第三章数据通信基础
无线电编码(曼彻斯特码)
第三章数据通信的基本原理主要内容3.1数据通信的理论基础3.1.1傅立叶分析3.1.2有限带宽信号3.1.3信道的最大数据传输速率3.2数据通信技术3.2.1数据通信系统的基本结构3.2.2数据编码技术3.2.3多路复用技术3.2.4通信线路的通信方式3.3通信交换技术3.3.1电路交换3.3.2报文交换3.3.3分组交换3.3.4交换结构3.1数据通信的理论基础( 5 )波特率（baud）和比特率（bit）的关系：波特率：信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。
比特率：每秒钟传送的二进制位数。
波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系。
例：每个信号值可表示３位，则比特率是波特率的３倍；每个信号值可表示１位，则比特率和波特率相同。
对于比特率为Ｂbps的信道，发送８位所需的时间为8/B秒，若８位为一个周期Ｔ，则一次谐波的频率是：f1= B/8 Hz能通过信道的最高次谐波数目为：N = fc / f13.1数据通信的理论基础( 6 )音频线路的截止频率为3000HzN = fc / f1= 3000/(B/8) = 24000/BFig. 2-2结论：即使对于完善的信道，有限的带宽限制了数据的传输速率。
3.1数据通信的理论基础( 7 )3.1.3信道的最大数据传输速率1924年，奈魁斯特（H. Nyquist）推导出无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式：最大数据传输率= 2HlogV (bps)2任意信号通过一个带宽为Ｈ的低通滤波器，则每秒采样２Ｈ次就能完整地重现该信号，信号电平分为Ｖ级。
1948年，香农（C. Shannon）把奈魁斯特的工作扩大到信道受到随机（热）噪声干扰的情况。
热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。
Ｓ：信号功率，Ｎ：噪声功率10logS/N单位：分贝（db）103.1数据通信的理论基础( 8 )香农的主要结论是：带宽为H 赫兹，信噪比为S/N的任意信道的最大数据传输率为(1 + S/N) (bps)最大数据传输率= Hlog2电话系统的典型信噪比为30db;此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；与信号电平级数、采样速度无关；此式仅是上限，难以达到。
《网络技术》第三章
第三章 局域网基础 2、局域网介质访问控制方法
OSI
3.2.1 IEEE 802模型与协议标准
IEEE 802参考模型
SAP
第三章 局域网基础 2、局域网介质访问控制方法
第三章 局域网基础 1、局域网的基本概念
â Ë ¾ ¹ Ï Ð ü ã °² â ¿ £ ¤ã Í ² ±» ²
(a) £ ¤ã ±» ² ü ã °² â Ë ¾ ¹ Ï Ð
(b)
发送端 光纤 输入 光电转换 LED 光信号 PIN
接收端 光电转换 输出
第三章 局域网基础
1、局域网的基本概念
光缆的特点 优点：传输速率高、传输距离远、传输损耗 低、抗干扰能力强 缺点：价格相对较高、安装比较困难 光纤的分类 多模光纤 单模光纤（传输质量比多模光纤好） 光缆适合于楼宇内部的结构化布线
第三章 局域网基础 1、局域网基本概念
局域网拓扑结构 星形拓扑结构
第三章 局域网基础 1、局域网基本概念
局域网拓扑结构 星形拓扑结构
优点：结构简单 缺点：中心结点对系统可靠性影响太大
第三章 局域网基础
1、局域网的基本概念
传输介质的主要类型 双绞线 同轴电缆 光纤电缆 无线与卫星通信信道
b 7 b 6 b5 b 4 b 3 b 2 b 1 b 0 发送端 串行通信信道 (a) 发送端 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 并 行 通 信 信 道 接收端 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 接收端
(b)
第三章 局域网基础 0、数据通信：方式－单工、半双工、双工
数据与计算机通信答案(第3章)
而对于数字彩色电视机，相当不错了。如果不提高数据率，还可以通过降低分辨率或刷新速 率，来换取色彩数的提高，但这也不实用的方法。
已知视频带宽 B=5MHz，所以有 5=P/105，则每行的像素数 P=5x105=525。 然而，通常 CCIR-M/NTSC 制式每行只约有 450 像素，带宽 B=P/105=450/105=4.3MHz (实 际技术指标 4.2Hz) 。 带宽由 4.2MHz 增加到 5MHz 时，水平分辨率约增加 75 像素，增幅 16.7%。 （2）计算垂直分辨率的增幅 由于信号最高频率 fH=5MHz，即最短的信号周期 1/fH=0.2υs。 又因为每个最短周期包含 2 个像素，则有 225 周期/行。那么，每行扫描时间为 0.2υs×225=45υs。加上水平回扫 11υs，每行往返扫描时间为 56υs ，即 56x10-6 s， 假定每屏 V 行，每秒扫描 30 场（帧、屏），则每秒扫描行数为 30V。 因此对于画面刷新，有 30V×56x10-6 = 1s，V = 595 行/屏。目前 NSTL 制式每行只有 525 行。垂直分辨率增加了 70 行，增幅 13.3%。
cos 2 t = cos t cos t = 1 (cos 2t + cos 0) = 1 (cos 2t + 1)
2
2
所以， f (t) = (10 cos t)2 = 100 cos 2 t = 50 + 50 cos 2t
第3章 数据传输与通信基础.
3.3 多路复用技术
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在长途通信中，一些高容量的同轴电缆、卫星 设施以及光缆，其可传输的频率带宽很宽，为了 高效合理地利用这些资源，出现了多路复用技术。 多路复用就是在单一的通信线(一条物理电缆线) 上，同时传输多个不同来源的信息。从不同发送 端发出的信息S1，S2…，Sn，先由复合器复合为 一个信息，再通过单一信道传输至接收端。接收 前先由分离器分出各个信号，再被各接收端接收。 可见，多路复用需经复合、传输、分离三个过程。
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3．全双工通信方式 全双工通信能在两个方向上同时发送和接收信
息，如图3.4所示，它相当于把两个相反方向的 单工通信方式组合起来，因此一般采用四线制。 全双工通信效率高，控制简单，但组成系统造价 高，适用于计算机之间通信。如：计算机网络、 手机通信的方式。
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1．串行通信 在计算机中，通常是用8位的二进制代码来表
示一个字符。在数据通信中，人们可以按图3.6 所示的方式，将待传送的每个字符的二进制代码 按由低位到高位的顺序依次进行发送，到达对方 后，再由通信接收装置将二进制代码还原成字符 的方式称为串行通信。串行通信方式的传输速率 较低，但只需要在接收端与发送端之间建立一条 通信信道，因此费用低。目前，在远程通信中， 人们一般采用串行通信方式。
指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒钟传 输所构成数据代码的二进制比特数，单位为比特 /秒(bit/second)记做bps。对于二进制数据，数据 传输速率为：S = 1/t(bps)
需要指出的是带宽和数据传输速率之间并没有 直接对应的关系，一般来说，高数据速率，也意 味着大带宽，但与信道信噪比存在着关系。
计算机网络课后习题与解答讲解
本文所有的习题均来自教师上课布置的题目和书上，答案是一家之言，仅供参考。
第一章计算机概论1.术语解释计算机网络网络拓扑结构局域网城域网广域网通信子网资源子网2.计算机网络的的发展可以划分为几个阶段？每个阶段各有什么特点？3.以一个你所熟悉的因特网应用为例，说明你对计算机网络定义和功能的理解。
4.计算机网络如何分类？请分别举出一个局域网、城域网和广域网的实例，并说明它们之间的区别。
5.何为计算机网络的二级子网结构？请说明它们的功能和组成。
6.常用的计算机网络的拓扑结构有哪几种？各自有何特点？试画出它们的拓扑结构图。
7.计算机网络具有哪些功能？8.目前，计算机网络应用在哪些方面？第二章网络体系结构与网络协议1.解释下列术语网络体系结构服务接口协议实体协议数据单元数据封装数据解封装2.在OSI参考模型中，保证端-端的可靠性是在哪个层次上完成的？CA．数据连路层B．网络层C．传输层D．会话层3.数据的加密和解密属于 OSI 模型的功能。
BA．网络层 B．表示层 C．物理层 D．数据链路层4.O SI 参考模型包括哪 7 层？5.同一台计算机之间相邻层如何通信？6.不同计算机上同等层之间如何通信？7.简述 OSI参考模型各层的功能。
8.简述数据发送方封装的过程。
9.O SI 参考模型中每一层数据单元分别是什么？10.在 TCP/IP协议中各层有哪些主要协议？11.试说明层次、协议、服务和接口的关系12.计算机网络为什么采用层次化的体系结构？13.试比较 TCP/IP 模型和 OSI 模型的异同点。
计算机网络为什么采用层次化的体系结构？【要点提示】采用层次化体系结构的目的是将计算机网络这个庞大的、复杂的问题划分成若干较小的、简单的问题。
通过“分而治之”，解决这些较小的、简单的问题，从而解决计算机网络这个大问题（可以举例加以说明）。
2.81．用生活中的实例说明面向连接的网络服务与无连接的网络服务解析：面向连接的网络服务与无连接的网络服务就相当于生活中的电话系统和普通邮政系统所提供服务。
新编第3章数据通信系统PPT课件
公用电话网
源系统
传输系统
目的系统
输入 信息
源点
发送器
传输系统
接收器
输入 数据
发送的信号
接收的信号
输出 数据
终点
输出 信息
通信系统的模型
3.1.3 数据通信中的主要性能指标
• 在数据通信系统中，为了描述数据传输速率的大小和传输质量的 好坏，需要运用波特率和比特率等技术指标。波特率和比特率是 用不同的方式描述系统传输质量的参量。
• ① 比特率S 比特率又称为信息速率，它反映一个数据通信系 统每秒所传输的2进制数据位数（bit），单位是：比特/秒（ bits/s）或bps。
• ② 波特率B 波特率是一种调制速率，又称波形速率。它是指 数字信号经过调制后的速率，即经过调制后的模拟信号每秒钟变 化的次数，也就是数据通信系统中线路上每秒传送的波形个数， 其单位为波特。
3.3.1 电路交换
电路交换最典型的例子就是电话通信系统。一百多年来，经过 了多次改革和更新，已经从电话交换机的人工转接，发展到了现 代程控交换机的自动转接。
用户线 中继线 A
交换机 C
交换机
中继线 交换机
D
电路交换示意图
交换机 B
用户线
3.3.1 电路交换
• 特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通 路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。 对于猝发式的通信，电路交换效率不高。
3.1.1 信息、数据和信号
模拟信号与数字信号
模拟数据 模拟数据 数字数据 模拟数据
放大器 调制器
PCM 编码器
调制器
数字 发送器
模拟信号 数字信号 模拟信号 数字信号
模拟数据、数字数据和模拟信号、数字信号
数据通信与网络安全指南
数据通信与网络安全指南第一章：数据通信基础在如今信息时代，数据通信是各行各业不可或缺的一环。
数据通信是指通过传输介质（有线或无线）将信息从一个地点传输到另一个地点的过程。
本章将介绍数据通信的基础知识，包括信号传输、传输介质和传输协议等。
1.1 信号传输技术信号传输技术是数据通信的基石。
常见的信号传输技术包括模拟信号传输和数字信号传输。
模拟信号传输是将连续变化的信号通过物理介质传输。
数字信号传输则是将离散信号通过物理介质传输。
1.2 传输介质传输介质是指数据在传输过程中所经过的物理介质。
常见的传输介质包括有线介质和无线介质。
有线介质包括双绞线、同轴电缆和光纤等，而无线介质包括无线电波和红外线等。
1.3 传输协议传输协议是指在数据通信中，数据传输的规则和格式。
常见的传输协议包括TCP/IP协议和HTTP协议等。
传输协议确保数据在传输过程中的可靠性和安全性。
第二章：网络安全基础随着网络的普及和发展，网络安全问题日益凸显。
保障网络安全对于个人和组织来说至关重要。
本章将介绍网络安全的基础知识，包括网络威胁、网络攻击和安全防护等内容。
2.1 网络威胁网络威胁是指可能对网络系统和数据造成损害的行为。
常见的网络威胁包括计算机病毒、网络蠕虫、黑客攻击和网络钓鱼等。
2.2 网络攻击网络攻击是指对网络系统和数据进行非法访问、修改、破坏等活动。
常见的网络攻击包括拒绝服务攻击、网络入侵和数据篡改等。
2.3 安全防护安全防护是指通过采取一系列技术和措施来保护网络系统和数据的安全性。
常见的安全防护措施包括防火墙、入侵检测系统、数据加密和访问控制等。
第三章：数据通信与网络安全技术为了应对日益增加的数据通信需求和网络安全威胁，人们研发了许多数据通信与网络安全技术。
本章将介绍几种常见的数据通信与网络安全技术，包括VPN、SSL和防火墙等。
3.1 VPN技术VPN（Virtual Private Network）技术是一种通过公共网络建立起虚拟专用网络的技术。
数据通信基础知识
数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
Networking techno;ogy
2.1 基本概念
信号
f(t)是消息或数据的电磁编码x(。nT)信号的时域特性表 示为时间t的函数，信号的数学描述一般是以时
间t为自变量，以某种物理量（如电压）为因变
量。
t
11 00001 11 010 01 10 11 1 1 nT
分为(a) 模模拟拟信信号 号与数字信号。 (b) 数字信号
然而：信道对不同频率的信号其衰减幅度是不 相同的，因而会发生畸变。一般来说，频率越 高的信号，其衰减幅度越大
2.2.2 信道的截止频率与带宽
2.2.3 信道的最大数据传输率
数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
7
Networking techno;ogy
2.2.1 信号的频谱和带宽
傅立叶已经证明：任f(何t) 一个周期为T的函数f(t)都是由 无穷多个正弦和余弦函数合成，即：
具体的数字编码方式。 数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
11
Networking techno;ogy
脉冲信号频谱图
信号的脉冲宽度与其带宽成反比，因此信 号的数据率越高，信号的带宽也就越宽。
数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
12
Networking techno;ogy
2.2.2 信道的截止频率与带宽
数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
13
Networking techno;ogy
信道截止频率
A
10lg 2 3
A
10.707
10.707
f fc
(a) 单通滤波器
数据通信-3章-LAN(含差错控制)
数据通信与网络基础
站点A 站点B
建立
ENQ ACK 数据 ACK
数据 传输
数据 ACK
数据 ACK 终止 时间 EOF 时间
13
ENQ/ACK线路规程
数据通信与网络基础
3.1.2 轮询/选择 该方法是在一个设备被指定为主站而 其它设备为从站的拓扑结构中采用的方 法。多点系统必须在多个节点而不是两 个节点之间协调。 • 如何工作 当一条多点链路由使用同一条传输线 路的主设备和若干从设备构成时，所有 信息交换都必须通过主设备进行。主设 备控制链路，从设备遵从其指令。必须 由主设备来决定，在给定时刻哪一个设 备才有权使用信道。因此，主设备总是 会话的发起者。如果主设备希望接收数 据，它将询问从设备是否有数据待发， 这项功能称为轮询。如果主设备希望发 送数据，它告之要发往的从设备准备好 接收数据，这项功能称为选择。
数据通信与网络基础
如何工作： 1 发起方首先发送一个询问帧（ENQ）， 询问接收方是否可以接收数据。 2 接收方如已经作好准备，就发送一个确 认（ACK）帧；如没有准备好，就必须 回答一个否认（NAK）帧。 3 如果在一定时间内既没有收到确认帧， 又没有收到否认帧，发起方就假定询问 帧在传输中丢失，于是断开连接，并重 新发送一个副本。 4 如果对ENQ帧的响应是否定的，在三次 尝试都失败后，发起方就断开连接，并 在另一个时刻重新开始整个过程。如果 是肯定，发起方就可以随时发送数据。 5 一旦将所有数据都传输完毕，发送方以 一个传输结束（EOF）帧结束传传输。
从概念上来说，当数据帧发送出去时，发送方 滑动窗口从左面开始收缩。当收到确认帧时， 发送方滑动窗口向右扩展。
27
数据通信与网络基础
发送窗口
5 6
《数据通信与计算机网络》复习题
《数据通信与计算机网络》复习题计算机网络复习第一章概述1、什么是计算机网络？按照覆盖范围可将计算机网络分成哪三种？按照拓扑结构来分可以分成哪几种？计算机网络的功能主要有哪些？从计算机网络的组成上看，计算机网络可以由哪二部分组成？答：计算机网络是以实现远程通信为目的，一些互连的，独立自治的计算机的集合。
按照覆盖范围可分为2）广域网WAN，3）局域网LAN，4）城域网MAN，5）个人区域网PAN。
按拓扑结构可分为星形，树形，总线形，环形各网格形。
主要功能有1）资源共享，2）数据通信，3）提高了系统的可靠性，4）有利于均衡负荷，5）朝代了灵活的工作环境。
从组成在看，计算机网络可由1）能向用户提供服务的若干主机，2）由一些专用的通信处理机和连接这些结点的通信链路所组成的一个或数个通信子网，3）为主机与主机，主机与通信子网中各个结点之间通信而建立的一系列协议，即通信双方事先约定的，共同遵守的一组规则三部分组成.2、什么是计算机网络协议？协议的三要素是什么？答：为在网络中进行数据交换而建立的规则，标准或约定称为网络协议。
协议的三要素：语法，语义，同步。
3、计算机网络的体系结构是指什么？常见的计算机网络的体系结构由哪几种？各由几层组成？分别说明各层的作用？答：计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其服务和协议的集合，也就是计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义，以作为用户进行网络设计和实现的基础。
常见的有OSI 参考模型，由物理层（是为数据链路层提供一个物理连接，在物理媒体上透明地传送比特流）数据链路层（是屏蔽物理层的特性，为网络提供一个数据链路连接，在一条有可能出差错的物理连接上，进行几乎无差错的数据传输）网络层（是为源端的运输层送来的分组，选择合适的路由和交换结点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层）运输层（是为会话层用户提供一个端到端的可靠，透明和优化的数据传输服务机制）会话层（是为端系统的应用程序之间提供了对话控制机制，允许不同主机上的各种进程之间进行会话，并参与管理）表示层（为上层用户解决用户信息的语法问题）应用层（为特定类型的网络应用提供了访问OSI 环境的手段）七个层次组成。
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➢编码：字符编码集 博多（Baudot）码 （IA2） ASCII码 （IA5） 汉字区位码GB2312
第三章数据通信基础
计算机通信与网络
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3、信号： 在通信系统中所使用的信号指的是电信号，即随时间 变化的电压或电流，是数据的表现形式。
➢ 信号的分类
❖ 连续信号与离散信号； ❖ 模拟信号与数字信号； ❖ 周期信号与非周期信号； ❖ 随机信号与确认信号 ；
以10为底，I的单位为：hartly（哈特莱）；
例：在二进制通信中，每位二进制数所携带的信息量为 多大？
※ 一位二进制数通常称作一个比特，是指一位二进制 数携带的信息量为一个比特。
第三章数据通信基础
计算机通信与网络
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2、数据与编码
➢数据：描述事物的符号，是信息的载体。 数据可以分为：模拟数据和数字数据；
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例如：目前的广播、电视通信系统。
Audio数据
直接以Audio信号传输
调制编码后传输： 调制方式
基带传输：信号未经频率变换直接在信道上进行传输。 即：数据与信号占用相同的频谱宽度。
（3）、数字数据： 由0、1构成的数字序列，应进行一定的编码才
能有效地进行通信。
第三章数据通信基础
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2、数据与信号：
信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式，是 通过一定的编码技术将数据转换成电编码的。
（1）模拟—模拟编码：
□ 调相制编码； □ 调幅制编码； □ 调频制编码；
第三章数据通信基础
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➢数据传输速率与通信系统带宽
例：若一个通信网带宽为4MHZ ，传输信号为方波，当
基波频率为f0＝1 MHZ 时，试请问数据的传输速率
是多少呢？
A
01 t
V=2×f0
FAQ：是不是只要提高f0就能够提高数据的传输速率呢？ 第三章数据通信基础
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① Sin(2πkft)
② 1/3Sin(2π(3f)t)
①+ ②
包含三个频率分量
第三章数据通信基础
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3.2 数据传输与处理
数据从源站到目的站的传输过程中，必须要考虑 以下几个问题：
❖数据的特性； ❖用于传输数据的实际物理手段； ❖在传输过程中如何保证数据的正确性。
注意：信息与消息的区别；
不确定性的 度量；
➢信息量：一个消息所包含的信息量（I）就是它所表示 的事件发生概率（P）的倒数的对数。
信息量：I = log(1/p)
第三章数据通信基础
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P＝1
I＝0；
P＝0
I＝∞；
以2为底， I的单位为：bit（比特）；
以e为底， I的单位为：nat（奈特）；
第三章数据通信基础
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➢ 信号的特性：
❖时间特性----时域法 主要用于模拟信号的分析；
❖频率特性----频域法 主要用于数字信号的分析。
第三章数据通信基础
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➢信号的绝对带宽和有效带宽
信号带宽：是指信号的频谱宽度； 绝对带宽：指信号本身固有的带宽； 例如：
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第三章 数据通信基础
数据通信是指在两点或多点之间以二进制形式进行
信息交换的过程。
数据能够被正确的传输， 主要取决于两个因素：
被传信号的质量； 传输介质特性；
第三章数据通信基础
计算机通信与网络
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3.1 基本概念
1、信息与信息量
➢信息：按Shannon定义，信息就是“熵的减小”；
NTSC制 640×480
30Fbps
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数据速率： 768×576×24×25 ≈ 260Mbps
CIF规范： 352×288×8×（5-10） ≈ 4Mbps 主要用于网络视频会议系统
QCIF规范： 176×144×8×（5-10）≈ 1Mbps 主要用于可视电话系统
第三章数据通信基础
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计算机通信与网络
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（2）、数字—数字编Return to Zero）
□ 曼彻斯特编码（Manchester）
□ 差分曼彻斯特编码（Differential Manchester）
针对不同的介质、不同物理信道或不同用途有不同 的编码方式，例如：4B/5B、8B/6T等等。
第三章数据通信基础
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01 1 0 1
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NRZ
Manchester
Differential Manchester
第三章数据通信基础
计算机通信与网络
（3）、模拟—数字 编码：
□ 脉冲振幅调制(PAM)； □ 脉冲编码调制(PCM) ；
（4）、数字—模拟 编码：
□ 幅移键控(ASK)； □ 相移键控(PSK) ； □ 频移键控(FSK) ； □ 正交调幅(QAM)；
第三章数据通信基础
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1、数据的特性：
包括两类： 模拟数据：语音数据、音频、视频数据 数字数据：由0 、1 序列构成的数据
（1）、语音数据：
dB
➢电话系统：300—3400Hz
语音
采样频率：8000Hz
量化系数：8bit
数据速率：64Kbps 400 700 3000
第三章数据通信基础
(2πkft) （k为奇数）
即是：
+…..
第三章数据通信基础
波形
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设备有效带宽：一个绝对带宽为∞的信号，在通过一个有 限带宽的传输设备、介质时，所能通过的 最高频率与最低频率之差；
信号有效带宽：包含绝大多数信号能量的频带宽度；
设备容错能力：设备能够根据所接收到的失真信号还原出 信号本身的能力；
第三章数据通信基础
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3、传输方式：
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Analog Data
Analog Signal
Digital Data
Digital Signal
可以有四种数据传输形式， 也就形成了四类传输系统。
第三章数据通信基础
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（1）、模拟数据以模拟信号方式传输
声音 Hz
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➢IP电话： 比电话通信系统的语音质量差 ▪ 数据速率：8—32Kbps ▪ 分组传输特性 ▪ 受网络传输带宽影响 ▪ 延时的抖动特性
（2）、视频数据
PAL制
基本属性：空间分辨率：768×576
色彩分辨率：24bit
时间分辨率：25Fbps
第三章数据通信基础