数据与计算机通信第三章

数据传输 3. Data Transmission
数据传输概述

数据传输的基本原理构成了本书涉及的所有技术 和概念的基础

编码技术 复用技术 交换技术 差错控制技术

数字数据与模拟数据的区别 数字传输和模拟传输的区别 概念如衰减及噪声等
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模拟数据可用数字信号表示

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数据的模拟信令方式
模拟数据 ->模拟信号
模拟信号
模拟信号
数字数据 -> 模拟信号
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频率、频谱和带宽

时域（time domain）概念

模拟信号

一段时间信号的变化模式是平滑的 一段时间内信号强度保持某个常量值 一段时间内信号模式重复

数字信号


周期信号


非周期信号

一段时间内信号没有重复
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频域的表示如P46之图3.5
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Addition of Frequency Components
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Time-Domain and FrequencyDomain Representations
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模拟和数字信号

数据传播的方式 模拟信号

连续变化的 不同类型的媒体上传播

双绞线，同轴电缆，光纤，大气或空间


话音频谱范围在 100Hz 到 7kHz之间 电话系统的话音信号频谱范围在 300Hz 到 3400Hz间 视频的带宽是 4MHz左右
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频率、频谱和带宽





信号的特性包括时间特性和频率特性 对信号时间特性的分析在时域（Time Domain）上进行 振幅、频率、相位是在时域上描述信号的主要参数 在时域上表示信号的图象称为时域图 任一信号都可看成由某个频率范围内的频谱成分组成 信号的频率特性对信号带宽和数据率等至关重要 对信号频率特性的分析在频域（Frequency Domain）上 进行 在频域上表示信号的图象称为频域图 频域图有最大振幅-频率和相位-频率两种图象 在频域上进行信号分析通常比在时域上简便
正弦波

峰值振幅－ Peak Amplitude (A)

一段时间内信号值的最大值 单位伏－volts

频率－Frequency (f)


信号循环的速度 用Hertz (Hz) 表示 信号周期：信号重复一周所花的时间 T = 1/f
信号在不同时间点的相对位置

相位－Phase ()
Analog Data
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模拟传输

传输信号不考虑信号的内容 信号可能是模拟数据或数字数据 传输一段距离后，信号会衰减 使用放大器增强信号能量 同时也增强了噪声
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加密技术
能类似处理模拟数据和数字数据
综合性－Integration

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传输损伤

接收到的信号与传输信号有差异 模拟信号，损伤会降低信号质量 对数字信号则导致比特差错 重要的损伤：
电压脉冲序列 采用两个恒定电压值（dc）

数字信号

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数据和信号

模拟信号表示模拟数据 数字信号表示数字数据 数字数据可用模拟信号表示

如调制解调器－Modem
如编解码器－Compact Disc audio
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模拟波形和数字波形
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周期信号
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接收到的信号必须有足够的强度 信号电平必须保持高于噪声电平以接收无差错的数据 频率越高衰减越严重 即衰减是频率的递增函数 利用加感线圈改变线路的某些电气特性 使用放大器
传输术语（3）

单工（simplex）

信号仅向一个方向传输

e.g. Television

半双工（half-duplex）

都可以发送信号，但同一时间只一方发送

e.g. police radio

全双工（full-duplex）

可同时发送接收信号

e.g. telephone
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1 1 1 st A [sin 1t sin 31t sin 51t sin 71t ] 3 5 7 4
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Signal with DC Component
s(t ) 1
1 (sin1t sin 31t ) 3


衰减和衰减失真－Attenuation and attenuation distortion 时延失真－Delay distortion 噪声－Noise
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衰减

衰减

信号强度距离增长而减弱 衰减与传输媒体有关 传输过程需要注意到三点:
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传输术语（1）

发送器 接收器 传输媒体


发送器
传输媒体
接收器
导向媒体（guided media）
双绞线、同轴电缆和光纤 空气、真空和海水

非导向媒体（unguided media）（无线传播）

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传输术语（2）

直连链路（direct link）

没有中间设备存在 一条直连链路 仅被两设备共享 两个以上的设备共享同一传输媒体

点对点（point-to-point）



多点（multipoint）

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DC Component
Component of zero frequency
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Signal with DC Component
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频谱&带宽

频谱－Spectrum

信号包含的频谱范围 频谱宽度
第三章 数据传输
数据通信内容

研究的数据通信系统

点对点或多点链路 数据运载问题



讨论的主题

3、数据传输形式、信号与信道特性 4、传输媒体 5、编码 6、数据通信接口
7、数据链路控制协议 8、复用
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可靠性问题


效率问题

传输术语 信号及其传输特性 模拟数据传输 数字数据传输 信号遭受损伤的类型 信道容量
数字传输



考虑信号的内容 数据的完整性受到衰减、噪声或其他损伤的威胁 使用转发器 转发器接收信号恢复为1，0模式 重新传输新信号 克服了衰减 噪声也不累积
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数字传输的优势

信号－Signals


信令－Signaling


传输－Transmission

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模拟数据和数字数据

模拟数据

一段时间内具有连续的值 e.g. 声音, 视频

数字数据


值是离散的 e.g. 正文, 数字

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Varying Sine Waves
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波长

信号循环一个周期所占的空间长度 信号的两个连续周期上相位相同两点间的距离 波长－ 假设信号运动速度为－
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数据传输要点

电磁信号表示各种形式的信息

话音、数据、图像、视频 带宽：组成该信号的频率范围的宽度 衰减、失真、噪声 带宽、数据率、噪声、差错率

电磁信号由频率成分组成


传输损伤


通信设施考虑的因素

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Transmission Structure
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Point-to-Point Examples
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Multipoint Example
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=T f =
c 3*108 ms-1 (自由空间的光速)
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频域概念

一个电磁信号是由多种频率组成的

频率成分叠加如P45之图3.4


傅立叶分析的方法得出任何信号由不同正弦波的 频率成分组成 任何一个信号存在时域函数，也存在频域函数

数字技术－Digital technology

低价的 LSI/VLSI 技术
远距离传输，较低线路质量要求 经济的高带宽传输链路 数字技术的高级复用技术有效利用其容量
数据完整性－Data integrity

Baidu Nhomakorabea
容量利用率－Capacity utilization


安全和保密－Security & Privacy
数据率和带宽之间的关系

任何传输系统都只能容纳有限的频率范围 系统限制了数据在传输媒体上传送的数据率 数据率、中心频率与有效带宽成正比
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模拟和数字数据传输

数据－Data

传达某种意义或信息的实体 数据的电器或电磁表示方式 信号沿适当媒体的物理传播 用传播并处理信号的方式进行的数据通信的过程

绝对带宽－Absolute bandwidth


有效带宽－Effective bandwidth


通常就叫带宽
信号的绝大部分能量都集中在相当窄的频带范围 信号包含有频率为零的成分

直流成分－DC Component

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数据的数字信令方式
数字数据 -> 数字信号
+5v
-5v
数字信号
模拟数据 -> 数字信号
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模拟信号载送模拟数据和数字数据
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数字信号载送模拟数据和数字数据
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Simplex/Half Duplex/Full Duplex
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思考题



解释导向媒体和非导向媒体，并给出例子。 举例说明直接的链路有哪几种配置形式？ 数据传输根据设备之间信号流动方向，有哪几种 传输方式？结合自己所了解的，各举一例。