1、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),（電子商務(wù)級） 信息工程系黃雪峰 二OO四第二學(xué)期,本講主要內(nèi)容：,數(shù)據(jù)通信基本概念 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標 數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 多路重用技術(shù),本講目標：,了解模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)幕驹?熟悉異步與同步通信的接口標準 掌握常用數(shù)據(jù)編碼及多路復(fù)用技術(shù),一、數(shù)據(jù)通信基本概念,數(shù)據(jù)通信：指兩點或者多點之間以二進制形式進行信息傳輸與交換的過程。 （一）信息、數(shù)據(jù)、信號 1、信息（Information）是客觀事物屬性和相互聯(lián)系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形式和運動狀態(tài)。 2、數(shù)據(jù)（Data）一般可以理解為“信息的數(shù)字化形式”或“數(shù)字化的信息形式”。狹義的“數(shù)據(jù)”通常是指具有一定數(shù)字

2、特性的信息，但在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被廣義地理解為在網(wǎng)絡(luò)中存儲、處理和傳輸?shù)亩M制數(shù)字編碼。,信 號,3、信號（Signal）簡單地講就是攜帶信息的傳輸介質(zhì)。在通信系統(tǒng)中我們常常使用的電信號、電磁信號、光信號、載波信號、脈沖信號、調(diào)制信號等術(shù)語就是指攜帶某種信息的具有不同形式或特性的傳輸介質(zhì)。 根據(jù)信號參量取值不同，信息可分為數(shù)字信號和模擬信號。,（二）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型,無論有線通信還是無線通信，為完成通信任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸介質(zhì)的構(gòu)成的總體，成為通信系統(tǒng)，其簡化了的模型如下：,信 道,1、信道：網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送和接收設(shè)備間用于傳輸信號的介質(zhì)。 物理信道：一條物理傳輸介質(zhì)。 邏輯信道

3、：實現(xiàn)信息傳送的一條具體的信息通道。 *通常一條物理信道只能作一條邏輯信道實現(xiàn)一個連接（例如電話）。但是采用多路復(fù)用技術(shù)可實現(xiàn)一條物理信道上同時實現(xiàn)多個邏輯連接。（例有線電視）,帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率,2、帶寬：表示信道傳輸信號的能力，即可傳輸信號的最高頻率與最低頻率之差。信道帶寬越大，信道的容量越大，傳輸速率也越快。 3、數(shù)據(jù)傳輸速率：表示信道的傳輸能力，即每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)，為b/s,kb/s,mb/s等。,數(shù)據(jù)通信按通信中信號類型分數(shù)字通信和模擬通信。 *數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模變換后可在模擬信道上傳輸；模擬信號經(jīng)模數(shù)變換后也可在數(shù)字信道上傳輸。 *數(shù)字通信的優(yōu)點： 抗干擾能力強。 便于加密，實現(xiàn)保密

4、通信 易于實現(xiàn)集成化，減小通信設(shè)備體積、功耗。 易于存儲、處理、交換等。 缺點：占更寬的頻帶。,2、數(shù)字通信,通信系統(tǒng)實例,3、調(diào)制解調(diào) 調(diào)制（編碼）：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適合于傳輸?shù)臄?shù)字或者模擬信號的過程。 解調(diào)（解碼）：將信道中傳輸?shù)臄?shù)字或者模擬信號轉(zhuǎn)換成傳輸前的數(shù)字信號的過程。,4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)關(guān)鍵任務(wù),（1）接口規(guī)范 （2）同步 （3）傳輸系統(tǒng)利用率 （4）差錯檢測和校驗,（5）災(zāi)難恢復(fù) （6）尋址和路由 （7）網(wǎng)絡(luò)安全 （8）網(wǎng)絡(luò)管理,二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要質(zhì)量指標,數(shù)據(jù)通信的主要指標是有效性和可靠性 有效性：是傳輸一定的信息量所消耗的信道資源（帶寬和時間） 可靠性：是指接受信息的準確程度

5、 有效性和可靠性通常是矛盾的，只能根據(jù)需要及技術(shù)發(fā)展水平盡可能取得適當(dāng)統(tǒng)一。,1、模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標,（1）有效性：有效傳輸帶寬。寬度越窄，有效性越好。 （2）可靠性：接收端最終的輸出信噪比（信號功率和傳輸引入的噪聲功率的比值）。信噪比越大，通信質(zhì)量越高。,2、數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標,數(shù)字通信的有效性用傳輸速率衡量，可靠性用差錯率（誤碼率）衡量。 （1）傳輸速率：單位時間內(nèi)傳送的信息量。 波特率（碼元速率）：單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為碼元/秒，簡記Bd，屬于調(diào)制速率。 比特率（信息速率）：單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚瑔挝粸閎it/s(比特/秒)，簡記bps，屬于信息量單位。,波特率和比特率

6、的區(qū)別,波特率是碼元信息量單位，說明每秒傳輸多少碼元。 比特率是信息量單位，說明每秒傳輸多少位信息。 信息傳輸速率（比特/秒）和碼元傳輸速率（波特）在數(shù)量是存在一定的關(guān)系。一個二進制碼元的信息量為1bit，兩者相等。一個碼元帶有n個bit的信息量，則MB的碼元傳輸速率所對應(yīng)的信息傳輸速率為M*n bps。,（2）差錯率（誤碼率）：二進制碼元被傳輸出錯的概率。假設(shè)傳輸總的二進制碼元為N，被傳錯的碼元數(shù)為Ne，誤碼率為Ps。 Ps= Ne/N 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，誤碼率要求低于10-6 （3）誤比特率Pb=錯誤比特數(shù)/傳輸?shù)目偙忍財?shù) *差錯率越小，通信的可靠性越高。,三、數(shù)據(jù)編碼技術(shù),數(shù)據(jù)與信號之間有

7、四種可能的組合來滿足數(shù)據(jù)傳輸方法的需要。 數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字信號 數(shù)字數(shù)據(jù)模擬信號 模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號 模擬數(shù)據(jù)模擬信號,（一）、數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼,1、數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸采用基帶傳輸方式。 2、基帶：計算機中矩形肪沖信號的固有頻帶 。相應(yīng)的脈沖信號稱為數(shù)字基帶信號。 3、基帶傳輸：直接傳輸基帶信號的傳輸方式 使用范圍：傳輸距離比較短的場合,4、基帶傳輸種編碼方式,（1）不歸零制：用高電平（正電壓）表示，用低電平（負電壓）表示。 缺點： 難以判斷一位的結(jié)束和另一位的開始 連續(xù)傳送0或者1，那么在單位時間內(nèi)將產(chǎn)生累積的支流分量，能使設(shè)備連接點產(chǎn)生電腐蝕或者損壞。,（2）曼徹斯特編碼：是一種自同步

8、編碼方式，包括數(shù)據(jù)信息和時鐘信息。 方法：將每一個碼元再分成兩個相等的間隔，碼元1前一間隔為高電平后一間隔為低電平；碼元0前一間隔為低電平，后一間隔為高電平。 優(yōu)點：接收端易接收同步信號，同時可根據(jù)信號判斷是否違例（出錯）。缺點：所占頻帶寬度比原始信號增加一倍。應(yīng)用：以太網(wǎng),（3）差分曼徹斯特編碼： 編碼規(guī)則是：若碼元為1，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平一樣；但若碼元為0，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相反。不論碼元是或，在每個碼元的正中間時刻，一定要有一次電平的轉(zhuǎn)換。 優(yōu)缺點：差分曼徹斯特編碼需要較復(fù)雜的技術(shù)，但可以獲得較好的抗干擾性能。 應(yīng)用：令牌環(huán)

9、網(wǎng),（二）數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼,通過調(diào)制振幅、頻率和相位等載波特性或者這些特性的某種組合，來對數(shù)字數(shù)據(jù)進行編碼。最基本的數(shù)字數(shù)據(jù)模擬信號調(diào)制方式有以下三種。 （1）幅移鍵控方式 （2）頻移鍵控方式 （3）相移鍵控方式,對基帶數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法,（三）模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼,脈沖編碼調(diào)制（PCM）是波形編碼中最重要的一種方式。現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)大多采用這一體制。,（四）模擬信號的模擬信號調(diào)制,模擬電信號通過調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、加壓等方式將信號放大后傳輸 模擬電信號通過轉(zhuǎn)換成無線電波傳輸,四、多路復(fù)用技術(shù),（一）、頻分多路復(fù)用（FDM）：即將信道的可用頻帶（帶寬）按頻率分割多路信號的方法劃分為

10、若干互不交疊的頻段，每路信號占據(jù)其中一個頻段，從而形成許多個子信道；在接收端用適當(dāng)?shù)臑V波器將多路信號分開，分別進行解調(diào)和終端處理，這種技術(shù)稱為頻分多路復(fù)用。,頻分多路復(fù)用優(yōu)缺點,優(yōu)點：信道利用率高，允許服用的路數(shù)多，分路方便，頻帶寬度越大，可容納用戶數(shù)越多。 缺點：設(shè)備復(fù)雜，需要大量調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備，而且需要接收端提供相干載波；由于傳輸過程中的失真及信號干擾易串音。 典型用途有線電視信號傳輸，ADSL連接的信號傳輸。,（二）時分多路復(fù)用,時分多路復(fù)用（TDM）:是將多路信號按一定的時間間隔相間傳送以在一條傳輸線上實現(xiàn)“同時”傳送信號的技術(shù)。,TDM原理,FDM與TDM區(qū)別,TDM適用于數(shù)字信號，F(xiàn)DM適用于模擬信號 TDM在時域上各路信號是分割開的，但在頻區(qū)域上是是混疊在一起的。 FDM在頻域上各路信號是分割開的，但在時域上各路信號是混疊在一起的。 TDM信號形成和分離可通過數(shù)字電路實