计算机网络基础微课版- 课件 模块三：主题3数据编码技术

构筑网络高速公路-数据通信基础主讲人：XXX计算机网络基础123分析了数据通信的基本概念、数据编码技术、数据传输技术和多路复用技术等内容对物理层的主要功能、常用标准和常见设备等进行阐述，弄清数据传输的原理和实现方法6个主题数据通信方式、常见传输介质、数据编码技术、信道复用技术、物理层接口标准、宽带接入技术2

学习提示学习目标知识目标本节目标1.了解基带编码和频带编码的概念。掌握不归零编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯、

特编码的特点。3.掌握幅移键控、频移键控、相移键控的特点。通过学习数据传输过程中采用不同的调制方式，理解方法论的内涵，引导学生从不同的角度对待和解决问题素质目标技能目标能够分析实际通信系统的速率指标课前评估波形变换的操作。如图所示，调制是将数字信号转换成能在电话网络上传输的模拟信号的过程，解调执行相反的过程；编码是将数字信号变换成另一种类型的数字信号，解码执行相反过程。请思考计算机网络应用中，宽带接入ADSL技术中使用了波形变换的__________操作，当前局域网中使用了波形变换的__________操作。为了便于讨论，将调制或编码前的数字信号称为基带信号，经过调制后的信号称为频带信号，经过编码操作后的信号仍然称为基带信号。基于这些认识后，可以将调制和编码分别理解为频带调制和基带编码。主题三：数据编码技术学习目标了解基带编码和频带编码的概念；掌握不归零编码、曼切斯特编码、差分曼切斯特编码的特点；掌握幅移键控、频移键控、相移键控的特点。6

物理层的功能7

物理层的PDU为BitsBits为一系列二进制数据，不能直接在介质上传输，需将其调制或编码，变成适合介质传输的信号。数字信号的度量单位码元，与其信号波形中电平的个数相关比特的同步收发双方比特一致的情况，称为比特同步线路的连接点到点和点到多点传输方式单向、双向等信号8

信号是传输介质上的电磁波，是具体的物理状态信号可分为模拟信号（时间的连续函数）和数字信号（时间的离散函数）两类信号有明显的差别，两者之间不存在不可逾越的鸿沟，在一定条件下可以相互转化主机A调制解调器A调制解调器BPSTN主机B完成数字信号与模拟信号的转换完成模拟信号与数字信号的转换数据9

主机A主机B数据信息类型视频音频文本图像……01010101101100101……01010111101000101……01100110101000101……11010101101100100数据（Data）是用于表示客观事物的未经加工的原始素材，是信号所表示的内容可以在物理介质上存储和传输相同的信号表示的数据可能不一样数据分为模拟数据和数字数据信息10

信息是数据的内容和解释，凡经过加工处理或换算得到的数据，即可称为信息

表示信息的形式可以是计算机网络234.78数值、文字、

图形、声音、图像以及动画等，这些表示媒体归根到底都是数据的一种形式。

信息、数据、信号之间的关系11

信号是传输的载体数据是通过信号进行传输的数据中包含信息信息是通过解释数据而产生的M字符集网页经M字符集编码后M字符集网页网站浏览器数据信息信号数据经M字符集解码后信息电信号光信号调制与解调12

实现数字信号和模拟信号相互转换的过程调制：把数字信号变换成模拟信号的过程解调：把模拟信号变换成数字信号的过程演示计算机与计算机之间通过电话网络传输数据数字信号模拟信号PSTNModem（猫）基带信号与基带传输13

把计算机发送的数字信号“0”或“1”用两种不同的电压表示后，直接送到通信线路上传输的信号，称为基带信号。在信道上直接传送数据的基带信号称为基带传输译码器（网卡）发送端接收端编码器（网卡）计算机终端系统计算机终端系统010101010010101010基带信号在总线拓扑结构的局域网中通常使用基带传输技术频带传输14

基带信号经过调制后形成的频分复用模拟信号频带传输是指将数字信号调制为模拟信号后再发送和传输，到达接收端时再把模拟信号解调成原来的数字信号发送端接收端编码器（网卡）计算机终端系统0101010基带信号频带信号基带信号调制解调器A调制解调器B解决了利用电话系统传输数字信号的问题，还可以实现多路复用，提高传输信道利用率信道15

信道：由通信线路及通信设备组成，是信号在通信系统中传输的通道主机AInternet主机B物理信道（高速公路）逻辑信道（各种车道）在一条物理信道上，可以建立多条逻辑信道，而每一条逻辑信道，只允许一路信号通过信道分类：可分为模拟信道和数字信道信道容量：信道所能传输的最大信息量（极限能力）。信道的实际传输速率要远远低于信道容量编码16

原始比特流不能直接在信道上传输的原因（编码的原因）原始信号包含有直流、低频和高频成分，若直接传输，会占用很大的带宽直流成分也会被过滤掉，造成信号失真传输介质固有的衰减和外界干扰的影响解决采用什么样的电平来表示“0”或“1”的问题基带编码17

优点：数据传输速率高缺点：传输距离短，抗噪声能力弱，信道无法多路复用分类：不归零码（NRZ）18

是指编码在发送“0”或“1”时，在一码元的时间内不会返回初始状态(零)方法：用幅度变化来表示数据，用高电平表示“1”，用低电平表示“0”，电压范围取决于所采用的特定物理层标准优点：实现简单缺点：抗噪声能力弱（含有直流分量），需要额外同步时钟，收发双方不能完全同步。0101101010判决门限1.00.50取样时间t不归零码曼彻斯特编码19

用跳变方式来表示数据。方法：将每比特的信号周期T分为前T/2和后T/2，用前T/2传比特的反(原)码，用后T/2传送该比特的原(反)码。在信号波形的中间位置进行跳变。优点：具备自同步能力；抗干扰能力强缺点：数据传输速率只有调制速率的1/2，时钟频率的提高很困难，增加了频带宽度规律：在码元中间位置向下跳变表示“0”，向上跳变表示“1”。上跳变和下跳变没有交替中间跳变，低跳至高表示1差分曼彻斯特编码20

方法：在信号波形的开始位置进行跳变，一个比特开始处存在跳变则表示“0”，无跳变则表示“1”。优点：具备自同步能力；抗干扰能力更强，跳变更容易检测缺点：需要较复杂的编码技术规律：在码元开始位置有跳变表示“0”，无跳变表示“1”。在码元中间位置上调变和下调变交替中间跳变只作同步用起始位置无跳变表示1课堂练习21

画出数据10001101的不归零码（NRZ）、曼彻斯特编码（Manchester）、差分曼彻斯特编码（DifferenceManchester）。频带调制22

传统电话线路是为传输语音信号而设计的，不适合于直接传输基带信号要在模拟信道上传输数字数据，要将模拟信号作为载波运载要传送的数字数据传输距离远，信道利用率高发送端调制解调器A调制解调器BPSTN公共交换电话网络接收端调制：将数字信号转换成模拟信号解调：将模拟信号转换成数字信号ASK幅移键控23

S（t）=Αm·sin(ωt

+φ)表示数字10·sin(ωt

+φ)表示数字000011数字信号幅移键控用幅度0表示数字信号0用幅度Αm表示数字信号1幅移键控使用载波频率的两个不同振幅来表示两个二进制值。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。用载波幅度Αm表示数字1，用载波幅度0表示数字0，频率和相位都是常量。其数字表达式为：FSK频移键控24

S（t）=Αm·sin(ωt

+φ)表示数字10·sin(ωt

+φ)表示数字0频移键控法是使用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值，即通过改变载波信号的角频率来表示数字信号1、0的方法。对于频移键控来说，幅度和相位是常量，频率是变量。用角频率ω1表示数字1，用角频率ω2表示数字0。其数字表达式为：00011数字信号频移键控用频率ω2表示数字信号0用频率ω1表示数字信号1PSK相移键控25

00011数字信号绝对调相φ1=0相位φ2=πφ1=0φ1=0φ2=π相对调相遇1时相位偏移π遇0时不变课堂练习26

画出数据10001101的幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。科学精神27

高锟，华裔物理学家，华文媒体誉之为“光纤之父”、普世誉之为“光纤通讯之父”，曾任香港中文大学校长。2009年，高锟与威拉德