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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第3讲数据通信基础(2)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。第3讲数据通信基础(2)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3讲数据通信基础(2)第2章数据通信基础2.3传输技术2.4物理层接口技术第3讲数据通信基础(2)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第3讲数据通信基础(2)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、数字信道第3讲数据通信基础(2)•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10101010Modem第3讲数据通信基础(2)EncoderDecoderModulatorDemodulator数字或模拟数字或模拟数字信号模拟信号g(t)m(t)px(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——调制第3讲数据通信基础(2)数字信号的调制编码三种常用的调制技术：1）幅移键控ASK(AmplitudeShiftKeying)，调幅2）频移键控FSK(FrequencyShiftKeying)，调频3）相移键控PSK(PhaseShiftKeying)，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)=Acos(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第3讲数据通信基础(2)00110100010ASK调幅FSK调频PSK调相第3讲数据通信基础(2)-+开关1开关2运算放大器输出FSK调制原理图第3讲数据通信基础(2)不归零制(NRZ，Non-ReturntoZero)二进制数字0、1分别用两种电平来表示。常用－5V表示1，＋5V表示0。缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；不具备自同步机制，必须使用外同步。曼彻斯特编码(Manchestercode)用电压的变化表示0和1。数字数据的数字信号编码第3讲数据通信基础(2)规定在每个码元的中间发生跳变：高→低的跳变——0，低→高的跳变——1∵每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。∴曼彻斯特编码也称为自同步码（Self-SynchronizingCode）。它具有自同步机制，无需外同步信号。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。第3讲数据通信基础(2)差分曼彻斯特编码(DifferentialManchestercode)与曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之处在于：用在码元开始处有无跳变来表示0和1：码元开始处有跳变——0码元开始处无跳变——1第3讲数据通信基础(2)三种数字编码的波形图01001100011时钟NRZManchester差分Manchester第3讲数据通信基础(2)4B/5B编码：采用NRZI方式用5位信号传4位信息（信号与时钟同步传）利用率提高至80%。5位信号的剩余部分可用于控制，00000-线路断，11111-线路空，00100-中止第3讲数据通信基础(2)4B/5B编码(解决连续0问题：头02,尾03)4位数据符号5位编码0000111100001010010010101000011101010100010100101010110110011100111011114位数据符号5位编码100010010100110011101010110101110111110011010110111011111011100111111101第3讲数据通信基础(2)模拟信号的脉码调制奈奎斯特定理（采样定理）：如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：1）采样——按一定间隔对语音信号进行采样2）量化——对每个样本舍入到量化级别上3）编码——对每个舍入后的样本进行编码第3讲数据通信基础(2)编码后的信号称为PCM（PulseCodedModulation）信号（脉码调制信号）模拟话音采样时钟PAM信号PCM信号采样电路量化和编码数字化声音--话音信道带宽4KHz--采样时钟频率：8KHz(2倍话音最大频率)--量化级数：256级(8位二进制码表示)--数据率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信号的速率=64000bps第3讲数据通信基础(2)PCM转换过程举例3.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100原始信号PAM脉冲PCM脉冲（有量化误差）011100011011001100PCM输出第3讲数据通信基础(2)PCM转换波形图BACD模拟话音采样时钟PAM信号PCM信号采样电路量化和编码数字化声音ABCD第3讲数据通信基础(2)多路复用技术复用——多个信息源共享一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第3讲数据通信基础(2)复用类型FDM(频分复用)WDM(波分复用)TDM(时分复用)第3讲数据通信基础(2)频分复用FrequencyDivisionMultiplexing原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。CH2CH1CH3原带宽CH1CH2CH3移频后带宽MUXCH1CH2CH3带宽复用f适用于模拟信号传输第3讲数据通信基础(2)时分复用TimeDivisionMultiplexing原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙），每个用户占用一个通道传输数据。A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据时隙1234D3D2D1适用于数字信号传输时间片第3讲数据通信基础(2)波分复用WaveDivisionMultiplexing原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。F2F1F3光谱F1F2F3共享光纤的光谱光纤2光纤3光纤1共享光纤采用无源设备，更可靠棱柱/衍射光栅第3讲数据通信基础(2)统计(异步)TDM—STDMTDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会造成带宽浪费。改进：统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个通道，有空槽就将数据放入。ABCD待发数据t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期1周期2同步TDM带宽浪费A1B1C2B2周期1周期2统计TDM可用带宽第3讲数据通信基础(2)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CEF数据链路层实体物理实体物理实体物理实体P1P1接口MFEC物理媒体连接物理媒体连接与媒体接口数据链路层实体系统连接的实际环境系统连接的逻辑环境（物理层模型）物理层模型第3讲数据通信基础(2)物理层的作用尽可能屏蔽传输媒体的差异，透明传送和接收位流物理层的主要任务确定与传输媒体的接口的一些特性：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性物理层向数据链路层提供的服务物理连接物理服务数据单元（PSDU）：串行传输方式、并行传输方式顺序化故障报告服务质量参数第3讲数据通信基础(2)物理层接口标准举例EIA-RS-232CRS-232C标准接口只控制DTE与DCE之间的通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（数据终端设备）：具有一定数据处理能力及收发数据能力的设备，如计算机。DCE（数据电路端接设备）：在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接，如MODEM第3讲数据通信基础(2)机械特性：25针插座电气特性：低于-3伏表示“1”，高于4伏表示“0”，最大速率为20Kbps,最大电缆长度为15米。功能特性：引脚信号的含义，如DTR表示DTE通电，DSR表示DCE通电规程特性：动作的顺序第3讲数据通信基础(2)利用虚MOEM连接两台计算机DTEDTE11保护地223R365422RI20DTR8CD7CR6DSR5CTS4RTS222087T第3讲数据通信基础(2)第3讲数据通信基础(2)物理层的设备与组件主动(需要电源)-调制解调器-中继器-集线器被动(不需要外电源)线缆连接头连接座接线面板转换器第3讲数据通信基础(2)RJ-45连接头/座RJ-45是英文RegisteredJack-45的缩写。用于UTP线缆的连接可减少噪声，反射和机械可靠性问题第3讲数据通信基础(2)接线面板（PatchPanels）RJ-45座的组合，常见的有12，24,and48口.第3讲数据通信基础(2)转换器•接收器和发送器的组合。•用于不同物理接口或传输介质间的转换第3讲数据通信基础(2)转换器应用示例FiberCat5UTP第3讲数据通信基础(2)中继器物理信号的放大与再生“单进单出”形式第3讲数据通信基础(2)中继器使用举例第3讲数据通信基础(2)集线器多端口中继器典型的端口数为4,8,或24对物理信号进放大与再生起到线缆集中器的作用，所以又称集线器提高了物理连接的可靠性第3讲数据通信基础(2)Hub使用举例TheCloud第3讲数据通信基础(2)关于物理层设备和组件的评论只关注原始比特流的传送，即物理信号的传输。其不关心也不认识所传输信号所包含的信息。物理层是网络的物理基础，也是网络故障的多发层，不可被低估或轻视。第3讲数据通信基础(2)课堂小结掌握下面的术语调制、解调、编码、解码、ASK、FSK、PSK、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、PCMFDM、TDM、WDM理解调制与编码的关系理解PCM的调制过程掌握多路复用技术的工作原理了解物理层的通信设备和组件第3讲数据通信基础(2)Homework预习第三章中的差错检测与纠正作业：第76页第4题第9题第16和17题