《计算机网络技术基础 》（王崇刚）教案 （理论部分） 数据通信基础（二）数据通信方式、数据传输技术.docx

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1、教学目标教学重难点教学方法问答法、讨论法、讲授法教学用具教学设计主要教学内容及步骤教学过程设计意第一节课【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到【教师】引入新课通过问题导入 的方法，引导学生 主动思考，激发学 生的学习兴趣考勤(3 min)问题导入(5 min)课题数据通信基础(二)数据通信方式,数据传输技术课时电脑、投影仪、多媒体课件、教材、文旌课堂APP【学生】聆听、思考、回答问题2 课时(90 min )知识技能目标：(1)理解并行传输与串行传输(2 )理解单工、半双工和全双工通信(3 )掌握数据传输同步方式(4 )掌握数字信号的传输技术(5 )掌握多路复用技术思政育人

2、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：数据传输同步方式、数字信号的传输技术、多路复用技术 教学难点：数字信号的传输技术第1节课：考勤(3 min )一问题导入(5 min )一传授新知(30 min )一课堂互动(5 min ) 一评价修正(2 min )第2节课：问题导入(5min)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 )培养学生的组 织纪律性，掌握学 生的出勤情况思考：1.古代的

3、人们是如何实现相互通信的？2 .现代人的通信方式有哪些？3 .数据是如何实现通信的呢？A【教师】提出问题，课堂互动思考：FDM、WDM与TDM之间的区别。FDM或WDM技术是以频段的不同来区分地址的，其特点是 独占频段而共享时间。TDM则是共享频段而独占时间，相当于在同 一频段内不同的相位上发送和接收信息，而频率资源共享。【学生】聆听、思考、回答问题4.码分多路复用(CDM )CDM技术是一种用于移动通信系统的新技术，它的实现基础是 微波扩频通信。扩频通信的特征是使用比发送的数据速率高许多倍的 伪随机码对载荷数据的基带信号的频谱进行扩展形成宽带低功率频 谱密度的信号来发射。特点：频率和时间资源

4、均为共享。【学生】聆听、思考、记忆课堂互动(5 min) 【教师】提供练习题，并找学生进行讲解讨论：复用为何意？ 【学生】思考、讨论.完成练习、讲解通过练习题巩 固所学知识，加 深对知识点的理 解，通过讲解不 仅能够帮助学生 强化知识点，同 时可以培养学生 的口语表达能力课堂小结(3 min) 【教师】简要总结本节课的要点设计一个通信系统时，首先要确定的是采用串行通信方式，还是 采用并行通信方式。采用串行通信方式只需要在收发双方之间建立一 条通信信道；采用并行通信方式时，收发双方之间必须建立多条并行 的通信信道。信号在通信信道上的传输是有方向的，根据数据在某一 时间信息传输的方向和特点，数据通

5、信方式可分为单工通信、半双工 通信和全双工通信。总结知识点， 加深学生对数据 通信方式数据传 输技术的理解数据通信中同步技术是解决通信的收发双方在时间基准上保持 一致的问题。数据通信的同步主要包括异步传输和同步传输，同步传 输又分为面向字符的同步和面向位的同步。数字信号在信道中的传输技术分为基带传输和频带传输两种。在 基带传输中，常采用非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 方式；在频带传输中，常采用振幅键控、移频键控、移相键控来实现 对数字数据的模拟信号编码。为了充分利用通信线路的带宽，提高通信介质利用率，可采用多 路复用技术。最常用的复用技术是频分多路复用和时分多路复用。 【学生】总结

6、回顾知识点作业布置(2 min) 【教师】布置课后作业完成课后作业 【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 操作能力教学反思本节课学生接触了新的知识，学习兴趣较高。不过知识点较多，全部消化还是比较 难。在教学中，教师要将学生作为教学的主体，时刻关注学生学习成绩、方法等各方面 的变化，引导学生从被动学习转为自主学习和思考，从而提高学习的积极性和主动性。 【教师】要求学生通过文旌课堂APP扫描二维码播放数据通信方式视频，并讲解新知一、并行传输与串行传输数据的传输方式有并行传输和串行传输两种。1 .并行传输通过教师的讲 解和演示，帮助学 生了解数据通信 技术、数据同步方 式

7、及数据传输技 术定义：指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行 传输，是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输。传授新知(30 min)特点：在计算机中，通常使用8个字节来表示一个字符。在进 行近距离传输时，为获得较高的传输速率，使每个代码的传输延时 尽量少，常采用并行传输方式。应用：计算机内的数据总线就是采用并行传输，根据信道数量 不同可分为8位、16位、32位和64位等。2 .串行传输定义：指的是代码的若干位按顺序一位一位地传送数据，从发 送端到接收端只要一条传输信道即可。特点：通信线路少，布线简便易行，施工方便，结构灵活，系统 间协商协议，自由度及灵活度较高，因此在电子电路

8、设计、信息传 递等诸多方面的应用越来越多。应用：适用于近距离的人-机交换、实时监控等系统通信工作。【教师】提出问题，课堂互动思考：并行传输与串行传输的区别？并行传输的速率高，但传输线路和设备都需要增加若干倍， 一般用于短距离并要求快速传输的地方。串行传输可以节省线路和 设备，利于远程传输，所以广泛用于远程数据传输中，通信网和计 算机网络中数据传输都是以串行方式进行的。二、单工、半双工和全双工通信根据信号在信道上的传输方向，数据通信分为单工通信、半 双工通信和全双工通信。1 .单工通信发送端I圾+1接收端定义：单工通信又称为单向通信。在单工通信中，数据信号 固定地从发送端传送到接收端，即信息流仅

9、沿一个方向流动。应用：无线电广播、有线电广播、电视广播2 .半双工通信定义：半双工通信又称为双向交替通信。在半双工通信中， 数据信号可双向传送，但不能在两个方向上同时进行。原理：通信双方都具有发送器和接收器，但在同一时刻信道 只能容纳一个方向的信息传输。应用：无线电对讲机采用的就是半双工通信，当甲方讲话时, 乙方无法讲话；等甲方讲完后，乙方才能开始讲话。3 .全双工通信 数据 发送端，.接收端定义：全双工通信又称为双向同时通信。在全双工通信中， 同一时刻双方能在两个方向上传输数据信息，它相当于把两个相 反方向的单工通信方式组合起来。应用：打电话时，双方可以同时讲话。特点：全双工通信效率高，但结

10、构复杂，成本较高。 【学生】聆听、思考、记忆 【教师】结合教材讲解异步传输 三、数据传输同步方式1 .异步传输住校室验仇久b 止位b. b. h. h,起432 始定义：异步传输又称为起止式传输。发送端可以在任何时刻向接 收端发送数据，且将每个字符(58位)作为一个独立的整体进行发 送，字符间的间隔时间可以任意变化。特点：为了便于接收端识别这些字符，发送端需要在每个字符 的前后分别加上一位或多位信息作为它的起始位和停止位分析：如图，如果传送的字符由7位二进制位组成，那么在其 前后各附加起始位和停止位，甚至还有校验位，其字符长度将达10 位。很显然，由于辅助位多，这种同步方式传输效率较低，适用于

11、低 速通信。 【学生】聆听、思考、记忆 【教师】结合教材讲解同步传输2,同步传输同步传输要求数据的发送端和接收端始终保持时钟同步。同步 传输具体又分为面向字符的同步和面向位的同步。(1)面向字符的同步帧头 控制信息数瞅藤悯SYNSYNS0H字符悯FCS发送端将字符分成组进行连续发送，并在每组字符前后各加 一个同步字符(SYN )。当接收端接收到同步字符时开始接收数 据，直到再次收到同步字符时停止接收，然后进入等待状态，准备 下一次通信。(2 )面向位的同步发送端每次发送一个二进制位序列，并在发送过程的前后分 别使用一个特殊的8位串(01111110 )作为同步字节来表示发送的 开始和结束。 【

12、学生】聆听、思考、记忆【教师】提出问题，课堂互动思考：同步传输与异步传输的适用范围。 【教师】要求学生通过文旌课堂APP扫描二维码播放基 带传输”视频，并讲解新知四、数字信号的传输技术一基带传输在数据通信中，计算机等产生的信号是二进制数字信号，即 1和0。若要在相应的信道中传输，需转换成适合传输的数 字信号或模拟信号。数字信号在信道中的传输技术分为基带传输和 频带传输两类。1.基带传输由计算机等直接发出的数字信号是一连串矩形电脉冲信号， 包含直流、低频和高频等多种成分。在其频谱中，从零频开始到能 量集中的一段频率范围称为基本频带，简称为基带。在线路上直接 传输数字基带信号就称为基带传输。优点：

13、基带传输是一种最简单的传输方式，它抗干扰能力 强、成本低，但是由于基带信号含有从直流到高频的频率特性，传 输时必须占用整个信道，因此通信信道利用率低。应用：基带传输信号衰减严重，传输的距离受到限制，因此 常用于局域网。基带传输中，发送端需要用编码器对数字信号进行编码，然 后在接收端由译码器进行解码才能恢复发送端发送的数据。在实际 应用中，常采用以下三种编码方法：二进制数据10011101：1非归零编码III一(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码(1)非归零编码非归零编码规定：用高电位表示1，低电位表示。这 种编码方法难以判断一个位的结束和另一个位的开始，需要同时发 送同步时钟信号来保证发送

14、方和接收方同步。(2 )曼彻斯特编码在每个时钟周期内产生一次跳变，由高电位向低电位跳变时，代表0；由低电位向高电位跳变时，代表1。优点：收发双方可以根据自带的时钟信号来保持同步，无 须专门传递同步信号的线路。应用：通常用于局域网传输。(3 )差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码规定当前比特位的取值由开始的边界是否存 在跳变而定，开始边界有跳变表示，无跳变表示，每个 比特位当中的跳变仅用作同步信号。【教师】提出问题，课堂互动思考：收集材料分析基带传输的适用场景及条件。【学生】聆听、思考、回答问题 【学生】聆听、思考、记忆通过练习题巩 固所学知识，加深 对知识点的理解 【教师】提出问题，要求学生讨论并

15、回答问题课堂互动(5 min )分析：基带传输三种编码方式有何区别。 【学生】思考、讨论、回答问题评价修正(2 min)【教师】点评学生的回答，并总结、巩知识点【学生】聆听、思考、记忆第二节课通过形成性检 测进行强化矫正问题导入(5 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】要求学生通过文旌课堂APP扫描二维码播放频带 传输视频，并提出问题：说一说你所了解到的频带传输。【学生】聆听、思考、回答问题一、频带传输定义：利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为频带传输。数字信号转换成模拟信号进行传输，一般采用的方法：发送端在音频范围选择某一频率的正(余)弦波作为载

16、波，用 它寄载所要传输的数字信号，通过电话信道将其送至接收端；在接收 端再将数字信号从载波上分离出来，恢复为原来的数字信号波形。PSTN公用电话网发送端调制解调器调制解调器接收端分析：调制：在频带传输中，由发送端将数字数据信号转换成模拟数 据信号的过程。调制器：进行调制所使用的设备。传授新知(30 min )结合教材讲解 帮助学生了解数 据传输技术及多 路复用技术称为解调：在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过 程使用的设备称为解调器。调制解调器(Modem ):同时具备调制和解调功能的设备。在 实现全双工通信时，则要求收发两端都安装调制解调器 【学生】聆听、思考、记忆【教师】提出问题，

17、课堂互动问题：查阅资料说一说调制解调器的类型。调制解调器(Modem )，俗称猫，是在发送端通过调制将 数字信号转换为模拟信号,而在接收端通过解调再将模拟信号转换为 数字信号的一种装置。Modem有各种各样的分类方法，例如按照接 入Internet的方式不同，可将Modem分为拨号Modem和专线Modem ； 又例如按照接口类型不同，可将Modem分为外置Modem、内置 Modem、PC卡式移动Modem等【学生】聆听、思考、回答问题模拟信号传输的基础是载波，载波信号可以表示为： (t)=A(t)sin(art+ (p)量，它们是正弦波的控制参数，也称为调制参数，它们的变化将 对正弦载波的

18、波形产生影响。改变这三个参量来实现对数字数据的模拟信号的编码:基带信号(a) ASK(b) FSK(c) PSK (绝对)(d) PSK (相对)(1)振幅键控(ASK )ASK方式是指载波的幅度A随发送的数字信号而变化，以不同 振幅表示二进制数字和0，这种方法实现简单，但抗干扰能 力差，调制效率低。(2 )移频键控(FSK )FSK方式是指用两个靠近载波频率的不同频率1和2分别表示 二进制数字1和0,移频键控的电路简单，抗干扰能力强，但 频带的利用率低。(3 )移相键控(PSK )PSK方式只是以载波的相位变化来表示数据。在二相制情况下, 二进制数字和r分别用不同相位载波信号波形表示。 【学

19、生】聆听、思考、记忆A【教师】提出问题，课堂互动问题：了解脉冲编码调制(PCM )技术的实现步骤。(1 )采样(2 )量化(3 )编码【学生】聆听、思考、回答问题*【教师】要求学生通过文旌课堂APP扫描二维码播放多路复用技术视频，并讲解新知二、多路复用技术多路复用技术可以分为频分多路复用、时分多路复用、波分多路 复用和码分多路复用等多种形式,最常用的是频分多路复用和时分多 路复用。1.频分多路复用（FDM ）原理：频分多路复用是利用频率变换或调制的方法，将若干路信 号搬移到频谱的不同位置，相邻两路的频谱之间留有一定的频率间 隔，以防相互干扰，这样排列起来的信号就形成了一个频分多路复用 信号。发

20、送端将信号发送出去，接收端接收到信号后，再利用接收滤 波器把各路信号区分开来。应用：频分多路复用主要用于宽带模拟线路中，最典型的是有线 电视系统。2 .时分多路复用（TDM ）原理：时分复用是利用时间分隔方式来实现多路复用的，它将一 个传送周期划分为多个时间间隔让多路信号分别在不同的时间间隔 内传送。对于数字通信系统主干网的复用采用的就是时分多路复用技 术。工作原理：以电话系统为例，详见教材。T1和E1系列多路复用标准：详见教材。3 .波分多路复用（WDM ）定义波分多路复用是指在一根光纤上能同时传送多个波长不同 的光载波的复用技术，它实质上是利用了光具有不同波长的特征。优点：WDM技术使得光纤的传输能力成倍增加，也可以利用 不同波长沿不同方向传输来实现单根光纤的双向传输。$