數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

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單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí),2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),2.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成及相關(guān)基本概念,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),構(gòu)成,傳輸,系統(tǒng),輸入信息,輸入數(shù)據(jù),發(fā)送,的信號(hào),接收,的信號(hào),輸出數(shù)據(jù),源點(diǎn),終點(diǎn),M,M,調(diào)制解調(diào)器,PC 機(jī),公用電話網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字比特流,數(shù)字比特流,模擬信號(hào),模擬信號(hào),正文,正文,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),源系統(tǒng),目的系統(tǒng),傳輸系統(tǒng),輸出信息,PC 機(jī),DTE,DCE,DCE,DTE,2.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成及相關(guān)基本概念,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),構(gòu)成,（續(xù)）,源系統(tǒng),源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過(guò)發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸目的系統(tǒng),接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來(lái)的信息傳輸系統(tǒng),在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的傳輸系統(tǒng)可以是簡(jiǎn)單的傳輸線，也可以是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),模擬數(shù)據(jù)（Analog Data）是由傳感器采集得到的連續(xù)變化的值，例如溫度、壓力以及目前在電話、無(wú)線電和電視廣播中的聲音和圖像。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（Digltal Data）則是模擬數(shù)據(jù)經(jīng)量化后得到的離散的值，例如在計(jì)算機(jī)中用二進(jìn)制代碼表示的字符、圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸,模擬數(shù)據(jù),模擬信號(hào),放大器,調(diào)制器,模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號(hào),PCM,編碼器,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),模擬信號(hào),調(diào)制器,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),數(shù)字信號(hào),數(shù)字,發(fā)送器,調(diào)制解調(diào)器,(modem)包括：,調(diào)制器,(MOdulator)：把要發(fā)送的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為某個(gè)頻率范圍的模擬信號(hào)，以便在電話用戶(hù)線上傳送解調(diào)器,(DEModulator)：把電話用戶(hù)線上傳送來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)調(diào)制解調(diào)器的作用,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),調(diào)制就是進(jìn)行,波形變換,（頻譜變換）最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：,調(diào)幅,(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化調(diào)頻,(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化調(diào)相,(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化幾種最基本的調(diào)制方法,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),0,1,0,0,1,1,1,0,0,基帶信號(hào),調(diào)幅,調(diào)頻,調(diào)相,對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)的幾種調(diào)制方法,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),正交調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation),r,(r,),可供選擇的相位有 12 種，,而對(duì)于每一種相位有 1 或,2 種振幅可供選擇。

由于4 bit 編碼共有16 種不同的,組合，因此這 16 個(gè)點(diǎn)中的每個(gè),點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種 4 bit 的編碼若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行,解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)均采用,脈碼調(diào)制,PCM(Pulse Code Modulation)體制采樣周期,T,t,信號(hào),t,采樣,1001,0011,1100,0010,t,編碼,t,解碼,t,還原,2.1.2 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標(biāo),傳輸速率,數(shù)據(jù)傳輸速率,（也稱(chēng)為數(shù)據(jù)率、比特率）是指每秒傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，是對(duì)信息傳輸速率的度量，單位為位/秒，記作 b/s 或 bps信號(hào)傳輸速率,（也稱(chēng)碼元速率、調(diào)制速率或波特率）是調(diào)制速率，是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)狀態(tài)的變化次數(shù)單位為波特，記作 Baud比特率與波特率的關(guān)系,：,R,b=,R,B,log,2,N,(N為碼元調(diào)制數(shù)),2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標(biāo),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的帶寬,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通過(guò)的最高數(shù)據(jù)率，即每秒多少比特描述帶寬也常常把“比特/秒”省略例如，帶寬是 10 M，實(shí)際上是 10 Mb/s。

這里的 M 是 10,6,2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標(biāo),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的帶寬（續(xù)）,寬帶線路：可通過(guò)較高數(shù)據(jù)率的線路寬帶是相對(duì)的概念，并沒(méi)有絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)在目前，對(duì)于用戶(hù)接入到因特網(wǎng)的用戶(hù)線來(lái)說(shuō)，每秒傳送幾個(gè)兆比特就可以算是寬帶速率A,B,A,B,寬帶線路,窄帶線路,寬帶線路：每秒有更多比特從計(jì)算機(jī),注入到線路寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的正確的概念,比喻：汽車(chē)運(yùn)貨,寬帶線路,窄帶線路,寬帶和窄帶線路：車(chē)速一樣,寬帶線路：車(chē)距縮短,2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標(biāo),信道容量,信道容量表示一個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，即單位時(shí)間內(nèi)可傳送的最大比特?cái)?shù)信道容量的單位為 bps單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘吭酱?，信道的傳輸能力就越?qiáng)，信道容量越大提高信道傳輸能力的方法之一，就是提高信道的帶寬信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別是，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限，而后者是實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率2.1.3 數(shù)據(jù)通信中的主要指標(biāo),誤碼率,誤碼率（Pe）意指錯(cuò)誤接收的信息的碼元數(shù)在傳輸信息的總碼元數(shù)中所占的比例計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于10,-6,Pe=,100%,2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,2.2.1 并行傳輸和串行傳輸,2.2.1 并行傳輸和串行傳輸,按數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚍譃椋?串行傳輸和并行傳輸,串行:,只有一條數(shù)據(jù)線,數(shù)據(jù)一位位順序傳送,特點(diǎn)：,速度低、成本也低、支持長(zhǎng)距離傳輸。

并行:,多個(gè)數(shù)據(jù)位利用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)傳輸,特點(diǎn):,速度高、成本也高、不支持長(zhǎng)距離傳輸2.2.1 并行傳輸和串行傳輸,按數(shù)據(jù)傳送的方向與時(shí)間可以分為：,單工、半雙工、全雙工,2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞椒譃椋?異步傳輸,同步傳輸,2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,異步傳輸,以字符為單位傳輸，每個(gè)字符帶有起始位與停止位，字符之間的間隔是任意的，發(fā)送接收時(shí)鐘不要求嚴(yán)格同步異步通信幀格式：起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶位，停止位起始位,校驗(yàn)位,停止位,空閑位,數(shù)據(jù)位,低位,高位,字符,0/1,0/1,0/1,0/1,1,0,1,1,1,2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,同步傳輸,以數(shù)據(jù)塊方式傳送，數(shù)據(jù)塊內(nèi)的字符一個(gè)接一個(gè)傳送，數(shù)據(jù)塊以同步字符開(kāi)始，無(wú)信息傳送時(shí)，要以同步字符填充發(fā)送接收時(shí)鐘要嚴(yán)格同步,同步字符,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),校驗(yàn)字符,2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式,同步傳輸與異步傳輸?shù)膮^(qū)別如下：,異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸異步傳輸?shù)膯挝皇亲址絺鬏數(shù)膯挝皇菐惒絺鬏斖ㄟ^(guò)字符起止的開(kāi)始、停止碼來(lái)獲得再同步的機(jī)會(huì)，而同步傳輸則是將時(shí)鐘同步信號(hào)植入數(shù)據(jù)幀中，以實(shí)現(xiàn)接收器與發(fā)送器的時(shí)鐘同步。

異步傳輸對(duì)時(shí)序的要求較低，同步傳輸往往通過(guò)特定的時(shí)鐘線路協(xié)調(diào)時(shí)序異步傳輸相對(duì)于同步傳輸效率較低2.2.3 多路復(fù)用傳輸,常用的復(fù)用技術(shù)：,頻分復(fù)用（Frequency Division Multiplexing,FDM）,時(shí)分復(fù)用（Time Division Multiplexing,TDM）,波分復(fù)用（Wavelength Division MultiPlexing,WDM）,碼分多路復(fù)用（Code Division Multiple Access,CDMA）,共享信道,2.2.3 多路復(fù)用傳輸,復(fù)用,(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念信道,A,1,A,2,B,1,B,2,C,1,C,2,信道,信道,A,1,A,2,B,1,B,2,C,1,C,2,復(fù)用,分用,(a)不使用復(fù)用技術(shù),(b)使用復(fù)用技術(shù),頻率,時(shí)間,頻率 1,頻率 2,頻率 3,頻率 4,頻率 5,頻分復(fù)用,FDM,：,所有用戶(hù)在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源2.2.3 多路復(fù)用傳輸,頻分復(fù)用主要應(yīng)用：,傳統(tǒng)電話通信系統(tǒng),ADSL,將雙絞線劃分出,3,個(gè)頻段,04KHz,傳統(tǒng)語(yǔ)音信號(hào),2050KHz,計(jì)算機(jī)上傳的信號(hào),150500KHz,計(jì)算機(jī)下載的信號(hào),1401100KHz,2.5 信道復(fù)用技術(shù).,2.2.3 多路復(fù)用傳輸,頻分復(fù)用FDM,如果,每路信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制,每個(gè)載波頻率是完全獨(dú)立的，即各個(gè)信道所占用的頻率不相互重疊。

相鄰信道之間用“警戒頻帶”隔離,那么,每個(gè)信道就能獨(dú)立的傳輸一路信號(hào)信道被劃分成若干通道，每個(gè)通道互不重疊，獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞2.2.3 多路復(fù)用傳輸,時(shí)分復(fù)用,以信道傳輸時(shí)間為分割對(duì)象，通過(guò)為多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)間片的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用將傳輸?shù)臅r(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片，每個(gè)用戶(hù)分得一個(gè)時(shí)間片2.2.3 多路復(fù)用傳輸,2.048 Mb/s,傳輸線路,CH0,CH16,CH17,CH15,CH15,CH16,CH17,CH31,CH31,CH0,CH1,CH1,時(shí)分復(fù)用幀,T,CH0,CH1,CH2,CH15,CH16,CH17,CH30,CH31,CH0,8 bit,t,時(shí)分復(fù)用幀,時(shí)分復(fù)用幀,T=125 ms,15 個(gè)話路,15 個(gè)話路,E1,的時(shí)分復(fù)用幀,2.2.3 多路復(fù)用傳輸,頻率,時(shí)間,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,B,C,D,D,D,D,在 TDM 幀中的,位置不變,TDM 幀,TDM 幀,TDM 幀,TDM 幀,TDM 幀,時(shí)分復(fù)用,2.5 信道復(fù)用技術(shù).,2.2.3 多路復(fù)用傳輸,A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 個(gè)時(shí)分復(fù)用幀,#1,a,c,b,c,d,時(shí)分復(fù)用,#2,#3,#4,用戶(hù),時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi),2.2.3 多路復(fù)用傳輸,用戶(hù),A,B,C,D,a,b,c,d,t,t,t,t,t,3 個(gè) STDM 幀,#1,a,c,b,a,b,b,c,a,c,d,#2,#3,統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用,每個(gè)分塊帶地址信息,經(jīng)過(guò)緩存后發(fā)送,統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用,STDM,2.2.3 多路復(fù)用傳輸,波分復(fù)用,在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力。

2.2.3 多路復(fù)用傳輸,1550 nm 0,1551 nm 1,1552 nm 2,1553 nm 3,1554 nm 4,1555 nm 5,1556 nm 6,1557 nm 7,0 1550 nm,1 1551 nm,2 1552 nm,3 1553 nm,4 1554 nm,5 1555 nm,6 1556 nm,7 1557 nm,波分復(fù)用,波分復(fù)用在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力，就是,光的頻分復(fù)用,8,2.5 Gb/s,1310 nm,20 Gb/s,復(fù),用,器,分,用,器,EDFA,120 km,2.2.3 多路復(fù)用傳輸,碼分多路復(fù)用CDMA,各用戶(hù)使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類(lèi)似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)2.2.3 多路復(fù)用傳輸,CDMA 的工作原理,S 站的碼片序列,S,1,1,0,t,t,t,t,t,t,m,個(gè)碼片,t,S 站發(fā)送的信號(hào),S,x,T 站發(fā)送的信號(hào),T,x,總的發(fā)送信號(hào),S,x,+,T,x,規(guī)格化內(nèi)積,S,S,x,規(guī)格化內(nèi)積,S,T,x,數(shù)據(jù)碼元比特,發(fā),送,端,接,收,端,一、填空題,1 根據(jù)字符在信道的傳輸方式，字符編碼在信源信宿之間的傳輸分為,、,兩種方式，目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所用的傳輸方式均為,。

2 串行通信中數(shù)據(jù)傳輸按信息傳送的方向與時(shí)間可以分為,、,和,三種傳輸方式3 常用的信道復(fù)用技術(shù)有、和,幾種二、判斷題,1 雖然并行傳輸比串行傳輸速度快，但計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中采用串行方式傳輸信息),2 調(diào)制解調(diào)器的作用是進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換3 常用的信道復(fù)用技術(shù)有時(shí)分、頻分、帶分等三、單項(xiàng)選擇題,1 數(shù)字通信和模擬通信相比，最突出的優(yōu)點(diǎn)是（）A 設(shè)備復(fù)雜程度低，易于實(shí)現(xiàn) B 占用頻帶窄，頻帶利用率高,C 便于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信 D 抗干擾能力強(qiáng)，通話質(zhì)量高,2 在串行傳輸。

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