CH2-数据通信基础
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第2章数据通信的基础知识课件
第2章数据通信的基础知识▪本章内容•数据通信系统•基本概念•传输介质•数据编码•多路复用技术•数据交换技术•差错控制•数据通信性能指标2.1数据通信系统▪源系统•源点：源点设备产生通信网络要传输的数据。
•发送器：通常源点生成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。
▪目的系统•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设备处理的信息。
•终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。
▪传输系统•可以是简单的物理通信线路•也可以是连接源系统和目的系统之间的复杂网络设备数据通信的基本过程▪5个阶段▪包含两项内容：数据传输和通信控制过程与打电话比较•建立物理连接拨号，拨通对方•建立逻辑连接互相确认身份•数据传输互相通话•断开逻辑连接互相确认要结束通话•断开物理连接双方挂机2.2基本概念▪数据与信号▪信道▪通信方式▪传输方式▪同步方式2.2.1数据与信号▪数据（Data）传递（携带）信息的实体。
▪信息（Information）数据的内容或解释。
▪信号（Signal）数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在介质中传播▪模拟信号•时间上连续，包含无穷多个信号值▪数字信号•时间上离散，仅包含有限数目的信号值。
最常见的是二值信号▪周期信号信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）▪非周期信号信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）。
▪信息编码：将信息用二进制数表示的方法•例如：ASCII编码、BCD编码等▪数据编码：将数据用物理量表示的方法•例如：字符“A”的ASCII编码为01000001，其数据编码可能为▪信息通过数据通信系统进行传输的过程•把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地▪信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输•编码：数据→适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错•调制：数字信号→适合传输的形式——按频率、幅度、相位•解调：接收波形→数字信号•解码：数字信号→原始数据▪不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况：▪模拟传输和数字传输所使用的技术▪编码与调制的区别•编码：用数字信号承载数字或模拟数据•调制：用模拟信号承载数字或模拟数据2.2.2 信道▪信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）▪数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道•计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输•ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网▪模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道•CATV、无线电广播、电话拨号线路▪数字通信与模拟通信•数字通信▪在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输•模拟通信▪在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输▪数字通信的优点•抗噪声（干扰）能力强•可以控制差错，提高了传输质量•便于用计算机进行处理•易于加密、保密性强•可以传输语音、数据、影像，通用、灵活▪计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网。
计算机网络基础PPT电子课件-第2章数据通信基础
报文交换的缺点是报文传输时延较大， 且不适用于实时、连续的数据传输。
分组交换
分组交换是一种基于数据包的 通信交换方式。
在分组交换中，发送端将数据 分割成一定现动 态带宽分配，提高通信链路的 利用率。
分组交换的缺点是可能会出现 数据包丢失或乱序到达的情况 ，需要采用一定的差错控制机 制来保证数据传输的可靠性。
基带传输
在信道上直接传送数字信号的电脉冲 ，是一种最简单的传输方式。
频带传输
利用调制解调技术，将数字信号转换 为模拟信号，在模拟信道上进行传输 。
03 数据交换技术
电路交换
01
02
03
04
电路交换是一种传统的通信交 换方式，通过建立通信链路来
实现数据传输。
在电路交换中，通信链路在通 信过程中始终保持连接状态， 适用于实时、连续的数据传输
话机等。
数据通信的技术指标
传输速率
单位时间内传输的数据量，单 位是比特/秒(bps)。
带宽
数据通信系统能够传输的最高 频率与最低频率之差，单位是 赫兹(Hz)。
误码率
传输过程中发生错误的比特数 占总传输比特数的比例。
信噪比
信号功率与噪声功率之比，用 于衡量信号质量。
02 数据传输方式
串行传输和并行传
数据通信网
由传输设备、交换设备和 终端设备组成，实现数据 信息的传输、交换和终端 处理。
数据通信系统的组成
发送设备
将各种数字信号转换成 适合传输的信号，如调
制器。
传输信道
传输数据的通道，如光 纤、同轴电缆、无线信
道等。
接收设备
将接收到的信号转换成 原始的数字信号，如解
调器。
终端设备
分组交换
分组交换是一种基于数据包的 通信交换方式。
在分组交换中，发送端将数据 分割成一定现动 态带宽分配，提高通信链路的 利用率。
分组交换的缺点是可能会出现 数据包丢失或乱序到达的情况 ，需要采用一定的差错控制机 制来保证数据传输的可靠性。
基带传输
在信道上直接传送数字信号的电脉冲 ，是一种最简单的传输方式。
频带传输
利用调制解调技术，将数字信号转换 为模拟信号，在模拟信道上进行传输 。
03 数据交换技术
电路交换
01
02
03
04
电路交换是一种传统的通信交 换方式，通过建立通信链路来
实现数据传输。
在电路交换中，通信链路在通 信过程中始终保持连接状态， 适用于实时、连续的数据传输
话机等。
数据通信的技术指标
传输速率
单位时间内传输的数据量，单 位是比特/秒(bps)。
带宽
数据通信系统能够传输的最高 频率与最低频率之差，单位是 赫兹(Hz)。
误码率
传输过程中发生错误的比特数 占总传输比特数的比例。
信噪比
信号功率与噪声功率之比，用 于衡量信号质量。
02 数据传输方式
串行传输和并行传
数据通信网
由传输设备、交换设备和 终端设备组成，实现数据 信息的传输、交换和终端 处理。
数据通信系统的组成
发送设备
将各种数字信号转换成 适合传输的信号，如调
制器。
传输信道
传输数据的通道，如光 纤、同轴电缆、无线信
道等。
接收设备
将接收到的信号转换成 原始的数字信号，如解
调器。
终端设备
第二章 数据通信基础
计算机网络 理论与实践
2.1.1 数据、信号与信息
数据、信号和信息是数据通信中的三个核心概念，它们之间存在着紧密的关系。 （1）数据（Data） 数据是指特定形式的符号或数字，它们对现实世界的观测、记录和测量结果的描述。 (2)信号（Signal） 信号是指用于在通信系统中传输数据的电信号、光信号或无线电信号，是数据的物理 表现形式。 （3）信息（Information） 信息是在接收方获取并理解数据后所带来的知识、理解或意义，它们的传递和交流需 要通过信号来实现。
计算机网络 理论与实践
2.1.3 数据通信中的主要技术指标
电磁波在链路上的传播速率主要有以下三种： 1)电磁波在自由空间中的传播速率约为3×108m/s。 2)电磁波在铜线电缆中的传播速率约为2.3×108m/s。 3)电磁波在光纤中的传播速率约为2×108m/s。例如：1000 km长的光纤线路产生的传 播时延大约为5ms。
计算机网络 理论与实践
第2章 数据通信基础
数据通信是指通过某种介质或网络，将数据从一个地方传输到另一个地方的过程。在 数据通信中，信息被转化为特定的格式，并通过物理或虚拟的通信通道进行传输。数 据通信可以是在计算机或设备之间进行的，也可以是在不同计算机网络之间进行的。 它是现代信息社会中信息传播和交流的基础，包括互联网、无线通信、电子邮件、即 时通信等各种技术和应用。
（1）单工、半双工与全双工通信 按信道上信号的传输方向与时间的关系，数据通信方式可分为单工通信、半双工通信 与全双工通信，如图所示。
计算机网络 理论与实践
2.1.2 数据通信方式
<1>单工通信 在单工通信中，通信的一方只能发送数据，而另一方只能接收数据，无法进行同时的 发送和接收操作。常见的单工通信的例子包括广播电台和电视台向观众发送内容、无 线电等设备的发射端向接收端发送信号等。
Ch2 数据通信基础知识
数字信号通过实际的信道
• 失真不严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输入信号波形
• 失真严重 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输出信号波形 (失真不严重)
输入信号波形
输出信号波形 (失真严重)
2.1.3 传输
• 传输是指将信号从发送传到接收端，并且在接收 端进行恢复
• 模拟传输和数字传输 • 数字传输优点
PCM 编码器
模拟信号 数字信号
数字数据 数字数据
调制器
数字 发送器
模拟信号 数字信号
通信的基本要求
• 通信的双方完成一次通信需要满足三个基 本要求：
–一是双方有通信的愿望 –二是通信的双方之间有信息传递的信道，也即
是说通信要经过传输介质以及有关的传输设备 –三是通信双方要遵循通信的规则和约定，即通
双绞线图示
无屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
聚氯乙烯 套层
绝缘层 铜线
聚氯乙烯 套层
屏蔽层 绝缘层
铜线
双绞线图示及UTP-5的线序
2.3.2 同轴电缆
• 基带电缆（10 Mbps）
– 粗缆
• 非中继传输距离500米 • 需要使用收发器和收发电缆 • AUI接口
– 细缆（便宜的同轴电缆）
• 非中继传输距离185米 • BNC接口
• 数字数据
– 计算机存储的文本文件（例如：*.doc） – 编解码后的多媒体文件（例如：*.mp3）
2.1.2 信号
• 信号
–信号是数据的电子或电磁编码，数据必须经过 编码转换为电信号后才能在传输介质中传输
– 模拟信号与数字信号
模拟信号和数字信号
模拟的和数字的数据、信号
教学课件第二章数据通信基础
2.2.1 数字数据编码为数字信号
非归零码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 nB/mB编码
2.2 数据调制和编码
数字数据编码为数字信号的方法
数据 （a）非归零码
同步时钟
（b）曼彻斯特编码
01001011
（c）差分曼彻斯特编码
2.2.2 数字数据调制为模拟信号
将发送端数字数据信号变化为模拟数据信号的 过程称为调制（modulation），将调制设备称 为调制器（modulator）；
的特数。
2.1.3 数据通信系统模型
数据通信系统
输入 数字比特流 模拟信号 汉字
PC 机 调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流 显示 汉字
调制解调器 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
2.2 数据调制和编码
3 个 STDM 帧
2.4.3 波分多路复用
波分复用就是光的频分复用。
光调制器
0
1550 nm
1
1551 nm
2
1552 nm
3
1553 nm 复
4
1554 nm 用
5
1555 nm 器
6
1556 nm
7
1557 nm
8 2.5 Gb/s 1310 nm
20 Gb/s EDFA
120 km
光解调器
交换机
用户线 B
C
非归零码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 nB/mB编码
2.2 数据调制和编码
数字数据编码为数字信号的方法
数据 （a）非归零码
同步时钟
（b）曼彻斯特编码
01001011
（c）差分曼彻斯特编码
2.2.2 数字数据调制为模拟信号
将发送端数字数据信号变化为模拟数据信号的 过程称为调制（modulation），将调制设备称 为调制器（modulator）；
的特数。
2.1.3 数据通信系统模型
数据通信系统
输入 数字比特流 模拟信号 汉字
PC 机 调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流 显示 汉字
调制解调器 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
2.2 数据调制和编码
3 个 STDM 帧
2.4.3 波分多路复用
波分复用就是光的频分复用。
光调制器
0
1550 nm
1
1551 nm
2
1552 nm
3
1553 nm 复
4
1554 nm 用
5
1555 nm 器
6
1556 nm
7
1557 nm
8 2.5 Gb/s 1310 nm
20 Gb/s EDFA
120 km
光解调器
交换机
用户线 B
C
计算机网络 CH2 网络通信基础
10BASE-T 10BASE5 10BASE2
39
10BASE-T，10BASE-5，10BASE-2，以太网的 技术标准，10Base-2、10Base-5、10Base-T都 是以太网的技术标准，传输速率为10Mbps，其 中10Base-2技术以细同轴电缆为传输介质， 10Base-5技术以粗同轴电缆为传输介质， 10Base-T技术以非屏蔽双绞线为传输介质。 100Base-TX快速以太网标准 支持平行/交叉线自 动识别功能 。
24
信道的极限容量
实际的信道都不是理想的，在传输信号时 会产生各种失真以及带来多种干扰。 码元传输的速率越高，或信号传输的距离 越远，在信道的输出端的波形的失真就越 严重。
25 25
数字信号通过实际的信道
有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
计算机网络
第 2 章 网络通信基础
1
第 2 章 网络通信基础
2.1 网络通信模型 2.2 传输介质
2.2.1 有线介质 2.2.2 无线介质
2.3 网络拓扑结构 2.4 多路复用
2.4.1 频分复用 2.4.2 时分复用 2.4.3 波分复用 2.4.4 码分复用
2
第 2 章 物理层（续）
2.5 数据交换 2.5.1 电路交换 2.5.2 报文交换 2.5.3 分组交换
3
2.1 数据通信的基础知识
2.1.1 网络通信系统的模型
数据通信系统
输入 汉字
数字比特流
模拟信号 公用电话网
模拟信号
数字比特流
显示 汉字
39
10BASE-T，10BASE-5，10BASE-2，以太网的 技术标准，10Base-2、10Base-5、10Base-T都 是以太网的技术标准，传输速率为10Mbps，其 中10Base-2技术以细同轴电缆为传输介质， 10Base-5技术以粗同轴电缆为传输介质， 10Base-T技术以非屏蔽双绞线为传输介质。 100Base-TX快速以太网标准 支持平行/交叉线自 动识别功能 。
24
信道的极限容量
实际的信道都不是理想的，在传输信号时 会产生各种失真以及带来多种干扰。 码元传输的速率越高，或信号传输的距离 越远，在信道的输出端的波形的失真就越 严重。
25 25
数字信号通过实际的信道
有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
计算机网络
第 2 章 网络通信基础
1
第 2 章 网络通信基础
2.1 网络通信模型 2.2 传输介质
2.2.1 有线介质 2.2.2 无线介质
2.3 网络拓扑结构 2.4 多路复用
2.4.1 频分复用 2.4.2 时分复用 2.4.3 波分复用 2.4.4 码分复用
2
第 2 章 物理层（续）
2.5 数据交换 2.5.1 电路交换 2.5.2 报文交换 2.5.3 分组交换
3
2.1 数据通信的基础知识
2.1.1 网络通信系统的模型
数据通信系统
输入 汉字
数字比特流
模拟信号 公用电话网
模拟信号
数字比特流
显示 汉字
第2章数据通信基础精品PPT课件
▪ 被传输的二进制代码称为数据（Data）。 ▪ 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。
数据通信系统基本结构
▪ 数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端 叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信 线路(信道)进行通信；
▪ 在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为模拟通信 系统，而传输数字信号的系统称为数字通信系统。
▪ 信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。 信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特 数，用每秒比特数（bps）表示。当传输的信号速率 超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
数据的串行传输和并行传输
8个比特同时发送
0
1
1
0
发端
0 1
0
1
需要8条线 收端
▪ 并行通信
➢ 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
010 1101001 0
信源
010 1101001 0
信源
信道 A.理想状态
信道
噪声（干扰） B.实际环境下
信宿
010 1101001 0
信宿
出错 0 101 001 011 0
模拟通信系统
▪ 模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信 宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一般都 要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过解调器 将信号解调出来。
信道 编码器
信道
调制器
解调器
信道 译码器
信源 译码器
信宿
噪声源
通信信道的分类
▪ 信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。 传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可 以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按 不同的方法分类： ➢ 有线信道与无线信道； ➢ 模拟信道与数字信道； ➢ 专用信道和公用信道；
数据通信系统基本结构
▪ 数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端 叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信 线路(信道)进行通信；
▪ 在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为模拟通信 系统，而传输数字信号的系统称为数字通信系统。
▪ 信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。 信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特 数，用每秒比特数（bps）表示。当传输的信号速率 超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
数据的串行传输和并行传输
8个比特同时发送
0
1
1
0
发端
0 1
0
1
需要8条线 收端
▪ 并行通信
➢ 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
010 1101001 0
信源
010 1101001 0
信源
信道 A.理想状态
信道
噪声（干扰） B.实际环境下
信宿
010 1101001 0
信宿
出错 0 101 001 011 0
模拟通信系统
▪ 模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信 宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一般都 要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过解调器 将信号解调出来。
信道 编码器
信道
调制器
解调器
信道 译码器
信源 译码器
信宿
噪声源
通信信道的分类
▪ 信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。 传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可 以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按 不同的方法分类： ➢ 有线信道与无线信道； ➢ 模拟信道与数字信道； ➢ 专用信道和公用信道；
ch2数据通信基础.ppt课件
21
频率、频谱和带宽
▪ （1） 时域概念 电磁信号是连续或离散的； 正弦波：s（t）=A sin（2πft+∮）（注：少一个字符） （A） 振幅（A）：信号对比时间的峰值，单位：伏特或
瓦特 （B） 频率（f）：信号重复的速度，单位：周/秒或赫兹
（HZ） （C） 周期（T）：信号重复一次所需的时间，单位：秒
误码位
29
▪ Shannon公式：用于有噪声干扰信道
C = W log2 （1+S/N）
C: 传输率，单位b/s W: 带宽，单位Hz S/N: 信噪比
▪ 例：信道带宽W=3.1kHz，S/N=2000，则
C = 3100×log2（1+2000）≈ 34kb/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于34kb/s。
据传输速率提供了依据。
• 例如，话音级线路的带
M 2
最大数据率 6200 b/s
宽约为3.1kHz，根据上 式计算的信道最大数据 传输率如右表所示
4
12400 b/s
18600 b/s
16
24800 b/s
32
31000 b/s
28
▪ 非理想信道
• 传实输际数据的：信道上0 存1 在0损1耗、1 延0 迟0 、1噪1声。0 0 1 0 1 0
信噪比的单位也可用分贝(dB)表示： S/NdB=10log10 S/N 所以，若S/NdB=30dB ，则S/N=1000。
30
Nyquist公式和Shannon公式的比较
▪ C = 2W log2M
• 用于理想信道（这样的信道存在吗？） • 数据传输率随信号编码级数增加而增加。
▪ C = W log2（1+S/N）
频率、频谱和带宽
▪ （1） 时域概念 电磁信号是连续或离散的； 正弦波：s（t）=A sin（2πft+∮）（注：少一个字符） （A） 振幅（A）：信号对比时间的峰值，单位：伏特或
瓦特 （B） 频率（f）：信号重复的速度，单位：周/秒或赫兹
（HZ） （C） 周期（T）：信号重复一次所需的时间，单位：秒
误码位
29
▪ Shannon公式：用于有噪声干扰信道
C = W log2 （1+S/N）
C: 传输率，单位b/s W: 带宽，单位Hz S/N: 信噪比
▪ 例：信道带宽W=3.1kHz，S/N=2000，则
C = 3100×log2（1+2000）≈ 34kb/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于34kb/s。
据传输速率提供了依据。
• 例如，话音级线路的带
M 2
最大数据率 6200 b/s
宽约为3.1kHz，根据上 式计算的信道最大数据 传输率如右表所示
4
12400 b/s
18600 b/s
16
24800 b/s
32
31000 b/s
28
▪ 非理想信道
• 传实输际数据的：信道上0 存1 在0损1耗、1 延0 迟0 、1噪1声。0 0 1 0 1 0
信噪比的单位也可用分贝(dB)表示： S/NdB=10log10 S/N 所以，若S/NdB=30dB ，则S/N=1000。
30
Nyquist公式和Shannon公式的比较
▪ C = 2W log2M
• 用于理想信道（这样的信道存在吗？） • 数据传输率随信号编码级数增加而增加。
▪ C = W log2（1+S/N）
2数据通信基础(2)PPT课件
未复用
频分复用
FDMA主要应用
• 主要应用：
1. 传统电话通信系统
2. ADSL（非对称数字用户线路）
• 将双绞线划分出3个频段
1. 0~4KHz
传统语音信号
2. 20~50KHz
计算机上传的信号
3. 150~500KHz 计算机下载的信号
不同编码方式
0
0
1
1
0
1
高
低
（a）不归零（NRZ）编码 高
低 （b）曼彻斯特编码
高
低
（c）差分曼彻斯特编码
0
0
NRZ码特点：
（1）简单 （2）编码中不包含同步信息 （3）连续多个“0”或“1”到来时，不容易
区分 （4）存在直流分量
曼彻斯特码和差分曼彻斯特码特点：
（1）自带时钟 （2）利用跳变容易判断“0”和 “1” （3）无直流分量 （4）传输效率低一半。
（b）数字信号
2.1.2 数据传输
• (1)．模拟传输和数字传输 按传输信号类型不同，信道可分为模拟信道
和数字信道。 数据通信（Data Communication）
模拟传输 优点：频谱较窄，信道利用率高 缺点:(1)信号容易失真且难以准确恢复；
(2)混入噪声在信号放大过程中一起被放大； (3)保密性差。
同步传输：一次传输的是一个数据块，在每个 数据块前用一个前文模式开始，用一个后文模 式结束，加上前文和后文的数据称为一帧。
多路复用技术
为了有效地利用传输系统，在传输线路上通过同 时携带多个信号来高效率地使用传输介质，叫多 路复用(multiplexing)，一般普遍使用4种技术: ➢ 频分多路复用FDMA ➢ 时分多路复用TDMA ➢ 波分多路复用WDMA ➢ 码分多路复用CDMA
数据通信基础
第2章数据通信基础本章要点☑数据通信的基本概念☑多路复用技术☑交换技术☑传输介质2.1 数据通信基础知识2.1.1 数据、信息和信号通信的目的是为了交换信息(Information)。
信息的载体可以是数字、文字、语音、图形和图像，我们常称它们为数据(Data)。
数据是对客观事实进行描述与记载的物理符号。
信息是数据的集合、含义与解释。
例如，对一个企业当前生产各类经营指标的分析，可以得出企业生产经营状况的若干信息。
显然，数据和信息的概念是相对的，甚至有时将两者等同起来，此处不做过多论述。
数据可分为模拟数据和数字数据。
模拟数据取连续值，数字数据取离散值。
在数据被传送之前，要将数据变成适合于传输的电磁信号：模拟信号，或者数字信号。
所以，信号(Signal)是数据的电磁波表示形式。
模拟数据和数字数据都可用这两种信号来表示。
模拟信号是随时间连续变化的信号，这种信号的某些参量，如幅度、频率或相位等都可以表示要传送的信息。
传统的电话机送话器输出的语音信号，电视摄像机产生的图像信号以及广播电视信号等都是模拟信号。
数字信号是离散信号，如计算机通信所用的二进制代码“0”和“1”组成的信号。
模拟信号和数字信号的波形图如图2-1所示。
t t(a) 模拟信号(b) 数字信号图2-1 模拟信号与数字信号和信号的分类相似，信道也可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字计算机网络技术与应用信道两大类。
但是应注意，数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上传送，而模拟信号在经过模数转换后也可以在数字信道上传送。
2.1.2 通信系统模型通信系统的模型如图2-2所示。
信源是产生和发送信息的一端，信宿是接受信息的一端。
变换器和反变换器均是进行信号变换的设备，在实际的通信系统中有各种具体的设备名称。
如信源发出的是数字信号，当要采用模拟信号传输时，要将数字信号变成模拟信号，则用所谓的调制器来实现，而接收端要将模拟信号反变换为数字信号，则用解调器来实现。
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用户 时分复用 A B C a
a
b c c d
t
①
b
t ② ab t ③ ④ #1 bc #2 c #3 a #4 d t
D
t
4 个时分复用帧
统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
用户
统计时分复用
A B C a b b c c d a t ①
t ② a b b c c d a t t ③ t
调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而 变化。
对基带数字信号的几种调制方法
基带信号 调幅 0 1 0 0 1 1 1 0 0
调频
调相
数字数据的数字信号编码
非归零码NRZ:全宽码
每个脉冲宽度越大，发出信号的能量越大，对于提高接收端 的信噪比有利 占用较小的带宽
正交关系的另一个重要特性
任何一个码片向量和该码片向量自己的规格 化内积都是1 。
1 m 1 m 2 1 m 2 S S S i S i S i (1) 1 m i 1 m i 1 m i 1
一个码片向量和该码片反码的向量的规格化 内积值是 –1。
CDMA 的工作原理
波分复用就是光的频分复用。
8 2.5 Gb/s 1310 nm
光调制器
0 1 2 3 4 5 6 7 1550 nm 1551 nm 1552 nm 1553 nm 复 1554 nm 用 1555 nm 器 1556 nm 1557 nm
光解调器
1550 nm 1551 nm 1552 nm 分 1553 nm 用 1554 nm 器 1555 nm 1556 nm 1557 nm 0 1 2 3 4 5 6 7
信息交互方式
单向通信（单工通信）——只能有一个方 向的通信而没有反方向的交互。 双向交替通信（半双工通信）——通信的 双方都可以发送信息，但不能双方同时发 送(当然也就不能同时接收)。 双向同时通信（全双工通信）——通信的 双方可以同时发送和接收信息。
几种最基本的调制方法
基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至 有直流成分，而许多信道并不能传输这种低 频分量或直流分量。为了解决这一问题，就 必须对基带信号进行调制(modulation)。 最基本的二元制调制方法有以下几种：
信息：是数据的具体内涵和解释，有具体含义。信息是数据经过加 工处理(说明或解释)后得到的，即信息是按一定要求以一定格式组 织起来的、具有一定意义的数据。
严格地讲，数据和信息是有区别的。数据是独立的，是尚未组织起 来的事实的集合；而信息是按一定要求以一定格式组织起来的、具 有一定意义的数据。数据是信息的表示形式，信息是数据形式的内 涵。
时分复用
频率 A 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD
…
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
时分复用
频率 B 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD
…
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
时分复用
频率 C 在 TDM 帧中 的位置不变
编码 解码
还原
t t
t
2.3 信道复用技术
2.3.1 频分复用
复用(multiplexing)是通信技术中的基本概 念。
信道 信道 A2 B2 C2 A1 B1 C1 A2 共享信道
A1 B1 C1
复用
分用
B2 C2
信道
(a) 不使用复用技术
(b) 使用复用技术
频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
数据码元比特 S 站的码片序列 S 发 送 端 S 站发送的信号 Sx T 站发送的信号 Tx 总的发送信号 Sx + Tx 接 收 端 规格化内积 S Sx 规格化内积 S Tx 1 m 个码片 t t t t t t 1 0 t
2.4 数据交换技术
电路交换 报文交换 分组交换
传统电话网使用电路交换
数据通信系统
输入 汉字
数字比特流
模拟信号 公用电话网
模拟信号
数字比特流
显示 汉字
PC 机
调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统
调制解调器 目的系统
PC 机
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
1.数据、信息和信号
(1) 数据和信息 数据：由数字、字符和符号等组成，是信息的载体。它没有实际含 义，总是和一定的形式相联系。
ABCDABCDABCDABCD
…
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
时分复用
频率 D 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD
…
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
时分复用可能会造成 线路资源的浪费
使用时分复用系统传送计算机数据时， 由于计算机数据的突发性质，用户对 分配到的子信道的利用率一般是不高的。
计算机网络
第 2 章 数据通信基础
第 2 章 数据通信基础
2.1 数据通信的基础知识
2.1.1 数据通信系统的模型 2.1.2 有关信道的几个基本概念 2.1.3 信息交互方式 2.1.4 异步传输与同步传输
2.2 数据编码技术
2.2.1 数字数据的模拟信号编码 2.2.2 数字数据的数字信号编码 2.2.3 模拟数据的数字信号编码
20 Gb/s
EDFA
120 km
2.3.5 码分复用 CDM
(Code Division Multiplexing)
常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此 彼此不会造成干扰。 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力， 其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称 为码片(chip)。
15 个话路
15 个话路
2.3.3 空分多路复用（SDM）
SDM:Space Division Multiplexing(空分 复用):利用空间分割构成不同信道的一种 复用方法。例如在光纤接入网中使用不 同的光纤分别传输不同种类或上下行业 务。
2.3.4 波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)
曼切斯特编码
跳变发生在码元中间，自同步编码
差分曼切斯特编码
跳变发生在码元之间，自同步编码
模拟数据的数字信号编码
fs 2f 抽样 量化 编码
现在的数字传输系统均采用脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制。
t
采样周期 T
信号 采样
t 0010 1100 1001 0011
信号
信号：数据的具体物理表示，具有确定 的物理描述，如电压、磁场强度等。在 电路中，信号就具体表示数据的电磁编 码。在数据通信系统中，要进行数据传 输，总是要借助于一定的物理信号来完
成，如电信号或光信号。
信号一般有模拟信号和数字信号两种形
式。
信道
信道- -传输信息的通道。它是由通信线路为基础
两部电话机只需要用一对电线 就能够互相连接起来。
传统电话网使用电路交换
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用 这个频带。 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请 注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
频率 频率 5 频率 4 频率 3
频率 2
频率 1 时间
2.3.2时分复用TDM (Time Division Multiplexing)ຫໍສະໝຸດ #1④#2
#3
D
3 个 STDM 帧
时分复用
为了有效地利用传输线路，提高数据传输速率， 可将多个话路的PCM 信号用时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)的方法装成时分复用帧，然 后发送到线路上。 由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际 标准，即北美的 24 路 PCM（简称为 T1）和欧洲 的 30 路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲 的 E1 标准。 E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。
E1 的时分复用帧
CH0 CH1 CH15 CH16 CH17 CH31
…
2.048 Mb/s 传输线路
… … 时分复用帧 T
CH0 CH1
CH15 CH16 CH17 CH31
… 时分复用帧
8 bit
时分复用帧
t
CH0
CH1 CH2
…
CH15 CH16 CH17
T = 125 ms
…
CH30 CH31 CH0
的、能够传输数据的通道。
有线信道：由有线传输介质构成的信道
无线信道：由无线传输介质构成的信道
a
b c c d
t
①
b
t ② ab t ③ ④ #1 bc #2 c #3 a #4 d t
D
t
4 个时分复用帧
统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
用户
统计时分复用
A B C a b b c c d a t ①
t ② a b b c c d a t t ③ t
调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而 变化。
对基带数字信号的几种调制方法
基带信号 调幅 0 1 0 0 1 1 1 0 0
调频
调相
数字数据的数字信号编码
非归零码NRZ:全宽码
每个脉冲宽度越大，发出信号的能量越大，对于提高接收端 的信噪比有利 占用较小的带宽
正交关系的另一个重要特性
任何一个码片向量和该码片向量自己的规格 化内积都是1 。
1 m 1 m 2 1 m 2 S S S i S i S i (1) 1 m i 1 m i 1 m i 1
一个码片向量和该码片反码的向量的规格化 内积值是 –1。
CDMA 的工作原理
波分复用就是光的频分复用。
8 2.5 Gb/s 1310 nm
光调制器
0 1 2 3 4 5 6 7 1550 nm 1551 nm 1552 nm 1553 nm 复 1554 nm 用 1555 nm 器 1556 nm 1557 nm
光解调器
1550 nm 1551 nm 1552 nm 分 1553 nm 用 1554 nm 器 1555 nm 1556 nm 1557 nm 0 1 2 3 4 5 6 7
信息交互方式
单向通信（单工通信）——只能有一个方 向的通信而没有反方向的交互。 双向交替通信（半双工通信）——通信的 双方都可以发送信息，但不能双方同时发 送(当然也就不能同时接收)。 双向同时通信（全双工通信）——通信的 双方可以同时发送和接收信息。
几种最基本的调制方法
基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至 有直流成分，而许多信道并不能传输这种低 频分量或直流分量。为了解决这一问题，就 必须对基带信号进行调制(modulation)。 最基本的二元制调制方法有以下几种：
信息：是数据的具体内涵和解释，有具体含义。信息是数据经过加 工处理(说明或解释)后得到的，即信息是按一定要求以一定格式组 织起来的、具有一定意义的数据。
严格地讲，数据和信息是有区别的。数据是独立的，是尚未组织起 来的事实的集合；而信息是按一定要求以一定格式组织起来的、具 有一定意义的数据。数据是信息的表示形式，信息是数据形式的内 涵。
时分复用
频率 A 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD
…
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
时分复用
频率 B 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD
…
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
时分复用
频率 C 在 TDM 帧中 的位置不变
编码 解码
还原
t t
t
2.3 信道复用技术
2.3.1 频分复用
复用(multiplexing)是通信技术中的基本概 念。
信道 信道 A2 B2 C2 A1 B1 C1 A2 共享信道
A1 B1 C1
复用
分用
B2 C2
信道
(a) 不使用复用技术
(b) 使用复用技术
频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
数据码元比特 S 站的码片序列 S 发 送 端 S 站发送的信号 Sx T 站发送的信号 Tx 总的发送信号 Sx + Tx 接 收 端 规格化内积 S Sx 规格化内积 S Tx 1 m 个码片 t t t t t t 1 0 t
2.4 数据交换技术
电路交换 报文交换 分组交换
传统电话网使用电路交换
数据通信系统
输入 汉字
数字比特流
模拟信号 公用电话网
模拟信号
数字比特流
显示 汉字
PC 机
调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统
调制解调器 目的系统
PC 机
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
1.数据、信息和信号
(1) 数据和信息 数据：由数字、字符和符号等组成，是信息的载体。它没有实际含 义，总是和一定的形式相联系。
ABCDABCDABCDABCD
…
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
时分复用
频率 D 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD
…
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
时分复用可能会造成 线路资源的浪费
使用时分复用系统传送计算机数据时， 由于计算机数据的突发性质，用户对 分配到的子信道的利用率一般是不高的。
计算机网络
第 2 章 数据通信基础
第 2 章 数据通信基础
2.1 数据通信的基础知识
2.1.1 数据通信系统的模型 2.1.2 有关信道的几个基本概念 2.1.3 信息交互方式 2.1.4 异步传输与同步传输
2.2 数据编码技术
2.2.1 数字数据的模拟信号编码 2.2.2 数字数据的数字信号编码 2.2.3 模拟数据的数字信号编码
20 Gb/s
EDFA
120 km
2.3.5 码分复用 CDM
(Code Division Multiplexing)
常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此 彼此不会造成干扰。 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力， 其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称 为码片(chip)。
15 个话路
15 个话路
2.3.3 空分多路复用（SDM）
SDM:Space Division Multiplexing(空分 复用):利用空间分割构成不同信道的一种 复用方法。例如在光纤接入网中使用不 同的光纤分别传输不同种类或上下行业 务。
2.3.4 波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)
曼切斯特编码
跳变发生在码元中间，自同步编码
差分曼切斯特编码
跳变发生在码元之间，自同步编码
模拟数据的数字信号编码
fs 2f 抽样 量化 编码
现在的数字传输系统均采用脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制。
t
采样周期 T
信号 采样
t 0010 1100 1001 0011
信号
信号：数据的具体物理表示，具有确定 的物理描述，如电压、磁场强度等。在 电路中，信号就具体表示数据的电磁编 码。在数据通信系统中，要进行数据传 输，总是要借助于一定的物理信号来完
成，如电信号或光信号。
信号一般有模拟信号和数字信号两种形
式。
信道
信道- -传输信息的通道。它是由通信线路为基础
两部电话机只需要用一对电线 就能够互相连接起来。
传统电话网使用电路交换
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用 这个频带。 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请 注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
频率 频率 5 频率 4 频率 3
频率 2
频率 1 时间
2.3.2时分复用TDM (Time Division Multiplexing)ຫໍສະໝຸດ #1④#2
#3
D
3 个 STDM 帧
时分复用
为了有效地利用传输线路，提高数据传输速率， 可将多个话路的PCM 信号用时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)的方法装成时分复用帧，然 后发送到线路上。 由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际 标准，即北美的 24 路 PCM（简称为 T1）和欧洲 的 30 路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲 的 E1 标准。 E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。
E1 的时分复用帧
CH0 CH1 CH15 CH16 CH17 CH31
…
2.048 Mb/s 传输线路
… … 时分复用帧 T
CH0 CH1
CH15 CH16 CH17 CH31
… 时分复用帧
8 bit
时分复用帧
t
CH0
CH1 CH2
…
CH15 CH16 CH17
T = 125 ms
…
CH30 CH31 CH0
的、能够传输数据的通道。
有线信道：由有线传输介质构成的信道
无线信道：由无线传输介质构成的信道