第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)第3講

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)（2）課時授課計劃課

程 內(nèi)

容第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)內(nèi)容：調(diào)制與編碼技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)物理層模型物理層接口標(biāo)準(zhǔn)舉例目的與要求：掌握調(diào)制和解調(diào)技術(shù)、編碼與解碼技術(shù)；掌握多路復(fù)用技術(shù)；了解物理層接口標(biāo)準(zhǔn)；重點與難點：重點：調(diào)制與編碼技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)；難點：多路復(fù)用技術(shù)。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)課堂討論：數(shù)據(jù)如何用電信號表示？信號如何傳輸？現(xiàn)代教學(xué)方法與手段：投影PowerPoint幻燈課件復(fù)習(xí)（提問）：

通信系統(tǒng)模型？帶寬和傳輸速率？第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)第2章

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.3傳輸技術(shù)2.4物理層接口技術(shù)第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)傳輸技術(shù)模擬傳輸與數(shù)字傳輸數(shù)字調(diào)制技術(shù)模擬信號的脈沖調(diào)制數(shù)字信號的編碼技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用技術(shù)時分復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種組合，每一種相應(yīng)地需要進行不同的編碼處理。數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)信號：模擬信號、數(shù)字信號信道：模擬信道、數(shù)字信道第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)模擬傳輸和數(shù)字傳輸話音模擬傳輸CODEC模擬

模擬

數(shù)字數(shù)字編碼數(shù)字數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，模擬信號

模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號數(shù)字1010數(shù)字

模擬1010Modem第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)DecoderDemodulator數(shù)字信號模擬信號g(t)px(t)s(t)m(t)數(shù)字或模擬數(shù)字或模擬P—調(diào)制參數(shù)編碼g(t)Encoder數(shù)字或模擬調(diào)制m(t)Modulator數(shù)字或模擬編碼和調(diào)制用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)數(shù)字信號的調(diào)制編碼三種常用的調(diào)制技術(shù)：1）幅移鍵控ASK(Amplitude

Shift

Keying)，調(diào)幅

2）頻移鍵控FSK(Frequency

Shift

Keying)，調(diào)頻

3）相移鍵控PSK(Phase

Shift

Keying)，調(diào)相基本原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進行調(diào)制。載波

S(t)

=

A

cos

(

t+

)S(t)的參量包括：

幅度A、頻率

、相位

調(diào)制就是要使這三個參量隨數(shù)字基帶信號的變化而變化第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0ASK調(diào)幅FSK調(diào)頻

PSK調(diào)相第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)-+開關(guān)1開關(guān)2運算放大器輸出FSK調(diào)制原理圖第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)不歸零制

NRZ，Non-Return

to

Zero)二進制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示。常用－5V表示1，＋5V表示0。缺點：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機制，必須使用外同步。曼徹斯特編碼用電壓的變化表示0和1。數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變：高→低的跳變——0，低→高的跳變——1∵每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與發(fā)送設(shè)備的時鐘保持一致。∴曼徹斯特編碼也稱為自同步碼（Self-Synchroniz。它具有自同步機制，無需外同步信號。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)差分曼徹斯特編碼(Differential

Manchester

cod與曼徹斯特編碼相同，在每個碼元的中間，信號都會發(fā)生跳變；不同之處在于：用在碼元開始處有無跳變來表示0和1：碼元開始處有跳變——0碼元開始處無跳變——1第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)三種數(shù)字編碼的波形圖第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)4B/5B編碼：采用NRZI方式用5位信號傳4位信息（信號與時鐘同步傳）利用率提高至80%。5位信號的剩余部分可用于控制，00000-線路斷，11111-線路空，00100-中止第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)(解決連續(xù)0問題：頭0<2,尾0<3)4B/5B編碼4位數(shù)據(jù)符號5位編碼0000111100001010010010101000011101010100010100101010110110011100111011114位數(shù)據(jù)符號5位編碼100010010100110011101010110101110111110011010110111011111011100111111101第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)模擬信號的脈碼調(diào)制奎斯特定理（采樣定理）：如果連續(xù)變化的模擬信號最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對其采樣，則采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個步驟：采樣——按一定間隔對語音信號進行采樣量化——對每個樣本舍入到量化級別上編碼——對每個舍入后的樣本進行編碼第3講數(shù)據(jù)模擬話音編碼后的信號稱為PCM（Pulse

Coded

Modulat通i信o基n）礎(chǔ)信(信2)號（脈碼調(diào)制信號）采樣時鐘

PAM

信號

PCM

信號采樣電路量化和編碼數(shù)字化聲音--話音信道帶寬<4KHz--采樣時鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)--量化級數(shù)：256級(8位二進制碼表示)--數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信號的速率=64000bps第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)PCM轉(zhuǎn)換過程舉例3.23.92.83.41.24.2343314100原始信號PAM脈沖PCM脈沖（有量化誤差）011

100

011

011

001011100011011001100PCM輸出第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)PCM轉(zhuǎn)換波形圖C模擬話音AB采樣時鐘PCM

信號PAM

信號采樣電路

量化和編碼數(shù)字化聲音DABCD第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)多路復(fù)用技術(shù)復(fù)用——多個信息源共享一個公共信道為何要復(fù)用？線路成本DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)復(fù)用類型FDM(頻分復(fù)用)WDM(波分復(fù)用)TDM(時分復(fù)用)第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)頻分復(fù)用FrequencyDivision

Multiplexing

原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每個用戶占用一個頻率通道。頻率通道之間留有防護頻帶CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1

CH2

CH3帶寬復(fù)用f適用于模擬信號傳輸?shù)?講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)時分復(fù)用Time

DivisionMultiplexing

原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個通道（時隙），每個用戶占用一個通道傳輸數(shù)據(jù)A2A1

D1A3原始信號 數(shù)字化信號D2D3MUX復(fù)用后數(shù)據(jù)時隙1

2

34D2

D3D1適用于數(shù)字信號傳輸時間片第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)波分復(fù)用Wave

DivisionMultiplexing

原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每個用戶占用一個波長范圍來進行傳輸。F2F1F3光譜F1

F2

F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖采用無源設(shè)備，更可靠棱柱/衍射光柵第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)統(tǒng)計(異步)TDM—STDM

TDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該通道，將會造成帶寬浪費。改進：統(tǒng)計時分多路復(fù)用（STDM），用戶不固定占用某個通道，有空槽就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1

t2

t3A1

B1周期1周期2同步TDM帶寬浪費C1

D1

A2

B2

C2

D2C2統(tǒng)計TDMA1

B1

B2周期1周期2可用帶寬第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)系統(tǒng)A系統(tǒng)BM雙絞線光纖CE變換器接口

電-->光F反變換器光-->電數(shù)據(jù)鏈路層實體物理實體P1P1物理實體

物理實體E

F接口M

C物理媒體連接物理媒體連接與媒體接口數(shù)據(jù)鏈路層實體系統(tǒng)連接的實際環(huán)境系統(tǒng)連接的邏輯環(huán)境（物理層模型）物理層模型第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)物理層的作用盡可能屏蔽傳輸媒體的差異，透明傳送和接收位流物理層的主要任務(wù)確定與傳輸媒體的接口的一些特性：機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性物理層向數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)物理連接物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）：串行傳輸方式、并行傳輸方式順序化故障報告服務(wù)質(zhì)量參數(shù)第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)物理層接口標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA-RS-232CRS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口只控制DTE與DCE之間的通信調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器公共交換電話網(wǎng)計算機具有一定數(shù)據(jù)處理能力及收發(fā)數(shù)計算機DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）：據(jù)能力的設(shè)備，如計算機。DCE（數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備）：在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼功能，并負責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接，如MODEM第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)機械特性：25針插座電氣特性：低于-3伏表示“1”，高于4伏表示“0”，最大速率為20Kbps,最大電纜長度為15米。功能特性：引腳信號的含義，如DTR表示DTE通電，DSR表示DCE通電規(guī)程特性：動作的順序第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)利用虛MOEM連接兩臺計算機DTEDTE22

RI227

CR78

CDTR820

D201保護地12

T23

R34

RTS45

CTS56

DSR6第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)物理層的設(shè)備與組件主動(需要電源)-調(diào)制解調(diào)器-中繼器-集線器

被動(不需要外電源)線纜

連接頭連接座接線面板轉(zhuǎn)換器第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)RJ-45連接頭/座RJ-45是英文Registered

Jack-45的縮寫。用于UTP線纜的連接可減少噪聲，反射和機械可靠性問題第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)接線面板（

Patch

Panels）

RJ-45座的組合，常見的有12，24,and48口.第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)轉(zhuǎn)換器接收器和發(fā)送器的組合。用于不同物理接口或傳輸介質(zhì)間的轉(zhuǎn)換第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用示例FiberCat

5

UTP第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)中繼器物理信號的放大與再生“單進單出”形式第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)中繼器使用舉例第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)集線器多端口中繼器典型的端口數(shù)為4,8,或24對物理信號進放大與再生起到線纜集中器的作用，所以又稱集線器提高了物理連接的可靠性通信基第3講數(shù)據(jù)礎(chǔ)(2)The

CloudHub使用舉例第3講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(2)關(guān)于物理層設(shè)備和組件的評論只關(guān)注原始比特流的傳送，即物理信