計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)第2章-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)課件

1、訓(xùn)教重點(diǎn) 數(shù)據(jù)通信技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸形式 多路復(fù)用技術(shù)能力目標(biāo) 掌握數(shù)據(jù)通信的基本知識(shí) 掌握數(shù)據(jù)通信技術(shù) 掌握數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸追N形式 掌握復(fù)用技術(shù)2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通信是指建立在特定通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，利用各種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)距離的通信終端（計(jì)算機(jī)-計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)-數(shù)據(jù)終端、數(shù)據(jù)終端-數(shù)據(jù)終端）之間傳遞數(shù)據(jù)信息。 對(duì)一個(gè)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都必須具備三個(gè)基本要素，即信源、信宿和通信媒體。其中，信源，字面的意思就是信息的源頭，一般是指在通信過(guò)程中產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī)。信宿，是相對(duì)于信源而言的，是通信過(guò)程中接收和處理信息的設(shè)備。 通信媒體是指以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)信號(hào)通道，具體指信源和信宿之

2、間的傳輸線路和傳輸設(shè)備，可以是一種通信媒體或幾種不同的通信媒體連接而成。2.1.1 通信系統(tǒng)的基本要素2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是指通過(guò)通信線路和通信控制處理設(shè)備將分布在各處的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來(lái)，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能的系統(tǒng)。 一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由源系統(tǒng)（或發(fā)送端）、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（或傳輸網(wǎng)絡(luò)）和目的系統(tǒng)（或接收端）三部分組成。2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 源系統(tǒng)一般包括信源和發(fā)送器。 發(fā)送器：信源發(fā)送的數(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。發(fā)送器把源點(diǎn)所要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于在信道上傳輸?shù)男盘?hào)。 目的系統(tǒng)一般包括接收器和信宿。 接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的

3、信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的系統(tǒng)處理的信息。接收器把從信道上接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成終點(diǎn)所能識(shí)別的數(shù)據(jù)。 信源和信宿分別是數(shù)據(jù)的出發(fā)點(diǎn)和目的地，是各種類型的計(jì)算機(jī)或終端，它們又被稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data Terminal Equipment， 簡(jiǎn)稱DTE)。DTE通常屬于資源子網(wǎng)的設(shè)備，如資源子網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備和通信處理機(jī)等。2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 發(fā)送器和接收器又稱為數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備(Data Circuit-terminating Equipment，簡(jiǎn)稱DCE)。DCE為DTE提供了入網(wǎng)的連接點(diǎn)，通常被認(rèn)為是通信子網(wǎng)中的設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器（Modem）

4、。 DCE介于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和通信媒體之間，主要作用是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換與編碼、解碼。DCE還有向DTE發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)的功能，確保與DTE信號(hào)同步。傳輸系統(tǒng)是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)的傳輸線路或通信網(wǎng)絡(luò)。2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 1.信息、數(shù)據(jù)和信號(hào) 信息，是人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)和反映，以不同形式表達(dá)的知識(shí)；是通過(guò)物質(zhì)載體所發(fā)出的消息、情報(bào)、指令、數(shù)據(jù)、信號(hào)中所包含的一切可傳遞和交換的知識(shí)內(nèi)容。 數(shù)據(jù)，一般可以理解為“信息的數(shù)字化形式”或“數(shù)字化的信息形式”，即為信息的載體?？梢允菙?shù)字、文字、聲音、圖形與圖像等多種不同形式。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被廣義地理解為在網(wǎng)絡(luò)

5、中存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)字編碼，較熟悉的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)有EBCDIC和ASCII碼。數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩大類。2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.2.1 數(shù)據(jù)和信號(hào) 信號(hào)（Signal），是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的電磁波表示形式。它使數(shù)據(jù)能以適當(dāng)?shù)男问皆趥鬏斀橘|(zhì)上傳輸。對(duì)應(yīng)于模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),信號(hào)也可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)三者之間的關(guān)系：2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.1 數(shù)據(jù)和信號(hào) 數(shù)據(jù)是信息的載體，是客觀事物的具體表現(xiàn)和對(duì)真實(shí)世界的反映，是信息的符號(hào)表達(dá)。信息是對(duì)數(shù)據(jù)加工、處理的結(jié)果，是對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容的解釋。信號(hào)是數(shù)據(jù)在通信系統(tǒng)傳輸過(guò)程中的表示形式或電子編碼，即數(shù)據(jù)以信號(hào)的形

6、式在介質(zhì)中傳播。 2.模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 模擬數(shù)據(jù)是在某個(gè)區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化的值，例如聲音和視頻都是振幅連續(xù)變化的波形，又如溫度和壓力都是連續(xù)變化的值。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是離散的值，例如文本信息和整數(shù)。 3.模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 按其因變量對(duì)時(shí)間的取值是否連續(xù)被分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 模擬信號(hào)是隨時(shí)間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波，可以利用其某個(gè)分量（振幅、頻率或相位）來(lái)表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.1 數(shù)據(jù)和信號(hào) 模擬信號(hào)可以用以下三個(gè)部分來(lái)描述: （1）振幅:用來(lái)表示信號(hào)波形變化的大小。 （2）頻率:用來(lái)表示每秒內(nèi)波形重復(fù)的次數(shù),單位為Hz(次/秒）。 （3）相位:用來(lái)表示波形在

7、單一周期內(nèi)的時(shí)間位置。 數(shù)字信號(hào)是指信號(hào)的因變量不隨時(shí)間連續(xù)變化，通常表現(xiàn)為離散的脈沖形式，可以利用其某一瞬間的狀態(tài)來(lái)表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)用兩種不同的電平表示0和1。2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.1 數(shù)據(jù)和信號(hào) 2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.1 數(shù)據(jù)和信號(hào) 4.信道 信道是指?jìng)鬏斝畔⒌耐贰?5.帶寬 帶寬是指在固定的時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，也指在傳輸信道中可以傳遞數(shù)據(jù)的能力。信號(hào)的帶寬是指該信號(hào)所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。在通信線路上傳輸模擬信號(hào)時(shí)，將通信線路允許通過(guò)的信號(hào)頻帶范圍稱為線路的帶寬（或頻寬）；在通信線路上傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，帶寬就等同于數(shù)字信道所

8、能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”。 信道的帶寬大，信道的容量也大，其傳輸速率相應(yīng)也高。2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.1 數(shù)據(jù)和信號(hào) 1.數(shù)據(jù)傳輸速率 數(shù)據(jù)傳輸速率有兩種度量單位：波特率和比特率。 （1）波特率 波特率又稱為波形速率或碼元速率，指在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，線路上每秒傳送的波形個(gè)數(shù)，其單位是“波特”（Baud）。所謂碼元是指時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元。 設(shè)一個(gè)波形的持續(xù)周期為T，則波特率B可以由下式給出：2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.2 數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo) B=1/T（波特） （2）比特率 比特率又稱為信息速率，或數(shù)據(jù)傳輸率，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)率，是指每秒鐘能傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù)，單位為位/秒（

9、b/s），記作bps。數(shù)據(jù)傳輸速率的計(jì)算公式為： 式中：N表示一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)所能表示的有效離散值的個(gè)數(shù)。 2.信道容量 信道容量表征一個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的能力，單位也是位/秒（bps）。2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.2 數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo) S=Blog2N （1）奈奎斯特定理 如果一個(gè)任意的信號(hào)通過(guò)帶寬為H的低通濾波器，那么每秒采樣2H次就能完整地重現(xiàn)通過(guò)這個(gè)濾波器的信號(hào)。以每秒高于2H次的速度對(duì)此線路采樣是無(wú)意義的，其高頻分量已經(jīng)被濾波器濾除，無(wú)法恢復(fù)，這就是奈奎斯特定理。奈奎斯特首先給出了無(wú)噪聲情況下調(diào)制速率的極限值與信道帶寬的關(guān)系：其中，H表示信道帶寬,也稱頻率范圍,即信道能傳輸

10、的上、下限頻率的差值，單位為Hz。2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.2 數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo) B=2H（Baud） 表征信道數(shù)據(jù)傳輸能力的奈奎斯特公式： N仍然表示攜帶數(shù)據(jù)的碼元可能取的離散值的個(gè)數(shù)，C即是該信道最大的數(shù)據(jù)傳輸速率。 如果噪聲存在，那么這個(gè)理論值將大為降低。噪聲通常以信號(hào)功率和噪聲功率之比來(lái)度量，稱為信噪比。2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.2 數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo) C=2Hlog2N（bps） （2）香農(nóng)定理 實(shí)際的信道總要受到各種噪聲的干擾，香農(nóng)定理把奈奎斯特定理進(jìn)一步擴(kuò)展到受隨機(jī)噪聲干擾的信道的情況，給出了計(jì)算信道容量的香農(nóng)公式。對(duì)于任何帶寬為H，信噪比為S/N的

11、信道，信道容量即最大傳輸率為： 由于實(shí)際使用的信道的信噪比都要足夠大,故常表示成10lg(S/N）,以分貝（dB）為單位來(lái)計(jì)量，例如，信噪比為30 dB、帶寬為3 kHz的信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為： C=Hlog2（1+S/N）=3 klog2（1+1030/10 ）3 k10=30（kbps）2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.2 數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo) C=Hlog2（1+S/N）（bps） 3.誤碼率 誤碼率=接收出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)（位數(shù)）總的發(fā)送比特?cái)?shù)（位數(shù)） 4.時(shí)延 時(shí)延是指一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文或分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或一條鏈路）的一端傳輸?shù)搅硪欢怂璧臅r(shí)間。 （1）數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延 傳輸時(shí)延是指信號(hào)

12、在介質(zhì)信道中傳輸所需要的時(shí)間。其計(jì)算公式為： 傳輸時(shí)延=介質(zhì)信道長(zhǎng)度/電磁波在信道中的傳輸速率2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.2 數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo) （2）數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)延 發(fā)送時(shí)延是指發(fā)送一個(gè)完整的數(shù)據(jù)塊所需要的時(shí)間，其計(jì)算公式為： 發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度/數(shù)據(jù)傳輸速率 （3）數(shù)據(jù)排隊(duì)時(shí)延 排隊(duì)時(shí)延是指數(shù)據(jù)在各交換結(jié)點(diǎn)等待發(fā)送而在緩存的隊(duì)列中排隊(duì)所需要的時(shí)間。 排隊(duì)時(shí)延的大小主要由當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的通信量來(lái)決定。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中通信量過(guò)大時(shí)，還有可能造成隊(duì)列溢出、數(shù)據(jù)丟失等情況。2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.2 數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo) 數(shù)據(jù)總的時(shí)延為以上三種時(shí)延之和，即： 總時(shí)延=數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延+數(shù)

13、據(jù)發(fā)送時(shí)延+數(shù)據(jù)排隊(duì)時(shí)延 5.吞吐量 吞吐量是指成功傳輸數(shù)據(jù)量的大小。2.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2.2 數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo) 1.并行通信 在并行通信中，一般有N個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)在兩臺(tái)設(shè)備之間傳輸。在并行數(shù)據(jù)傳輸中所使用的并行數(shù)據(jù)總線有不同的物理形式，但功能是相同的，例如： （1）計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線很多是直接是電路板的連線。 （2）扁平帶狀電纜，如硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器上使用的電纜。 （3）圓形屏蔽電纜，用于計(jì)算機(jī)與外設(shè)相連，如計(jì)算機(jī)與打印機(jī)相連的并行通信電纜，通常有屏蔽層以防干擾。2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.1 并行通信和串行通信 優(yōu)點(diǎn)：傳輸速率快。 缺點(diǎn)：線路成本高，不易維修，易受干

14、擾。2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.1 并行通信和串行通信 2.串行通信 在串行通信中，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線路上進(jìn)行傳輸?shù)摹＠谶h(yuǎn)程傳輸，所以廣泛用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸中，通信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸都是以串行傳輸方式進(jìn)行的。 在網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的串、并行轉(zhuǎn)換是由網(wǎng)卡負(fù)責(zé)的。 串行通信的優(yōu)缺點(diǎn)如下： 優(yōu)點(diǎn)：架設(shè)方便，容易維護(hù)，線路成本低。 缺點(diǎn)：傳輸速率較慢。2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.1 并行通信和串行通信 在串行通信中，為了節(jié)省信道，通常不能設(shè)立專用的控制信號(hào)線進(jìn)行收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)同步，必須在串行數(shù)據(jù)信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)編碼中解決此問(wèn)題。在數(shù)據(jù)串行傳輸過(guò)程中，傳輸?shù)氖且丫幋a的各種傳輸碼型，接收到的是變化

15、的電平信號(hào)，為了正確識(shí)別和恢復(fù)代碼，必須解決以下問(wèn)題： （1）正確區(qū)分和識(shí)別每個(gè)比特（即每位）； （2）區(qū)分出每個(gè)代碼（如一個(gè)ASCII碼字符），即區(qū)分出每個(gè)代碼的起始和結(jié)束位； （3）區(qū)分出完整的報(bào)文數(shù)據(jù)塊（數(shù)據(jù)幀）的開(kāi)始和結(jié)束位。2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.2 同步傳輸和異步傳輸 1.異步傳輸方式 在異步傳輸方式中，每次傳送一個(gè)字符(58位)，都在每個(gè)字符代碼前加一個(gè)起始位，表示該字符代碼的開(kāi)始。在字符和校驗(yàn)碼后加一個(gè)停止位，表示該代碼的結(jié)束。所以又稱起止式同步，起始位編碼為“0”，持續(xù)1位時(shí)間，停止位編碼為“1”，持續(xù)12位時(shí)間。當(dāng)不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端連續(xù)地發(fā)送停止碼“1”。接收端一旦接

16、收到從“1”到“0”信號(hào)跳變，便知道要開(kāi)始新字符的發(fā)送，2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.2 同步傳輸和異步傳輸 起始位和結(jié)束位的作用是實(shí)現(xiàn)字符同步，字符之間的間距（時(shí)間）是任意的，即字符間采用異步定時(shí)。 異步通信設(shè)備易于安裝，維護(hù)簡(jiǎn)單且價(jià)格便宜；但異步傳輸方式由于每一個(gè)字符都引入起始位和停止位，所以開(kāi)銷大、效率低、速率低，常用于低速傳輸2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.2 同步傳輸和異步傳輸 2.同步傳輸方式 同步傳輸方式以固定的時(shí)鐘節(jié)拍來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，字符間順序相連，既無(wú)間隙也沒(méi)有插入位。收發(fā)雙方的時(shí)鐘信號(hào)與傳輸?shù)拿恳晃粐?yán)格對(duì)應(yīng)，以達(dá)到位同步。在開(kāi)始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)前必須發(fā)送固定長(zhǎng)度的幀同步字符，發(fā)送完數(shù)

17、據(jù)后再發(fā)送幀終止字符，這樣就實(shí)現(xiàn)了字符和幀的同步，之后連續(xù)發(fā)送空白字符，直到發(fā)送下一幀時(shí)重復(fù)上述過(guò)程，利用時(shí)鐘的同步使發(fā)送和接收裝置之間的定時(shí)不發(fā)生誤差。 實(shí)現(xiàn)這種同步的方法可以分為外同步法和自同步法兩種。2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.2 同步傳輸和異步傳輸 在外同步法中，接收端的同步信號(hào)事先由發(fā)送端傳來(lái)，而不是自己產(chǎn)生也不是從信號(hào)中提取出來(lái)的。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時(shí)鐘脈沖，接收端按照這個(gè)時(shí)鐘脈沖頻率和時(shí)序鎖定接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過(guò)程中始終與發(fā)送端保持同步。然后向發(fā)送端發(fā)送準(zhǔn)備接收的確認(rèn)信息，發(fā)送端接收到確認(rèn)信息后，開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.2 同

18、步傳輸和異步傳輸 自同步法是將定時(shí)信號(hào)包含在數(shù)據(jù)信號(hào)中發(fā)送，直接從數(shù)據(jù)波形本身中提取同步信號(hào)。典型的例子就是著名的曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。在這兩種編碼方法中都是將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在信號(hào)中，在傳輸代碼信息時(shí)，也將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸給對(duì)方，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。 與異步傳輸相比，同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸是整批的，比起異步通信一次一個(gè)字符傳輸，效率更高。2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.2 同步傳輸和異步傳輸2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.3 數(shù)據(jù)通信模式 1.單工通信 所謂單工通信，是指?jìng)魉偷男畔⑹冀K是一個(gè)方向的通信。聽(tīng)廣播和看電視就是單工通信的例子。 2.半雙工通信

19、所謂半雙工通信，是指數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸,但是，在某一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，因而半雙工通信實(shí)際上是一種切換方向的單工通信。對(duì)講機(jī)的通信就是半雙工通信。 3.全雙工通信 所謂全雙工通信，是指數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，因此全雙工通信是兩個(gè)單工通信方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。2.3 數(shù)據(jù)通信方式2.3.3 數(shù)據(jù)通信模式 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中的任何一種數(shù)據(jù)都可以通過(guò)調(diào)制或編碼的過(guò)程形成兩種信號(hào)（模擬和數(shù)字）中的任何一種信號(hào)。調(diào)制是用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。編碼是用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)，即信息編碼為信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。

20、2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?（1）模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)：采取電信號(hào)形式的模擬數(shù)據(jù)可以原封不動(dòng)地傳輸出去，也可以在較高頻率下進(jìn)行調(diào)制。 （2）模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)：為了使模擬信號(hào)能在數(shù)字通信線路上傳輸，將模擬數(shù)據(jù)變換成數(shù)字信號(hào)的方法，稱為編碼。 （3）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)：利用調(diào)制器把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換成能在現(xiàn)有模擬線路上傳輸?shù)哪M信號(hào)。 （4）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)可以按照其原來(lái)形式通過(guò)數(shù)字通信線路進(jìn)行傳輸，也可以編碼成不同類型的數(shù)字信號(hào)，即代表兩個(gè)不同二進(jìn)制值的數(shù)字信號(hào)。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?1.模擬數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)調(diào)制 最常用的兩種調(diào)制技術(shù)是幅度調(diào)制（AM）和

21、頻率調(diào)制（FM）。 （1）幅度調(diào)制 幅度調(diào)制是一種載波的幅度會(huì)隨著原始模擬數(shù)據(jù)的幅度變化而變化的技術(shù)。將接收到的幅度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，就可以恢復(fù)成原始的模擬數(shù)據(jù)。 （2）頻率調(diào)制 頻率調(diào)制是一種高頻載波的頻率會(huì)隨著原始模擬信號(hào)的幅度變換而變化的技術(shù)。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?2.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 利用數(shù)字信號(hào)來(lái)對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的最常見(jiàn)的例子是脈沖代碼調(diào)制（PCM：Pulse Code Modulation），它常用于對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行編碼。脈沖代碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)的。 采樣定理：如果模擬信號(hào)的最高頻率為f，若以2f的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完

22、整地恢復(fù)出原始信號(hào)。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?（1）采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣。即以模擬信號(hào)頻率兩倍以上的頻率來(lái)定時(shí)采樣。 （2）量化：對(duì)每個(gè)樣本舍入到量化級(jí)別上。 （3）編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?3.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)調(diào)制 模擬信號(hào)發(fā)送的基礎(chǔ)是一種稱為載波信號(hào)的連續(xù)的頻率恒定的信號(hào)。通過(guò)以下三種載波特性之一來(lái)對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制：振幅、頻率和相位，或者這些特性的某種組合。 幅移鍵控法就是把頻率和相位設(shè)為常量把振幅定義為變量,即用載波的兩個(gè)不同振幅表示“0”和“1”。2.4 數(shù)

23、據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?（2）頻移鍵控法（Frequency-Shift Keying,FSK） 頻移鍵控法是把振幅和相位作為常量，而用載波的兩個(gè)不同頻率表示“0”和“1”。 （3）相移鍵控法（Phase-Shift Keying,PSK） 相移鍵控法就是把振幅和頻率定義為常量，而用載波的起始相位的變化表示“0”和“1”。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?4.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是由二進(jìn)制組成的。而數(shù)字信號(hào)是由離散的電壓式電流的脈沖序列組成的，每個(gè)脈沖代表一個(gè)信號(hào)單元，或稱碼元，這種形式是把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號(hào)。常用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼有以下幾種：

24、 （1）不歸零碼（Non-Return to Zero， NRZ ） 不歸零碼是一種全寬碼，即信號(hào)波形在一個(gè)碼元全部時(shí)間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流，每一位碼元都占用全部碼元寬度。不歸零碼又可分為單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?單極性不歸零碼。單極性不歸零碼脈沖是以無(wú)電壓（無(wú)電流)表示“0”，用恒定的正電壓表示“1”。例如，二進(jìn)制數(shù)“1011001”的單極性不歸零碼脈沖如圖2-15所示。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?雙極性不歸零碼。雙極性不歸零碼是以恒定的負(fù)電壓表示“0”，以恒定的正電壓表示“1”。例如，二進(jìn)制數(shù)“1011001”的雙極性不歸零碼

25、脈沖如圖2-16所示。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?（2）歸零碼 歸零碼就是一個(gè)碼元的信號(hào)波形不占用碼元的全部時(shí)間，即在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)發(fā)出電流的時(shí)間短于一個(gè)碼元的時(shí)間寬度,發(fā)出的是窄脈沖。所以不論碼元發(fā)出電流還是不發(fā)出電流，碼元波形都“歸零”，因此這種信號(hào)編碼為歸零碼。例如，二進(jìn)制數(shù)“10011001” 的單極性歸零碼脈沖和雙極性歸零碼脈沖如圖2-17所示。 2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?（3）曼徹斯特編碼（Manchester Encoding） 曼徹斯特編碼用電壓的變化表示“0”和“1”。曼徹斯特編碼將每比特信號(hào)周期T分為前T/2和后T/2，即將一個(gè)碼元時(shí)間一分

26、為二。例如，如果在前半個(gè)碼元時(shí)間里，電壓為高電平，在碼元的中間發(fā)生電壓跳變，即從高電平跳到低電平，此時(shí)表示“1”；反之,如果在一個(gè)碼元的中間從低電平跳到高電平，則表示“0”。二進(jìn)制數(shù) “10011001”的曼徹斯特碼如圖2-18(a)所示。 曼徹斯特編碼的特點(diǎn)是每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，利用電平跳變接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)。曼徹斯特編碼又稱為自同步碼。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?（4）差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester Encoding） 保留了Manchester 編碼作為“自含時(shí)鐘編碼”的優(yōu)點(diǎn)，

27、但是每比特的取值則根據(jù)其開(kāi)始處是否出現(xiàn)電平的跳變來(lái)決定。有跳變者代表二進(jìn)制 “0”，無(wú)跳變者代表二進(jìn)制“1”。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?在脈沖信號(hào)的整個(gè)頻譜中，從零開(kāi)始有一段能量相對(duì)集中的頻率范圍被稱為基本頻帶(Base Band)，簡(jiǎn)稱基頻或基帶，基頻等于脈沖信號(hào)的固有頻帶。與基頻對(duì)應(yīng)的矩形脈沖信號(hào)稱為基帶信號(hào)。在數(shù)字通信信道上，直接傳送基帶信號(hào)的方法稱為基帶傳輸。 可用于百兆以太網(wǎng)中的編碼方式4B/5B編碼。這種編碼的特點(diǎn)是將要發(fā)送的數(shù)據(jù)流每4 bit作為一個(gè)組，然后按照4B/5B編碼規(guī)則將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的5 bit碼。 5 bit碼共有32種組合,但只采用其中的24種,1

28、6種對(duì)應(yīng)4 bit碼，8種用作控制碼,以表示幀的開(kāi)始和結(jié)束、光纖線路的狀態(tài)（靜止、空閑、暫停）等。2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.2 基帶傳輸2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.4.2 基帶傳輸 利用模擬信道傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方法稱為頻帶傳輸。在發(fā)送端，需要將二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換成能在電話線或其他傳輸線路上傳輸?shù)哪M信號(hào)，即所謂的調(diào)制（modulation）；而在接收端，則需要將收到的模擬信號(hào)重新還原成原來(lái)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即所謂的解調(diào)（demodulation）。 調(diào)制解調(diào)器的作用是：在數(shù)據(jù)的發(fā)送端將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成能在電話線上傳輸?shù)哪M信號(hào)；在接收端將從電話線路上接收到的模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)。 2.4 數(shù)據(jù)傳輸2.

29、4.2 基帶傳輸 為了提高通信線路傳送信息的效率，通常采用在一條物理線路上建立多條通信信道的多路復(fù)用（Multiplexing）技術(shù)，多路復(fù)用技術(shù)使得在同一傳輸介質(zhì)上可傳輸多個(gè)不同信源發(fā)出的信號(hào)，從而可充分利用通信線路的傳輸容量，提高傳輸介質(zhì)的利用率。 多路復(fù)用技術(shù)的原理如圖2-22所示，由多路復(fù)用器合并N個(gè)輸入通道的信號(hào)(N取決于所用傳輸介質(zhì)的限制因素）組成一路復(fù)合信號(hào),經(jīng)傳輸速率較高的線路傳輸后,由多路譯碼器將復(fù)合信號(hào)按通道號(hào)再分離出來(lái)，然后把它們送到相應(yīng)的輸出端。2.5 多路復(fù)用技術(shù) 所謂時(shí)分多路復(fù)用，是將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片（時(shí)隙）輪流分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由要復(fù)

30、用的一個(gè)信號(hào)占用，一個(gè)信號(hào)的時(shí)間片用完后，信道再分配給下一個(gè)信號(hào)。這樣利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)了。2.5 多路復(fù)用技術(shù)2.5.1 時(shí)分多路復(fù)用 根據(jù)信道動(dòng)態(tài)利用的情況，時(shí)分多路復(fù)用分為同步時(shí)分多路復(fù)用（Synchronous Time Division Multiplexing，STDM）和異步時(shí)分多路復(fù)用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）兩種類型。 2.5 多路復(fù)用技術(shù)2.5.1 時(shí)分多路復(fù)用 1.同步時(shí)分多路復(fù)用 同步時(shí)分多路復(fù)用又稱靜態(tài)時(shí)分多路復(fù)用，它的時(shí)間片是預(yù)先為每個(gè)傳輸信號(hào)分配好了的，是固定不變的，無(wú)論有沒(méi)有信號(hào)傳輸，時(shí)間片都要分配。2.5 多路復(fù)用技術(shù)2.5.1 時(shí)分多路復(fù)用 2.異步時(shí)分多路復(fù)用 STDM的缺點(diǎn)是某用戶無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，其他用戶也不能占用該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。對(duì)STDM進(jìn)行了改進(jìn)，用戶不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙就將數(shù)據(jù)放入。它只對(duì)有數(shù)據(jù)要傳輸?shù)妮斎氩糠址峙鋾r(shí)間片。2.5 多路復(fù)用技術(shù)2.5.1 時(shí)分多路復(fù)用 3.時(shí)分多路復(fù)用的典型實(shí)例 （1）T1載波