数据通信技术基础学习教案

1、数据通信技术数据通信技术(jsh)基础基础第一页，共104页。第1页/共104页第二页，共104页。第2页/共104页第三页，共104页。包括传输介质和通信设备。第3页/共104页第四页，共104页。第4页/共104页第五页，共104页。图3.1 数据通信系统的模型接 收 的 信号发 送 的 信号输入信息输出信息输入数据输出数据目 的 系统源系统传 输 系统信源变换器信宿反变换器信道第5页/共104页第六页，共104页。信源信宿载体（信道）噪声源第6页/共104页第七页，共104页。 变换器：将信源发出的信息(xnx)变换成载体（信道）上可传输的格式；反变换器：将载体（信道）上可传输的信息(x

2、nx)变换成信宿可识别/处理的格式。 信源信宿载体（信道）噪声源反变换器变换器第7页/共104页第八页，共104页。第8页/共104页第九页，共104页。第9页/共104页第十页，共104页。波特率和数据传输速率之间的关系 数据传输速率波特率log2N (N-每个符号的取值个数，或可调制(tiozh)的线路状态数）0111001001 11 00 10假设调制设备采用调幅调制技术，每秒调制出一个符号，该符号可取四种幅度之一： 第10页/共104页第十一页，共104页。例如，把计算机设备输出的信号进行调制以后再放在传输介质上传输。频带(pndi)传输有时也称为宽带传输。第11页/共104页第十二

3、页，共104页。010011100基带信号(xnho)调幅(dio f)调频调相第12页/共104页第十三页，共104页。第13页/共104页第十四页，共104页。第14页/共104页第十五页，共104页。 起 终 始 止 位 1 1 1 0 1 0 1 0 位 线路空闲 线路空闲起始位一个字符下一字符第15页/共104页第十六页，共104页。字符同步(tngb)： 使接收方可以正确地识别数据群同步(tngb)传输时的同步(tngb)字符（SYN）接收方在识别到独特的同步(tngb)字符或同步(tngb)模式后，才开始真正的数据接收。位同步： 使接收方可以正确地接收各个比特自同步法：接收方直接

4、从数据波中获取同步信号。外同步法：发送方在发数据前，先向接收方发一串同步时钟序列，接收方根据这一同步时序锁定接收频率。 （异步传输(chun sh)的起始/终止位）第16页/共104页第十七页，共104页。速度等于光速，为每秒30万Km（千米）。在网络的最低层次上，所有计算机通信都以某种能量形式对数据进行编码，并将这些能量通过传输介质发送。第17页/共104页第十八页，共104页。图3.2 双绞线第18页/共104页第十九页，共104页。第1针第8针图3.5 RJ45插座针脚排列第19页/共104页第二十页，共104页。双绞线两头(lingtu)采用RJ-45标准水晶头；第20页/共104页第

5、二十一页，共104页。第21页/共104页第二十二页，共104页。第22页/共104页第二十三页，共104页。第23页/共104页第二十四页，共104页。第24页/共104页第二十五页，共104页。计算机发送(f sn)接收(jishu)1236第25页/共104页第二十六页，共104页。计算机发送接收计算机发送接收1236交叉(jioch)网线计算机发送接收集线器发送接收1236平行(pngxng)网线计算机发送接收计算机发送接收1236第26页/共104页第二十七页，共104页。塑料外层屏蔽网层铜芯绝缘层图3.7 同轴电缆构造第27页/共104页第二十八页，共104页。同轴电缆安装需要AU

6、I接口和BNC接口。第28页/共104页第二十九页，共104页。3.2.3 铜轴电缆(dinln)第29页/共104页第三十页，共104页。第30页/共104页第三十一页，共104页。高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输(chun sh)的方式是不断地全反射第31页/共104页第三十二页，共104页。输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤第32页/共104页第三十三页，共104页。第33页/共104页第三十四页，共104页。修复断裂光纤也很困难第34页/共104页第三十五页，共104页。第35页/共104页第三十六页，共104页。100无线电微波红外紫外X射线伽马射线10

7、210410610810101012101410161018102010221024可见光1051061071081091010101110121013101410151016双绞线同轴电缆低频波 无线电AM无线电FM卫星地面微波光纤LFMF HFVHF UHFEHFSHFTHF图3.10 电磁波谱的频谱和在通信中的应用f (HZ)f (HZ)TV波段第36页/共104页第三十七页，共104页。第37页/共104页第三十八页，共104页。第38页/共104页第三十九页，共104页。第39页/共104页第四十页，共104页。第40页/共104页第四十一页，共104页。站，下行波束覆盖范围很广。通

8、信卫星返回地面的信号可以在卫星上通过放大器放大。卫星传输采用的波段为微波波段。第41页/共104页第四十二页，共104页。上行地面站地球表面图3.11 卫星通信下行第42页/共104页第四十三页，共104页。第43页/共104页第四十四页，共104页。子信道N图3.13 频分复用FDMF2F1子信道1子信道2T第44页/共104页第四十五页，共104页。64321556432115 64321f时间片帧时间片帧时间片帧图3.14 时分复用TDM第45页/共104页第四十六页，共104页。FDM频率时间TDM频率时间4 用户示例:第46页/共104页第四十七页，共104页。第47页/共104页第

9、四十八页，共104页。传输到远方的目的地后，再用棱柱或衍射光栅将它们分解开，交给接收方。第48页/共104页第四十九页，共104页。71557 nm61556nm51555 nm41554 nm31553nm21552 nm11551nm01550 nm01550 nm11551 nm21552 nm31553 nm41554 nm51555 nm61556 nm71557 nm120 KmEPFA图3.15 波分复用的概念82.5Gbps1310 nm20 Gbps复用分用器复用分用器第49页/共104页第五十页，共104页。第50页/共104页第五十一页，共104页。从这个意义上讲，各路信

10、号是同步传输的。第51页/共104页第五十二页，共104页。频率(pnl)时间(shjin)BCDBCDBCDB CDAAAAA 在 TDM 帧中的位置(wi zhi)不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第52页/共104页第五十三页，共104页。频率(pnl)时间(shjin)CDC DCDAAAABBBB CDB 在 TDM 帧中的位置(wi zhi)不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第53页/共104页第五十四页，共104页。频率(pnl)时间(shjin)BDBDBDAAAABCCCCDC 在 TDM 帧中的位置(wi zhi)不变TDM 帧TDM

11、 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第54页/共104页第五十五页，共104页。频率(pnl)时间(shjin)BCB CBCAAAA BCDDDDD 在 TDM 帧中的位置(wi zhi)不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第55页/共104页第五十六页，共104页。ABCDaabbcdbcattttt4 个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户(yngh)使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质(xngzh)，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。 第56页/共104页第五十七页，共104页。用户(yngh)ABCDabcdttttt3 个

12、STDM 帧#1acbabbcacd#2#3统计(tngj)时分复用第57页/共104页第五十八页，共104页。调制器PCM编码器数字发送器放大器调制器图3.17 两种数据与两种信号的组合模拟信号数字数据数字数据模拟数据模拟数据数字信号模拟信号数字信号第58页/共104页第五十九页，共104页。第59页/共104页第六十页，共104页。幅度相位周期=频率的倒数1 0 1 0 1 1 0本例仅采用两种不同的幅度。调幅：（幅度调制或移幅键控法ASK）： 将不同的数据信息（0和1）调制成不同幅度 但相同(xin tn)频率的载波信号；第60页/共104页第六十一页，共104页。1 0 1 0 1 1

13、 0本例的相位变化值为180度。1 0 1 0 1 1 0本例仅采用两种不同的频率。调相：（相位调制或移相键控法PSK）： 利用相邻载波信号的相位变化值来表示相邻信号是否具有相同的数据信息(xnx)值，此时的幅度和频率均不发生变化；第61页/共104页第六十二页，共104页。码元1111100000图3.19 数字数据(shj)到数字信号编码基带数字信号曼切斯特编码信号差分曼码编码信号第62页/共104页第六十三页，共104页。(1/2)T 采样间隔幅度/样本值图3.20 模拟数据编码为数字信号t第63页/共104页第六十四页，共104页。原始(yunsh)模拟信号 第64页/共104页第六十

14、五页，共104页。 (1) 采样。 根据采样频率(pnl)，隔一定的时间间隔采集模拟信号的值，得到一系列模拟值 。第65页/共104页第六十六页，共104页。(2) 量化。将采样得到的模拟值按一定的量化级（本例采用16级）进行(jnxng)“取整”，得到一系列离散值 。第66页/共104页第六十七页，共104页。（3）编码(bin m)。将量化后的离散值数字化，得到一系列二进制值；然后将二进制值进行编码(bin m)，得到数字信号 模拟数据(shj)的PCM编码 第67页/共104页第六十八页，共104页。第68页/共104页第六十九页，共104页。第69页/共104页第七十页，共104页。第

15、70页/共104页第七十一页，共104页。电路交换适宜实时通信的应用生活中的电话通信就是采用电路交换的通信。第71页/共104页第七十二页，共104页。主叫被叫交换机摘 机拨号音号 码回铃音振 铃摘 机通 话通 话挂 机催挂音挂 机 呼 叫消息(xio xi)传输释放(shfng)单交换机 电路交换过程：第72页/共104页第七十三页，共104页。第73页/共104页第七十四页，共104页。报文交换和分组交换都属于存储转发交换。第74页/共104页第七十五页，共104页。第75页/共104页第七十六页，共104页。第76页/共104页第七十七页，共104页。传输。分组交换可以分为面向连接的虚电

16、路分组交换无连接的数据报分组交换。第77页/共104页第七十八页，共104页。报文号报文号目的地址目的地址源地址源地址数据数据校验校验报文号报文号分组分组1目的地址目的地址源地址源地址分组数据分组数据校验校验报文号报文号分组分组n目的地址目的地址源地址源地址分组数据分组数据校验校验报文号报文号分组分组2目的地址目的地址源地址源地址分组数据分组数据校验校验第78页/共104页第七十九页，共104页。第79页/共104页第八十页，共104页。第80页/共104页第八十一页，共104页。图中A、B、C、D为节点，A为源节点，D为目的节点，垂直方向为时间。图中用时间延迟比较三种交换(jiohun)技术

17、的差异。时间延迟包括连接建立时延、信号的传播时延、数据的传输时延，以及节点的存储转发时延。 分组3分组2分组1分组3分组2分组1分组3分组2分组1传播延迟数 据呼叫接收信号ACBDACBD排队时延报文报文报文ACBD（1）电路交换（2）报文交换（3）分组交换图3.21 传统交换技术的比较呼叫连接请求信号第81页/共104页第八十二页，共104页。53字节48字节5字节数据信头图3.22 信元格式第82页/共104页第八十三页，共104页。第83页/共104页第八十四页，共104页。差错控制方法分为前向纠错FEC自动请求重发ARQ。第84页/共104页第八十五页，共104页。第85页/共104页

18、第八十六页，共104页。第86页/共104页第八十七页，共104页。第87页/共104页第八十八页，共104页。第88页/共104页第八十九页，共104页。00112211)(xCxCxCxCxCxKiikkkk0123456701011001)(xxxxxxxxxKn例如(lr)：一个8比特的消息10011010对应多项式1kk第89页/共104页第九十页，共104页。rrnrxxK )(012345678910300001011001)(xxxxxxxxxxxxxKn 例如(lr)：10011010左移3位，对应多项式：n 10011010000，其多项式表达为：0000121rrrirnrnCCCCC第90页/共104页第九十一页，共104页。n 生成多项式 是预先选定的，如以太网标准采用的是一个众所周知的32次多项式)(xGrxxK )(1r)(xG)(xQ)(xR)()()()(xRxGxQxxKr1XXXXXXXXXXXXXX)X(G245781011121622232632第91页/共104页第九十二页，共104页。第92页/共104页第九十三页，共104页。01101100000010101101100001011000010111011000000100110101商部分余数(ysh)首位为 1部