《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)項目化教程》項目3 認識數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)項目化教程體驗感知提出問題探究學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)拓展鞏固提高12345項目三CONTENTS認識數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)初步了解物理層解決的一些技術(shù)問題。對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有基本了解。掌握基本的信號傳輸技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)、復(fù)用技術(shù)、同步技術(shù)、差錯控制技術(shù)。教學(xué)目標(biāo)體驗一體驗二使用示波器檢測和觀察計算機串口通信線路上的電信號使用示波器檢測和觀察電話線路上的電信號體驗感知思考提出問題

信號在線路中是什么形式的？什么情況傳輸?shù)男盘柺沁B續(xù)的電磁波？什么情況

傳輸離散的方波？

每個波形只代表一位比特嗎？

如何表示計算機產(chǎn)生的“0”和“1”數(shù)據(jù)？探究學(xué)習(xí)—基本知識3.1通信基本概念信息：信息是對客觀事物的反應(yīng)數(shù)據(jù)：是事物的表示形式。連續(xù)變化的數(shù)據(jù)稱為模擬數(shù)據(jù)，離散變化的數(shù)據(jù)稱為數(shù)字數(shù)據(jù)信號：信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的物理表現(xiàn)形式。連續(xù)的電磁波，稱為模擬信號；離散的方波，稱為數(shù)字信號信道：傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道；傳輸數(shù)字信號的信道稱為數(shù)字信道。信道還有物理信道和邏輯信道之分。探究學(xué)習(xí)—基本知識3.2調(diào)制和編碼調(diào)制：“調(diào)制”是將基帶信號轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)念l帶信號的過程。將已調(diào)信號恢復(fù)成原始的基帶信號的過程稱為“解調(diào)”?；鶐盘枺菏俏唇?jīng)過調(diào)制的數(shù)字信號或模擬信號，它是原始信號，也稱為調(diào)制信號。調(diào)制過程：是用基帶信號去控制載波信號的某個或幾個參量的變化，將信息荷載在其上形成已調(diào)信號。探究學(xué)習(xí)—基本知識3.2調(diào)制和編碼1、調(diào)制技術(shù)包括幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制2、用來實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem）探究學(xué)習(xí)—基本知識3.2調(diào)制和編碼編碼具體過程分為三步：采樣、量化和編碼脈沖編碼調(diào)制技術(shù)（PulseCodeModulation，PCM）：是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的一種編碼技術(shù)探究學(xué)習(xí)—基本知識3.2調(diào)制和編碼常見的編碼方法有非歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼探究學(xué)習(xí)—基本知識3.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)包括三部分：數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DataTerminalEquipment，DTE）、數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DataCommunicationEquipment，DCE）和通信線路組成探究學(xué)習(xí)—基本知識3.4數(shù)據(jù)通信的性能指標(biāo)1、比特率指單位時間內(nèi)所傳送的二進制代碼的有效位數(shù)。單位：bit/s，kb/s等2、碼元是指信道上傳輸?shù)囊粋€數(shù)字脈沖或一個電磁波，它是信息傳輸?shù)淖钚挝弧挝唬簜€

3、

波特率指在線路上每秒鐘傳送的碼元個數(shù)。單位：波特或Baud衡量載波模擬信號的傳輸速率或數(shù)字脈沖的傳輸速率探究學(xué)習(xí)—基本知識3.4數(shù)據(jù)通信的性能指標(biāo)4、數(shù)據(jù)傳輸速率單位時間信道內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚怯脕砗饬吭O(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的能力。單位：即比特率。bit/s，kb/s信號經(jīng)調(diào)制后的數(shù)據(jù)傳輸率公式是：S=Blog2N其中：S—數(shù)據(jù)傳輸率；B—調(diào)制后的脈沖頻率；N—調(diào)制電平數(shù)或碼元狀態(tài)數(shù)。探究學(xué)習(xí)—基本知識3.4數(shù)據(jù)通信的性能指標(biāo)5、信道容量指信道傳輸信息的最大能力，也稱為極限傳輸速率，用來衡量信道承載信息的能力。單位：bit/s用來計算信道容量的公式，也稱“香農(nóng)定理”，它是有噪聲有限帶寬信道極限容量的計算方法。C=Blog2(1+S/N)

其中：C—信道容量（bps）；B—信道帶寬（Hz）；S—接收端信號的平均功率（W）；N—信道內(nèi)噪聲的平均功率（W）。探究學(xué)習(xí)—基本知識3.4數(shù)據(jù)通信的性能指標(biāo)6、吞吐量指單位時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)能夠處理的信息總量，通常是指組成網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備單位時間內(nèi)能夠成功傳輸信息的總量，可以理解成設(shè)備或由設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)傳輸率。單位：bit/s總線型網(wǎng)絡(luò)的吞吐量=信道容量傳輸效率

7、誤碼率指信息傳輸?shù)腻e誤率。是衡量傳輸可靠性的指標(biāo)。計算公式：Pe=Ne/N其中：Pe—誤碼率；Ne—出錯的位數(shù)；N—傳送的總位數(shù)。探究學(xué)習(xí)—基本知識3.4數(shù)據(jù)通信的性能指標(biāo)

8、信道帶寬指信道所能傳輸?shù)男盘栴l率寬度。單位：赫茲，Hz計算公式：最高頻率-最低頻率

9、信道的傳播延遲指信號從信源傳播到信宿所需要的時間，也稱為時延。單位：秒，毫秒，微秒，s，ms，us等計算公式：時延=距離/信號傳播速度探究學(xué)習(xí)—基本知識3.5數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)1、基帶傳輸、頻帶傳輸、寬帶傳輸基帶傳輸：在傳輸線路上直接傳輸未經(jīng)調(diào)制的基帶信號的方法稱為基帶傳輸。頻帶傳輸：將代表數(shù)據(jù)的二進制信號，通過調(diào)制解調(diào)器，變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號進行傳輸，在接收端再將模擬信號解調(diào)成數(shù)字信號的過程。

寬帶傳輸：將信道劃分成多個邏輯信道，能同時提供數(shù)字信息服務(wù)和模擬信息服務(wù)，傳輸聲音、圖像和數(shù)據(jù)的過程。寬帶傳輸現(xiàn)已被廣泛運用在各種類型的網(wǎng)絡(luò)中。探究學(xué)習(xí)—基本知識3.5數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)2、并行傳輸和串行傳輸并行傳輸：在傳輸過程中，一次傳輸一組（多位）二進制數(shù)的過程稱為并行傳輸。串行傳輸：在傳輸過程中一次只傳輸一位二進制數(shù)據(jù)的過程稱為串行傳輸。探究學(xué)習(xí)—基本知識3.5數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)3、單工、半雙工和全雙工

單工通信：通信的一方只有發(fā)送設(shè)備，另一方只有接收設(shè)備。

半雙工通信：通信雙方均具有發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備，但只能輪流工作而不能同時發(fā)、收。全雙工通信：通信雙方各有發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備并可以同時收、發(fā)數(shù)據(jù)。探究學(xué)習(xí)—基本知識3.6同步技術(shù)同步技術(shù)用來解決收發(fā)雙方精準定位每一位的開始和結(jié)束的問題。同步技術(shù)位同步：字符同步曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼等異步傳輸：同步傳輸：指以字符為數(shù)據(jù)傳輸單位。指以一個數(shù)據(jù)塊為傳輸單位探究學(xué)習(xí)—基本知識3.7多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)用于將多個低速信道組合成多個高速信道的場合，常見的多路復(fù)用技術(shù)包括頻分多路復(fù)用、時分多路復(fù)用和波分多路復(fù)用等。頻分時分波分探究學(xué)習(xí)—基本知識3.8差錯控制技術(shù)通信信道中的噪聲分為熱噪聲和沖擊噪聲。由熱噪聲引起的差錯屬于一種隨機差錯。由沖擊噪聲引起的傳輸差錯稱為突發(fā)差錯。差錯控制常采用冗余編碼方案，檢測和糾正信息傳輸中產(chǎn)生的錯誤。常見的差錯控制方法有：奇偶校驗法、循環(huán)冗余校驗法（CRC）。實訓(xùn)目的理解波特和比特之間的關(guān)系。深刻理解數(shù)據(jù)傳輸速率的計算方法。理解使用數(shù)字信號表示數(shù)字數(shù)據(jù)的方法。理解使用模擬信號表示數(shù)字數(shù)據(jù)的方法。操作步驟1.場景：調(diào)制電平數(shù)為16，每數(shù)字脈沖寬度為1.6*10-9秒，問波特率是多少？數(shù)據(jù)傳輸速率是多少？每發(fā)送1個比特的延時是多少？2.結(jié)合波特率的概念，得到每秒鐘可以傳輸?shù)男盘柕膫€數(shù)3.數(shù)字信號表示數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制方法4.畫出調(diào)制電平數(shù)為16，傳輸數(shù)據(jù)位的脈沖波形圖5.套用公式，得到場景中的比特率及每比特所占用的延時6.探究當(dāng)使用模擬信號表示數(shù)字數(shù)據(jù)時，相位調(diào)制的方法探究學(xué)習(xí)—實踐活動任務(wù)1波特率和比特率之間的換算實訓(xùn)目的理解共享傳輸介質(zhì)的使用規(guī)范。深刻理解信號在傳輸介質(zhì)中的傳輸特性。理解檢測沖突的方法。環(huán)境要求操作步驟1.場景：長2km、數(shù)據(jù)傳輸率為10Mbps的基帶總線局域網(wǎng)，信號傳播速度為200m/us，若兩相距最遠的站點在同一時刻發(fā)送一個1000比特的幀，則經(jīng)過多長時間兩站檢測到?jīng)_突？2