数据与计算机通信第三章

数据与计算机通信第三章第1页，共55页，2023年，2月20日，星期六数据通信内容研究的数据通信系统点对点或多点链路讨论的主题数据运载问题3、数据传输形式、信号与信道特性4、传输媒体5、编码6、数据通信接口可靠性问题7、数据链路控制协议效率问题8、复用2第2页，共55页，2023年，2月20日，星期六数据传输3.DataTransmission传输术语信号及其传输特性模拟数据传输数字数据传输信号遭受损伤的类型信道容量第3页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications4数据传输概述数据传输的基本原理构成了本书涉及的所有技术和概念的基础编码技术复用技术交换技术差错控制技术数字数据与模拟数据的区别数字传输和模拟传输的区别概念如衰减及噪声等第4页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications5数据传输要点电磁信号表示各种形式的信息话音、数据、图像、视频电磁信号由频率成分组成带宽：组成该信号的频率范围的宽度传输损伤衰减、失真、噪声通信设施考虑的因素带宽、数据率、噪声、差错率第5页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications6传输术语（1） 发送器接收器传输媒体导向媒体（guidedmedia）双绞线、同轴电缆和光纤非导向媒体（unguidedmedia）（无线传播）空气、真空和海水发送器接收器传输媒体第6页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications7传输术语（2）直连链路（directlink）没有中间设备存在点对点（point-to-point）一条直连链路仅被两设备共享多点（multipoint）两个以上的设备共享同一传输媒体第7页，共55页，2023年，2月20日，星期六8TransmissionStructure第8页，共55页，2023年，2月20日，星期六9Point-to-PointExamples第9页，共55页，2023年，2月20日，星期六10MultipointExample第10页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications11传输术语（3）单工（simplex）信号仅向一个方向传输e.g.Television半双工（half-duplex）都可以发送信号，但同一时间只一方发送e.g.policeradio全双工（full-duplex）可同时发送接收信号e.g.telephone第11页，共55页，2023年，2月20日，星期六12Simplex/HalfDuplex/FullDuplex第12页，共55页，2023年，2月20日，星期六13思考题解释导向媒体和非导向媒体，并给出例子。举例说明直接的链路有哪几种配置形式？数据传输根据设备之间信号流动方向，有哪几种传输方式？结合自己所了解的，各举一例。第13页，共55页，2023年，2月20日，星期六14频率、频谱和带宽信号的特性包括时间特性和频率特性对信号时间特性的分析在时域（TimeDomain）上进行振幅、频率、相位是在时域上描述信号的主要参数在时域上表示信号的图象称为时域图任一信号都可看成由某个频率范围内的频谱成分组成信号的频率特性对信号带宽和数据率等至关重要对信号频率特性的分析在频域（FrequencyDomain）上进行在频域上表示信号的图象称为频域图频域图有最大振幅-频率和相位-频率两种图象在频域上进行信号分析通常比在时域上简便第14页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications15频率、频谱和带宽时域（timedomain）概念模拟信号一段时间信号的变化模式是平滑的数字信号一段时间内信号强度保持某个常量值周期信号一段时间内信号模式重复非周期信号一段时间内信号没有重复第15页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications16模拟波形和数字波形第16页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications17周期信号第17页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications18正弦波峰值振幅－PeakAmplitude(A)一段时间内信号值的最大值单位伏－volts频率－Frequency(f)信号循环的速度用Hertz(Hz)表示信号周期：信号重复一周所花的时间T=1/f相位－Phase()信号在不同时间点的相对位置第18页，共55页，2023年，2月20日，星期六19VaryingSineWaves第19页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications20波长信号循环一个周期所占的空间长度信号的两个连续周期上相位相同两点间的距离波长－假设信号运动速度为－=Tf=c3*108ms-1(自由空间的光速)第20页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications21频域概念 一个电磁信号是由多种频率组成的频率成分叠加如P45之图3.4傅立叶分析的方法得出任何信号由不同正弦波的频率成分组成任何一个信号存在时域函数，也存在频域函数频域的表示如P46之图3.5第21页，共55页，2023年，2月20日，星期六22Additionof

Frequency

Components第22页，共55页，2023年，2月20日，星期六23Time-DomainandFrequency-DomainRepresentations第23页，共55页，2023年，2月20日，星期六24SignalwithDCComponentDCComponentComponentofzerofrequency第24页，共55页，2023年，2月20日，星期六25SignalwithDCComponent第25页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications26频谱&带宽频谱－Spectrum信号包含的频谱范围绝对带宽－Absolutebandwidth频谱宽度有效带宽－Effectivebandwidth通常就叫带宽信号的绝大部分能量都集中在相当窄的频带范围直流成分－DCComponent信号包含有频率为零的成分第26页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications27数据率和带宽之间的关系任何传输系统都只能容纳有限的频率范围系统限制了数据在传输媒体上传送的数据率数据率、中心频率与有效带宽成正比第27页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications28模拟和数字数据传输数据－Data传达某种意义或信息的实体信号－Signals数据的电器或电磁表示方式信令－Signaling信号沿适当媒体的物理传播传输－Transmission用传播并处理信号的方式进行的数据通信的过程第28页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications29模拟数据和数字数据模拟数据一段时间内具有连续的值e.g.声音,视频数字数据值是离散的e.g.正文,数字第29页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications30模拟和数字信号数据传播的方式模拟信号连续变化的不同类型的媒体上传播双绞线，同轴电缆，光纤，大气或空间话音频谱范围在100Hz到7kHz之间电话系统的话音信号频谱范围在300Hz到3400Hz间视频的带宽是4MHz左右数字信号电压脉冲序列采用两个恒定电压值（dc）第30页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications31数据和信号模拟信号表示模拟数据数字信号表示数字数据数字数据可用模拟信号表示如调制解调器－Modem模拟数据可用数字信号表示如编解码器－CompactDiscaudio第31页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications32数据的模拟信令方式模拟信号模拟信号模拟数据->模拟信号

数字数据->模拟信号第32页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications33数据的数字信令方式+5v-5v数字信号模拟数据->数字信号数字数据->数字信号第33页，共55页，2023年，2月20日，星期六34模拟信号载送模拟数据和数字数据第34页，共55页，2023年，2月20日，星期六35数字信号载送模拟数据和数字数据AnalogData第35页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications36模拟传输传输信号不考虑信号的内容信号可能是模拟数据或数字数据传输一段距离后，信号会衰减使用放大器增强信号能量同时也增强了噪声第36页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications37数字传输考虑信号的内容数据的完整性受到衰减、噪声或其他损伤的威胁使用转发器转发器接收信号恢复为1，0模式重新传输新信号克服了衰减噪声也不累积第37页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications38数字传输的优势数字技术－Digitaltechnology低价的LSI/VLSI技术数据完整性－Dataintegrity远距离传输，较低线路质量要求容量利用率－Capacityutilization经济的高带宽传输链路数字技术的高级复用技术有效利用其容量安全和保密－Security&Privacy加密技术综合性－Integration能类似处理模拟数据和数字数据第38页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications39传输损伤接收到的信号与传输信号有差异模拟信号，损伤会降低信号质量对数字信号则导致比特差错重要的损伤：衰减和衰减失真－Attenuationandattenuationdistortion时延失真－Delaydistortion噪声－Noise第39页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications40衰减衰减信号强度距离增长而减弱衰减与传输媒体有关传输过程需要注意到三点:接收到的信号必须有足够的强度信号电平必须保持高于噪声电平以接收无差错的数据频率越高衰减越严重即衰减是频率的递增函数利用加感线圈改变线路的某些电气特性使用放大器第40页，共55页，2023年，2月20日，星期六41第41页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications42时延失真时延失真接收到的信号因其频率成分延迟的不同产生了失真在导向媒体中信号传播速度随频率不同变化靠近中心频率传播速度最快，两侧较慢导致频率之间的相移均衡技术第42页，共55页，2023年，2月20日，星期六43何类信号对衰减与时延失真敏感？数字信号受衰减失真影响较小频率特定：绝大部分内容集中在基频附近幅度特性：二值判定数字信号受时延失真影响较大产生比特序列混乱模拟信号主要受衰减影响幅值连续变化，信息分布在整个频带第43页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications44噪声传送和接收之间的某个地方插入进来的无用信号为噪声热噪声－Thermal导体内电子热运动造成的均匀分布－白噪声互调噪声－Intermodulationnoise不同频率的信号共享同一传输媒体产生的串扰－Crosstalk在一条线路上获得其他线路的信号第44页，共55页，2023年，2月20日，星期六45第45页，共55页，2023年，2月20日，星期六46噪声的种类噪声分为随机噪声、冲激噪声或自然噪声(大气噪声)等随机噪声包括热噪声、交调噪声和串扰等，普遍存在且有着持续时间不断的影响，是信号传输的基本研究对象Thermal热噪声N0=kT(W/Hz)DuetothermalagitationofelectronsUniformlydistributedWhitenoiseorGaussiannoise第46页，共55页，2023年，2月20日，星期六47噪声的种类IntermodulationSignalsthatarethesumanddifferenceoforiginalfrequenciessharingamedium交调噪声交调噪声产生于当发送设备、接收设备及它们之间的传输系统中存在某些非线性之时或者产生于当不同频率的信号共用同一传输媒质之时交调噪声在系统的输出端产生一些附加的频率成分，它们是多个原输入信号的频率之和或差，甚至这些频率的多倍数的组合交调噪声可以用人为的方法，通过校正其中的非线性而部分地得以补偿。第47页，共55页，2023年，2月20日，星期六48噪声的种类Crosstalk串扰AsignalfromonelineispickedupbyanotherInterferenceofnoisesonparallellinesNEXTandFEXT问题：目前双绞线的抗扰能力已经很强，说说它的原理？但仍然有近端串扰，这是什么原因？第48页，共55页，2023年，2月20日，星期六49平行线上的噪声效应第49页，共55页，2023年，2月20日，星期六50双绞线上的噪声效应双绞线的扭绞结构是为了减少相邻导线之间的串扰和消除外界干扰第50页，共55页，2023年，2月20日，星期六DataandComputerCommunications51噪声的种类冲激噪声－Impulsenoise不规则脉冲或尖峰持续时间短振幅较大外部电磁波干扰