通信系统来实现的，一个完整的数据通 信系统一般由信源、信号变换器、通信信道、信宿等构成。(1)信源和信宿信源：信息的产生和发送端，是发出待传送信息的人或设备。 信宿：信息的接收端，是接收所传送信息的人或设备。大部分信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备。(2 )通信信道通信信道：传送信号的通路，由传输线路和传输设备组成。信道类型是由所传输的信号决定的：模拟信道：用来传输模拟信号的信道数字信道：用来传输数字信号的信道(3)信号变换器作用：将信源发出的数据变换成适合在信道上传输的信号， 或将信道上传来的信号变换成可供信宿接收的数据。发送端的信号变换器可以是编码器或调
8、制器，接收端的信号 变换器相对应的就是译码器或解调器。(4 )噪声信号在传输过程中受到的干扰称为噪声。噪声可能来自外部, 也可能由信号传输过程本身产生。 【学生】聆听、思考、记忆【教师】提出问题，要求学生讨论并回答问题在信息传输的过程中，减少噪声干扰的方法有哪些?通过练习题巩 固所学知识，加深 对知识点的理解课堂互动 (6 min)4评价修正(2 min)【教师】点评学生的回答，并总结、巩知识点【学生】聆听、思考、记忆通过形成性检 测进行强化矫正第二节课通过问题导入 的方法，引导学生 主动思考，激发学 生的学习兴趣 【教师】引入新课问题导入(5 min)思考：为了满足自身需求，在选购计算机时，
9、我们往往会关 注计算机配件的各种指标，请同学们回忆一下计算机硬件的性能 指标包括哪些？应当如何根据自身需求选择合适的计算机？ 【学生】聆听、思考、回答问题 【教师】要求学生使用文旌课堂APP扫描二维码播放数 据通信系统的主要技术指标”视频，并讲解新知一、数据通信系统的主要技术指标描述数据通信系统数据传输速率的大小和传输质量的好坏，往 往需要运用信道带宽、比特率、波特率、信道容量和误码率等技术 指标。1 .信道带宽信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的 频率范围，即传输信号的最高频率与最低频率之差。结合教材讲解 帮助学生掌握数 据通信系统的主 要技术指标公式：W=f2-f 1传授新
10、知(30 min)模拟信道的带宽W=f2-fl其中fl是信道能够通过的最低频 率，f2是信道能够通过的最高频率。举例：若某通信线路可以不失真地传送2 MHz 10 MHz的信 号，则该通信线路的信道带宽为8 MHz。2 .波特率定义：波特率又称作波形速率或调制速率。它是指数据传输过 程中，在线路上每秒钟传送的波形个数。其单位是波特，记作baud。公式:设一个波形的持续周期为T，则波特率B可按下式计算： B=l/T ( baud )【教师】提出问题，课堂互动思考：从速度、传送量两个方面对比波特率9600与波特率19200的不同。3.比特率比特率又称数据传输速率，是指数字信号的传输速率，用每秒钟所
11、传输的二进制代码的有效位数表示，单位为比特/秒（记作b/s或 bps ） o比特率S可按下式计算：S=Blog2N （ bps ）式中B是波特率，N是一个波形代表的有效状态数。小【教师】提出问题，课堂互动思考：1 .波特率与比特率有何关系。2 .设一个波形的持续周期为T=5 ,波形代表的有效状态数为 8 ,求此时的比特率。+【学生】聆听、思考、回答问题4.信道容量信道容量一般是指物理信道能够传输信息的最大能力，它的大 小由信道的带宽、可使用的时间、传输速率以及信道质量（即信号 功率与干扰功率之比）等因素决定。无噪声情况下信道容量计算公式：C = 2Vloq2MC信道容量，W信道带宽,M是电频个
12、数例题1 ： 一个无噪声3000Hz信道，如果采用8电平传输，则该 信道可允许的最大数据传输速率是多少？解：m=8, W=3000Hz,则信道容量，即该信道可允许的最大数据传输速率C=2Wlog2M=18kbit/s5 .误码率误码率，也称出错率，是衡量数据通信系统在正常工作情况下 传输可靠性的重要指标。误码率等于传输出错的码元数占传输总码 元数的比例。在计算机网络中一般要求数字信号误码率低于10-6o公式：误码率二错误码元数/传输总码元数例题：一万位数据中出现一位差错，误码率为多少？6 .信道的时延信号在传输过程中，所产生的延时，叫做信道时延，也叫信道 延迟。网络中的时延由以下几个不同部分组
13、成：传输时延是指结点在发送数据时使数据块从结点进入到传输 媒体所需的时间，即一个站点从开始发送数据帧到数据帧发送完毕 (或者是接收站点接收一个数据帧的全部时间)所需要的全部时间。计算公式：传输时延=数据帧长度/发送速率(2 )传播时延播时延是指电磁信号或光信号在传输介质中传播一定的距离 所花费的时间，即从发送端发送数据开始，到接收端收到数据(或 者从接收端发送确认帧，到发送端收到确认帧)，总共经历的时间。传播延迟与信源和信宿间的距离有关，也与具体的通信信道中 的信号传播速度有关。公式：传播时延=传输信道长度/传输介质中信号的传播速率小【教师】提出问题，课堂互动计算：收发两端之间的传输距离为10
14、00km ,信号在媒体上的传播 速率为2*108m/so试计算以下两种情况的传输时延和传播时延：(1)数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/so(2 )数据长度为ICPbit,数据发送速率为lGb/so从以上计算结果可以得出什么结论？小【学生】聆听、思考、回答问题7 .信噪比在信道中，信号功率与噪声功率的比值称为信噪比。如果用S 表示信号功率，用N表示噪声功率，则信噪比应被表示为S/N。在实际传输中,更多地使用101gl0(S/N)来表示信噪比，单 位是分贝(dB)o计算公式:信噪比(SNR ) =10 logio(S/N) (dB)小【教师】提出问题，课堂互动计算：假定要用3kH
15、z带宽的电话信道传送64 kb/s的数据(无差 错传输)，试问这个信道具有多高的信噪比。这个结果说明什么问 题？对于S/N等于10的信道，则称其信噪比为10 dB;同样的 道理，如果信道的S/N等于100 ,则称其信噪比为20 dB;以此类 推。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，因此信噪 比应该越高越好。课堂互动(5 min)课堂小结(3 min)【教师】提供练习题，并找学生进行讲解1 .衡量网络上像俞蝌弹位是bps ,其含义是()。A.数据胡少传送多少公里B .数据锯少传送多少米c.酬传送多少个二a制位d .酬传送多少个娄据位2 .女噪网缀吉点传输10 bit翔居需要1x108
16、 s，贝吭亥网络频 据解速度是()oA . 10 MbpsB . 1 GbpsC . 100 MbpsD . 10 Gbps3 . i舞弊身曰掰照元磅据崎辍犍得鄙()。A J献B .字髅C.比例D . 【学生】思考、讨论、完成练习、讲解 【教师】简要总结本节课的要点数据通信技术是计算机网络的基础，而数据通信是指在不同的 计算机之间传送表示字符、数字、语音、图像的二进制代码的过程。 数据通信是通过数据通信系统来实现的，一个完整的数据通信系统 一般由信源、信号变换器、通信信道、信宿等构成。数据通信系统的 主要技术指标包括信道带宽、波特率、比特率、误码率等。 【学生】总结回顾知识点通过练习题巩 固所学知识，加深 对知识点的理解, 通过讲解能够帮 助学生强化知识 点总结知识点，加 深学生对通信系 统的理解作业布置(2 min)【教师】布置课后作业搜集材料理解计算机网络有哪些非性能特征，非性能特征与性 能指标有什么区别？ 【学生】完成课后任务通过课后作业 复习巩固学到的 知识提高实际操 作能力本节课主要讲解了数据通信系统中的基本概念、数据通信系统模型的基本组成以及教学反思数据通信系统的主要技术指标，在授课过程中技术指标的计算对于学生来说具有一定难度，因此在讲解过程中应当配合适当的练习题帮助学生掌握。