计算机网络原理课件 网络通信基础

基带数字信号的三种调制方法
基带信号 振幅键控 0 1 0 0 1 1 1 0 0
移频键控
移相键控
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3)模拟数据编码为数字信号

脉冲编码法 采样 量化 编码 增量调制
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4) 模拟数据编码为模拟信号

调幅 调频 调相
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基带(baseband) 和带通(band pass)信 号

基带信号（即基本频带信号）——信源信号。像计算机 输出的各种文字或图像文件的数据信号都是基带信号。 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。因此 必须对基带信号进行调制(modulation)。 带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频 率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一 段频率范围内能够通过信道）。
失真大，无法识别
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
26 26
信道能够通过的频率范围



1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名 的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下， 为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的， 否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码 元的判决（即识别）成为不可能。 如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号 高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送 码元而不出现码间串扰。
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请注意


对于频带宽度已确定的信道，如果信噪 比不能再提高了，并且码元传输速率也 达到了上限值，那么还有办法提高信息 的传输速率吗？ 这就是用编码的方法让每一个码元携带 更多比特的信息量。
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异步、同步传输

同步：接收端和发送端在时间上协调一致，
接收端按照发送端发送码元的起止时间和频率 接收数据。

时钟
Manchester
13
差分曼彻斯特编码

根据比特间隔的开始位置是否有跳变来表 示不同的比特。 开始位置有跳变代表“0”，无跳变代表 “1”，反之亦可。
0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0
比特 时钟
差分
Manchester
14
NZR,NZRI,Manchester
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
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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
28 28
香农公式表明




信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的 极限传输速率就越高。 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速 率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的 传输。 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实 际信道不可能是这样的），则信道的极限信息 传输速率 C 也就没有上限。 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农 的极限传输速率低不少。 29
优点：可靠性高、可优化通
信； 缺点：结构复杂、路径选择 和流量控制。
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2.4 多路复用技术

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
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串行传输 数据信号的若干位按位顺序串行排列成 数据流，在一条信道上传输。

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2据编码为数字信号 数字数据编码为模拟信号 模拟数据编码为模拟信号 模拟数据编码为数字信号
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1)数字数据编码为数字信号

1不归零NRZ 2归零 RZ 3不归零反相编码NRZI 4曼彻斯特 5差分曼彻斯特
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2）数字数据编码为模拟信号 (最基本的调制方法)


基带信号包含有低频成分，甚至直流成分， 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：



振幅键控：载波的振幅随基带数字信号而变化。 移频键控：载波的频率随基带数字信号而变化。 移相键控：载波的初始相位随基带数字信号而变 化。 20
频率 频率 5 频率 4 频率 3
频率 2
频率 1 时间
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2.4.1 频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
特点：在某一瞬时线路上有多路信号在传输； 保护带：信道之间的隔离带；
FDM：适合模拟信号传输，用于电视信号、电话信
号。
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2.4.2 时分复用TDM (Time Division Multiplexing)
0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0
NRZI
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归零 （Return to Zero ，RZ） 二进制“0‖用低电平代表 二进制“1‖电平由高变低 优缺点和NRZI基本相同
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曼彻斯特编码（Manchester coding）
曼彻斯特编码在每个比特间隔的中间引入跳变同时 用于同步和比特表示。 一个由低电平到高电平的跳变代表比特0 ，而高电 平到低电平的跳变代表比特1 ，反之亦可。 通过这种跳变的双重作用，达到了同步的效果。 比特 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0
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2.3.3 环型拓扑
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2.3.3 环型拓扑
组成：用一条传输线将一系列的结点连成一个环。即有中继 器和连接中继器的链路组成。 中继器：数据的转发设备 特点：链路是单向的，只能按一个方向进行数据传输。 分布式控制策略 优点：电缆短、适合光纤； 缺点：故障诊断难、网络重新配置不灵活。
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2.3.4 树型拓扑
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2.1 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
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
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几个术语



时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复 用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一 个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周 期就是 TDM 帧的长度）。 TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的 频带宽度。

异步传输
以字符为单位进行传输，每个字符前加起始位， 字符后加结束位。

同步传输
帧同步 帧起始同步字符和帧终止字符。
位同步
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2.3 网络拓扑结构
网络拓扑结构：网络中各个结点相互连接的方式， 一般指通信子网的结构。



总线型 环型 星型 混合型 树型（星型级联，星型变体） 星环型（星型+环型） 网状
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不归零反相编码 (Non-Return to Zero inverted，NRZI)


信号电平的一次反转代表比特1，没有电平变化的信号 代表比特0。 NRZI优于NRZ编码: 由于每次遇到比特1都发生电平跳变,这能提供一种同 步机制。数据流中的1都使接收方能根据信号的实际 到达来对本身时钟进行再同步。 一连串0仍会造成麻烦，但由于连续0出现不频繁，问 题就小了许多。 比特

数据(data)——运送消息的实体。


信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。
“模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连 续的。 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的波形表 示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。

“数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。
多路复用技术分类：

频分多路复用技术 同步时分多路复用技术 异步时分多路复用技术 波分多路复用技术 码分多址访问
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2.4.1 频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)

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）。
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2.3.1总线拓扑结构
组成：单根传输线作为传输介质，所有的站点通过相应硬件 结构直接连接到 传输介质。 特点：所有的结点共享一根传输线。采用分布式控制策略。 优点：电缆长度短、可靠性高、容易扩充； 缺点：故障诊断难、终端必须是智能的。