第二章 数据通信技术基础.ppt

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1、第2章 数据通信技术基础主要学习内容主要学习内容：数据通信的基本概念数据通信的基本概念数据通信方式数据通信方式数据通信传输介质数据通信传输介质了解数据编码技术和多路复用技术了解数据编码技术和多路复用技术数据交换技术数据交换技术12.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念1 1、信息与编码、信息与编码 信息信息可以是数字、文字、语言、图形和图像等可以是数字、文字、语言、图形和图像等各种形式，是人们要通过通信系统传递的内容。各种形式，是人们要通过通信系统传递的内容。编码编码就是用二进制代码来表示信息中的每一个就是用二进制代码来表示信息中的每一个字符。字符。2 2、数据、数据 编码后的信息

2、就是编码后的信息就是数据数据。22.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念3 3、信号、信号数据的传输表现形式称为信号。数据的传输表现形式称为信号。从信号的实现形式上划分为模拟信号和数字信号两种形式。从信号的实现形式上划分为模拟信号和数字信号两种形式。模拟信号是用幅度连续变化的电磁波来表示信息的信号。模拟信号是用幅度连续变化的电磁波来表示信息的信号。模模拟传输就是在通信介质上传递模拟信号。根据模拟信号的不同拟传输就是在通信介质上传递模拟信号。根据模拟信号的不同频率，可在有线介质和无线介质上传输。频率，可在有线介质和无线介质上传输。数字信号是一种不连续（离散）的信号。数字信号是一种不连

3、续（离散）的信号。通常是一串电压脉通常是一串电压脉冲序列序号。如某一电压值代表二进制数冲序列序号。如某一电压值代表二进制数“1”，另一脉冲电压，另一脉冲电压值代表二进制数值代表二进制数“0”。在通信介质上传输数字信号称数字传输。在通信介质上传输数字信号称数字传输。32.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念4 4、信道、信道在数据通信系统中，在数据通信系统中，信道是传输信号的通道信道是传输信号的通道。逻辑上逻辑上，信道一般都是用来表示向某一个方向，信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的传送信息的“介质介质”。一般来说，一条通信线路至。一般来说，一条通信线路至少包含两条信道，一条用

4、于少包含两条信道，一条用于发送的信道发送的信道和一条用于和一条用于接收的信道接收的信道。信道可分为适合传送模拟信号的信道可分为适合传送模拟信号的模拟信道模拟信道和适和适合传送数字信号的合传送数字信号的数字信道数字信道。42.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念5 5、通信系统基本模型、通信系统基本模型信道信道发送设备发送设备发送机发送机接收机接收机接收设备接收设备是发出信息的源，其是发出信息的源，其作用是把信息转换成作用是把信息转换成原始信号，是产生数原始信号，是产生数据的设备。据的设备。是指传输信号的通道，是指传输信号的通道，是连接信源和信宿的传是连接信源和信宿的传输线路，信道既

5、给信号输线路，信道既给信号以通路，也对信号产生以通路，也对信号产生各种干扰和噪声。各种干扰和噪声。从传输系统接收信号并将从传输系统接收信号并将其转换成信宿设备能够处其转换成信宿设备能够处理的形式。主要进行解调、理的形式。主要进行解调、译码、解码等，用来恢复译码、解码等，用来恢复原始信号。原始信号。从接收器上取得传入数据从接收器上取得传入数据的设备，将复原的原始信的设备，将复原的原始信号转换成相应的消息。号转换成相应的消息。通信系统的作用是传递信息。无论模拟通信系统还是数通信系统的作用是传递信息。无论模拟通信系统还是数字通信系统均包含字通信系统均包含5个基本组件：个基本组件：发送设备、发送机、信

6、道、发送设备、发送机、信道、接收机和接收设备接收机和接收设备。是将信源和信道匹配，是将信源和信道匹配，将信源产生的信号变将信源产生的信号变换成适合信道传输的换成适合信道传输的信号，并进行发送。信号，并进行发送。52.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备、处理的系统。比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组

7、成。数据电路、计算机系统三部分组成。数据通信系统组成数据通信系统组成62.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念6 6、数据通信的主要技术指标、数据通信的主要技术指标在数据通信系统中，信道占有非常重要的地位，其中在数据通信系统中，信道占有非常重要的地位，其中信道信道带宽带宽和和信道最大传输速率信道最大传输速率是影响是影响信道质量信道质量的两个主要因素。的两个主要因素。信道带宽：信道带宽：信道上传输的是电磁信号。信道上传输的是电磁信号。某个信道能够传送某个信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。信道带宽最大有效频率最小有效频率信道带宽最大

8、有效频率最小有效频率信道带宽信道带宽72.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念数据传输速率数据传输速率是指信道每秒所能传输的是指信道每秒所能传输的二进制比特数二进制比特数，记作，记作bps（比特（比特每秒）。常见单位：每秒）。常见单位：Kbps、Mbps、Gbps。它与信道带宽紧密。它与信道带宽紧密相连的，即相连的，即信道带宽越宽，数据传输速率越高信道带宽越宽，数据传输速率越高。信道容量：是指信道的允许的最大传输速率。信道容量：是指信道的允许的最大传输速率。波特率：信号每秒种变化的次数。它与数据传输速率成正比波特率：信号每秒种变化的次数。它与数据传输速率成正比关系。关系。吞吐量：信

9、道在单位时间内成功传输的信息量。如某信道在吞吐量：信道在单位时间内成功传输的信息量。如某信道在10分钟内成功传输了分钟内成功传输了6Mb的数据，其吞吐量为的数据，其吞吐量为6*1024/(10*60)10Kbps。8误码率误码率误码率指在二进制码元数据传输系统中被传错的概率。误码率指在二进制码元数据传输系统中被传错的概率。Pe=Ne/NN为传输的二进制码元总数，为传输的二进制码元总数，Ne为被传错的码元数。为被传错的码元数。(1)是衡量系统传输可靠性和有效性的重要参数是衡量系统传输可靠性和有效性的重要参数(2)如果不是二进制码元，必须折合成二进制来计算。如果不是二进制码元，必须折合成二进制来计

10、算。传输延迟传输延迟数据从信源（源计算机）到信宿（目的计算机）所花费数据从信源（源计算机）到信宿（目的计算机）所花费的时间。的时间。2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念注：码元注：码元是承载信息的基本信号单位。比如用脉冲信号表示数据时，一个单是承载信息的基本信号单位。比如用脉冲信号表示数据时，一个单位脉冲就是一码元。位脉冲就是一码元。一码元的信息量一码元的信息量是由码元所能表示的数据有效状态值个数决定的，若一是由码元所能表示的数据有效状态值个数决定的，若一码元有码元有00、01、10、11四个有效状态值，则一码元能携带四个有效状态值，则一码元能携带2bit的信息的信息。92.2

11、 2.2 信号传输的基本形式信号传输的基本形式 通信系统的信号传输基本形式按调制方式分类有：基带信号：将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。频带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。(1)基带传输 在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输。基带传输不需要调制解调器，设备花费小，适用于短距离的数据传输，如局域网。102.2 2.2 信号传输的基本形式信号传输的基本形式(2)(2)频带传输频带传输 在计算机通信远程线路中，不能直接传送基带信号，需要利用频带传输。就是用基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化，也就是调制。经过

12、调制的信号称为已调信号。已调信号通过线路传输到接收端，然后通过解调恢复为原始基带脉冲。这种频带传输不仅克服了目前许多长途电话线路不能直接传输基带信号的缺点，而且能实现多路复用的目的，从而提高了通信线路的利用率。值得注意的是，频带传输在发送端和接收端都需要调制解调器。112.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-并行与串行并行与串行（1 1）串行数据传输串行数据传输 只使用一条线路，逐位地传送所有的比特。它比较便宜，用在长距离连接中也比并行传输更加可靠。因为它每次只能发送一个比特位，所以其速度比较慢。（2 2）并行数据传输并行数据传输 并行传输指可以同时传输一组比特，每个比特使用单独一条线路（导

13、线）。这些线路通常被捆扎在一条电缆里。并行传输非常普遍，特别是应用于两个短距离和设备之间。通信系统的通信方式按数字信号的排列顺序分类有：通信系统的通信方式按数字信号的排列顺序分类有：12 同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差。通常可以采用同步传输或异步传输的传输方式对位进行同步处理。同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的。异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样，字符与字符间的传输是异步的。2.3数据通信方式数据通信方式-异步与同步异步与同步132.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-异步与同步异步与同步

14、 1.1.异步式异步式各各个个字字符符分分开开传传输输，字字符符之之间间插插入入同同步步信信息息。异异步步式式又又称称为为起起止止同同步步方方式式。传传输输数数据据以以“字字符符”为为数数据据单单元元，一一般般由由起起始始位位（1 1位位）、数数据据位位（5 59 9位位，PCPC机机7 78 8位位）、奇奇偶偶校校验验位位（1 1位位）和和停停止止位位（1-21-2位位）部部分分组组成成，两两字字符符之之间的间隔长度可以不固定。间的间隔长度可以不固定。142.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-异步与同步异步与同步例如，一般不发字符时线路保持例如，一般不发字符时线路保持“1”状态，当发送一

15、个状态，当发送一个字符代码时，字符前面要加一个起始信号，极性为字符代码时，字符前面要加一个起始信号，极性为“0”，即，即空号极性，预告字符的信息代码即将开始。在数据位和校验空号极性，预告字符的信息代码即将开始。在数据位和校验位结束后面要加一个终止符号，极性为位结束后面要加一个终止符号，极性为“1”，即传号极性，即传号极性，表示该字符已结束。表示该字符已结束。异步方式异步方式实现起来简单容易实现起来简单容易，每个字符都为该字符的位同步，每个字符都为该字符的位同步提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。缺点是通信开销较缺点是通信开销较大，线路效率低，大，线路

16、效率低，数据传输速率多在数据传输速率多在1.2kb/s以下。以下。152.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-异步与同步异步与同步 2.2.同步式同步式 同同步步式式要要求求不不管管是是否否传传输输信信息息代代码码，每每个个比比特特位位必必须须在在收收发发两两端端始始终终保保持持同同步步，中中间间没没有有间间断断时时间间，即即为为比比特特位同步。位同步。当当不不传传送送信信息息代代码码时时，在在线线路路上上传传送送的的是是全全1 1或或其其他他特特定定代代码码，在在传传输输开开始始时时用用同同步步字字符符SYNSYN（编编码码为为00101100010110）使使收收发发双双方方进进入入同同

17、步步。当当搜搜索索到到两两个个以以上上SYNSYN同同步步字字符符时时，接接收收端端开开始始接接收收信信息息。在在两两个个连连续续的的报报文文之之间间，应插入两个以上的应插入两个以上的SYNSYN同步字符。同步字符。162.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-异步与同步异步与同步同同步步传传输输的的比比特特分分组组要要大大得得多多。它它不不是是独独立立地地发发送送每每个个字字符符，而而是是把把它它们们组组合合起起来来一一起起发发送送。一一般般接接收收端端从从接接收收的的信号中提取同步信号信号中提取同步信号。同同步步传传输输方方式式特特点点是是开开销销少少、效效率率高高，一一般般在在高高速速传

18、传输输数据的系统中采用同步式。数据的系统中采用同步式。缺缺点点是是整整个个数数据据块块一一旦旦有有一一位位错错传传，就就必必须须重重传传整整个个数数据块的内容。据块的内容。一一般般同同步步传传输输增增加加的的比比特特位位会会使使传传输输的的比比特特总总数数增增加加2.5%2.5%，而而异异步步传传输输是是25%25%。随随着着数数据据帧帧中中实实际际数数据据比比特特位位的的增增加加，开开销销比比特特所所占占的的百百分分比比将将相相应应地地减减少少。但但是是，数数据据比比特特位位越越长长，缓缓存存数数据据所所需需要要的的缓缓冲冲区区也也越越大大，这这就就限限制制了了一一个个帧帧的的大大小小。另另

19、外外，帧帧越越大大，它它占占据据传传输输媒媒体体的的连连续续时时间间也也越长。在极端的情况下，这将导致其他用户等得太久。越长。在极端的情况下，这将导致其他用户等得太久。172.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-异步与同步异步与同步 数据通信的同步传输方式由数据通信的同步传输方式由字符同步字符同步和和位同步位同步共同构成。共同构成。其中，位同步的方式有两种：其中，位同步的方式有两种：外外同同步步：由由通通信信线线路路设设备备提提供供同同步步时时钟钟信信号号，该该同同步步信信号与数据编码一同传输，以保证线路两端数据传输同步。号与数据编码一同传输，以保证线路两端数据传输同步。内同步内同步：在某些

20、编码技术内含时钟信号。：在某些编码技术内含时钟信号。182.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-传输方向传输方向 通通信信系系统统的的通通信信方方式式按按消消息息传传送送的的方方向向和和时时间间分分类类，可可以以有有以下三个基本方式分类：以下三个基本方式分类：1 1单工通信（单向通信单工通信（单向通信 ）单单工工通通信信就就是是指指传传送送的的信信息息始始终终是是一一个个方方向向，而而不不进进行行与与此此相相反反方方向向的的传传送送。无无线线电电广广播播、电电视视信信号号传传播播、遥遥测测、遥遥控控都都是是单工传送的例子。单工传送的例子。192.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-传输方向

21、传输方向 2 2半双工通信（双向交替通信半双工通信（双向交替通信 ）半半双双工工通通信信是是指指信信息息流流可可在在两两个个方方向向上上传传输输，但但同同一一时时刻刻只只限限于于一一个个方方向向传传输输。如如对对讲讲机机、收收发发报报机机就就是是以以这这种种方方式式通通信信的。的。半半双双工工通通信信由由要要频频繁繁调调换换信信道道方方向向，故故效效率率低低，但但可可节节省省传输线路。传输线路。202.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-传输方向传输方向 3 3全双工通信（双向同时通信全双工通信（双向同时通信 ）全全双双工工通通信信是是指指能能同同时时做做双双向向通通信信。如如图图所所示示。

22、这这种种方方式式适适用用于于普普通通电电话话、手手机机以以及及计计算算机机计计算算机机间间高高速速数数据据通通信。信。全全双双工工与与半半双双工工比比较较,全全双双工工通通信信效效率率高高，控控制制简简单单，但但是结构较复杂，成本较高。是结构较复杂，成本较高。212.3 2.3 数据通信方式数据通信方式-连接方式连接方式 1.1.点到点的连接方式（专线直通点到点的连接方式（专线直通 ）2.2.多点的连接方式（交换网络多点的连接方式（交换网络）通信系统的通信方式按连接形式分类有：通信系统的通信方式按连接形式分类有：3.3.集中式连接方式集中式连接方式22双绞线双绞线内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内

23、屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线，1mm-每根每根4对、对、25对、对、1800对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点：成本低成本低 组装密度高、节省空间组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）平衡传输（高速率）抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离短连接距离短2.4 2.4 传输介质传输介质23屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少干扰和串音，价格较高双绞线外无任何屏蔽层，价格较低根据绞合次数，绞合度不同，常用的双绞线为

24、3类(16Mbit/s)和5类(155Mbit/s)两种，尤其是所谓超5类线。2.4 2.4 传输介质传输介质242.4 2.4 传输介质传输介质（1）物理特性物理特性：采用四对双绞线且外套塑料保护套组成，以支持采用四对双绞线且外套塑料保护套组成，以支持一种所谓的一种所谓的“四重线编码四重线编码”技术。采用这种方法，数据被平行地技术。采用这种方法，数据被平行地传送到四对电缆的每一对上。传送到四对电缆的每一对上。（2）传输特性传输特性：模拟传输和数字传输都可以使用双绞线。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线。（3）连通性连通性：一般仅支持点对点连接，多点连接需增加相关设一般仅支持点对点连接，多点连

25、接需增加相关设备，如集线器（备，如集线器（Hub）。）。（4）地理范围地理范围：通信距离一般为几：通信距离一般为几km到十几到十几km。距离太长时就。距离太长时就要加放大器以便将衰减了的信号放大到合适的数值（对于模拟传要加放大器以便将衰减了的信号放大到合适的数值（对于模拟传输），或者加上中继器以便将失真了的数字信号进行整形（对于输），或者加上中继器以便将失真了的数字信号进行整形（对于数字传输）。数字传输）。（5）抗干扰能力抗干扰能力：一般，尤其是低频使用和短距离使用时较好。：一般，尤其是低频使用和短距离使用时较好。（6）价格价格：较低。较低。25同轴电缆同轴电缆基带同轴电缆基带同轴电缆阻抗50

26、，用于数字传输宽带同轴电缆宽带同轴电缆阻抗75，用于模拟传输，主要用于有线电视网 （CATV）。铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套2.4 2.4 传输介质传输介质注：当需要将计算机连接注：当需要将计算机连接到电缆上的某一处时，同轴电到电缆上的某一处时，同轴电缆要比用双绞线麻烦很多。通缆要比用双绞线麻烦很多。通常都是利用常都是利用T型分接头型分接头(又称为又称为T型连接器）。型连接器）。26细同轴：细同轴：D=1.02cm，10Mbit/s每段每段185m、4中继、中继、5段（段（925m）优缺点：优缺点：价格低价格低安装方便（安装方便（T型连接器型连接器、BNC接头、接头

27、、Terminator）抗干扰能力较强抗干扰能力较强可靠性差可靠性差粗粗同轴：同轴：D=2.54cm，10Mbit/s每段每段500m、4中继中继、5段（段（2500m）优缺点：价格稍高优缺点：价格稍高安装方便（收发器、收发器电缆、安装方便（收发器、收发器电缆、Terminator）抗干扰能力强抗干扰能力强连接距离中等连接距离中等可靠性好可靠性好2.4 2.4 传输介质传输介质27光缆光缆光纤通信就是利用光导光纤通信就是利用光导纤维纤维(以下简称为光纤以下简称为光纤)传递光脉冲来进行通信。传递光脉冲来进行通信。一根光纤通信系统的传一根光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其输带宽远远大于目前其它各

28、种传输介质的带宽。它各种传输介质的带宽。光纤是网络传输介质中光纤是网络传输介质中性能最好、应用前途最性能最好、应用前途最广泛的一种。广泛的一种。如：有光脉冲相当于如：有光脉冲相当于1，而，而没有光脉冲相当于没有光脉冲相当于0。2.4 2.4 传输介质传输介质282.4 2.4 传输介质传输介质（1）物理特性物理特性光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯用来传导光波。包层较纤芯有包层构成双层通信圆柱体。纤芯用来传导光波。包层较纤芯有较低的折射率。利用其较低的折射率。利用其“全反射全反射”特性，实现光波在纤芯

29、中的特性，实现光波在纤芯中的传播。光纤按光在其中的传输模式可分：传播。光纤按光在其中的传输模式可分：多模光纤：可以存在许多条不同入射角度的光线在一条光纤多模光纤：可以存在许多条不同入射角度的光线在一条光纤中传输。中传输。单模光纤：光纤的直径减少到只有一个光的波长，则该光纤单模光纤：光纤的直径减少到只有一个光的波长，则该光纤就象一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会经多次就象一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会经多次反射传播。反射传播。单模光纤的光源要使用昂贵的半导体激光器，而单模光纤的光源要使用昂贵的半导体激光器，而不能使用较便宜的发光二极管。但单模光纤的衰减系数较小。不能使用较

30、便宜的发光二极管。但单模光纤的衰减系数较小。29与双绞线和同轴电缆相比，光纤具有如下优点：与双绞线和同轴电缆相比，光纤具有如下优点：容量更大，即带宽更大，传输速率更高；容量更大，即带宽更大，传输速率更高；体积更小，重量更轻；体积更小，重量更轻；衰减更小，转发器的间隔更远。衰减更小，转发器的间隔更远。2.4 2.4 传输介质传输介质（2）连通性连通性：点对点。：点对点。（3）地理范围地理范围：传输损耗小，中继距离长，可达数十公里：传输损耗小，中继距离长，可达数十公里而不必用中继器。而不必用中继器。（4）抗干扰性抗干扰性：抗雷电和电磁干扰性能好；无串音干扰；：抗雷电和电磁干扰性能好；无串音干扰；保

31、密性好，不易被窃听或截取数据。保密性好，不易被窃听或截取数据。（5）价格价格：比较昂贵，但价格正在逐年下降。：比较昂贵，但价格正在逐年下降。30 无线传输是指信号通过空气传输，信号不能被约束在无线传输是指信号通过空气传输，信号不能被约束在一个物理导体内。无线介质实际上就是无线传输系统，主一个物理导体内。无线介质实际上就是无线传输系统，主要包括要包括无线电无线电、微波微波和和卫星通信卫星通信等。当前主要的无线接入等。当前主要的无线接入技术的种类：技术的种类：无线传输介质无线传输介质2.4 2.4 传输介质传输介质无线本地环路无线本地环路(WLL)终端固定的无线接入终端固定的无线接入蜂窝通信技术发

32、展最迅速的无线接入技术蜂窝通信技术发展最迅速的无线接入技术无绳通信最简单经济的慢速移动无线接入手无绳通信最简单经济的慢速移动无线接入手段段卫星移动通信广域和国际性的无线通信手段，卫星移动通信广域和国际性的无线通信手段，可以作为固定公用电信网的接入手段可以作为固定公用电信网的接入手段个人通信网未来最理想的接入手段之一个人通信网未来最理想的接入手段之一31无线通信无线通信的网络结构的网络结构PSTNPSTNInternetInternet光纤光纤微波微波微波用户驻地设备无线网络中心设备房顶中继器中继器无线节点房顶无线节点用户天线用户终端2.4 2.4 传输介质传输介质322.4 2.4 传输介质传

33、输介质无线电波无线电波33微波通信微波通信 收发两端使用抛物面天线收发两端使用抛物面天线 方向性强，直线传输（视距传输），方向性强，直线传输（视距传输），距离远时使用中继站距离远时使用中继站 常用频段：常用频段：2G-6G2G-6G 用于高速数传用于高速数传 受天气影响较大受天气影响较大2.4 2.4 传输介质传输介质34卫星通信卫星通信 一个卫星可工作在多个频段，工作频一个卫星可工作在多个频段，工作频 段一般在几段一般在几G G到几十到几十G G。同步卫星：卫星与地球保持相对静止，同步卫星：卫星与地球保持相对静止，三颗同步卫星即可覆盖全球三颗同步卫星即可覆盖全球 传输时延大，传输时延大，24

34、0ms-300ms240ms-300ms2.4 2.4 传输介质传输介质35超短波超短波 无方向性，绕射能力强无方向性，绕射能力强 速率低速率低10Kbps10Kbps，距离近，几十公里距离近，几十公里 频率范围：频率范围：30M-1G30M-1G 用于城市内无线组网、无线调度、遥测遥控、用于城市内无线组网、无线调度、遥测遥控、蜂蜂 窝系统、无线寻呼、无线数传窝系统、无线寻呼、无线数传 存在多径干扰存在多径干扰注：注：多径干扰多径干扰是由于电波传播过程中遇到各种反射体（高山，是由于电波传播过程中遇到各种反射体（高山，建筑物）引起，同一个信号经过不同的反向路径到达同一个接建筑物）引起，同一个信号

35、经过不同的反向路径到达同一个接收点，但各反向路径的衰减和时延都不相同，使得最后得到的收点，但各反向路径的衰减和时延都不相同，使得最后得到的合成信号失真很大。合成信号失真很大。2.4 2.4 传输介质传输介质362.5 2.5 数据编码技术数据编码技术问题的提出问题的提出 ：数字信号为什么要采用编码传输呢？数字信号为什么要采用编码传输呢？二个理由：二个理由：（1 1）长距离数字信号传输可能存在衰减问题。长距离数字信号传输可能存在衰减问题。例如连续发送若例如连续发送若干个干个“1”1”，可能因存在的衰减导致误识别成，可能因存在的衰减导致误识别成“0”0”；连续发送连续发送若干个若干个“0”0”，可

36、能因干扰或累积电平漂移而误识别成，可能因干扰或累积电平漂移而误识别成“1”1”；（2 2）同步问题。同步问题。例如，当出现一长串的连例如，当出现一长串的连1 1或连或连0 0时，在接收端时，在接收端无法从收到的比特流中提取位同步信号。无法从收到的比特流中提取位同步信号。372.5 2.5 数据编码技术数据编码技术在网上传输的数据一般都需要进行必要的转换（编码），在网上传输的数据一般都需要进行必要的转换（编码），方可进行传输。方可进行传输。计算机数据在传输过程中的数据编码类型，主要取决于它计算机数据在传输过程中的数据编码类型，主要取决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。采用的通信信道所支持的

37、数据通信类型。数据编码方法数据编码方法模拟数据编码模拟数据编码数字数据编码数字数据编码振幅键控（振幅键控（ASK)移频键移频键控（控（FSK）移相键移相键控（控（PSK）非归零非归零码（码（NRZ）曼彻斯特编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码382.5 2.5 数据编码技术模拟数据编码技术模拟模拟数据编码方法模拟数据编码方法（1 1）问题的提出）问题的提出现有的模拟信号传输系统（如现有的模拟信号传输系统（如PSTNPSTN）不能传输数字信号吗？）不能传输数字信号吗？关注：关注：（a)a)发送的基带信号包含有各种的频率成分，由于现有发送的基带信号包含有各种的频率成分，由于现有PSTN

38、PSTN系统系统的频宽有限，因而其中的一部分高频分量已落到电话通信系统所的频宽有限，因而其中的一部分高频分量已落到电话通信系统所能通过的频率范围之外。能通过的频率范围之外。（b b）在能够通过电话线路的这部分频率成分中，各频率成分经受）在能够通过电话线路的这部分频率成分中，各频率成分经受的衰减和时延可能会有不同。这也要产生失真。的衰减和时延可能会有不同。这也要产生失真。（c c）电话线路中存在噪声和各种干扰信号，使信号失真。）电话线路中存在噪声和各种干扰信号，使信号失真。39 波形变换波形变换 波形识别波形识别 调制解调器的作用调制解调器的作用 调制调制解调器解调器 调制调制解调器解调器（2

39、2）调制解调器（）调制解调器（modemmodem）简介）简介 所谓调制解调器就是一种基于某种所谓调制解调器就是一种基于某种载波频率来实现对数字信号（电平信号）载波频率来实现对数字信号（电平信号）进行转换的装置。调制解调器组成上包进行转换的装置。调制解调器组成上包括了括了为发送信号用的调制器为发送信号用的调制器和和为接收信为接收信号用的解调器号用的解调器。调制器的主要作用实际上就是一个调制器的主要作用实际上就是一个波形变换装置波形变换装置，它将基带数字信号的波，它将基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。形变换成适合于模拟信道传输的波形。解调器的作用就是个解调器的作用就是个波形识别器

40、波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。成原来的数字信号。2.5 2.5 数据编码技术模拟数据编码技术模拟402.5 2.5 数据编码技术模拟数据编码技术模拟（3 3）几种最基本的调制方法）几种最基本的调制方法 既然既然ModemModem的作用是基于某种载波频率将的作用是基于某种载波频率将数字信号变换数字信号变换成模拟波形成模拟波形，那么究竟采用何种信号变换方法，来恰当的反，那么究竟采用何种信号变换方法，来恰当的反映出二进制的映出二进制的“0”0”和和“1”1”。从物理学的知识知道，反映一个频率波形的主要参量有从物理学的知识知道，反映

41、一个频率波形的主要参量有三个，即三个，即“振幅、频率和相位振幅、频率和相位”，因而，因而ModemModem对数字信号的对数字信号的变换，主要是针对这三个参量实现，相对应有三种不同的调变换，主要是针对这三个参量实现，相对应有三种不同的调制技术（制技术（数字信号到模拟信号的变换数字信号到模拟信号的变换）。）。（a）调幅）调幅(振幅键控振幅键控ASK)频率和相位为常量，而振幅为变量频率和相位为常量，而振幅为变量，通过改变载波频率，通过改变载波频率的振幅来表示二进制数的的振幅来表示二进制数的0和和1。例如，数字。例如，数字0对应于无载波对应于无载波输出，而数字输出，而数字1对应于有载波输出。对应于有

42、载波输出。41 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 基带信号基带信号 基带信号基带信号 调幅调幅 振幅改变振幅改变 f f1 1 f f2 2 调频调频 频率改变频率改变 调相调相 相位改变相位改变 三种调制技术的原理三种调制技术的原理 422.5 2.5 数据编码技术模拟数据编码技术模拟（b b）调频）调频(移频键控移频键控FSK)FSK)振幅和相位为常量，而频率为变量振幅和相位为常量，而频率为变量，通过使用载波频，通过使用载波频率附近的两个不同频率值来表示二进制数的率附近的两个不同频率值来表示二进制数的0 0和和1 1。例如，。例如，数字数字0 0对应于

43、频率对应于频率f f1 1，而数字，而数字1 1对应于频率对应于频率f f2 2。（c c）调相）调相(移相键控移相键控PSK)PSK)把把振幅振幅和频率为常量，而相位为变量和频率为常量，而相位为变量，通过利用载波，通过利用载波频率初始相位移动的不同来表示二进制数的频率初始相位移动的不同来表示二进制数的0 0和和1 1。例如，。例如，数字数字0 0对应于相位对应于相位0 00 0，而数字，而数字1 1对应于对应于1801800 0。（4 4）三种调制方法的比较）三种调制方法的比较 调幅易于受到增益干扰的影响，实现比较容易。调幅易于受到增益干扰的影响，实现比较容易。调相法抗干扰能力最强，但实现比

44、较复杂。调相法抗干扰能力最强，但实现比较复杂。调频法介于调频法介于AMAM法和法和PMPM法之间。法之间。432.5 2.5 数据编码技术数字数据编码技术数字在基带传输中，数字数据信号的编码方式主要有：在基带传输中，数字数据信号的编码方式主要有：不不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码等。归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码等。不归零码不归零码(NRZ，Non-ReturntoZero)二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示。分别用两种电平来表示。缺点：不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。存缺点：不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。存在直流分量。在直流分量。注：码元注：码元

45、是承载信息的基本信号单位。比如用脉冲信号表示数是承载信息的基本信号单位。比如用脉冲信号表示数据时，一个单位脉冲就是一码元。据时，一个单位脉冲就是一码元。一码元的信息量一码元的信息量是由码元所能表示的数据有效状态值个数是由码元所能表示的数据有效状态值个数决定的，若一码元有决定的，若一码元有00、01、10、11四个有效状态值，则一码元四个有效状态值，则一码元能携带能携带2bit的信息的信息。数字数据编码方法数字数据编码方法442.5 2.5 数据编码技术数字数据编码技术数字曼彻斯特编码曼彻斯特编码(ManchesterCode)（1）编码原理）编码原理用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1。将

46、每一个码元（将每一个码元（bit）传输时间分成两个相等的时间间隔。）传输时间分成两个相等的时间间隔。规定在每个码元的中间发生跳变，规定在每个码元的中间发生跳变，接收端可将此变化提接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种取出来作为同步信号。这种编码也称为自同步码编码也称为自同步码(Self-SynchronizingCode)。位中部从位中部从高高低低的跳变代表的跳变代表“0”，位中部，位中部低低高高的跳的跳变代表变代表“1”。（2）存在的问题）存在的问题它所占的频带宽度比原始的基带信号整整增加了一它所占的频带宽度比原始的基带信号整整增加了一倍倍（即信号速率是数据速率的（即信号速率是数据速率的

47、2倍）倍）。452.5 2.5 数据编码技术数字数据编码技术数字差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码(Differential)（1）编码原理）编码原理与曼彻斯特编码一样仍然将每一个码元（与曼彻斯特编码一样仍然将每一个码元（bit）传输）传输时间分成两个相等的时间间隔，所不同的是：时间分成两个相等的时间间隔，所不同的是：若码元为若码元为1，则其前半个码元的持续电平与上一个码元，则其前半个码元的持续电平与上一个码元的后半个码元的持续电平一样（即的后半个码元的持续电平一样（即无跳变代表无跳变代表“1”）。）。若码元为若码元为0，则其前半个码元的持续电平与上一个码元，则其前半个码元的持续电平与上一个码元

48、的后半个码元的持续电平相反（即的后半个码元的持续电平相反（即有跳变代表有跳变代表“0”）。）。不论码元是不论码元是0或或1，在每个码元的正中间的时刻，一定在每个码元的正中间的时刻，一定要有一次电平的转换要有一次电平的转换。（2）特点：差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但）特点：差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。可以获得较好的抗干扰性能。46数据数据010011010 NRZ编码编码(a)“0”：位中部从高到低；：位中部从高到低；“1”：位中部从低到高；：位中部从低到高；曼彻斯曼彻斯 特编码特编码(b)位起始时有电平变化代表位起始时有电平变化代表“0”，反之代表，反之

49、代表“1”，位中部始终变化。，位中部始终变化。差分差分 曼彻曼彻 斯特斯特 编码编码 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码原理图曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码原理图(c)472.5 2.5 数据编码技术数字数据编码技术数字模拟信号到数字信号的变换模拟信号到数字信号的变换（1）问题的提出）问题的提出现存的通信网是数字信号传输系统和模拟信号传输系统并现存的通信网是数字信号传输系统和模拟信号传输系统并存的局面，要想在数字信号传输系统中传输模拟信号，必然存在存的局面，要想在数字信号传输系统中传输模拟信号，必然存在一个如何将模拟信号量化的问题。一个如何将模拟信号量化的问题。（2）脉码调制方法脉码调制方法（Pu

50、lseCodeModulatorPCM）现在的数字传输系统都是采用脉码调制现在的数字传输系统都是采用脉码调制PCM体制。体制。由于历史上的原因，由于历史上的原因，PCM有两个互不兼容的国际标准，即有两个互不兼容的国际标准，即北美的北美的24路时分多路复用路时分多路复用PCM(简称为简称为T1)和欧洲的和欧洲的30路时分多路时分多路复用路复用PCM(简称为简称为E1)。我国采用的是欧洲的。我国采用的是欧洲的E1标准。标准。T1的数据传输速率为的数据传输速率为1.544Mbps；E1为为2.048Mbps。482.5 2.5 数据编码技术数字数据编码技术数字PCM的基本原理的基本原理要将模拟信号转