《计算机网络与通信》第2章-数据通信基础

1、计算机网络与通信第2章-数据通信基础计算机网络与通信第2章-数据通信基础2.1 数据通信方式的分类数据通信方式的分类&2.1.1 2.1.1 并行通信和串行通信并行通信和串行通信&2.1.2 2.1.2 单工、半双工和全双工通信单工、半双工和全双工通信&2.1.3 2.1.3 异步通信和同步通信异步通信和同步通信&2.1.4 2.1.4 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信2.1.1 2.1.1 并行通信和串行通信并行通信和串行通信4 并行传输并行传输 渐被淘汰 串行传输串行传输 SATA PCI Express2.1.2 2.1.2 单工、半双工、全双工通信单

2、工、半双工、全双工通信 单工单工通信通信 半双工半双工通信通信 全双工通信全双工通信计算机网络技术-韩毅刚5 单工通信单工通信 只允许数据向一个方向传输只允许数据向一个方向传输计算机网络技术-韩毅刚6 半双工通信半双工通信 双方不能同时发送信号双方不能同时发送信号计算机网络技术-韩毅刚7 全双工通信全双工通信 双方可同时发送信号，同时接收信号双方可同时发送信号，同时接收信号计算机网络技术-韩毅刚8 2.1.3 2.1.3 异步通信和同步通信异步通信和同步通信 位同步位同步计算机网络技术-韩毅刚9异步通信异步通信 异步通信异步通信计算机网络技术-韩毅刚10线路空闲线路空闲1位起始位1位校验位1、

3、1.5、2位停止位58位数据同步通信同步通信 位同步位同步 时钟专线数据信号编码 帧同步帧同步计算机网络技术-韩毅刚112.1.4 2.1.4 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信 传输特性传输特性计算机网络技术-韩毅刚122.2 数字传输数字传输&2.2.1 2.2.1 数字信号的波形数字信号的波形&2.2.2 2.2.2 数字信号编码方案数字信号编码方案&2.2.3 2.2.3 编码技术的评价编码技术的评价13计算机网络与通信-韩毅刚2.2.1 2.2.1 数字信号的波形数字信号的波形 单极性码和双极性码单极性码和双极性码 不归零码和归零码不归零码和归零码 绝对码和

4、差分码绝对码和差分码差分编码 数据采用跳变而不是电平来表示 检测信号的跳变更为可靠 在复杂的传输结构中 ，信号的正负极很容易失去意义如引脚接反计算机网络与通信-韩毅刚142.2.2 2.2.2 数字信号编码方案数字信号编码方案 典型不归零码典型不归零码 不归零电平 (NRZ-L) 不归零1制 (NRZI) 典型归零码典型归零码 传号交替反转码传号交替反转码AMIAMI 伪三进制码 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计算机网络与通信-韩毅刚1516典型不归零码典型不归零码(NRZ)(NRZ) 两个不同的电平来表示两个不同的电平来表示0和和1 比特周期内电平恒定比特周期内电

5、平恒定没有变化,不会回到零电平 例如例如. 没有电压代表二进制没有电压代表二进制0, 恒定的正电压代表二恒定的正电压代表二进制进制1（单极性：（单极性：1正正0零）零） 双极性：双极性：1正正0负负17不归零电平不归零电平(NRZ-L)(NRZ-L) 0正正1负负18不归零不归零1 1制（制（NRZINRZI） NonReturn to zero inverted on ones（NRZ-1） 是差分编码是差分编码 按按1翻转翻转跳变(由低到高或者由高到低) 代表二进制1没有跳变代表二进制019NRZNRZ码的优缺点码的优缺点 优点优点易于设计带宽利用率高 缺点缺点含直流成分缺少同步能力 用于

6、磁记录用于磁记录 信号传输不常用信号传输不常用20典型归零码典型归零码(RZ)(RZ) 编码规则：编码规则：1正正0负，中途归零。负，中途归零。 RZ码可鉴别是否丢了信号码可鉴别是否丢了信号 21传号极性反转码传号极性反转码AMIAMI 0用无信号表示用无信号表示 1用正或负脉冲表示用正或负脉冲表示 脉冲极性交替改变脉冲极性交替改变 长长1不会丢失同步（长不会丢失同步（长0有问题）有问题） 没有净直流成分没有净直流成分 带宽低带宽低 易于检错易于检错22伪三进制码伪三进制码 1用无信号表示用无信号表示 0用正负交替表示用正负交替表示 与双极性与双极性AMI码的优缺点相同码的优缺点相同23曼彻斯

7、特码曼彻斯特码 每位的中间跳变每位的中间跳变跳变用作时钟和数据 从低到高表示从低到高表示1（正跳为（正跳为1） 从高到低表示从高到低表示0（负跳为（负跳为0） 用于用于24曼彻斯特码的优缺点曼彻斯特码的优缺点 缺点缺点每位至少有一次跳变，也可能是2次跳变最大调制速率是NRZ的2倍需要更大的带宽 优点优点每位中间的跳变用于同步（自同步）无直流分量可进行差错检测 当预期的跳变不存在时25差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 中间的跳变只用于时钟中间的跳变只用于时钟 位开始时跳变表示位开始时跳变表示0 （有跳为（有跳为0） 位开始时无跳变表示位开始时无跳变表示1 （无跳为（无跳为1） 是一种差分编码方案是一

8、种差分编码方案 用于用于2.2.3 2.2.3 编码技术的评价编码技术的评价 信号频谱信号频谱 信号的自同步信号的自同步 信号的检测和纠错。信号的检测和纠错。 设备的复杂性和成本设备的复杂性和成本计算机网络与通信-韩毅刚262.3 模拟传输模拟传输&2.3.1 2.3.1 幅移键控幅移键控&2.3.2 2.3.2 频移键控频移键控&2.3.3 2.3.3 相移键控相移键控&2.3.4 2.3.4 正交幅度调制正交幅度调制27计算机网络与通信-韩毅刚2.3.1 2.3.1 幅移键控幅移键控 载波信号不同幅值代表二进制的两个数值载波信号不同幅值代表二进制的两个数值

9、通常，其中一个载波的振幅值为通常，其中一个载波的振幅值为0 0即， 用载波的存在与否来表示1或0282.3.2 2.3.2 频移键控频移键控 FSKFSK最通常的形式是双值最通常的形式是双值 FSK (BFSK) FSK (BFSK) 两个不同频率来表示二进制数的两个值两个不同频率来表示二进制数的两个值 ( (载载波频率附近波频率附近) )292.3.3 2.3.3 相移键控相移键控 用载波信号的相位偏移来表示数据用载波信号的相位偏移来表示数据 双值相移键控（双值相移键控（BPSKBPSK） 差分相移键控（差分相移键控（DPSKDPSK） 正交相移键控（正交相移键控（QPSKQPSK）计算机网

10、络与通信-韩毅刚302.3.4 2.3.4 正交幅度调制正交幅度调制 调相调幅调相调幅 星座图星座图计算机网络与通信-韩毅刚312.4 传输损耗和传输速率传输损耗和传输速率&2.4.1 2.4.1 衰减衰减&2.4.2 2.4.2 噪声噪声&2.4.3 2.4.3 传输速率传输速率&2.4.4 2.4.4 信道容量信道容量32计算机网络与通信-韩毅刚2.4.1 2.4.1 衰减衰减 信号强度随距离而衰减信号强度随距离而衰减 信号强度：W或mW，dBW或dBm 依赖于媒介依赖于媒介 接收到的信号强度接收到的信号强度: : 必须足以探测到 必须远大于噪声 衰减是频率

11、的递增函数衰减是频率的递增函数计算机网络与通信-韩毅刚332.4.2 2.4.2 噪声噪声 热噪声热噪声 互调噪声互调噪声 串扰串扰 冲激噪声冲激噪声计算机网络与通信-韩毅刚342.4.3 2.4.3 传输速率传输速率计算机网络与通信-韩毅刚35 数据传输速率数据传输速率 符号速率符号速率 带宽带宽2.4.4 2.4.4 信道容量信道容量 信道容量的概念信道容量的概念 最大数据传输速率计算机网络与通信-韩毅刚3637NyquistNyquist带宽带宽 假定信道带宽为假定信道带宽为B（Hz）， 则最大符号速率为则最大符号速率为2B(baud) 二进制信号，二进制信号，B Hz带宽支持的数据速率

12、是带宽支持的数据速率是2B bps M进制信号：进制信号：C= 2B log2M38香农定理香农定理 白噪声、带宽受限信道的最大容量白噪声、带宽受限信道的最大容量 数据率越高，误码率越高数据率越高，误码率越高 信道容量与信噪比有关信道容量与信噪比有关 2.5 传输媒介传输媒介&2.5.1 2.5.1 有线媒介有线媒介&2.5.2 2.5.2 无线媒介无线媒介39计算机网络与通信-韩毅刚2.5.1 2.5.1 有线媒介有线媒介 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 光纤光纤 电力线电力线计算机网络与通信-韩毅刚402.5.2 2.5.2 无线媒介无线媒介 微波微波 卫星卫星 短波短波 激光激光 红外线红外线计算机网络与通信-韩毅刚412.6 多路复用多路复用&2.6.1 2.6.1 频分多路复用频分多路复用&2.6.2 2.6.