计算机网络技术基础第2章-数据通信基础课件.ppt

1、训教训教重点重点n 数据通信技术n 数据传输形式n 多路复用技术能力能力目标目标n 掌握数据通信的基本知识n 掌握数据通信技术n 掌握数据传输的几种形式n 掌握复用技术2.1 数据通信系统 数据通信是指建立在特定通信协议的基础上，利用各种数据传输技术，以数据通信是指建立在特定通信协议的基础上，利用各种数据传输技术，以实现在长距离的通信终端（计算机实现在长距离的通信终端（计算机-计算机、计算机计算机、计算机-数据终端、数据终端数据终端、数据终端-数据数据终端）之间传递数据信息。终端）之间传递数据信息。对一个通信系统来说都必须具备三个基本要素，即信源、信宿和通信媒体。其中，对一个通信系统来说都必须

2、具备三个基本要素，即信源、信宿和通信媒体。其中，信源，字面的意思就是信息的源头，一般是指在通信过程中产生和发送信息的设备或信源，字面的意思就是信息的源头，一般是指在通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。信宿，是相对于信源而言的，是通信过程中接收和处理信息的设备。计算机。信宿，是相对于信源而言的，是通信过程中接收和处理信息的设备。通信媒体是指以传输介质为基础的数据信号通道，具体指信源和信宿之间的传输通信媒体是指以传输介质为基础的数据信号通道，具体指信源和信宿之间的传输线路和传输设备，可以是一种通信媒体或几种不同的通信媒体连接而成。线路和传输设备，可以是一种通信媒体或几种不同的通信媒体连接而成。

3、2.1.1 通信系统的基本要素2.1 数据通信系统 数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分布在各处的数据终端设备连数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分布在各处的数据终端设备连接起来，执行数据传输功能的系统。接起来，执行数据传输功能的系统。一个数据通信系统由源系统（或发送端）、数据传输系统（或传输网络）和目的系统一个数据通信系统由源系统（或发送端）、数据传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端）三部分组成。（或接收端）三部分组成。2.1.2 数据通信系统模型2.1 数据通信系统 源系统一般包括信源和发送器。源系统一般包括信源和发送器。发送器：信源发送的数据要通过发送器

4、编码后才能够在传输系统中进行传输。发送器发送器：信源发送的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。发送器把源点所要发送的数据转换成适合于在信道上传输的信号。把源点所要发送的数据转换成适合于在信道上传输的信号。目的系统一般包括接收器和信宿。目的系统一般包括接收器和信宿。接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的系统处理的信息。接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的系统处理的信息。接收器把从信道上接收的信号转换成终点所能识别的数据。接收器把从信道上接收的信号转换成终点所能识别的数据。信源和信宿分别是数据的出发点和目的地，是各种类型的计算机或终端，它们又

5、被称信源和信宿分别是数据的出发点和目的地，是各种类型的计算机或终端，它们又被称为数据终端设备为数据终端设备(Data Terminal Equipment(Data Terminal Equipment，简称简称DTE)DTE)。DTEDTE通常属于资源子网的设备，通常属于资源子网的设备，如资源子网中的计算机、数据输入如资源子网中的计算机、数据输入/输出设备和通信处理机等。输出设备和通信处理机等。2.1 数据通信系统2.1.2 数据通信系统模型 发送器和接收器又称为数据电路端接设备发送器和接收器又称为数据电路端接设备(Data Circuit-terminating Equipment(Dat

6、a Circuit-terminating Equipment，简称简称DCE)DCE)。DCEDCE为为DTEDTE提供了入网的连接点，通常被认为是通信子网中的设备，如调制解调提供了入网的连接点，通常被认为是通信子网中的设备，如调制解调器（器（ModemModem）。）。DCE DCE介于数据终端设备（介于数据终端设备（DTEDTE）和通信媒体之间，主要作用是实现信号的变换与编码、）和通信媒体之间，主要作用是实现信号的变换与编码、解码。解码。DCEDCE还有向还有向DTEDTE发送时钟信号的功能，确保与发送时钟信号的功能，确保与DTEDTE信号同步。传输系统是连接源系统信号同步。传输系统是连

7、接源系统和目的系统的传输线路或通信网络。和目的系统的传输线路或通信网络。2.1 数据通信系统2.1.2 数据通信系统模型 1.信息、数据和信号 信息，是人们对客观世界的认识和反映，以不同形式表达的知识；是通过物质载体所信息，是人们对客观世界的认识和反映，以不同形式表达的知识；是通过物质载体所发出的消息、情报、指令、数据、信号中所包含的一切可传递和交换的知识内容。发出的消息、情报、指令、数据、信号中所包含的一切可传递和交换的知识内容。数据，一般可以理解为数据，一般可以理解为“信息的数字化形式信息的数字化形式”或或“数字化的信息形式数字化的信息形式”，即为信息的，即为信息的载体。可以是数字、文字、

8、声音、图形与图像等多种不同形式。在计算机网络系统中，数载体。可以是数字、文字、声音、图形与图像等多种不同形式。在计算机网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码，较熟悉的数据编码据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码，较熟悉的数据编码系统有系统有EBCDICEBCDIC和和ASCIIASCII码。数据可分为模拟数据和数字数据两大类。码。数据可分为模拟数据和数字数据两大类。2.1 数据通信系统2.2.1 数据和信号 信号（信号（SignalSignal），是数据在传输过程中的电磁波表示形式。它使数据能以适当的形），是数据在传输过程中的电磁波表

9、示形式。它使数据能以适当的形式在传输介质上传输。对应于模拟数据和数字数据式在传输介质上传输。对应于模拟数据和数字数据,信号也可分为模拟信号和数字信号。信号也可分为模拟信号和数字信号。信息、数据、信号三者之间的关系：信息、数据、信号三者之间的关系：2.2 数据通信的基本概念2.2.1 数据和信号 数据是信息的载体，是客观事物的具体表现和对真实世界的数据是信息的载体，是客观事物的具体表现和对真实世界的反映，是信息的符号表达。信息是对数据加工、处理的结果，是反映，是信息的符号表达。信息是对数据加工、处理的结果，是对数据内容的解释。信号是数据在通信系统传输过程中的表示形对数据内容的解释。信号是数据在通

10、信系统传输过程中的表示形式或电子编码，即数据以信号的形式在介质中传播。式或电子编码，即数据以信号的形式在介质中传播。2.模拟数据和数字数据 模拟数据是在某个区间内连续变化的值，例如声音和视频都是振幅连续变化的波形，又模拟数据是在某个区间内连续变化的值，例如声音和视频都是振幅连续变化的波形，又如温度和压力都是连续变化的值。如温度和压力都是连续变化的值。数字数据是离散的值，例如文本信息和整数。数字数据是离散的值，例如文本信息和整数。3.模拟信号和数字信号 按其因变量对时间的取值是否连续被分为模拟信号和数字信号。按其因变量对时间的取值是否连续被分为模拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化的电流、

11、电压或电磁波，可以利用其某个分量（振幅、频率模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波，可以利用其某个分量（振幅、频率或相位）来表示要传输的数据。或相位）来表示要传输的数据。2.2 数据通信的基本概念2.2.1 数据和信号 模拟信号可以用以下三个部分来描述模拟信号可以用以下三个部分来描述:（1 1）振幅）振幅:用来表示信号波形变化的大小。用来表示信号波形变化的大小。（2 2）频率）频率:用来表示每秒内波形重复的次数用来表示每秒内波形重复的次数,单位为单位为Hz(Hz(次次/秒）。秒）。（3 3）相位）相位:用来表示波形在单一周期内的时间位置。用来表示波形在单一周期内的时间位置。数字信号是指信

12、号的因变量不随时间连续变化，通常表现为离散的脉冲形式，可以数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化，通常表现为离散的脉冲形式，可以利用其某一瞬间的状态来表示要传输的数据。计算机产生的电信号用两种不同的电平表利用其某一瞬间的状态来表示要传输的数据。计算机产生的电信号用两种不同的电平表示示0 0和和1 1。2.2 数据通信的基本概念2.2.1 数据和信号 2.2 数据通信的基本概念2.2.1 数据和信号 4.信道 信道是指传输信息的通路。信道是指传输信息的通路。5.带宽 带宽是指在固定的时间内可传输的数据量，也指在传输信道中可以传递数据的能力。带宽是指在固定的时间内可传输的数据量，也指在传输信道中

13、可以传递数据的能力。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。在通信线路上传信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。在通信线路上传输模拟信号时，将通信线路允许通过的信号频带范围称为线路的带宽（或频宽）；在通输模拟信号时，将通信线路允许通过的信号频带范围称为线路的带宽（或频宽）；在通信线路上传输数字信号时，带宽就等同于数字信道所能传送的信线路上传输数字信号时，带宽就等同于数字信道所能传送的“最高数据率最高数据率”。信道的带宽大，信道的容量也大，其传输速率相应也高。信道的带宽大，信道的容量也大，其传输速率相应也高。2.2 数据通信的基本概念2.2.1 数据

14、和信号 1.数据传输速率 数据传输速率有两种度量单位：波特率和比特率。数据传输速率有两种度量单位：波特率和比特率。（1 1）波特率）波特率 波特率又称为波形速率或码元速率，指在数据通信系统中，线路上每秒传送的波形个波特率又称为波形速率或码元速率，指在数据通信系统中，线路上每秒传送的波形个数，其单位是数，其单位是“波特波特”（BaudBaud）。所谓码元是指时间轴上的一个信号编码单元。）。所谓码元是指时间轴上的一个信号编码单元。设一个波形的持续周期为设一个波形的持续周期为T T，则波特率，则波特率B B可以由下式给出：可以由下式给出：2.2 数据通信的基本概念2.2.2 数据通信中的主要技术指标

15、 B=1/T（波特）（波特）（2 2）比特率）比特率 比特率又称为信息速率，或数据传输率，简称数据率，是指每秒钟能传输的二进制比特率又称为信息速率，或数据传输率，简称数据率，是指每秒钟能传输的二进制信息位数，单位为位信息位数，单位为位/秒（秒（b/sb/s），记作），记作bpsbps。数据传输速率的计算公式为：。数据传输速率的计算公式为：式中：式中：NN表示一个数字脉冲信号所能表示的有效离散值的个数。表示一个数字脉冲信号所能表示的有效离散值的个数。2.信道容量 信道容量表征一个信道传输数据的能力，单位也是位信道容量表征一个信道传输数据的能力，单位也是位/秒（秒（bpsbps）。）。2.2 数据

16、通信的基本概念2.2.2 数据通信中的主要技术指标 S=Blog2N （1 1）奈奎斯特定理）奈奎斯特定理 如果一个任意的信号通过带宽为如果一个任意的信号通过带宽为H H的低通滤波器，那么每秒采样的低通滤波器，那么每秒采样2H2H次就能完整地重次就能完整地重现通过这个滤波器的信号。以每秒高于现通过这个滤波器的信号。以每秒高于2H2H次的速度对此线路采样是无意义的，其高频分次的速度对此线路采样是无意义的，其高频分量已经被滤波器滤除，无法恢复，这就是奈奎斯特定理。奈奎斯特首先给出了无噪声情量已经被滤波器滤除，无法恢复，这就是奈奎斯特定理。奈奎斯特首先给出了无噪声情况下调制速率的极限值与信道带宽的关

17、系：况下调制速率的极限值与信道带宽的关系：其中，其中，H H表示信道带宽表示信道带宽,也称频率范围也称频率范围,即信道能传输的上、下限频率的差值，单位为即信道能传输的上、下限频率的差值，单位为HzHz。2.2 数据通信的基本概念2.2.2 数据通信中的主要技术指标 B=2H（Baud）表征信道数据传输能力的奈奎斯特公式：表征信道数据传输能力的奈奎斯特公式：N N仍然表示携带数据的码元可能取的离散值的个数，仍然表示携带数据的码元可能取的离散值的个数，C C即是该信道最大的数据传输速率。即是该信道最大的数据传输速率。如果噪声存在，那么这个理论值将大为降低。噪声通常以信号功率和噪声功率之比来如果噪声

18、存在，那么这个理论值将大为降低。噪声通常以信号功率和噪声功率之比来度量，称为信噪比。度量，称为信噪比。2.2 数据通信的基本概念2.2.2 数据通信中的主要技术指标 C=2Hlog2N（bps）（2 2）香农定理）香农定理 实际的信道总要受到各种噪声的干扰，香农定理把奈奎斯特定理进一步扩展到受随实际的信道总要受到各种噪声的干扰，香农定理把奈奎斯特定理进一步扩展到受随机噪声干扰的信道的情况，给出了计算信道容量的香农公式。对于任何带宽为机噪声干扰的信道的情况，给出了计算信道容量的香农公式。对于任何带宽为H H，信噪比，信噪比为为S/NS/N的信道，信道容量即最大传输率为：的信道，信道容量即最大传输

19、率为：由于实际使用的信道的信噪比都要足够大由于实际使用的信道的信噪比都要足够大,故常表示成故常表示成10lg(S/N10lg(S/N）,以分贝（以分贝（dBdB）为）为单位来计量，例如，信噪比为单位来计量，例如，信噪比为30 dB30 dB、带宽为、带宽为3 kHz3 kHz的信道的最大数据传输速率为：的信道的最大数据传输速率为：2.2 数据通信的基本概念2.2.2 数据通信中的主要技术指标 C=Hlog2（1+S/N）（）（bps）3.误码率 误码率误码率=接收出现差错的比特数（位数）总的发送比特数（位数）接收出现差错的比特数（位数）总的发送比特数（位数）4.时延 时延是指一个数据报文或分组

20、从一个网络（或一条链路）的一端传输到另一端所需的时延是指一个数据报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传输到另一端所需的时间。时间。（1 1）数据传输时延）数据传输时延 传输时延是指信号在介质信道中传输所需要的时间。其计算公式为：传输时延是指信号在介质信道中传输所需要的时间。其计算公式为：2.2 数据通信的基本概念2.2.2 数据通信中的主要技术指标 （2 2）数据发送时延）数据发送时延 发送时延是指发送一个完整的数据块所需要的时间，其计算公式为：发送时延是指发送一个完整的数据块所需要的时间，其计算公式为：（3 3）数据排队时延）数据排队时延 排队时延是指数据在各交换结点等待发送而在缓存的队

21、列中排队所需要的时间。排队时延是指数据在各交换结点等待发送而在缓存的队列中排队所需要的时间。排队时延的大小主要由当时网络中的通信量来决定。当网络中通信量过大时，还有排队时延的大小主要由当时网络中的通信量来决定。当网络中通信量过大时，还有可能造成队列溢出、数据丢失等情况。可能造成队列溢出、数据丢失等情况。2.2 数据通信的基本概念2.2.2 数据通信中的主要技术指标 数据总的时延为以上三种时延之和，即：数据总的时延为以上三种时延之和，即：5.吞吐量 吞吐量是指成功传输数据量的大小。吞吐量是指成功传输数据量的大小。2.2 数据通信的基本概念2.2.2 数据通信中的主要技术指标 1.并行通信 在并行

22、通信中，一般有在并行通信中，一般有N N个数据位同时在两台设备之间传输。在并行数据传输中所个数据位同时在两台设备之间传输。在并行数据传输中所使用的并行数据总线有不同的物理形式，但功能是相同的，例如：使用的并行数据总线有不同的物理形式，但功能是相同的，例如：（1 1）计算机内部的数据总线很多是直接是电路板的连线。）计算机内部的数据总线很多是直接是电路板的连线。（2 2）扁平带状电缆，如硬盘驱动器、软盘驱动器上使用的电缆。）扁平带状电缆，如硬盘驱动器、软盘驱动器上使用的电缆。（3 3）圆形屏蔽电缆，用于计算机与外设相连，如计算机与打印机相连的并行通信）圆形屏蔽电缆，用于计算机与外设相连，如计算机与

23、打印机相连的并行通信电缆，通常有屏蔽层以防干扰。电缆，通常有屏蔽层以防干扰。2.3 数据通信方式2.3.1 并行通信和串行通信 优点：传输速率快。优点：传输速率快。缺点：线路成本高，不易维修，易受干扰。缺点：线路成本高，不易维修，易受干扰。2.3 数据通信方式2.3.1 并行通信和串行通信 2.串行通信 在串行通信中，数据是一位一位地在通信线路上进行传输的。利于远程传输，所以广在串行通信中，数据是一位一位地在通信线路上进行传输的。利于远程传输，所以广泛用于远程数据传输中，通信网和计算机网络中的数据传输都是以串行传输方式进行的。泛用于远程数据传输中，通信网和计算机网络中的数据传输都是以串行传输方

24、式进行的。在网络中，数据的串、并行转换是由网卡负责的。在网络中，数据的串、并行转换是由网卡负责的。串行通信的优缺点如下：串行通信的优缺点如下：优点：架设方便，容易维护，线路成本低。优点：架设方便，容易维护，线路成本低。缺点：传输速率较慢。缺点：传输速率较慢。2.3 数据通信方式2.3.1 并行通信和串行通信 在串行通信中，为了节省信道，通常不能设立专用的控制信号线进行收发双方的数据在串行通信中，为了节省信道，通常不能设立专用的控制信号线进行收发双方的数据同步，必须在串行数据信道上传输的数据编码中解决此问题。在数据串行传输过程中，传同步，必须在串行数据信道上传输的数据编码中解决此问题。在数据串行

25、传输过程中，传输的是已编码的各种传输码型，接收到的是变化的电平信号，为了正确识别和恢复代码，输的是已编码的各种传输码型，接收到的是变化的电平信号，为了正确识别和恢复代码，必须解决以下问题：必须解决以下问题：（1 1）正确区分和识别每个比特（即每位）；）正确区分和识别每个比特（即每位）；（2 2）区分出每个代码（如一个）区分出每个代码（如一个ASCIIASCII码字符），即区分出每个代码的起始和结束位；码字符），即区分出每个代码的起始和结束位；（3 3）区分出完整的报文数据块（数据帧）的开始和结束位。）区分出完整的报文数据块（数据帧）的开始和结束位。2.3 数据通信方式2.3.2 同步传输和异步

26、传输 1.异步传输方式 在异步传输方式中，每次传送一个字符在异步传输方式中，每次传送一个字符(58(58位位)，都在每个字符代码前加一个起始位，都在每个字符代码前加一个起始位，表示该字符代码的开始。在字符和校验码后加一个停止位，表示该代码的结束。所以又表示该字符代码的开始。在字符和校验码后加一个停止位，表示该代码的结束。所以又称起止式同步，起始位编码为称起止式同步，起始位编码为“0”0”，持续，持续1 1位时间，停止位编码为位时间，停止位编码为“1”1”，持续，持续1 12 2位时位时间。当不发送数据时，发送端连续地发送停止码间。当不发送数据时，发送端连续地发送停止码“1”1”。接收端一旦接收

27、到从。接收端一旦接收到从“1”1”到到“0”0”信号跳变，便知道要开始新字符的发送，信号跳变，便知道要开始新字符的发送，2.3 数据通信方式2.3.2 同步传输和异步传输 起始位和结束位的作用是实现字符同步，字符之间的间距（时间）是任意的，即字符起始位和结束位的作用是实现字符同步，字符之间的间距（时间）是任意的，即字符间采用异步定时。间采用异步定时。异步通信设备易于安装，维护简单且价格便宜；但异步传输方式由于每一个字符都引异步通信设备易于安装，维护简单且价格便宜；但异步传输方式由于每一个字符都引入起始位和停止位，所以开销大、效率低、速率低，常用于低速传输入起始位和停止位，所以开销大、效率低、速

28、率低，常用于低速传输2.3 数据通信方式2.3.2 同步传输和异步传输 2.同步传输方式 同步传输方式以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间顺序相连，既无间隙也没有同步传输方式以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间顺序相连，既无间隙也没有插入位。收发双方的时钟信号与传输的每一位严格对应，以达到位同步。在开始发送一帧插入位。收发双方的时钟信号与传输的每一位严格对应，以达到位同步。在开始发送一帧数据前必须发送固定长度的帧同步字符，发送完数据后再发送帧终止字符，这样就实现了数据前必须发送固定长度的帧同步字符，发送完数据后再发送帧终止字符，这样就实现了字符和帧的同步，之后连续发送空白字符，直到发送下一

29、帧时重复上述过程，利用时钟的字符和帧的同步，之后连续发送空白字符，直到发送下一帧时重复上述过程，利用时钟的同步使发送和接收装置之间的定时不发生误差。同步使发送和接收装置之间的定时不发生误差。实现这种同步的方法可以分为外同步法和自同步法两种。实现这种同步的方法可以分为外同步法和自同步法两种。2.3 数据通信方式2.3.2 同步传输和异步传输 在外同步法中，接收端的同步信号事先由发送端传来，而不是自己产生也不是从信号在外同步法中，接收端的同步信号事先由发送端传来，而不是自己产生也不是从信号中提取出来的。即在发送数据之前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按中提取出来的。即在发送数据之前，

30、发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这个时钟脉冲频率和时序锁定接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同照这个时钟脉冲频率和时序锁定接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同步。然后向发送端发送准备接收的确认信息，发送端接收到确认信息后，开始发送数据。步。然后向发送端发送准备接收的确认信息，发送端接收到确认信息后，开始发送数据。2.3 数据通信方式2.3.2 同步传输和异步传输 自同步法是将定时信号包含在数据信号中发送，直接从数据波形本身中提取同步信号。自同步法是将定时信号包含在数据信号中发送，直接从数据波形本身中提取同步信号。典型的例子就是著名的曼彻斯特编码和差分

31、曼彻斯特编码。在这两种编码方法中都是将时典型的例子就是著名的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。在这两种编码方法中都是将时钟和数据包含在信号中，在传输代码信息时，也将时钟同步信号一起传输给对方，接收方钟和数据包含在信号中，在传输代码信息时，也将时钟同步信号一起传输给对方，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。与异步传输相比，同步传输的数据传输是整批的，比起异步通信一次一个字符传输，与异步传输相比，同步传输的数据传输是整批的，比起异步通信一次一个字符传输，效率更高。效率更高。2.3 数据通信方式2.3.2 同步传输和异步传输2.

32、3 数据通信方式2.3.3 数据通信模式 1.单工通信 所谓单工通信，是指传送的信息始终是一个方向的通信。听广播和看电视就是单工通所谓单工通信，是指传送的信息始终是一个方向的通信。听广播和看电视就是单工通信的例子。信的例子。2.半双工通信 所谓半双工通信，是指数据传输允许数据在两个方向上传输所谓半双工通信，是指数据传输允许数据在两个方向上传输,但是，在某一时刻，只允但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，因而半双工通信实际上是一种切换方向的单工通信。对讲机的许数据在一个方向上传输，因而半双工通信实际上是一种切换方向的单工通信。对讲机的通信就是半双工通信。通信就是半双工通信。3.全双工通信

33、 所谓全双工通信，是指数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此全双工通信是所谓全双工通信，是指数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。2.3 数据通信方式2.3.3 数据通信模式 模拟数据和数字数据中的任何一种数据都可以通过调制或编码的过程形成两种信号（模拟模拟数据和数字数据中的任何一种数据都可以通过调制或编码的过程形成两种信号（模拟和数字）中的任何一种信号。调制是用模拟信号承载数字或模拟数据。编码是用数字信号承载和数字）中的任何一

34、种信号。调制是用模拟信号承载数字或模拟数据。编码是用数字信号承载数字或模拟数据，即信息编码为信息用二进制数表示的方法。数字或模拟数据，即信息编码为信息用二进制数表示的方法。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 （1 1）模拟数据，模拟信号：采取电信号形式的模拟数据可以原封不动地传输出去，也）模拟数据，模拟信号：采取电信号形式的模拟数据可以原封不动地传输出去，也可以在较高频率下进行调制。可以在较高频率下进行调制。（2 2）模拟数据，数字信号：为了使模拟信号能在数字通信线路上传输，将模拟数据变）模拟数据，数字信号：为了使模拟信号能在数字通信线路上传输，将模拟数据变换成数字信号的方法，称为编码

35、。换成数字信号的方法，称为编码。（3 3）数字数据，模拟信号：利用调制器把数字数据变换成能在现有模拟线路上传输的）数字数据，模拟信号：利用调制器把数字数据变换成能在现有模拟线路上传输的模拟信号。模拟信号。（4 4）数字数据，数字信号：数字信号可以按照其原来形式通过数字通信线路进行传输，）数字数据，数字信号：数字信号可以按照其原来形式通过数字通信线路进行传输，也可以编码成不同类型的数字信号，即代表两个不同二进制值的数字信号。也可以编码成不同类型的数字信号，即代表两个不同二进制值的数字信号。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 1.模拟数据的模拟信号调制 最常用的两种调制技术是幅度调制（最常

36、用的两种调制技术是幅度调制（AMAM）和频率调制（）和频率调制（FMFM）。）。（1 1）幅度调制）幅度调制 幅度调制是一种载波的幅度会随着原始模拟数据的幅度变化而变化的技术。将接收到幅度调制是一种载波的幅度会随着原始模拟数据的幅度变化而变化的技术。将接收到的幅度调制信号进行解调，就可以恢复成原始的模拟数据。的幅度调制信号进行解调，就可以恢复成原始的模拟数据。（2 2）频率调制）频率调制 频率调制是一种高频载波的频率会随着原始模拟信号的幅度变换而变化的技术。频率调制是一种高频载波的频率会随着原始模拟信号的幅度变换而变化的技术。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 2.模拟数据的数字信号编

37、码 利用数字信号来对模拟数据进行编码的最常见的例子是脉冲代码调制（利用数字信号来对模拟数据进行编码的最常见的例子是脉冲代码调制（PCMPCM：Pulse Pulse Code ModulationCode Modulation），它常用于对声音信号进行编码。脉冲代码调制是以采样定理为基础的。），它常用于对声音信号进行编码。脉冲代码调制是以采样定理为基础的。采样定理：如果模拟信号的最高频率为采样定理：如果模拟信号的最高频率为f f，若以，若以2f2f的采样频率对其采样，则从采样得的采样频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。2.

38、4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 （1 1）采样：按一定间隔对语音信号进行采样。即以模拟信号频率两倍以上的频率来定）采样：按一定间隔对语音信号进行采样。即以模拟信号频率两倍以上的频率来定时采样。时采样。（2 2）量化：对每个样本舍入到量化级别上。）量化：对每个样本舍入到量化级别上。（3 3）编码：对每个舍入后的样本进行编码。）编码：对每个舍入后的样本进行编码。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 3.数字数据的模拟信号调制 模拟信号发送的基础是一种称为载波信号的连续的频率恒定的信号。通过以下三种载波特模拟信号发送的基础是一种称为载波信号的连

39、续的频率恒定的信号。通过以下三种载波特性之一来对数字数据进行调制：振幅、频率和相位，或者这些特性的某种组合。性之一来对数字数据进行调制：振幅、频率和相位，或者这些特性的某种组合。幅移键控法就是把频率和相位设为常量幅移键控法就是把频率和相位设为常量把振幅定义为变量把振幅定义为变量,即用载波的两个不同振幅即用载波的两个不同振幅表示表示“0”0”和和“1”1”。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 （2 2）频移键控法（）频移键控法（Frequency-Shift Keying,FSKFrequency-Shift Keying,FSK）频移键控法是把振幅和相位作为常量，而用载波的两个不同频率

40、表示频移键控法是把振幅和相位作为常量，而用载波的两个不同频率表示“0”0”和和“1”1”。（3 3）相移键控法（）相移键控法（Phase-Shift Keying,PSKPhase-Shift Keying,PSK）相移键控法就是把振幅和频率定义为常量，而用载波的起始相位的变化表示相移键控法就是把振幅和频率定义为常量，而用载波的起始相位的变化表示“0”0”和和“1”1”。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 4.数字数据的数字信号编码 数字数据是由二进制组成的。而数字信号是由离散的电压式电流的脉冲序列组成的，数字数据是由二进制组成的。而数字信号是由离散的电压式电流的脉冲序列组成的，每个脉

41、冲代表一个信号单元，或称码元，这种形式是把数字数据转换成某种数字脉冲信号。每个脉冲代表一个信号单元，或称码元，这种形式是把数字数据转换成某种数字脉冲信号。常用的数字数据的数字信号编码有以下几种：常用的数字数据的数字信号编码有以下几种：（1 1）不归零码（）不归零码（Non-Return to ZeroNon-Return to Zero，NRZ NRZ）不归零码是一种全宽码，即信号波形在一个码元全部时间内发出或不发出电流，每一不归零码是一种全宽码，即信号波形在一个码元全部时间内发出或不发出电流，每一位码元都占用全部码元宽度。不归零码又可分为单极性不归零码和双极性不归零码。位码元都占用全部码元宽

42、度。不归零码又可分为单极性不归零码和双极性不归零码。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 单极性不归零码。单极性不归零码脉冲是以无电压（无电流单极性不归零码。单极性不归零码脉冲是以无电压（无电流)表示表示“0”0”，用恒定的，用恒定的正电压表示正电压表示“1”1”。例如，二进制数。例如，二进制数“1011001”1011001”的单极性不归零码脉冲如图的单极性不归零码脉冲如图2-152-15所示。所示。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 双极性不归零码。双极性不归零码是以恒定的负电压表示双极性不归零码。双极性不归零码是以恒定的负电压表示“0”0”，以恒定的正电压，以恒定的正电压表

43、示表示“1”1”。例如，二进制数。例如，二进制数“1011001”1011001”的双极性不归零码脉冲如图的双极性不归零码脉冲如图2-162-16所示。所示。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 （2 2）归零码）归零码 归零码就是一个码元的信号波形不占用码元的全部时间，即在一个码元时间内发出电归零码就是一个码元的信号波形不占用码元的全部时间，即在一个码元时间内发出电流的时间短于一个码元的时间宽度流的时间短于一个码元的时间宽度,发出的是窄脉冲。所以不论码元发出电流还是不发出发出的是窄脉冲。所以不论码元发出电流还是不发出电流，码元波形都电流，码元波形都“归零归零”，因此这种信号编码为归零码

44、。例如，二进制数，因此这种信号编码为归零码。例如，二进制数“10011001”10011001”的单极性归零码脉冲和双极性归零码脉冲如图的单极性归零码脉冲和双极性归零码脉冲如图2-172-17所示。所示。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 （3 3）曼彻斯特编码（）曼彻斯特编码（Manchester EncodingManchester Encoding）曼彻斯特编码用电压的变化表示曼彻斯特编码用电压的变化表示“0”0”和和“1”1”。曼彻斯特编码将每比特信号周期。曼彻斯特编码将每比特信号周期T T分为分为前前T/2T/2和后和后T/2T/2，即将一个码元时间一分为二。例如，如果在前半

45、个码元时间里，电压为高，即将一个码元时间一分为二。例如，如果在前半个码元时间里，电压为高电平，在码元的中间发生电压跳变，即从高电平跳到低电平，此时表示电平，在码元的中间发生电压跳变，即从高电平跳到低电平，此时表示“1”1”；反之；反之,如果如果在一个码元的中间从低电平跳到高电平，则表示在一个码元的中间从低电平跳到高电平，则表示“0”0”。二进制数。二进制数“10011001”10011001”的曼彻斯的曼彻斯特码如图特码如图2-18(a)2-18(a)所示。所示。曼彻斯特编码的特点是每个码元中间都要发生跳变，利用电平跳变接收端可将此变化曼彻斯特编码的特点是每个码元中间都要发生跳变，利用电平跳变

46、接收端可将此变化提取出来作为同步信号。曼彻斯特编码又称为自同步码。提取出来作为同步信号。曼彻斯特编码又称为自同步码。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 （4 4）差分曼彻斯特编码（）差分曼彻斯特编码（Difference Manchester EncodingDifference Manchester Encoding）保留了保留了Manchester Manchester 编码作为编码作为“自含时钟编码自含时钟编码”的优点，但是每比特的取值则根据其开的优点，但是每比特的取值则根据其开始处是否出现电平的跳变来决定。有跳变者代表二进制始处是否出现

47、电平的跳变来决定。有跳变者代表二进制“0”0”，无跳变者代表二进制，无跳变者代表二进制“1”1”。2.4 数据传输2.4.1 数据传输的形式 在脉冲信号的整个频谱中，从零开始有一段能量相对集中的频率范围被称为基本频在脉冲信号的整个频谱中，从零开始有一段能量相对集中的频率范围被称为基本频带带(Base Band)(Base Band)，简称基频或基带，基频等于脉冲信号的固有频带。与基频对应的矩形脉，简称基频或基带，基频等于脉冲信号的固有频带。与基频对应的矩形脉冲信号称为基带信号。在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输。冲信号称为基带信号。在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为

48、基带传输。可用于百兆以太网中的编码方式可用于百兆以太网中的编码方式4B/5B4B/5B编码。这种编码的特点是将要发送的数据流每编码。这种编码的特点是将要发送的数据流每4 bit4 bit作为一个组，然后按照作为一个组，然后按照4B/5B4B/5B编码规则将其转换成相应的编码规则将其转换成相应的5 bit5 bit码。码。5 bit 5 bit码共有码共有3232种组合种组合,但只采用其中的但只采用其中的2424种种,16,16种对应种对应4 bit4 bit码，码，8 8种用作控制码种用作控制码,以以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（静止、空闲、暂停）等。表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（

49、静止、空闲、暂停）等。2.4 数据传输2.4.2 基带传输2.4 数据传输2.4.2 基带传输 利用模拟信道传输二进制数据的方法称为频带传输。在发送端，需要将二进制数据变利用模拟信道传输二进制数据的方法称为频带传输。在发送端，需要将二进制数据变换成能在电话线或其他传输线路上传输的模拟信号，即所谓的调制（换成能在电话线或其他传输线路上传输的模拟信号，即所谓的调制（modulationmodulation）；而在）；而在接收端，则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据，即所谓的解调接收端，则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据，即所谓的解调（demodulationdemodul

50、ation）。）。调制解调器的作用是：在数据的发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传调制解调器的作用是：在数据的发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传输的模拟信号；在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。输的模拟信号；在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。2.4 数据传输2.4.2 基带传输 为了提高通信线路传送信息的效率，通常采用在一条物理线路上建立多条通信信道的为了提高通信线路传送信息的效率，通常采用在一条物理线路上建立多条通信信道的多路复用（多路复用（MultiplexingMultiplexing）技术，多路复用技术使得在同一传输介质上可传