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Copyright,卓然,zhuoran,南京航空航天大学计算机系统实验室,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Copyright,卓然,zhuoran,南京航空航天大学计算机系统实验室,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Copyright,卓然,zhuoran,南京航空航天大学计算机系统实验室,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机通信基础,第,2,章 数据传输,Data Transmission,1,1/77,本章内容,模拟传输和数字传输,通信代码,传输损耗,传输媒介,2,2/77,模拟传输和数字传输,数据和信号,数字通信特点,3,3/77,数据和信号,数据,模拟数据,数字数据,信号,模拟信号,数字信号,4,4/77,模拟和数字数据、信号,5,模拟数据,模拟信号,放大器,调制器,模拟数据,数字信号,PCM,编码器,数字数据,模拟信号,调制器,数字数据,数字信号,数字,发送器,5/77,模拟通信和数字通信,抗干扰性能比较,噪声积累,放大器,中继器,6,6/77,数字通信特点,体积小，成本低,使用,VLSI,数据完整性好,使用是中继器而不是放大器,安全可靠,数字数据加密要比模拟数据加密轻易得多。,便于计算机接口,计算机用二进制码序列电平,便于集成化处理,数字汇聚,7,7/77,通信代码,ASCII,码,ISO 10646,Unicode,汉字编码,8,8/77,ASCII,码,American Standard Code for Information Interchange,美国信息交换标准代码,ASCII,码是一个,7,位代码，有,128,个,01,为控制字符,32127,为字母、数字和专用符号,9,9/77,ASCII,码分类,物理设备控制字符,逻辑通信控制字符,物理通信控制字符,信息分隔字符,代码扩展控制字符,10,10/77,ASCII,码逻辑通信控制字符,数据传输格式,SOH,：,01H,，表示标题开始。,STX,：,02H,，正文开始，也同时表示标题结束。,ETX,：,03H,，正文结束。,EOT,：,04H,，传送结束，告诉接收方数据传送完成。,11,SOH,目标地址,STX,正文,ETX,校验,EOT,11/77,EBCDIC,码,扩充二,-,十进制交换码,Extended Binary-Coded Decimal Interchange Code,IBM,企业制订,8,位二进制代码,字符总数,140,个,用于,IBM,大中型计算机设备内码,12,12/77,ISO 10646,标准,信息技术,通用多字节编码字符集,Information technology-Universal Multiple-Octet Coded Character Set,简称,UCS,。,四维编码空间,组（,Group,）、平面（,Plane,）、行（,Row,）、列（,Cell,）,13,13/77,Unicode,与,ISO 10646-1,相同,编码传输规则,由,USC,传输格式,UTF,（,UCS Transformation Format,）规范要求,UTF,是将,Unicode,编码规则和计算机实际编码对应起来一个规则,常见,UTF,规范包含,UTF-8,UTF-16,14,14/77,汉字编码,GB2312-80,GBK,GB13030-,BIG5,码,Unicode,15,15/77,数据传输概念及分类,数据传输方式分类,数据传输基本概念,16,16/77,数据传输方式分类,并行传输和串行传输,单工通信、半双工通信和全双工通信,异步通信和同时通信,基带传输和频带传输,17,17/77,并行传输和串行传输,并行传输,每次可同时传送一个字节或一个字,适于距离小于,30,米通信系统,长距离通信不采取,串行传输,数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输,计算机串行通信发送次序,先发送通信代码最低位,再发送代码高位,最终发送校验位。,18,18/77,单工、半双工、全双工通信,单工通信,只允许数据向一个方向传输,如：广播电台、电视信号传输,半双工通信,含有双向传输信号能力，但同一时间里，双方不能同时发送信号，只能轮番发送,如：对讲机。,全双工通信,双方可同时发送信号，同时接收信号,19,19/77,异步通信和同时通信,时序问题,采样时钟不准确,需要采取办法来同时发送器和接收器,两种处理方案,异步通信,同时通信,20,20/77,异步通信,数据传输一次一个字符,每个字符从,5,比特到,8,比特不等,只需在每个字符内包含同时或时序信息,新字符开始时，接收器可重新取得同时,TTY,规程,21,线路空闲,线路空闲,1,位,起始位,1,位,校验位,1,1.5,2,位停顿位,5,8,位数据,21/77,同时通信,数据连续发送，没有起始位和停顿位,位同时,比特流级别,时钟专线,数据信号编码,帧同时,数据块级别,面向字符数据链路控制规程,面向比特数据链路控制规程,22,22/77,基带传输和频带传输,基带传输,直接传送基带信号,基带就是指电信号基本频带，即调制前或解调后信号所占用频带。,频带传输（宽带传输）,用数据信号对模拟载波进行调制，使其变为适合线路传输信号,23,23/77,数据传输基本概念,符号速率,数据传输速率,误码率,带宽,24,24/77,符号速率,码元或符号,码元是离散信号波形基本单位,符号速率,每秒传送码元数，单位是波特（,Baud,）,波特率、传码率、波形速率或调制速率,25,25/77,数据传输速率,数据传输速率,数据传输速率指通信系统每秒传送信息量,单位是,比特,/,秒,，简写为,bps,或,bits/s,信息量,信息量,=-log,2,P,比特（,P,为该事件出现概率）,传输速率,R,与符号速率,Nb,关系是：,R,=,N,b,log,2,M,bps,M=2,时,R=,N,b,26,26/77,误码率,误码率指码元在系统中传送时被传错概率,误组率,PB,与误码率,Pe,关系为：,P,B,=1-,（,1-,P,e,）,n,若,n=8,：,P,B,=1-,（,1-,P,e,）,8,（误字率）,27,27/77,带宽,信号带宽,Hz,一个信号绝对带宽就是,信号频谱宽度,信号频谱就是,信号所包含频率范围,线路带宽,Hz,系统允许经过信号频率范围,速率带宽,Kb/s Mb/s Gb/s,系统允许最高数据传输率，系统容量,28,28/77,带宽,29,每,秒,10,6,个比特,时间,1,0 1 0,1 1,1,s,带宽为,1 Mb/s,时间,每,秒,4,10,6,个比特,0.25,s,带宽为,4 Mb/s,29/77,传输损耗,衰减,噪声,延迟失真,信道容量,30,30/77,衰减,衰减,信号强度从传输媒介一端传到另一端时减弱程度,衰减原因,全阻抗、趋肤效应和介电损失,31,31/77,噪声,噪声,物理系统中对信号传输与处理起扰乱作用而又不能完全控制一个不需要波形,噪声分类,热噪声,互调噪声,串话噪声,脉冲噪声,32,32/77,噪声,不严重失真,严重失真,33,实际信道,（带宽受限、有噪声、干扰和失真）,输入信号波形,输出信号波形,(,失真不严重,),输入信号波形,实际信道,（带宽受限、有噪声、干扰和失真）,输出信号波形,(,失真严重,),33/77,延迟失真,信号经过有线媒介时，其传输速度伴随频率改变而改变,会造成数据信号产生相移,处理方法：延迟均衡器,34,34/77,信道容量,信道允许传输最大数据传输速率（,bps,）,信道容量受限于：,带宽,信噪比（香农定理）,最大符号速率（奈奎斯特准则）,35,35/77,奈奎斯特准则,任何实际传输系统都是频带受限，输入波形经过后都会产生一定失真。,奈奎斯特准则给出了,有限带宽无噪声信道,最大符号传输速率,。,36,36/77,奈奎斯特准则,37,理想低通信道,最高码元传输速率,=2,W,Baud,W,是理想低通信道带宽，单位为赫,(Hz),不能经过,能经过,0,频率,(Hz),W,(Hz),每赫带宽理想低通信道最高码元传输速率是每秒,2,个码元。,Baud,是,波特,，是,码元,传输速率单位，,1,波特为,每秒,传送,1,个码元。,37/77,奈奎斯特准则,38,理想带通特征信道,最高码元传输速率,=,W,Baud,W,是理想带通信道带宽，单位为赫,(Hz),不能经过,能经过,0,频率,(Hz),W,(Hz),不能经过,每赫带宽理想低通信道最高码元传输速率是每秒,1,个码元。,38/77,香农定理,信噪比,信号功率与所出现噪声功率之比,香农定理,C,=,B,log,2,（,1+,P,s,/,P,n,）,(bps),B,为信道带宽,Hz,39,39/77,例题,假设一个信道带宽为,6400Hz,，信噪比是,30dB,，则信道容量为？若因为设备原因信噪比将为,10dB,，则此时信道容量为？,答案：,63790 bps,22140 bps,40,40/77,传输媒介,有线媒介,无线媒介,41,41/77,有线媒介,明线,双绞线,同轴电缆,光纤,42,42/77,明线,架设在地面上一个裸线线路,当前已不发展,43,43/77,双绞线,由两根对地对称绝缘芯线按照规则螺旋状绞合在一起,绞距,3,类,7.5 cm,到,10 cm,5,类,0.6 cm,到,0.85 cm,长途,5 cm,到,15 cm,同一捆相邻线对绞距不一样,分类,UTP,STP,44,44/77,双绞线分类,无屏蔽双绞线,(UTP),普通电话线,最廉价,最易安装,受外界电磁干扰,屏蔽双绞线,(STP),金属罩能够降低干扰,更贵,更难处理,(,粗,重,),45,金属屏蔽层,45/77,无屏蔽双绞线实物图,UTP,46,RJ-45,和,AUI,无屏蔽双绞线,46/77,屏蔽双绞线实物图,STP,FTP,：铝箔双绞线,SSTP,：屏蔽网双绞线,47,47/77,同轴电缆,内导体,绝缘层,外导体（屏蔽层）,护套,48,48/77,同轴电缆组成,内导体：采取半硬铜线,外导体：采取铜带或铝带纵包而成,绝缘层：用聚乙烯等塑料制成,护套：有铅护套、铝护套、钢护套、塑料护套等,49,49/77,同轴电缆特点,优点,传输距离较远，覆盖地域范围较大,技术非常成熟,缺点,电缆硬，折曲困难，重量重,50,50/77,同轴电缆实物,中同轴（,2.6/9.5mm,）,小同轴（,1.2/4.4mm,）,微同轴（,0.7/2.9mm,）,51,51/77,同轴电缆应用,Most versatile medium,电视布线,有线电视,CATV,Common Antenna Television,Community Antenna Television,CAble TV,长途电话传输,可同时承载,10,000,路电话,正被光纤所取代,短距离计算机系统连接,局域网,52,52/77,同轴电缆组网,53,服务器,客户机,客户机,客户机,BNC T,型连接器,终端,电阻,终端,电阻,53/77,局域网使用同轴电缆,54,细同轴电缆：特征阻抗,50,，直径,0.5cm,粗同轴电缆：特征阻抗,50,，直径,1cm,10base2,细同轴电缆,10base5,粗同轴电缆,54/77,同轴电缆传输特征,模拟,每隔几千米一个放大器,频率越高，距离越近,最高,500MHz,数字,每千米一个中继器,速率越高，距离越近,55,55/77,光纤,光导纤维,光纤是经过全反射传输光信号编码波束一个传输媒介,光纤系统工作频率：,10,14,到,10,15,Hz,位于红外线和可见光,56,56/77,光纤示意图,纤芯,8,到,50,微米,玻璃或塑料,包层,125,微米,玻璃或塑料,套管,塑料或其它物质,57,57/77,光纤实物图,裸光纤,58,58/77,常见光纤接头,59,FC,PC,型光尾纤接头外形图,SC,PC,型光尾纤接头外形图,ST-PC,型光尾纤接头外形图,FC/PC,SC/PC,型光尾纤外形图,59/77,常见光接口连接器,60,SC/PC,型光连接器,ST,型光连接器,FC/PC,型光连接器,BNC,型光连接器,MTRJ,型光连接器,60/77,光纤接头和光纤融接器,61,61/77,光缆,62,62/77,光纤特点,63,光纤是数据传输中最有效一个传输媒介,它有以下优点：,容量大,体积小，重量轻,衰减较小,电磁绝缘性能好,中继器间隔较大,最少几十千米,63/77,光纤应用,长途干线，,1500km,，,6,万话路。,市区干线，,12km,，,10,万话路。,农用交换干线,用户环路,LANs,64,64/77,光纤光源,发光二级管,(LED),更廉价,工作温度宽,寿命长,注入激光二极管,(ILD),更高效,更大数据速率,65,65/77,光纤类型,多模光纤,阶跃型多模光纤,渐变型多模光纤,单模光纤,纤芯半径为波长数量级,用于长途,66,66/77,光纤损耗,衰减（下列图），影响距离。,吸收,散射,色散，造成脉冲展宽，影响速率,传输速度随频率改变，抵达时间不一样。,因为频率不变，造成入射波长在媒介中改变,多模造成传输距离不一样,67,67/77,68,68/77,光纤工作频率,四个传输窗口,另：全波光纤,69,波长范围,(nm),(,真空中,),频带,(THz),波段标识,光纤种类,应用,820 to 900,366 to 333,多模,LAN,1280 to 1350,234 to 222,S,单模,Various,1528 to 1561,196 to 192,C,单模,WDM,1561 to 1620,185 to 192,L,单模,WDM,69/77,无线媒介,微波,卫星,短波,激光,红外线,70,70/77,无线传输,地波传输,天波传输,视距传输,71,71/77,微波线路,视距传输,频率范围,300 MHz,至,300GHz,天线间最大距离,72,72/77,卫星线路,卫星就是一个中继站,卫星以一个频率接收，放大信号然后以另一个频率传输,转发器,下行,/,上行：,4/6GHz,，,12/14GHz,，,20/30GHz,固定轨道,35,784km,高度,73,73/77,卫星通信特点,长时延性,约有,0.26,秒传输延迟,广播性,74,74/77,卫星通信多址性,频分多址（,FDMA,）,时分多址（,TDMA,）,码分多址（,CDMA,）,75,75/77,射频无线电通信线路,短波通信,电离层反射,工作频率范围为,3,30MHz,通信距离可达上千公里乃至上万公里。,散射通信,在对流层散射,工作频率范围为,100MHz,10GHz,通信距离普通为,150km,400km,不受核爆、磁爆和极光影响,蜂窝无线电通信,工作频率范围为,800MHz,900MHz,或,1800MHz,带宽为,220MHz,76,76/77,复习题,载波三个特征量是什么？,什么是带宽？,信号强度用分贝表示，有什么优点？,77,77/77,
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