单击此处编辑母版,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第3讲 数据通信基础(2),第3讲 数据通信基础（2）,课时授课计划,课 程 内 容,内容：,调制与编码技术,多路复用技术,物理层模型,物理层接口标准举例,目的与要求：,掌握调制和解调技术、编码与解码技术；,掌握多路复用技术；,了解物理层接口标准；,重点与难点：,重点：调制与编码技术、多路复用技术；,难点：多路复用技术课堂讨论：,数据如何用电信号表示？,信号如何传输？,现代教学方法与手段：,投影,PowerPoint幻灯课件,复习（提问）：,通信系统模型,？,带宽和传输速率？,第2章 数据通信基础,2.3传输技术,2.4 物理层接口技术,传输技术,模拟传输与数字传输,数字调制技术,模拟信号的脉冲调制,数字信号的编码技术,多路复用技术,频分复用技术,时分复用技术,波分复用技术,不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理数据：模拟数据、数字数据,信号：模拟信号、数字信号,信道：模拟信道、数字信道,模拟传输和数字传输,话音,模拟传输,模拟,数字,模拟,模拟,CODEC,数字,数字,数字编码,数字,模拟数据，模拟信号,数字数据，模拟信号,数字数据，数字信号,模拟数据，数字信号,1010,1010,Modem,Encoder,Decoder,Modulator,Demodulator,数字或,模拟,数字或,模拟,数字信号,模拟信号,g(t),m(t),p,x(t),s(t),g(t),m(t),数字或,模拟,数字或,模拟,P,调制参数,编码,调制,编码和调制,用数字信号承载数字或模拟数据编码,用模拟信号承载数字或模拟数据调制,数字信号的调制编码,三种常用的调制技术,：1）幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅 2）频移键控FSK(Frequency Shift Keying)，调频 3）相移键控PSK(Phase Shift Keying)，调相基本原理：,用数字信号对载波的不同参量进行调制,。
载波 S(t)=A cos(,t+,),S(t)的参量包括：,幅度A,、,频率,、,相位,调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,ASK调幅,FSK调频,PSK调相,-,+,开关1,开关2,运算放大器,输出,FSK调制,原,原理图,不归零制(,NRZ，Non-Returnto Zero),二进制数字0、1分别,用,用两种电平,来,来表示常用5V,表,表示1，5V表示0,缺点：存在,直,直流分量，,传,传输中不能,使,使用变压器,；,；,不具备自同,步,步机制，必,须,须使用外同,步,步曼彻斯特编,码,码(,Manchestercode),用电压的变,化,化表示0和1数字数据的,数,数字信号编,码,码,规定在,每个码元的,中,中间,发生跳变：,高 低的,跳,跳变0,，,，低高的,跳,跳变1,每个码元,中,中间都要发,生,生跳变，接,收,收端可将此,变,变化提取出,来,来作为同步,信,信号，使接,收,收端的时钟,与,与发送设备,的,的时钟保持,一,一致曼彻斯特编,码,码也称为自同步码（Self-Synchronizing Code）它具有自,同,同步机制，,无,无需外同步,信,信号。
缺点：需要,双,双倍的传输,带,带宽（即信,号,号速率是数,据,据速率的2,倍,倍）差分曼彻斯,特,特编码(Differential,Manchestercode),与,曼彻斯特编,码,码相同，,在每个码元,的,的中间，信,号,号都会发生,跳,跳变；不同,之,之处在于：,用在码元开,始,始处有无跳,变,变来表示0,和,和1,：,码元开始处,有,有跳变0,码元开始处,无,无跳变1,三种数字编,码,码的波形图,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,NRZ,Manchester,差分Manchester,4B/5B,编,编码,：,采用NRZI方式用5,位,位信号传4,位,位信息（信,号,号与时钟同,步,步传）,利用率提高,至,至80%5位信号的,剩,剩余部分可,用,用于控制，00000-线路断，11111-线路空，00100-中止,4B/5B,编,编码,(解决连续0问题：头02,尾03),4位数据符号,5位编码,0000,11110,0001,01001,0010,10100,0011,10101,0100,01010,0101,01011,0110,01110,0111,01111,4位数据符号,5位编码,1000,10010,1001,10011,1010,10110,1011,10111,1100,11010,1101,11011,1110,11100,1111,11101,模拟信号的,脉,脉码调制,奈奎斯特定理,（,（采样定理,）,）：,如果连续变,化,化的模拟信,号,号最高频率,为,为F，若以2F的采样,频,频率对其采,样,样，则采样,得,得到的离散,信,信号序列就,能,能完整地恢,复,复出原始信,号,号。
语音信号要,在,在数字线路,上,上传输，必,须,须将语音信,号,号转换成数,字,字信号这,需,需要经过三,个,个步骤：,1）采样,按一定间,隔,隔对语音信,号,号进行采样,2）量化,对每个样,本,本舍入到量,化,化级别上,3）编码,对每个舍,入,入后的样本,进,进行编码,编码后的信,号,号称为PCM（Pulse Coded Modulation）,信,信号（脉码,调,调制信号）,模拟话音,采样时钟,PAM 信,号,号,PCM 信,号,号,采样电路,量化和编码,数字化声音,-话音信,道,道带宽 2倍,话,话音最大频,率,率),-量化级,数,数：256,级,级 (8,位,位二进制码,表,表示),-数据率,：,：8000,次,次/s*8bit=64Kb/s,每路PCM信号的速,率,率=64000bps,PCM转换,过,过程举例,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,原始信号,PAM脉冲,PCM 脉,冲,冲,（有量化误,差,差）,011100011011001100,PCM 输,出,出,PCM 转,换,换波形图,B,A,C,D,模拟话音,采样时钟,PAM 信,号,号,PCM 信,号,号,采样电路,量化和编码,数字化声音,A,B,C,D,多路复用技,术,术,复用多个信,息,息源共享一,个,个公共信道,为何要复用,？,？线路成本,DEMUX,复用器,解复用器,共享信道,MUX,复用类型,FDM(,频,频分复用),WDM(,波,波分复用,),TDM(,时,时分复用),频分复用,FrequencyDivision Multiplexing,原理：整个,传,传输频带被,划,划分为若干,个,个频率通道,，,，每个用户,占,占用一个频,率,率通道。
频,率,率通道之间,留,留有防护频,带,带CH2,CH1,CH3,原带宽,CH1,CH2,CH3,移频后带宽,MUX,CH1,CH2,CH3,带宽复用,f,适用于模拟,信,信号传输,时分复用,TimeDivision Multiplexing,原理：把时,间,间分割成小,的,的时间片，,每,每个时间片,分,分为若干个,通,通道（时隙,）,），每个,用,用户占用一,个,个通道传输,数,数据A2,A1,A3,原始信号,D2,D1,D3,数字化信号,MUX,复用后数据,时隙,1,2,3,4,D3,D2,D,1,适用于数字,信,信号传输,时间片,波分复用,WaveDivision Multiplexing,原理：整个,波,波长频带被,划,划分为若干,个,个波长范围,，,，每个用户,占,占用一个波,长,长范围来进,行,行传输F2,F1,F3,光谱,F1,F2,F3,共享光纤的,光,光谱,光纤2,光纤3,光纤1,共享光纤,采用无源设,备,备，更可靠,棱柱/衍射,光,光栅,统计(异步),TDMSTDM,TDM,的缺点：某,用,用户无数据,发,发送，其他,用,用户也不能,占,占用该通道,，,，将会造成,带,带宽浪费。
改进：统计,时,时分多路复,用,用（,STDM,），用户不,固,固定占用某,个,个通道，有,空,空槽就将数,据,据放入A,B,C,D,待发数据,t,1,t,2,t,3,A,1,B,1,C,1,D,1,C,2,D,2,A,2,B,2,周期1,周期2,同步 TDM,带宽浪费,A,1,B,1,C,2,B,2,周期1,周期2,统计TDM,可用带宽,系统A,变换器,系统B,反变换器,M,双绞线,接口,电-光,光-电,光纤,C,E,F,数据链路层,实,实体,物理实体,物理实体,物理实体,P,1,P,1,接口,M,F,E,C,物理媒体连,接,接,物理媒体连,接,接,与媒体接口,数据链路层,实,实体,系统连接的,实,实际环境,系统连接的,逻,逻辑环境（,物,物理层模型,）,）,物理层模型,物理层的作,用,用,尽可能屏蔽,传,传输媒体的,差,差异，透明,传,传送和接收,位,位流,物理层的主,要,要任务,确定与传输,媒,媒体的接口,的,的一些特性,：,：机械特性,、,、电气特性,、,、功能特性,和,和规程特性,物理层向数,据,据链路层提,供,供的服务,物理连接,物理服务,数,数据单元（PSDU）,：,：串行传输,方,方式、并行,传,传输方式,顺序化,故障报告,服务质量,参,参数,物理层接口,标,标准举例,EIA-RS-232C,RS-232C标准接,口,口只控制DTE与DCE之间的通,信,信,计算机,计算机,调制解调器,调制解调器,公共交换,电话网,DTE（数,据,据终端设备,）,）：,具,具有一,定,定数据处理,能,能力及收发,数,数据能力的,设,设备，如计,算,算机。
DCE（数,据,据电路端接,设,设备）：在DTE,和,和传输线路,之,之间提供信,号,号变换和编,码,码功能，并,负,负责建立、,保,保持和释放,数,数据链路的,连,连接，如MODEM,机械特,性,性：25针,插,插座,电气特,性,性：低于-3伏表示“1”，高,于,于4伏表示,“,“0”，最,大,大速率为20Kbps,最大,电缆长度为15米功能特,性,性：引脚信,号,号的含义，,如,如DTR表,示,示DTE通,电,电，DSR,表,表示DCE,通,通电,规程特,性,性：动作,的,的顺序,利用虚MOEM连接两,台,台计算机,DTE,DTE,1,1,保护地,2,2,3 R,3,6,5,4,22 RI,20 DTR,8 CD,7 CR,6 DSR,5 CTS,4 RTS,22,20,8,7,T,物理层的设,备,备与组件,主动(需,要,要电源),-调制解调,器,器,-中继器,-集线器,被动(不需,要,要外电源),线缆,连接头,连接座,接线面板,转换器,RJ-45,连,连接头/,座,座,RJ-45,是,是英文,R,egistered,J,ack-45的缩写用于UTP,线,线缆的连接,可减少噪声,，,，反射和机,械,械可靠性问,题,题,接线面板（Patch Panels）,RJ-45,座,座的组合,，,，常见的有12，24,and48 口.,转换器,接收器和发,送,送器的组合,。
用于不同物,理,理接口或传,输,输介质间的,转,转换,转换器应用,示,示例,Fiber,Cat 5UTP,中继器,物理信号的,放,放大与再生,“单进单出,”,”形式,中继器使用,举,举例,集线器,多端口中继,器,器,典型的端口,数,数为,4,8,或,24,对物理信号,进,进放大与再,生,生,起到线缆集,中,中器的作用,，,，所以又称,集,集线器,提高了物理,连,连接的可靠,性,性,Hub使用,举,举例,The Cloud,关于物理层,设,设备和组件,的,的评论,只关注原始,比,比特流的传,送,送，即物理,信,信号的传输,其不关心,也,也不认识。
