计算机数据通信基础

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1、第第2讲讲 计算机数据通信基础计算机数据通信基础本讲主要内容本讲主要内容:基本概念基本概念 数据的传输数据的传输 数据传输的同步方式数据传输的同步方式 数据的编码和调制技术数据的编码和调制技术 数据交换技术数据交换技术 信道复用技术信道复用技术 传输媒体的类型与特点传输媒体的类型与特点 差错控制技术差错控制技术2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 2.1.12.1.1信息、数据与信号信息、数据与信号 信息的载体可以包含信息的载体可以包含语音、音乐、图形图像、文语音、音乐、图形图像、文字和数据字和数据等多种媒体。计算机的终端产生的信息一般等多种媒体。计算机的终端产生的信息一般是是字母、数

2、字和符号字母、数字和符号的组合。的组合。数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进代码数字、符号的二进代码0 0和和1 1比特序列的过程。比特序列的过程。信号是数据在传输过程中的信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式电信号的表示形式：分为分为模拟通信系统模拟通信系统与与数字通信系统数字通信系统两种。两种。电话线上传送的为模拟信号（电话线上传送的为模拟信号（Analog Signal）。）。模模拟信号拟信号的的电平是连续变化的电平是连续变化的，其波形如图（，其波形如图（a）所示。）所示。计算机中所产生的计算机中所产生的电信号是用两种不同

3、的电平去表电信号是用两种不同的电平去表示示0、1比特序列的电压脉冲信号，这种电信号称为比特序列的电压脉冲信号，这种电信号称为数字数字信号信号（Digital Signal）。数字信号的波形如图（）。数字信号的波形如图（b）所示。）所示。(a)(b)幅度幅度A A时间时间连续的模拟信号连续的模拟信号离散的数据信号离散的数据信号幅度幅度时间时间1 10 01 11 11 10 0t t2.1.2数据通信系统的基本结构数据通信系统的基本结构 数据通信系统的基本结构可以用一个简单的通信模型来表示。数据通信系统的基本结构可以用一个简单的通信模型来表示。产生和发送信息的一端叫产生和发送信息的一端叫信源信源

4、，接收信息的一端叫，接收信息的一端叫信宿信宿。信源与。信源与信宿通过通信线路进行通信。在数据通信系统中，也将通信线路信宿通过通信线路进行通信。在数据通信系统中，也将通信线路称为称为信道信道。0 01 1 0 01 10 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0信源信源信源信源信宿信宿信宿信宿噪声噪声（干扰干扰）信道信道信道信道0 01 1 0 01 11 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 00 01 1 0 01 11 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 10 0（a a）理想状态理想状态出错出错（b b）实际环境下实际环境下0 01 1 0 01 11 1 0 0

5、 1 1 0 0 0 0 1 1 0 01.模拟通信系统模拟通信系统 模拟通信系统的结构模型模拟通信系统的结构模型 普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统 信信 源源噪噪 声声 源源信信 宿宿解解 调调 器器调调 制制 器器信信 道道2.2.数字通信系统数字通信系统 在我们现实生活中的计算机通信、数字电话以及数字电在我们现实生活中的计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。具体数字通信系统的工作过程如视都属于数字通信系统。具体数字通信系统的工作过程如下图如示：下图如示：数字通信系统的结构模型数字通信系统的结构模型 噪噪 声声 源源信信 道

6、道信信 源源信信 源源编编 码码 器器信信 道道编编 码码 器器调调 制制 器器解解 调调 器器信信 道道译译 码码 器器信信 源源译译 码码 器器信信 宿宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数

7、字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器

8、解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿 数字通信和模拟通信数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器

9、信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿(a)数字信道信源编码器解码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源编码器解码器信宿2.1.3通信信道的分类通信信道的分类 信道的分类方法，常用的有以下三种：信道的分类方法，常用的有以下三种：1 1、有线信道与无线信道、有线信道与无线信道 使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信有线信 道道。它包括电话线、双绞线、同轴电缆、光缆和电力线。它包括电话线、双绞线、同轴电缆、光缆和电力线 等。等。无线信

10、道无线信道：以电磁波在空间传播方式传送信息的信：以电磁波在空间传播方式传送信息的信 道称之为无线信道。它包括无线电、微波、红外线和卫道称之为无线信道。它包括无线电、微波、红外线和卫 星通信信道等。星通信信道等。2 2、模拟信道与数字信道、模拟信道与数字信道 模拟信道：能传输模拟信号的信道称之为模拟信道模拟信道：能传输模拟信号的信道称之为模拟信道。模拟。模拟 信号的电平随时间连续变化。信号的电平随时间连续变化。语音信号是典型的模拟信号。语音信号是典型的模拟信号。如果如果 利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的 变换（变换（

11、A/DA/D变换器）。变换器）。数字信道：数字信道：能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离 散的数字信号在计算机中是指由散的数字信号在计算机中是指由“0”“0”和和“1”“1”的二进制代码组成的二进制代码组成的数的数 字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，而通字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，而通 常需要进行数字编码。常需要进行数字编码。3 3、专用信道和公用信道专用信道和公用信道 专用信道：专用信道：专用信道是一种连接于用户设备之间的专用信道是一种连接于用户设备之间的 固定电路，它可以由用户自己架设和向电信部门租用。固

12、定电路，它可以由用户自己架设和向电信部门租用。专用电路一般用于短距离与数据传输量比较大的网络专用电路一般用于短距离与数据传输量比较大的网络 公用信道：公用信道：也称公共交换信道。它是一种通过交换也称公共交换信道。它是一种通过交换 机转接、为大量用户提供服务的信道。公共电话交换网机转接、为大量用户提供服务的信道。公共电话交换网 就属于公共交换信道。就属于公共交换信道。2.1.4数据通信的技术指标数据通信的技术指标 1、数据通信速率（传输速率）传输速率是指数据在信道中传输的速度。它分为两种：码元速传输速率是指数据在信道中传输的速度。它分为两种：码元速率和信息速率。率和信息速率。码元速率码元速率RB

13、：每秒钟传送的码元数，单位为：每秒钟传送的码元数，单位为波特波特/秒秒（Baud/s），），又称为波特率。每一个离散值就是一个码元。又称为波特率。每一个离散值就是一个码元。信息速率信息速率Rb：每秒钟传送的信息量，单位为：每秒钟传送的信息量，单位为比特比特/秒（秒（bit/s），），又称为比特率。又称为比特率。一般来说，对于采用一般来说，对于采用M进制信号传输信号时，信息速率和码元进制信号传输信号时，信息速率和码元速率速率 之间的关系是：之间的关系是：RbRBlog2M2.误码率和误比特率 误码率是指码元在传输过程中，错误码元占总传输码误码率是指码元在传输过程中，错误码元占总传输码元的概率。在

14、二进制传输中，误码率也称为误比特率。元的概率。在二进制传输中，误码率也称为误比特率。误码率误码率Pe 传输出错的码元数传输出错的码元数/传输的总码元率传输的总码元率 误比特率误比特率Pb 传输出错的比特数传输出错的比特数/传输的总比特数传输的总比特数3.信道带宽与信道容量 信道带宽信道带宽是指信道中传输的信号在是指信道中传输的信号在不失真的情况下所不失真的情况下所占用的频率范围，占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹通常称为信道的通频带，单位用赫兹（Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决定的。例）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决定的。例如，电话线路的频率范围在如，电话线路的频

15、率范围在3003400Hz，则它的带宽范，则它的带宽范围也在围也在3003400Hz。信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量信道容量是指是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用比特每秒（用比特每秒（bit/s）表示。当传输速率超过信道的最大信）表示。当传输速率超过信道的最大信号速率时就会产生失真。号速率时就会产生失真。通常，信道容量和信道带宽具有正比的关系，带宽通常，信道容量和信道带宽具有正比的关系，带宽越大，容量越高，所以要提高信号的传输率，信道就要越大，容量越高，所以要提高信号的传输率，信

16、道就要有足够的带宽。从理论上看，增加信道带宽是可以增加有足够的带宽。从理论上看，增加信道带宽是可以增加信道容量的，但在实际上，信道带宽的无限增加并不能信道容量的，但在实际上，信道带宽的无限增加并不能使信道容量无限增加，其原因是在一些实际情况下，信使信道容量无限增加，其原因是在一些实际情况下，信道中存在噪声或干扰，制约了带宽的增加。道中存在噪声或干扰，制约了带宽的增加。信道带宽与信道容量的关系信道带宽与信道容量的关系:2.2数据的通信方式数据的通信方式 2.2.1 并并/串行通信串行通信 并行通信是指数据以成组的方并行通信是指数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。式在多个并行信道上同时进

17、行传输。并行传输中一次传送并行传输中一次传送8个比特。并个比特。并行通信的优点行通信的优点是速度快，是速度快，但发送端与但发送端与接收端之间有若干条线路，接收端之间有若干条线路，费用高，费用高，仅适合于仅适合于近距离和高速率近距离和高速率的通信。并的通信。并行通信在计算机内部总线以及并行口行通信在计算机内部总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。通信中已经得到广泛应用。并行通信并行通信 发发送送端端0 01 11 10 00 01 10 01 1需要需要8 8条线条线接接收收端端8 8个比特同时发送个比特同时发送 串行通信是指数据以串行方式在一条信道上传输，如图串行通信是指数据以串行方式在一条信

18、道上传输，如图37所示。由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前，所示。由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并要将计算机中的字符进行并/串变换，在接收端再通过串串变换，在接收端再通过串/并变换，并变换，还原成计算机的还原成计算机的字符结构，这样才能实字符结构，这样才能实现串行通信。串行通信现串行通信。串行通信的优点是收、发双方只的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速于实现，成本低，但速度比较低。串行通信通度比较低。串行通信通过计算机的串行口得到过计算机的串行口得到广泛的应用，而且在广泛的应用，而且在远程通

19、信中一般采用串行通信方式远程通信中一般采用串行通信方式。图图37串行通信串行通信发发送送端端接接收收端端011001018个比特顺次发送个比特顺次发送并并/串串转换器转换器串串/并并转换器转换器01010101010101013.2.2 通信电路的连接方式通信电路的连接方式 1 1、点对点的线路连接、点对点的线路连接 点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的线路可以是接，使用的线路可以是专用线路、租用线路和交换线路专用线路、租用线路和交换线路，如图，如图38所示。使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上所示。使用租用或交

20、换线路的连接方式，适合于在地理上比较分散的站点之间传输数据，比如，通过公用电话交换网实比较分散的站点之间传输数据，比如，通过公用电话交换网实现点点的连接。现点点的连接。图图38 点到点的线路连接点到点的线路连接 2.2.多点线路连接多点线路连接 多点线路连接是多点线路连接是指各个站点通过一条指各个站点通过一条公用通信线路连接，公用通信线路连接，如图所示。在多点线如图所示。在多点线路连接方式中，一条路连接方式中，一条线路被所有的站点共线路被所有的站点共享，若所有的站点可享，若所有的站点可以同时发送数据，则以同时发送数据，则这条线路在空间上是这条线路在空间上是共享的。共享的。多点线路的连接方式多点

21、线路的连接方式 3.2.3 3.2.3 信道的通信方式信道的通信方式 按照信号传送方向与时间的关系，信道的通信方式可按照信号传送方向与时间的关系，信道的通信方式可以分为单工、半双工和全双工三种。以分为单工、半双工和全双工三种。1.单工通信单工通信 单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，而接收方只能接收而不能发送，输，发送方只能发送不能接收，而接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向，如图所示。例如，无线电广任何时候都不能改变信号传送方向，如图所示。例如，无线电广播和电视都属于单工通信。

22、播和电视都属于单工通信。单工通信单工通信 2.半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行。个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换，如图所示。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换，如图所示。半双工信道适合于会话式通信。例如，公安系统使用的半双工信道适合于会话式通信。例如，公安系统使用的“对对 讲机讲机”和军队使用的和军队使用的“步话机步话机”。半双工方式在计算机。半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话

23、式通信。网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。3.全双工通信 全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向进行全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向进行双向传输，如图所示。双向传输，如图所示。例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信过程。例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信过程。2.2.42.2.4信号的传输方式信号的传输方式 1.1.基带传输基带传输 就数字信号而言，它是一个离散的矩型波，就数字信号而言，它是一个离散的矩型波，“0”代表低电代表低电平，平，“1”代表高电平。这种矩形波固有的频带称为代表高电平。这种矩形波固有的频带称为基带基带，矩形，矩形波信号称为基

24、带信号。因此，基带实际上就是数字信号所占用波信号称为基带信号。因此，基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。的基本频带。2.频带传输频带传输 在实现远距离通信时，经常需要借助于电话线路，此时在实现远距离通信时，经常需要借助于电话线路，此时应使用频带传输方式。所谓应使用频带传输方式。所谓频带传输频带传输，在发送端就是将数字信，在发送端就是将数字信号调制成音频信号后再进行发送和传输，当音频信号到达接收号调制成音频信号后再进行发送和传输，当音频信号到达接收端时，再把音频信号解调成原来的数字信号。端时，再把音频信号解调成原来的数字信号。3.3.宽带传输宽带传输 宽带传输宽带传输常采用常采用75的的同轴

25、电缆（同轴电缆（CATVCATV）或或光纤光纤作为传输作为传输媒体，媒体，带带宽为宽为300MHz300MHz。使用时通常将整个。使用时通常将整个带宽划分为若干个带宽划分为若干个子频带，子频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。数字信号。因此，可利用宽带传输系统来实现因此，可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像声音、文字和图像的的一体化传输，这也就是通常所说的一体化传输，这也就是通常所说的“三网合一三网合一”，三网是指，三网是指语音网、数据网和电视网。另外，使用语音网、数据网和电视网。另外，使用Cable ModemCable

26、Modem上网就是上网就是基于宽带传输系统实现的。基于宽带传输系统实现的。宽带传输的优点：宽带传输的优点：一是传输距离远一是传输距离远，最远可达几十公里；，最远可达几十公里；二是可同时提供多个信道二是可同时提供多个信道。但它的技术较复杂，其传输系统。但它的技术较复杂，其传输系统的成本也相对较高。的成本也相对较高。2.3 2.3 数据传输的同步方式数据传输的同步方式 1 1、异步方式、异步方式:每传送每传送1 1个字符（个字符（7 7或或8 8位）都要在每位）都要在每个字符码前加个字符码前加1 1个起始位个起始位，以表示字符代码的开始；，以表示字符代码的开始；在字符代码和校验码后面加在字符代码和

27、校验码后面加1 1或两个或两个停止位停止位，表示字，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始和结束，符的开始和结束，从而起到通信双方的同步作用从而起到通信双方的同步作用，如，如图所示。图所示。异步方式的实现比较容易，但每传输一个字符都需要异步方式的实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用多使用2 23 3位，所以适合于低速通信位，所以适合于低速通信。2.2.同步方式同步方式 通常，同步传输方式的信息格式是通常，同步传输方式的信息格式是一组字符一组字符或一个或一个二进制位组成的二进制位组成的数据块（帧）。数据块（帧）。对这些数据

28、，不需要附对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或数据块之前加起始位和停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个先发送一个同步字符同步字符SYN(SYN(以以0110100001101000表示表示)或一个同步或一个同步字节（字节（0111111001111110），），用于接收方进行同步检测，从而使用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束，如图使用

29、同步字符或字节来标识整个发送过程的结束，如图所示。所示。2.42.4数据的编码和调制技术数据的编码和调制技术 在计算机中，数据是以离散的二进制在计算机中，数据是以离散的二进制“0”“0”、“1”“1”比比特序列方式来表示的。数据的编码方法包括数字数据的编特序列方式来表示的。数据的编码方法包括数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制，如图所示。码与调制和模拟数据的编码与调制，如图所示。数数字字编编码码（N NR RZ Z、曼曼彻彻斯斯特特等等）调调制制（A AS SK K、F FS SK K、P PS SK K等等）脉脉冲冲编编码码调调制制P PC CM M调调制制（A AM M、F FM M

30、、P PM M等等）数数字字数数据据数数字字数数据据数数字字信信号号数数字字信信号号模模拟拟信信号号模模拟拟信信号号模模拟拟数数据据模模拟拟数数据据（数数字字信信道道）（模模拟拟信信道道）（数数字字信信道道）（模模拟拟信信道道）2.4.1 2.4.1 数字数据的调制数字数据的调制 典型的模拟通信信道是电话通信信道。它是当前世界典型的模拟通信信道是电话通信信道。它是当前世界上覆盖面最广、应用最普遍的通信信道之一。传统的电上覆盖面最广、应用最普遍的通信信道之一。传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频3003003400Hz3400Hz的

31、模拟信号，不能直接传输数字数据。的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号，的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号，也就是也就是要对数字数据进行调制。要对数字数据进行调制。调制：调制：在发送端将数字数据信号变换成模拟信号的过程称为在发送端将数字数据信号变换成模拟信号的过程称为调调 制制（ModulationModulation），调制设备就称为调制器（），调制设备就称为调制器（Modulator).Modulator).解调：解调：在接收端将模拟数据信号还原

32、成数字数据信号的过程称在接收端将模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称 为为解调解调(Demodulation),(Demodulation),解调设备就称为解调器解调设备就称为解调器(Demodulator).(Demodulator).若进行数据通信的发送端和接收端若进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进以双工方式进行通信时，行通信时，就就需要一个同时具备调制和解调功能需要一个同时具备调制和解调功能的设的设备，称为调制解调器（备，称为调制解调器（ModemModem），），这一过程如图所示。这一过程如图所示。由于模拟信号是具有一定频率的连续的载波波形，由于模拟信号是具有一定频率的连续的载

33、波波形，可以用可以用A Acoscos（2ft2ft）表示，其中）表示，其中A A表示波形的幅表示波形的幅度，度，f f代表波形的频率，代表波形的频率，代表波形的相位。因此，根代表波形的相位。因此，根据这三个不同参数的变化，就可以表示特定的数字信据这三个不同参数的变化，就可以表示特定的数字信号号0 0或或1 1，实现调制的过程。，实现调制的过程。对数字数据调制的基本方法有：幅移键控对数字数据调制的基本方法有：幅移键控(ASK)(ASK)、频移键控频移键控(FSK)(FSK)和相移键控和相移键控(PSK)(PSK)三种。三种。1.幅移键控（幅移键控（ASK,Amplitude Shift Key

34、ing）ASKASK是通过改变载波信号的幅度值来表示数字信号是通过改变载波信号的幅度值来表示数字信号“1”“1”、“0”“0”的，以载波幅度的，以载波幅度A1A1表示数字信号表示数字信号“1”“1”，用载，用载波幅度波幅度A2A2表示数字信号表示数字信号“0”“0”（通常（通常A1A1取取1 1，A2A2取取0 0），而），而载波信号的参数载波信号的参数f f和和恒定。恒定。2.频移键控（频移键控（FSK,Frequency Shift Keying）FSKFSK是通过改变载波信号频率的方法来表示数字信号是通过改变载波信号频率的方法来表示数字信号“1”“1”、“0”“0”的，用的，用f1f1表

35、示数字信号表示数字信号“1”“1”，用，用f2f2表示数字表示数字信号信号“0”“0”，而载波信号的，而载波信号的A A和和不变。不变。3.相移键控（相移键控（PSK,Phase Shift Keying）PSKPSK是通过改变载波信号的相位值（是通过改变载波信号的相位值（）来表示数字信号来表示数字信号“1”“1”、“0”“0”的，而载波信号的，而载波信号的的A A和和f f不变。不变。PSKPSK包括绝对调相和相对调相两种包括绝对调相和相对调相两种类型：类型：（1 1）绝对调相）绝对调相 绝对调相使用相位的绝对值，绝对调相使用相位的绝对值，为为0 0表示数表示数字信号字信号“1”“1”，为为

36、表示数字信号表示数字信号“0”“0”。（2 2）相对调相）相对调相 相对调相使用相位的偏移值，当数字数据相对调相使用相位的偏移值，当数字数据为为0 0时，相位不变化，而数字数据为时，相位不变化，而数字数据为1 1时，相位时，相位要偏移要偏移。下图中，显示了对数字数据下图中，显示了对数字数据“010110”“010110”进行不同调进行不同调制方法的波形。制方法的波形。0 01 10 01 11 10 0数数 字字 数数 据据幅幅 移移 键键 控控 A A S S K K频频 移移 键键 控控 F F S S K K绝绝 对对 相相 移移 键键 控控 P P S S K K相相 对对 相相 移移

37、 键键 控控 P P S S K K相相 位位 =0 0=0 0=0 0=相相 位位偏偏 移移 不不 变变偏偏 移移 偏偏 移移 不不 变变=0 0=0 0=2.4.22.4.2数字数据的编码数字数据的编码 利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法，称利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法，称作数字信号的基带传输。而数字数据在传输之前需要进行作数字信号的基带传输。而数字数据在传输之前需要进行数字编码。数字编码。在数字基带传输中，数据信号的编码方式主要有：不在数字基带传输中，数据信号的编码方式主要有：不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码三种。归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码三种。

38、1.不归零编码不归零编码（NRZ,NonReturn to Zero）NRZ NRZ编码可以用负电平表示逻辑编码可以用负电平表示逻辑“1”“1”，用正电平表示逻辑，用正电平表示逻辑“0”“0”，反之亦然。，反之亦然。NRZNRZ编码的缺点是发送方和接收方不能保持编码的缺点是发送方和接收方不能保持同步，需采用其他方法才能保持收发同步。同步，需采用其他方法才能保持收发同步。2.曼彻斯特编码曼彻斯特编码（Manchester）曼彻斯特编码的原则是：前曼彻斯特编码的原则是：前T/2T/2取反码，后取反码，后T/2T/2取原码。曼彻取原码。曼彻斯特编码的优点是每一个比特中间的跳变可以作为接收端的时斯特编

39、码的优点是每一个比特中间的跳变可以作为接收端的时钟信号，以保持接收端和发送端之间的同步。钟信号，以保持接收端和发送端之间的同步。3.差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。其特点是每其特点是每一位二进制信号的跳变依然提供收、发端之间的同步，但每位一位二进制信号的跳变依然提供收、发端之间的同步，但每位二进制数据的取值，必须要根据其开始边界是否发生跳变来决二进制数据的取值，必须要根据其开始边界是否发生跳变来决定，若一个比特开始处存在跳变则表示定，若一个比特开始处存在跳变则表示“0”

40、“0”，无跳变则表示，无跳变则表示“1”“1”。数字数据数字数据011101001011101001的的3 3种编码方式，它的编码波形种编码方式，它的编码波形如图所示。如图所示。数字数据信号的编码方法数字数据信号的编码方法 数字数据数字数据011101001011101001的的3 3种编码方式，它的编码波形如图所种编码方式，它的编码波形如图所示。示。数字数据信号的编码方法数字数据信号的编码方法 数字数据数字数据非归零电平非归零电平编码编码曼彻斯特编码曼彻斯特编码差分差分曼彻斯特编码曼彻斯特编码0 01 11 11 10 01 10 00 01 1跳变跳变跳变跳变跳变跳变跳变跳变高电平高电平1

41、 1低电平低电平0 0表示表示0 0表示表示1 1遇遇1 1 不变不变遇遇0 0 跳变跳变2.4.32.4.3模拟数据的调制模拟数据的调制 在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换形成电在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换形成电信号。比如，人说话的声音经过电话转变为模拟的电信号，信号。比如，人说话的声音经过电话转变为模拟的电信号，这也是模拟数据的基带信号。一般来说，模拟数据的基带这也是模拟数据的基带信号。一般来说，模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号具有比较低的频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适合信道传输的频率范围内，信号进行调制

42、，将信号搬移到适合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号的频率范围内，接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，比如无线电广播。恢复成原来的消息，比如无线电广播。2.4.42.4.4模拟数据的编码模拟数据的编码 脉脉冲编码调制（冲编码调制（Pulse Code ModulationPulse Code Modulation，PCMPCM）是模拟）是模拟数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真小、误码率数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真小、误码率低、数据传输速率高，因此，在网络中除计算机直接产生的低、数据传输速率高，因此，在网络中除计算

43、机直接产生的数字信号外，语音、图像信息必须数字化才能经计算机处理数字信号外，语音、图像信息必须数字化才能经计算机处理 PCMPCM技术的典型应用是语音数字化。语音可以用模拟信号技术的典型应用是语音数字化。语音可以用模拟信号的形式通过电话线路传输，但是在网络中将语音与计算机产的形式通过电话线路传输，但是在网络中将语音与计算机产生的数字、文字、图形、图像同时传输，就必须首先将语音生的数字、文字、图形、图像同时传输，就必须首先将语音信号数字化。信号数字化。图右显示了图右显示了PCMPCM编码的典型应编码的典型应用，当进行常规的用，当进行常规的电话通信或者两台电话通信或者两台计算机之间通过计算机之间通

44、过ModemModem通信时，需通信时，需要经过程控交换机要经过程控交换机进行传输（接续），进行传输（接续），该设备的一个概念该设备的一个概念就是对模拟信号进就是对模拟信号进行行PCMPCM脉冲编码调脉冲编码调制制。PCM编码的典型应用编码的典型应用 脉冲编码脉冲编码调制的工作调制的工作过程包括过程包括3 3部部分：抽样、分：抽样、量化和编码。量化和编码。在图右中，在图右中，显示了脉冲显示了脉冲编码调制的编码调制的3 3个过程以及个过程以及相对应的波相对应的波形信号。形信号。脉冲编码调制的过程脉冲编码调制的过程 125125.2 2124124.6 6123123.2 2124124.4 41

45、21121.5 5话音信号话音信号抽样抽样样本幅度值样本幅度值量化取整量化取整量化值量化值125125125125123123124124122122.011010001010010110001010011011010001010010110001010011.编码编码幅度幅度幅度幅度量化级量化级抽样抽样编码编码量化量化数字信号数字信号+1271270-127127模拟数据模拟数据 1.抽样抽样 模拟信号是电平连续变化的信号。每隔一定的时模拟信号是电平连续变化的信号。每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值作为样本表示模间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值作为样本表示模拟数据在某一区间随时间变

46、化的值。抽样频率以奈奎拟数据在某一区间随时间变化的值。抽样频率以奈奎斯特抽样定理为依据，如果以等于或高于通信信道带斯特抽样定理为依据，如果以等于或高于通信信道带宽两倍的速率定时对信号进行抽样，就可以恢复原模宽两倍的速率定时对信号进行抽样，就可以恢复原模拟信号的所有信息。拟信号的所有信息。对于电话通信系统，因为电话线路的传输带宽不对于电话通信系统，因为电话线路的传输带宽不超过超过4000Hz4000Hz，所以抽样频率为，所以抽样频率为80008000次次/s/s。2.量化 量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。经过量化后的样本幅度为离散的量化级值，根据量化之前规定好的量化级，将抽样所得样本

47、的幅值比较，取整定级。量化级可以分为8级、16级或者更多的量化级，这取决于系统的精确度要求。3.编码 编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。如果有16个量化级，就需要使用4个比特进行编码。经过编码后，每个样本都使用相应的编码脉冲表示。PCM用于数字化语音系统，它将声音分为128个量化级，采用7位二进制编码表示，再使用1个比特进行差错控制，采样速率为8000次/s，因此，一路话音的数据传输速率为:88000bit/s64Kbit/s。3.5 数据交换技术 交换又称转换，数据交换技术在交换通信网中实交换又称转换，数据交换技术在交换通信网中实现数据传输是必不可少的。数据通过通信子网

48、的交换现数据传输是必不可少的。数据通过通信子网的交换方式可以分为电路交换和存储交换两大类。常用的交方式可以分为电路交换和存储交换两大类。常用的交换技术有：线路交换、报文交换和分组交换（包交换）换技术有：线路交换、报文交换和分组交换（包交换）三种。三种。电路交换（电路交换（Circuit SwitchingCircuit Switching），也称为线路交换，它是），也称为线路交换，它是一种直接的交换方式，为一对需要进行通信的节点之间提供一条一种直接的交换方式，为一对需要进行通信的节点之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既

49、可以是物理通道又可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。道又可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。图1-5 电路交换的工作模式 电话电话交换局呼叫时建立的物理连接3.5.1 电路交换电路交换 目前，公用电话交换网广泛使用的交换方式是目前，公用电话交换网广泛使用的交换方式是电路交换，经由电路交换的通信包括：电路建立、电路交换，经由电路交换的通信包括：电路建立、数据传输和电路拆除三个阶段，如下图所示数据传输和电路拆除三个阶段，如下图所示。3.5.2存储转发交换存储转发交换 存储转发交换（存储转发交换（Store and Forward SwitchingStore and Forward S

50、witching）方）方式又可以分为报文存储转发交换与报文分组存储转发交式又可以分为报文存储转发交换与报文分组存储转发交换两种方式。其中，报文分组存储转发交换方式又可以换两种方式。其中，报文分组存储转发交换方式又可以分为数据报与虚电路方式。分为数据报与虚电路方式。3.5.2 存储转发技术 采用存储转发的邮政通信工作模式 本地邮政支局本地邮政支局本地邮政支局河西区邮政支局本地邮政支局海淀邮政支局东城邮政支局用户投寄邮件支局把发往外地邮件投到市总局市总局按地址往省市邮政局投寄邮件、发往天津的邮件投到天津市支局收到市邮政局来的邮件按地址交给用户省市邮政局收到各地局来的邮件按地址发往各支局天津市邮政局

51、沈阳市邮政局北京市邮政总局长沙市邮政局1.报文交换（报文交换（Message Switching）对较为连续的数据流（如话音），电路交换是一种易于对较为连续的数据流（如话音），电路交换是一种易于使用的技术。对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技使用的技术。对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术。在报文交换网中，网络节点通常为一台专用计算机，备术。在报文交换网中，网络节点通常为一台专用计算机，备有足够的外存，以便在报文进入时进行缓冲存储。节点接收有足够的外存，以便在报文进入时进行缓冲存储。节点接收一个报文之后，报文暂时存放在节点的存储设备之中，等输一个报文之后，报文暂时存放在节点的存储设备

52、之中，等输出电路空闲时，再根据报文中所指的目的地址转发到下一个出电路空闲时，再根据报文中所指的目的地址转发到下一个合适的节点，如此往复，直到报文到达目标数据终端为止。合适的节点，如此往复，直到报文到达目标数据终端为止。报文交换的特点如下：报文交换的特点如下：源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通道。源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通道。与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等 待和时延。待和时延。电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高

53、效地传输数据。能高效地传输数据。要求节点具备足够地报文数据存放能力，一般节点由微机或小要求节点具备足够地报文数据存放能力，一般节点由微机或小 型机担当。型机担当。数据传输地可靠性高，每个节点在存储转发中都进行差错控数据传输地可靠性高，每个节点在存储转发中都进行差错控 制，即检错和纠错。制，即检错和纠错。由于采用了对完整报文地存储由于采用了对完整报文地存储/转发，而节点存储转发，而节点存储/转发转发的时延较大，不适用于交互式通信，如电话通信。由于每的时延较大，不适用于交互式通信，如电话通信。由于每个节点都要把报文完整的接收、存储、检错、纠错、转发，个节点都要把报文完整的接收、存储、检错、纠错、转

54、发，产生了节点延迟，并且报文交换对报文长度没有限制，报产生了节点延迟，并且报文交换对报文长度没有限制，报文可以很长，专用就有可能使报文长时间占用某两节点之文可以很长，专用就有可能使报文长时间占用某两节点之间地链路，不利于实时交互通信。分组交换即所谓的包交间地链路，不利于实时交互通信。分组交换即所谓的包交换正是针对报文交换的缺点而提出的一种改进方式。换正是针对报文交换的缺点而提出的一种改进方式。数据报分组交换的特点如下：数据报分组交换的特点如下：同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网。同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网。同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重

55、复或同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重复或 丢失现象。丢失现象。每一个报文在传输过程中都必须带有源节点地址和目的节点每一个报文在传输过程中都必须带有源节点地址和目的节点 地址。地址。使用数据报文方式时，数据报文传输延迟较大，适用于突发使用数据报文方式时，数据报文传输延迟较大，适用于突发 性通信，但不适用于长报文、会话式通信。性通信，但不适用于长报文、会话式通信。3三种交换方式比较三种交换方式比较 电路交换、报文交换、报文分组交换 ABCD时间呼叫请求信号寻找线路所花时间AB干线BC干线CD干线ABCDABCD报报文文报报文文报报文文 传播 延迟排队延迟P P1 1P P2 2P

56、P3 3P P1 1P P2 2P P3 3P P1 1P P2 2P P3 3(a)(b)(c)呼叫接收 传播 延迟数据传输时间2.6 信道复用技术 通常采用多路复用技术，使多路数据信号共同使用一通常采用多路复用技术，使多路数据信号共同使用一条电路进行传输，即利用一个物理信道同时传输多个信号，条电路进行传输，即利用一个物理信道同时传输多个信号，如图所示。如图所示。信道的复用信道的复用目前主要有以下目前主要有以下4种信道复用方式：种信道复用方式：频分复用频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）时分复用时分复用（Time Division Multipl

57、exing，TDM）波分复用波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）码分复用码分复用。3.6.1频分多路复用频分多路复用 频分多路复用的原理图频分多路复用的原理图 3.6.2时分多路复用时分多路复用 1 1、同步时分复用、同步时分复用 同步时分多路复用的原理图同步时分多路复用的原理图3.6.3 波分多路复用波分多路复用 波分多路复用波分多路复用光光纤纤1 1光光纤纤2 2光光纤纤3 3光光纤纤4 4共享光纤共享光纤棱镜棱镜/光栅光栅棱镜棱镜/光栅光栅3.6.4码分多路复用 码分多路复用又称为码分多址（码分多路复用又称为码分多址（CDMA,Coding

58、 Division Multiplexing Access）。它也是一种共享信道的）。它也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，但方法，每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，但使用的是基于码型的分割信道的方法，即每个用户分配一个使用的是基于码型的分割信道的方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，地址码，各个码型互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，且抗干扰能力强。且抗干扰能力强。码分复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信码分复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。系统。小小 结结本章主要讲述了以下内容本章主要讲

59、述了以下内容:1.数据通信技术是网络技术发展的基础。数据通信技术是网络技术发展的基础。2.信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。3.设计一个数据通信系统时，首先要确定采用何种通信方式。设计一个数据通信系统时，首先要确定采用何种通信方式。4.数据通信中信号有三种传输方式。数据通信中信号有三种传输方式。5.数据通信中有两种的同步技术。数据通信中有两种的同步技术。6.传输介质是通信中实际传送信息的载体。传输介质是通信中实际传送信息的载体。7.数据通信技术中，有两种数据信号和通信信道。数据通信技术中，有两种数据信号和通信信道。8.数据传输的速率是描述数据传

60、输系统的重要技术指标之数据传输的速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一。一。9.多路复用技术分为多路复用技术分为FDM、WDM、TDM。10.网络中的计算机之间的数据主要采用分组交换技术。网络中的计算机之间的数据主要采用分组交换技术。11.误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，是衡量数据传输系统正常工作状态可靠性的参数。率，是衡量数据传输系统正常工作状态可靠性的参数。计算机网络技术及应用课件计算机网络技术及应用课件谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH