1、LOGO1高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全1/1031/103第二講第二講 物理層物理層簡介簡介20102010年年1010月月LOGO2高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全2/1032/103上講內(nèi)容回顧：上講內(nèi)容回顧：u計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的定義u計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡的分類u計算機網(wǎng)絡的演變歷程計算機網(wǎng)絡的演變歷程u計算機網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢計算機網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢uOSIOSI模型模型uTCP/IPTCP/IP模型模型uOSIOSI與與TCP/IPTCP/IP模型的區(qū)別模型的區(qū)別LOGO3高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全3/1033/103本講內(nèi)容提要：本講內(nèi)容提要

2、：u物理層的功能物理層的功能u信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號u傳輸介質傳輸介質u數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式u數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法u模擬信道的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸速率模擬信道的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸速率u多路復用技術多路復用技術u數(shù)據(jù)交換技術（廣域網(wǎng)）數(shù)據(jù)交換技術（廣域網(wǎng)）LOGO4高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全4/1034/103一一. .物理層的功能簡介物理層的功能簡介 1.1.物理層的主要功能：物理層的主要功能：u利用傳輸介質為通信的節(jié)點之間建立、管利用傳輸介質為通信的節(jié)點之間建立、管理與釋放物理連接；理與釋放物理連接；u對對信號信號進行調制或轉換，使得用戶設備中的信進

3、行調制或轉換，使得用戶設備中的信號定義能與信道上實際傳送的信號相匹配，以便號定義能與信道上實際傳送的信號相匹配，以便這些信號可以經(jīng)由這些信號可以經(jīng)由物理線纜物理線纜（例如：雙絞線、同（例如：雙絞線、同軸電纜、光纖等）或是軸電纜、光纖等）或是無線信道無線信道來進行傳送；來進行傳送；u實現(xiàn)實現(xiàn)比特流比特流的的透明傳輸透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提，為數(shù)據(jù)鏈路層提供服務。供服務。LOGO5高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全5/1035/103一一. .物理層的功能簡介物理層的功能簡介( (Cont.) ) 2.2.物理層的主要目標：物理層的主要目標： 物理層是物理層是 OSI OSI 參考模型中的參

4、考模型中的第一層第一層，是，是整個開放系統(tǒng)的基礎，它是整個開放系統(tǒng)的基礎，它是唯一唯一直接提供直接提供原始原始比特流傳輸比特流傳輸?shù)膶?。的層?物理層設計的目的：是為了保證當發(fā)送方物理層設計的目的：是為了保證當發(fā)送方發(fā)送的信號為二進制發(fā)送的信號為二進制“1 1”時，接收方接收到時，接收方接收到的也是二進制的也是二進制“1 1”，而不是二進制，而不是二進制“0 0”。 LOGO6高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全6/1036/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 1.1.信息、數(shù)據(jù)與信號的基本概念信息、數(shù)據(jù)與信號的基本概念u信息（信息（Information）是指對客觀事物的反

5、是指對客觀事物的反映，可以是對物質的形態(tài)、大小、結構、性映，可以是對物質的形態(tài)、大小、結構、性能等的描述，也可以是物質與外部的聯(lián)系。能等的描述，也可以是物質與外部的聯(lián)系。信息的載體信息的載體是數(shù)字、文字、語音、圖形、以是數(shù)字、文字、語音、圖形、以及圖像等。計算機及其外圍設備所產(chǎn)生和交及圖像等。計算機及其外圍設備所產(chǎn)生和交換的信息都是由換的信息都是由二進制代碼二進制代碼表示的字母、數(shù)表示的字母、數(shù)字或控制符號的組合。字或控制符號的組合。LOGO7高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全7/1037/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號u數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)（Data）是指對客觀事物的是指對客觀

6、事物的符號表示符號表示。 在計算機科學中，在計算機科學中，數(shù)據(jù)是指所有能輸入到計數(shù)據(jù)是指所有能輸入到計算機并被計算機程序所處理的算機并被計算機程序所處理的符號符號的總稱的總稱， 是用于輸入電子計算機進行處理，具有一定是用于輸入電子計算機進行處理，具有一定意義的數(shù)字、字母、符號以及模擬量等的通稱。意義的數(shù)字、字母、符號以及模擬量等的通稱。LOGO8高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全8/1038/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號u信號（信號（Signal）是是數(shù)據(jù)在傳輸過程中數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電信號的表示形式的電信號的表示形式，數(shù)據(jù)必須轉換為相應的數(shù)據(jù)必須轉換為相應的信號信號

7、才能在計算才能在計算機網(wǎng)絡中進行傳輸。機網(wǎng)絡中進行傳輸。按照在傳輸介質上傳輸?shù)男盘栴愋筒煌?，按照在傳輸介質上傳輸?shù)男盘栴愋筒煌?，信號可以分為信號可以分為模擬信號模擬信號和和數(shù)字信號數(shù)字信號兩類兩類。 LOGO9高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全9/1039/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 模擬信號（模擬信號（Analog Signal）：是指：是指在在時間或幅度上連續(xù)的信號時間或幅度上連續(xù)的信號，因此，通常又，因此，通常又稱為稱為連續(xù)信號連續(xù)信號。 例如：電話通信中在用戶線上傳送的例如：電話通信中在用戶線上傳送的音頻信號，是用電流的頻率直接反映聲音音頻信號，是用電流的頻

8、率直接反映聲音的頻率，用電流的強弱直接反映聲音的分的頻率，用電流的強弱直接反映聲音的分貝值，其幅度取值是隨著用戶聲音大小的貝值，其幅度取值是隨著用戶聲音大小的連續(xù)變化而連續(xù)變化的，其連續(xù)變化而連續(xù)變化的，其波形為正弦波波形為正弦波 。LOGO10高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全10/10310/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 數(shù)字信號（數(shù)字信號（Digital Signal）：是指：是指在在時間上與幅度上都是離散的、不連續(xù)的信時間上與幅度上都是離散的、不連續(xù)的信號號，因此通常又稱為，因此通常又稱為離散信號離散信號。 例如：由計算機或終端等數(shù)字設備直例如：由計算機或終端

9、等數(shù)字設備直接發(fā)出的二進制信號，其幅度取值只有兩接發(fā)出的二進制信號，其幅度取值只有兩種，即種，即“1”或或“0”，分別用高（或低）電平，分別用高（或低）電平或低（或高）電平表示，其或低（或高）電平表示，其波形為方波波形為方波。LOGO11高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全11/10311/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號模擬信號波形圖模擬信號波形圖數(shù)字信號波形圖數(shù)字信號波形圖LOGO12高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全12/10312/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 2.2.基帶、頻帶與寬帶傳輸基帶、頻帶與寬帶傳輸u信 號 每 秒 鐘 變 化 的

10、 次 數(shù) 稱 為信 號 每 秒 鐘 變 化 的 次 數(shù) 稱 為 頻 率頻 率（FrequencyFrequency），頻率的單位為），頻率的單位為赫茲赫茲（HzHz）。）。u信號包含的最高頻率與最低頻率之間的信號包含的最高頻率與最低頻率之間的頻率范圍稱為頻率范圍稱為頻帶頻帶（BandBand），不同的信號），不同的信號具有不同的頻帶。具有不同的頻帶。LOGO13高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全13/10313/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 2.2.基帶、頻帶與寬帶傳輸基帶、頻帶與寬帶傳輸u信源（模擬信源、數(shù)字信源）所發(fā)出的信源（模擬信源、數(shù)字信源）所發(fā)出的沒有經(jīng)過調

11、制沒有經(jīng)過調制（頻譜搬移與變換）的（頻譜搬移與變換）的原始原始電信號電信號（無論是數(shù)字信號還是模擬信號）（無論是數(shù)字信號還是模擬信號）稱為稱為基帶信號基帶信號（Base Band SignalBase Band Signal），數(shù)），數(shù)字信號也被稱為字信號也被稱為數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號。 基帶信號所固有的頻帶，稱為基本頻基帶信號所固有的頻帶，稱為基本頻帶，簡稱為帶，簡稱為基帶基帶（Base BandBase Band）。）。LOGO14高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全14/10314/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 2.2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（基帶、頻帶與寬帶傳輸

12、（Cont.Cont.）u在信道中直接傳送基帶信號的方式，稱為在信道中直接傳送基帶信號的方式，稱為基基帶傳輸帶傳輸（Base Band TransmissionBase Band Transmission）。）。在基帶傳輸中，整個信道只傳輸一種信號，因在基帶傳輸中，整個信道只傳輸一種信號，因此，此，基帶傳輸?shù)男诺览寐屎艿突鶐鬏數(shù)男诺览寐屎艿?。由于在近距離范圍內(nèi)基帶信號的衰減不大，從由于在近距離范圍內(nèi)基帶信號的衰減不大，從而信號內(nèi)容不會發(fā)生變化。因此，而信號內(nèi)容不會發(fā)生變化。因此，在傳輸距離在傳輸距離較近時較近時，計算機網(wǎng)絡通常都采用基帶傳輸方式。，計算機網(wǎng)絡通常都采用基帶傳輸方式。LOG

13、O15高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全15/10315/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 2.2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（基帶、頻帶與寬帶傳輸（Cont.Cont.）例如：從計算機到監(jiān)視器、打印機等外設的信號就是例如：從計算機到監(jiān)視器、打印機等外設的信號就是采用基帶傳輸?shù)?。采用基帶傳輸?shù)摹Ａ硗?，大多?shù)的局域網(wǎng)，如：以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等，另外，大多數(shù)的局域網(wǎng)，如：以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等，也都使用基帶傳輸，常見的網(wǎng)絡設計標準也都使用基帶傳輸，常見的網(wǎng)絡設計標準10BaseT10BaseT所所使用的就是基帶信號。使用的就是基帶信號?；鶐盘柕念l譜中由于含有豐富的低頻分量乃至直流基帶信

14、號的頻譜中由于含有豐富的低頻分量乃至直流（零頻）分量，例如：語音信號為（零頻）分量，例如：語音信號為3003400Hz3003400Hz， 圖圖像信號為像信號為06MHz06MHz，因此，出于抗干擾和提高數(shù)據(jù)傳輸，因此，出于抗干擾和提高數(shù)據(jù)傳輸率的考慮，率的考慮，基帶信號不適合用于遠距離通信基帶信號不適合用于遠距離通信。LOGO16高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全16/10316/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 2.2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（基帶、頻帶與寬帶傳輸（Cont.Cont.）u在遠距離通信時，通常所采用的傳輸方式為在遠距離通信時，通常所采用的傳輸方式為頻頻帶

15、傳輸帶傳輸（Frequency Band TransmissionFrequency Band Transmission），即：），即：首先將基帶信號變換（調制）成便于在首先將基帶信號變換（調制）成便于在模擬信道模擬信道中傳輸?shù)?、中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍具有較高頻率范圍的模擬信號（稱為的模擬信號（稱為頻帶信號頻帶信號，F(xiàn)requency Band SignalFrequency Band Signal），然后再將），然后再將這種頻帶信號在模擬信道中進行傳輸。顯然，模這種頻帶信號在模擬信道中進行傳輸。顯然，模擬信道不適用于直接傳輸頻帶很寬、但能量集中擬信道不適用于直接傳輸頻帶很寬、但能量集中在

16、低頻段的數(shù)字基帶信號。在低頻段的數(shù)字基帶信號。頻帶傳輸在傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端都需要設頻帶傳輸在傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端都需要設置置調制解調器調制解調器（ModemModem） 。LOGO17高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全17/10317/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號小知識：為什么在遠距離通信時，要采用小知識：為什么在遠距離通信時，要采用頻帶傳頻帶傳輸輸？即：為什么在遠距離通信時，要將基帶信號？即：為什么在遠距離通信時，要將基帶信號變換（調制）成變換（調制）成具有較高頻率范圍具有較高頻率范圍的的頻帶信號頻帶信號，才便于在模擬信道中進行傳輸？才便于在模擬信道中進行

17、傳輸？由由 電磁波速率電磁波波長電磁波速率電磁波波長* *電磁波頻率電磁波頻率 可知，可知，當電磁波頻率越高時，電磁波波長越短，此時的當電磁波頻率越高時，電磁波波長越短，此時的電磁波由于波長短，能量大，因此能夠進行遠距電磁波由于波長短，能量大，因此能夠進行遠距離傳輸離傳輸 。LOGO18高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全18/10318/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 2.2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（基帶、頻帶與寬帶傳輸（Cont.Cont.）u相對一般說的頻帶傳輸而言，比音頻相對一般說的頻帶傳輸而言，比音頻（4KHZ4KHZ）還要寬的頻帶稱為）還要寬的頻帶稱為寬帶寬帶（

18、Broad Broad BandBand）。）。使用這種寬頻帶傳輸?shù)南到y(tǒng)，稱為使用這種寬頻帶傳輸?shù)南到y(tǒng)，稱為寬帶傳輸寬帶傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)（Broad Band Transmission SystemBroad Band Transmission System）。）。顯然，寬帶傳輸系統(tǒng)多是模擬信號傳輸系統(tǒng)，顯然，寬帶傳輸系統(tǒng)多是模擬信號傳輸系統(tǒng)，傳輸?shù)氖悄M信號。傳輸?shù)氖悄M信號。LOGO19高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全19/10319/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 2.2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（基帶、頻帶與寬帶傳輸（Cont.Cont.） 與基帶傳輸相比，寬帶傳輸具

19、有以下幾與基帶傳輸相比，寬帶傳輸具有以下幾個方面的優(yōu)點：個方面的優(yōu)點： 能在一個信道中同時傳輸聲音、圖像和能在一個信道中同時傳輸聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息，從而使得系統(tǒng)可具有多種用途。數(shù)據(jù)信息，從而使得系統(tǒng)可具有多種用途。 一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道，實現(xiàn)道，實現(xiàn)多路復用多路復用，因此，寬帶傳輸系統(tǒng)中，因此，寬帶傳輸系統(tǒng)中信道的容量信道的容量大大增加了。大大增加了。 寬帶（寬頻帶）傳輸?shù)木嚯x比基帶傳輸寬帶（寬頻帶）傳輸?shù)木嚯x比基帶傳輸?shù)木嚯x更遠。的距離更遠。LOGO20高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全20/10320/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信

20、號信息、數(shù)據(jù)與信號 3.3.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般組成模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般組成模型u數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是指在不同的計算機之間傳送表示是指在不同的計算機之間傳送表示字符、數(shù)字、語音、圖像的二進制代碼的過程。字符、數(shù)字、語音、圖像的二進制代碼的過程。按照在傳輸介質上按照在傳輸介質上傳輸?shù)男盘栴愋筒煌瑐鬏數(shù)男盘栴愋筒煌瑪?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可分為通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)與與數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。其中，兩種。其中， 信道中傳輸信道中傳輸模擬信號模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，系統(tǒng)， 信道中傳輸信道中傳輸數(shù)字信號數(shù)字信號的系統(tǒng)則稱為數(shù)字通的系統(tǒng)則稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。信系統(tǒng)

21、。LOGO21高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全21/10321/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 3.3.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般組成模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般組成模型通信系統(tǒng)的一般組成模型如下圖所示：通信系統(tǒng)的一般組成模型如下圖所示：LOGO22高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全22/10322/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 4.4.模擬通信系統(tǒng)的組成模型模擬通信系統(tǒng)的組成模型u模擬通信系統(tǒng)的組成可由通信系統(tǒng)一般模擬通信系統(tǒng)的組成可由通信系統(tǒng)一般模型略加改變而成，主要完成了以下兩種模型略加改變而成，主要完成了以下兩種重要變換：重要變換：連續(xù)消息連續(xù)消息

22、到到電信號相互變換電信號相互變換；例如：把；例如：把聲音轉換為電信號的麥克風。聲音轉換為電信號的麥克風?；鶐盘枺M基帶信號）基帶信號（模擬基帶信號）到到調制信號調制信號（頻帶信號）的變換（頻帶信號）的變換。LOGO23高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全23/10323/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 4.4.模擬通信系統(tǒng)的組成模型模擬通信系統(tǒng)的組成模型為了完成為了完成基帶信號基帶信號到到頻帶信號頻帶信號的變換，如下的變換，如下圖所示，在模擬通信系統(tǒng)中需要將通信系統(tǒng)圖所示，在模擬通信系統(tǒng)中需要將通信系統(tǒng)一般組成模型中的一般組成模型中的發(fā)送與接收設備發(fā)送與接收設備分別用

23、分別用調調制器、解調器制器、解調器來代替。來代替。LOGO24高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全24/10324/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 5.5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類u在數(shù)字通信系統(tǒng)中，若信源產(chǎn)生的是數(shù)字信號（例在數(shù)字通信系統(tǒng)中，若信源產(chǎn)生的是數(shù)字信號（例如：計算機或終端等數(shù)字設備直接發(fā)出的二進制信如：計算機或終端等數(shù)字設備直接發(fā)出的二進制信號），而傳輸使用的是模擬信道（例如：公用電話線號），而傳輸使用的是模擬信道（例如：公用電話線路等），則稱為路等），則稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字信號的頻帶傳輸通信系統(tǒng)。u若信源產(chǎn)生的

24、是數(shù)字信號，而傳輸使用的也是數(shù)字若信源產(chǎn)生的是數(shù)字信號，而傳輸使用的也是數(shù)字信道，則稱為信道，則稱為數(shù)字信號的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字信號的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。u若信源產(chǎn)生的是模擬信號，而傳輸使用的是數(shù)字信若信源產(chǎn)生的是模擬信號，而傳輸使用的是數(shù)字信道，則稱為道，則稱為模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)統(tǒng)。LOGO25高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全25/10325/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 5.5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.Cont.）u數(shù)字信號頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字信號頻帶傳

25、輸通信系統(tǒng)：數(shù)字信號頻帶：數(shù)字信號頻帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示。傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示。LOGO26高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全26/10326/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 5.5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.Cont.）u數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)：數(shù)字基帶傳輸通數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示。信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示。LOGO27高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全27/10327/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 5.5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類

26、（數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.Cont.）u模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)統(tǒng)：模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示。系統(tǒng)的組成模型如下圖所示。LOGO28高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全28/10328/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 5.5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.Cont.）u要實現(xiàn)模擬信號在數(shù)字基帶傳輸通信系要實現(xiàn)模擬信號在數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)中的傳輸，必須在發(fā)送端將模擬信號數(shù)統(tǒng)中的傳輸，必須在發(fā)送端將模擬

27、信號數(shù)字化，即進行模字化，即進行模/ /數(shù)轉換；在接收端需進數(shù)轉換；在接收端需進行相反的轉換，即數(shù)行相反的轉換，即數(shù)/ /模轉換。模轉換。模擬信號的數(shù)字化需要三個步驟：模擬信號的數(shù)字化需要三個步驟：抽樣、抽樣、量化和編碼量化和編碼： LOGO29高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全29/10329/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 5.5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.Cont.）抽樣抽樣（SamplingSampling）：是指用每隔一定時）：是指用每隔一定時間的信號樣值序列來代替原來在時間上連間的信號樣值序列來代替原來在時間上連續(xù)

28、的模擬信號，續(xù)的模擬信號， 也就是把也就是把在時間連續(xù)的在時間連續(xù)的模擬信號轉換模擬信號轉換為為在時間上離散，幅度上連續(xù)的在時間上離散，幅度上連續(xù)的模擬信號。模擬信號。LOGO30高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全30/10330/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 5.5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.Cont.）量化量化（QuantificationQuantification）：是指用）：是指用有限個幅度值有限個幅度值來近似采樣得到的連續(xù)來近似采樣得到的連續(xù)變化的幅度值，變化的幅度值，從而把模擬信號的從而把模擬信號的連續(xù)幅度連續(xù)

29、幅度變?yōu)橛邢拮優(yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的數(shù)量的有一定間隔的離散幅度離散幅度。 LOGO31高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全31/10331/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 5.5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.Cont.）編碼編碼（CodingCoding）：是指按照一定的規(guī)律，把）：是指按照一定的規(guī)律，把量化后的幅度值用量化后的幅度值用二進制數(shù)字二進制數(shù)字表示，然后轉換表示，然后轉換成二值或多值的成二值或多值的數(shù)字信號流數(shù)字信號流。 這樣得到的數(shù)字信號，才可通過電纜、微這樣得到的數(shù)字信號，才可通過電纜、微波干線、衛(wèi)星通道等數(shù)字線

30、路傳輸。由此可知，波干線、衛(wèi)星通道等數(shù)字線路傳輸。由此可知，在基帶傳輸中，需要對數(shù)字信號進行編碼來表在基帶傳輸中，需要對數(shù)字信號進行編碼來表示數(shù)據(jù)。示數(shù)據(jù)。LOGO32高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全32/10332/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 6.6.數(shù)字通信的優(yōu)缺點數(shù)字通信的優(yōu)缺點 數(shù)字通信的主要優(yōu)點如下：數(shù)字通信的主要優(yōu)點如下： 抗干擾能力強抗干擾能力強：由于在數(shù)字通信中，傳輸：由于在數(shù)字通信中，傳輸?shù)男盘柗仁请x散的，以二進制為例，信號的的信號幅度是離散的，以二進制為例，信號的取值只有兩個，這樣接收端只需判別兩種狀態(tài)。取值只有兩個，這樣接收端只需判別兩種狀

31、態(tài)。 差錯可控差錯可控：數(shù)字信號在傳輸過程中出現(xiàn)的：數(shù)字信號在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤（差錯），可通過糾錯編碼技術來控制，錯誤（差錯），可通過糾錯編碼技術來控制，以提高傳輸?shù)目煽啃?。以提高傳輸?shù)目煽啃?。LOGO33高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全33/10333/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 6.6.數(shù)字通信的優(yōu)缺點數(shù)字通信的優(yōu)缺點 易加密易加密：數(shù)字信號與模擬信號相比，：數(shù)字信號與模擬信號相比，它容易進行加密和解密。因此，數(shù)字通信它容易進行加密和解密。因此，數(shù)字通信的保密性好。的保密性好。 易于與現(xiàn)代技術相結合易于與現(xiàn)代技術相結合：由于計算：由于計算機技術、數(shù)字存貯技

32、術、數(shù)字交換技術以機技術、數(shù)字存貯技術、數(shù)字交換技術以及數(shù)字處理技術等現(xiàn)代技術飛速發(fā)展，許及數(shù)字處理技術等現(xiàn)代技術飛速發(fā)展，許多設備、終端接口等產(chǎn)生的均是數(shù)字信號，多設備、終端接口等產(chǎn)生的均是數(shù)字信號，因此，極易與數(shù)字通信系統(tǒng)相連接。因此，極易與數(shù)字通信系統(tǒng)相連接。LOGO34高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全34/10334/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 數(shù)字通信的主要缺點如下：數(shù)字通信的主要缺點如下： 頻帶利用率不高頻帶利用率不高：數(shù)字通信中，數(shù)：數(shù)字通信中，數(shù)字信號占用的頻帶寬，例如：以電話系統(tǒng)字信號占用的頻帶寬，例如：以電話系統(tǒng)為例，一路模擬電話通常只占據(jù)為例

33、，一路模擬電話通常只占據(jù) 4kHz 4kHz 帶帶寬，但一路接近同樣話音質量的數(shù)字電話寬，但一路接近同樣話音質量的數(shù)字電話可能要占據(jù)可能要占據(jù)2020- -60kHz60kHz的帶寬。因此，在系的帶寬。因此，在系統(tǒng)傳輸帶寬一定的前提之下，模擬電話的統(tǒng)傳輸帶寬一定的前提之下，模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話頻帶利用率要高出數(shù)字電話5 5- -1515倍。倍。 LOGO35高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全35/10335/103二二. .信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號 系統(tǒng)設備比較復雜系統(tǒng)設備比較復雜：在數(shù)字通信中，：在數(shù)字通信中，為了準確地恢復信號，接收端需要嚴格的為了準確地恢復信號

34、，接收端需要嚴格的同步系統(tǒng)同步系統(tǒng)，以保持接收端和發(fā)送端之間具，以保持接收端和發(fā)送端之間具有嚴格的節(jié)拍一致、編組一致。因此，數(shù)有嚴格的節(jié)拍一致、編組一致。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)及其設備一般都比較復雜。不字通信系統(tǒng)及其設備一般都比較復雜。不過，隨著過，隨著新的寬帶傳輸信道新的寬帶傳輸信道（如光纖）的（如光纖）的采用、以及窄帶調制技術與超大規(guī)模集成采用、以及窄帶調制技術與超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點目前已電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點目前已經(jīng)弱化。經(jīng)弱化。LOGO36高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全36/10336/103三三. .傳輸介質傳輸介質 物理層的目的是將原始的位流從一

35、臺物理層的目的是將原始的位流從一臺機器傳輸?shù)搅硪慌_機器，機器傳輸?shù)搅硪慌_機器，有多種物理介質可用于實際的傳輸過程。有多種物理介質可用于實際的傳輸過程。每一種傳輸介質都有自己不同的特性，包每一種傳輸介質都有自己不同的特性，包括帶寬、延遲、造價等。括帶寬、延遲、造價等。按照物理形態(tài)的不同，傳輸介質大致上可按照物理形態(tài)的不同，傳輸介質大致上可以分為以分為有線傳輸介質有線傳輸介質和和無線傳輸介質無線傳輸介質兩種兩種。LOGO37高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全37/10337/103三三. .傳輸介質傳輸介質 1.1.有線傳輸介質有線傳輸介質 有線傳輸介質是指在兩個通信設備之有線傳輸介質是指在

36、兩個通信設備之間實現(xiàn)的物理連接部分，它能將信號從一間實現(xiàn)的物理連接部分，它能將信號從一方傳輸?shù)搅硪环?，有線傳輸介質主要有方傳輸?shù)搅硪环?，有線傳輸介質主要有雙絞線雙絞線、同軸電纜同軸電纜和和 光纖光纖：LOGO38高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全38/10338/103三三. .傳輸介質傳輸介質 雙絞線雙絞線（Twisted PairTwisted Pair）：雙絞線是一種把兩）：雙絞線是一種把兩條互相絕緣的銅導線紐絞起來而組成的通信線路，雙條互相絕緣的銅導線紐絞起來而組成的通信線路，雙絞線的這種結構既可減小流過電流所輻射的能量，也絞線的這種結構既可減小流過電流所輻射的能量，也可防止來自

37、其他通信線路上的信號的干涉。通常，雙可防止來自其他通信線路上的信號的干涉。通常，雙絞線可分為絞線可分為屏蔽屏蔽STPSTP（Shielded Twisted PairShielded Twisted Pair）和）和非非屏蔽屏蔽UTPUTP（Unshielded Twisted PairUnshielded Twisted Pair）的兩種，）的兩種，其中：非屏蔽雙絞線（其中：非屏蔽雙絞線（UTPUTP）定義了五種質量類別，）定義了五種質量類別，而在計算機網(wǎng)絡中常用的有以下三種：而在計算機網(wǎng)絡中常用的有以下三種：第三類第三類（傳輸（傳輸特性最高規(guī)定特性最高規(guī)定16MHz16MHz） 、第四類第

38、四類（20MHz20MHz） 、第五類第五類非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線（155MHz155MHz） 。LOGO39高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全39/10339/103三三. .傳輸介質傳輸介質 1.1.有線傳輸介質有線傳輸介質同軸電纜同軸電纜（Coaxial CableCoaxial Cable）：同軸電纜是）：同軸電纜是一種由一對同軸導線所組成的通信線路。同軸一種由一對同軸導線所組成的通信線路。同軸電纜的頻帶寬，損耗小，具有比雙絞線更強的電纜的頻帶寬，損耗小，具有比雙絞線更強的抗干擾能力和更好的傳輸性能。抗干擾能力和更好的傳輸性能。按特性阻抗值不同，同軸電纜主要包括按特性阻抗值不同

39、，同軸電纜主要包括7575歐姆歐姆寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜和和5050歐姆基帶同軸電纜歐姆基帶同軸電纜兩種。在兩種。在局域網(wǎng)中常用基帶電纜，其數(shù)據(jù)傳輸率為局域網(wǎng)中常用基帶電纜，其數(shù)據(jù)傳輸率為10Mb/s10Mb/s，主要用于總線拓撲結構。，主要用于總線拓撲結構。LOGO40高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全40/10340/103三三. .傳輸介質傳輸介質光纖光纖（Optical FiberOptical Fiber）：在通信系統(tǒng)中，目）：在通信系統(tǒng)中，目前最為普遍使用的是前最為普遍使用的是石英系光纖石英系光纖，一般由纖芯，一般由纖芯（光的通路）、包層（多層反射玻璃，將光線（光的通路）、

40、包層（多層反射玻璃，將光線反射到纖芯）、以及保護層組成。反射到纖芯）、以及保護層組成。光纖常用于光纖常用于點到點的遠距離傳輸點到點的遠距離傳輸。由于光纖在任何時候都由于光纖在任何時候都只能單向傳輸只能單向傳輸，因此，因此，實現(xiàn)雙向通信時光纖必須實現(xiàn)雙向通信時光纖必須成對出現(xiàn)成對出現(xiàn)。LOGO41高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全41/10341/103三三. .傳輸介質傳輸介質 用光纖來傳輸電信號時，在發(fā)送端先用光纖來傳輸電信號時，在發(fā)送端先要將其轉換成光信號，而在接收端則要由要將其轉換成光信號，而在接收端則要由光檢波器還原成電信號。光檢波器還原成電信號。按光在光纖中的傳輸模式，光纖可分

41、為按光在光纖中的傳輸模式，光纖可分為單單模光纖模光纖（Single Mode FiberSingle Mode Fiber）和）和多模光多模光纖纖（Multi Mode FiberMulti Mode Fiber）兩種。其中，）兩種。其中，“模模”是指以一定角速度進入到光纖之中是指以一定角速度進入到光纖之中的一束光。的一束光。LOGO42高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全42/10342/103三三. .傳輸介質傳輸介質 2.2.無線傳輸介質無線傳輸介質 無線傳輸介質是指在兩個通信設備之無線傳輸介質是指在兩個通信設備之間不使用任何物理連接，而是通過空間傳間不使用任何物理連接，而是通過空間

42、傳輸?shù)囊环N技術。輸?shù)囊环N技術。 無線傳輸介質主要包括無線傳輸介質主要包括微波、紅外線微波、紅外線和激光和激光等。等。LOGO43高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全43/10343/103三三. .傳輸介質傳輸介質 地面微波地面微波：微波的頻率范圍為：微波的頻率范圍為300MHz300MHz- -300GHz300GHz，在這個范圍內(nèi)，它在空中主要沿直線傳，在這個范圍內(nèi)，它在空中主要沿直線傳播，可經(jīng)電離反射到很遠的地方。播，可經(jīng)電離反射到很遠的地方。由于微波在空中是直線傳播，而地球表面是個曲由于微波在空中是直線傳播，而地球表面是個曲面，因此傳輸距離受到限制。面，因此傳輸距離受到限制。如果兩

43、個站點間相距太遠，由于地球本身會阻礙如果兩個站點間相距太遠，由于地球本身會阻礙電磁波的傳輸，因此，需要通過電磁波的傳輸，因此，需要通過微波中繼站的串微波中繼站的串聯(lián)使用聯(lián)使用來完成遠程通信服務。來完成遠程通信服務。LOGO44高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全44/10344/103三三. .傳輸介質傳輸介質 衛(wèi)星微波衛(wèi)星微波：衛(wèi)星通信是微波通信與空間電子技術：衛(wèi)星通信是微波通信與空間電子技術發(fā)展的產(chǎn)物，衛(wèi)星通信系統(tǒng)由地球和衛(wèi)星站兩部分組成。發(fā)展的產(chǎn)物，衛(wèi)星通信系統(tǒng)由地球和衛(wèi)星站兩部分組成。衛(wèi)星在空中起著微波中繼站的作用，用于把地球站發(fā)上衛(wèi)星在空中起著微波中繼站的作用，用于把地球站發(fā)上來

44、的電磁波放大后再返送回另一地球站。來的電磁波放大后再返送回另一地球站。衛(wèi)星首先從一個頻率（上行鏈衛(wèi)星首先從一個頻率（上行鏈5.93-6.42GHz5.93-6.42GHz）接收地面）接收地面?zhèn)鬏攣淼男盘?，將其放大或再生之后，再從另一個頻率傳輸來的信號，將其放大或再生之后，再從另一個頻率（下行（下行3.7-2.2GHz3.7-2.2GHz）將信號發(fā)送到地面站。）將信號發(fā)送到地面站。衛(wèi)星微波具有廣播性質，但因為傳輸距離較遠，因此，衛(wèi)星微波具有廣播性質，但因為傳輸距離較遠，因此，有有1/41/4秒的傳輸延遲。秒的傳輸延遲。LOGO45高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全45/10345/103三

45、三. .傳輸介質傳輸介質 紅外傳輸紅外傳輸：主要利用：主要利用950nm950nm近紅外波近紅外波段的紅外線作為傳輸媒介。段的紅外線作為傳輸媒介。由于紅外線的波長較短（由于紅外線的波長較短（750nm750nm至至1mm1mm之之間），因此，對障礙物的衍射能力差，只間），因此，對障礙物的衍射能力差，只適合應用在需要短距離（最多適合應用在需要短距離（最多1-21-2米范圍內(nèi)）米范圍內(nèi)）無線通訊的場合，進行點對點的直線數(shù)據(jù)無線通訊的場合，進行點對點的直線數(shù)據(jù)傳輸，傳輸，紅外傳輸?shù)膫鬏斔俾首羁炜蛇_紅外傳輸?shù)膫鬏斔俾首羁炜蛇_16Mbps16Mbps。LOGO46高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全

46、46/10346/103三三. .傳輸介質傳輸介質 激光傳輸激光傳輸：激光除了在光纖通信中可以作為光：激光除了在光纖通信中可以作為光源外，還能用于源外，還能用于在直線間進行數(shù)據(jù)傳輸在直線間進行數(shù)據(jù)傳輸，由于激光的，由于激光的聚焦性好，利用激光可以在聚焦性好，利用激光可以在很長的距離間進行直線的很長的距離間進行直線的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸，這對于連接兩棟無遮擋建筑物內(nèi)的計算機，這對于連接兩棟無遮擋建筑物內(nèi)的計算機網(wǎng)絡或控制網(wǎng)絡是非常方便的，尤其對于只需暫時設網(wǎng)絡或控制網(wǎng)絡是非常方便的，尤其對于只需暫時設置的連接更有優(yōu)勢。置的連接更有優(yōu)勢。但是，由于激光但是，由于激光不具有穿透性不具有穿透性，對環(huán)境變化

47、比較敏感，對環(huán)境變化比較敏感，霧、雪和雨等大氣變化都會影響傳輸效果，因此，實霧、雪和雨等大氣變化都會影響傳輸效果，因此，實際應用中可能需要隨時對激光發(fā)射器和接收器進行調際應用中可能需要隨時對激光發(fā)射器和接收器進行調整與維護。整與維護。LOGO47高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全47/10347/103四四. .數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式在數(shù)字數(shù)據(jù)通信中，在數(shù)字數(shù)據(jù)通信中，按每次傳送的數(shù)字數(shù)據(jù)位數(shù)，通信方式可按每次傳送的數(shù)字數(shù)據(jù)位數(shù)，通信方式可分為分為并行通信和串行通信并行通信和串行通信。按照數(shù)據(jù)在線路上的傳輸方向，則其通信按照數(shù)據(jù)在線路上的傳輸方向，則其通信方式又可分為方式又

48、可分為單工通信、半雙工通信與全單工通信、半雙工通信與全雙工通信雙工通信。LOGO48高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全48/10348/103四四. .數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式1.1.串行與并行通信串行與并行通信 并行通信并行通信（Parallel CommucaParallel Commuca）：如下圖所示，）：如下圖所示，在并行通信方式中一次同時傳送在并行通信方式中一次同時傳送8 8位二進制數(shù)據(jù)，因位二進制數(shù)據(jù)，因此，從發(fā)送端到接收端需要此，從發(fā)送端到接收端需要8 8根數(shù)據(jù)線。并行方式主根數(shù)據(jù)線。并行方式主要用于近距離通信，例如：在計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信要用于近距離通信，例

49、如：在計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信通常是以并行方式進行的。并行方式的優(yōu)點是傳輸速通常是以并行方式進行的。并行方式的優(yōu)點是傳輸速度快，處理簡單。度快，處理簡單。LOGO49高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全49/10349/103四四. .數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式1.1.串行與并行通信串行與并行通信串行通信串行通信（Serial CommunicationSerial Communication）：在串行通信）：在串行通信方式中一次只傳送一位二進制的數(shù)據(jù)，因此，從發(fā)送方式中一次只傳送一位二進制的數(shù)據(jù)，因此，從發(fā)送端到接收端只需要一根傳輸線。串行方式雖然傳輸率端到接收端只需要一根傳輸線。

50、串行方式雖然傳輸率低，但適合于遠距離傳輸，因此在網(wǎng)絡中普遍采用串低，但適合于遠距離傳輸，因此在網(wǎng)絡中普遍采用串行通信方式。行通信方式。LOGO50高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全50/10350/103四四. .數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式2.2.單工通信、半雙工或全雙工通信單工通信、半雙工或全雙工通信 單工通信單工通信（Simplex CommunicationSimplex Communication）：單工）：單工通信方式只支持數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，又稱為單向通信方式只支持數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，又稱為單向通信。例如：無線電廣播和電視廣播都是單工通信。通信。例如：無線電廣播

51、和電視廣播都是單工通信。 半雙工通信半雙工通信（Half Duplex CommunicationHalf Duplex Communication）：）：半雙工通信方式允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但在同半雙工通信方式允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但在同一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，因此，半雙一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，因此，半雙工通信實際上是一種可切換方向的單工通信，這種方工通信實際上是一種可切換方向的單工通信，這種方式一般用于計算機網(wǎng)絡的非主干線路中。式一般用于計算機網(wǎng)絡的非主干線路中。LOGO51高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全51/10351/103四四. .數(shù)字數(shù)據(jù)的

52、通信方式數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式 全 雙 工 通 信全 雙 工 通 信 （ D u p l e x D u p l e x CommunicationCommunication）：全雙工通信方式允許）：全雙工通信方式允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，又稱為雙向數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，又稱為雙向同時通信，即通信的雙方可以同時發(fā)送和同時通信，即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)。例如：例如：現(xiàn)代電話通信系統(tǒng)現(xiàn)代電話通信系統(tǒng)PSTNPSTN中采用的就中采用的就是全雙工通信方式。這種通信方式主要用是全雙工通信方式。這種通信方式主要用于計算機與計算機之間的通信。于計算機與計算機之間的通信。LOGO52高

53、等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全52/10352/103四四. .數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式3.3.同步與異步通信同步與異步通信 串行通信的數(shù)據(jù)是串行通信的數(shù)據(jù)是逐位傳送逐位傳送的，發(fā)送的，發(fā)送方發(fā)送的每一位都具有固定的時間間隔，方發(fā)送的每一位都具有固定的時間間隔，這就要求接收方也要按照發(fā)送方同樣的時這就要求接收方也要按照發(fā)送方同樣的時間間隔來接收每一位。間間隔來接收每一位。按照串行數(shù)字的不同時鐘控制方式，串行按照串行數(shù)字的不同時鐘控制方式，串行通信又可分為通信又可分為同步通信和異步通信同步通信和異步通信兩種方兩種方式。式。LOGO53高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全5

54、3/10353/103四四. .數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式數(shù)字數(shù)據(jù)的通信方式 同 步 通 信同 步 通 信 （ S y n c h r o n o u s S y n c h r o n o u s CommunicationCommunication）：同步通信方式要求接）：同步通信方式要求接收端時鐘頻率和發(fā)送端時鐘頻率一致。發(fā)收端時鐘頻率和發(fā)送端時鐘頻率一致。發(fā)送端發(fā)送送端發(fā)送連續(xù)的比特流連續(xù)的比特流。 異 步 通 信異 步 通 信 （ A s y n c h r o n o u s A s y n c h r o n o u s CommunicationCommunication）：異步通信時

55、不要求接）：異步通信時不要求接收端時鐘和發(fā)送端時鐘同步。發(fā)送端發(fā)送收端時鐘和發(fā)送端時鐘同步。發(fā)送端發(fā)送完一個字節(jié)（長度為完一個字節(jié)（長度為5 5至至8 8位）后，可經(jīng)過位）后，可經(jīng)過任意長的任意長的時間間隔時間間隔再發(fā)送下一個字節(jié)。再發(fā)送下一個字節(jié)。LOGO54高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全54/10354/103五五. .數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法 在基帶傳輸中，需要對數(shù)字信號進行編在基帶傳輸中，需要對數(shù)字信號進行編碼來表示數(shù)據(jù)碼來表示數(shù)據(jù)，其中，數(shù)字數(shù)據(jù)信號的編，其中，數(shù)字數(shù)據(jù)信號的編碼方式主要有碼方式主要有非歸零碼非歸零碼NRZNRZ、曼徹斯特（曼徹斯特（Manche

56、sterManchester）編碼、）編碼、和和差分曼徹斯特（差分曼徹斯特（Difference ManchesterDifference Manchester）編碼編碼：LOGO55高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全55/10355/103五五. .數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法非歸零碼非歸零碼NRZNRZ（Non Return ZeroNon Return Zero）：）：NRZNRZ碼的編碼碼的編碼原理如下圖所示，其中：以原理如下圖所示，其中：以低電平表示低電平表示0 0，高電平表高電平表示示1 1。NRZNRZ碼的碼的缺點缺點：無法判斷一位的開始與結束無法判斷一位的開始與結

57、束，如：，如：無法從持續(xù)的高電平中解析出無法從持續(xù)的高電平中解析出1 1的個數(shù)，因此，為保的個數(shù)，因此，為保證收發(fā)雙方的同步，還證收發(fā)雙方的同步，還必須在發(fā)送必須在發(fā)送NRZNRZ碼的時候，用碼的時候，用另一個信道同時傳送同步信號另一個信道同時傳送同步信號。LOGO56高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全56/10356/103五五. .數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法 曼徹斯特（曼徹斯特（ManchesterManchester）編碼）編碼：曼徹斯特編碼又稱：曼徹斯特編碼又稱裂相裂相碼、雙向碼碼、雙向碼，是一種用電平跳變來表示，是一種用電平跳變來表示1 1或或0 0的編碼方法，的編碼

58、方法， 其其編碼原理如下編碼原理如下圖所示，每比特的周期圖所示，每比特的周期T T分為前分為前T/2T/2與后與后T/2T/2兩部分，前兩部分，前T/2T/2傳送該比特的反碼，后傳送該比特的反碼，后T/2T/2傳送該比特的原傳送該比特的原碼，其中：低電平表示碼，其中：低電平表示0 0，高電平表示，高電平表示1 1 。 由于曼徹斯特碼在每個時鐘位都必須有一次變化，因此，由于曼徹斯特碼在每個時鐘位都必須有一次變化，因此，其其編碼的效率僅可達到編碼的效率僅可達到50%50%左右左右。LOGO57高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全57/10357/103五五. .數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼

59、方法 曼徹斯特編碼方法主要具有以下的曼徹斯特編碼方法主要具有以下的優(yōu)點優(yōu)點：（1 1）每個比特的中間有一次電平跳變，兩次電平）每個比特的中間有一次電平跳變，兩次電平跳變的時間間隔可以是跳變的時間間隔可以是T/2T/2或或T T；（2 2）利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號；）利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號；（3 3）曼徹斯特編碼是一種）曼徹斯特編碼是一種自同步自同步的編碼方式，即的編碼方式，即時鐘同步信號就隱藏在數(shù)據(jù)波形中。在曼徹斯特時鐘同步信號就隱藏在數(shù)據(jù)波形中。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，該跳變既可作編碼中，每一位的中間有一跳變，該跳變既可作為時鐘信號，又可作為數(shù)據(jù)

60、信號。因此，為時鐘信號，又可作為數(shù)據(jù)信號。因此，發(fā)送曼發(fā)送曼徹斯特編碼信號時無需另發(fā)同步信號徹斯特編碼信號時無需另發(fā)同步信號。LOGO58高等計算機網(wǎng)絡與安全高等計算機網(wǎng)絡與安全58/10358/103五五. .數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方法 差分曼徹斯特（差分曼徹斯特（Difference ManchesterDifference Manchester）編碼）編碼：差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的一種改進，雖然差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的一種改進，雖然保留了曼徹斯特編碼作為保留了曼徹斯特編碼作為“自含時鐘編碼自含時鐘編碼”的優(yōu)點，的優(yōu)點， 其編碼原理如下圖所示，其中：每比特的中