数据通信与网络课件
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计算机网络技术ppt课件
第一节 数据通信的基本概念
一、数据 数据是传递信息的实体，通信的目的是交换数据， 数据的表现形式可以是数字、文字、语音、图形或图 像等。为了传送这些数据，首先要将字母、数字、语 音、图形或图像用二进制代码的数据来表示；为了传 输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号 编码的方式表示；数据通信是指在不同计算机之间传 送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列 的模拟或数字信号的过程。 数据可分为：模拟数据、数字数据。 模拟数据是在某个区间内连续的值。如：声音、视 频是强度连续改变的波形。 数字数据则是离散的值。如：整数。
9
协议: 控制报文的收发
e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
因特网: “万网之网”
松散的层次结构 公共的Internet（因特网） vs. 专有的 intranet（内联网） 因特网标准
RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force（因特网工程部）
1二、Leabharlann 号• 信号是数据的电磁或电子的编码。在通信中， 数据变成可在传输介质上传送的信号来发送。 它有两种形式：模拟信号和数字信号。
• 模拟信号：连续变化的电磁波，用电信号模拟 原有信息。
• 数字信号：一系列的电脉冲，直接用两种电平 表示二进制的1和0。
2
二、模拟数据和数字数据通信
模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数字信号来表示和 传输。
6
3．数字数据的数字信号表示 数字数据也可以由数字信号来表示，即用二进制 形式的数字脉冲信号来表示。 为了改变其传播特性，这些脉冲可以有许多不同 的编码格式。常见的编码格式有三种：不归零编码 (NZR)、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。 局域网中常采用后两种编码方式。
一、数据 数据是传递信息的实体，通信的目的是交换数据， 数据的表现形式可以是数字、文字、语音、图形或图 像等。为了传送这些数据，首先要将字母、数字、语 音、图形或图像用二进制代码的数据来表示；为了传 输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号 编码的方式表示；数据通信是指在不同计算机之间传 送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列 的模拟或数字信号的过程。 数据可分为：模拟数据、数字数据。 模拟数据是在某个区间内连续的值。如：声音、视 频是强度连续改变的波形。 数字数据则是离散的值。如：整数。
9
协议: 控制报文的收发
e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
因特网: “万网之网”
松散的层次结构 公共的Internet（因特网） vs. 专有的 intranet（内联网） 因特网标准
RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force（因特网工程部）
1二、Leabharlann 号• 信号是数据的电磁或电子的编码。在通信中， 数据变成可在传输介质上传送的信号来发送。 它有两种形式：模拟信号和数字信号。
• 模拟信号：连续变化的电磁波，用电信号模拟 原有信息。
• 数字信号：一系列的电脉冲，直接用两种电平 表示二进制的1和0。
2
二、模拟数据和数字数据通信
模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数字信号来表示和 传输。
6
3．数字数据的数字信号表示 数字数据也可以由数字信号来表示，即用二进制 形式的数字脉冲信号来表示。 为了改变其传播特性，这些脉冲可以有许多不同 的编码格式。常见的编码格式有三种：不归零编码 (NZR)、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。 局域网中常采用后两种编码方式。
数字通信-PPT课件
1
本课程研究的主要内容
介绍数字通信系统分析和设计基础的基本原理，介 绍数字通信技术发展的新成果；
研究内容包括：数字形式的信息从信源到一个或多 个目的地的传输问题。
先修课程： 通信原理；概率论和随机过程等
参考教材： Digital communication， Proakis，
电子工业出版社
2
第1章 绪论
xl (t) xi (t) jxq (t)
从带通信号中 提取低通信号 的处理过程
—— 解调
解调器
23
第2章 确定与随机信号分析
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
频谱：
X ( f ) F[x(t)] x(t)e j2 ftdt Re[xl (t)e j2 f0t ] e j2 ftdt
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
带通信号（系统）
是一种实窄带高频信号，其频谱集中在某个频率（±f0）附近， 且频谱宽度远小于f0的信号（系统）
双边带调制DSB：
传输信号的信道带宽限制在以载 波为中心的一个频段上。
单边带调制SSB：
xl (t) x (t)e j2 f0t [x(t) jxˆ(t)]e j2 f0t xl (t) [x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t] j[xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t]
xi (t) x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t xq (t) xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t
本课程研究的主要内容
介绍数字通信系统分析和设计基础的基本原理，介 绍数字通信技术发展的新成果；
研究内容包括：数字形式的信息从信源到一个或多 个目的地的传输问题。
先修课程： 通信原理；概率论和随机过程等
参考教材： Digital communication， Proakis，
电子工业出版社
2
第1章 绪论
xl (t) xi (t) jxq (t)
从带通信号中 提取低通信号 的处理过程
—— 解调
解调器
23
第2章 确定与随机信号分析
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
频谱：
X ( f ) F[x(t)] x(t)e j2 ftdt Re[xl (t)e j2 f0t ] e j2 ftdt
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
带通信号（系统）
是一种实窄带高频信号，其频谱集中在某个频率（±f0）附近， 且频谱宽度远小于f0的信号（系统）
双边带调制DSB：
传输信号的信道带宽限制在以载 波为中心的一个频段上。
单边带调制SSB：
xl (t) x (t)e j2 f0t [x(t) jxˆ(t)]e j2 f0t xl (t) [x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t] j[xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t]
xi (t) x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t xq (t) xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t
《数字通信原理》课件
信道编码
为了提高数字信号传输的可靠性和稳定性，通过增加冗余信息对数字信号进行 编码。
常见信道编码技术
线性分组码、循环码、卷积码等。
差错控制编码
差错控制编码
通过在数字信号中添加额外的信息，以检测和纠正传输过程中可能出现的错误。
常见差错控制编码技术
奇偶校验码、海明码、循环冗余校验（CRC）等。
加密与解密技术
THANKS
抗干扰能力
抗噪声干扰能力
数字通信系统在存在噪声干扰的情况 下仍能正常工作的能力。
抗多径干扰能力
数字通信系统抵抗多径效应干扰的能 力。
误码率与信噪比
误码率（BER）与信噪比（SNR）的关系
随着信噪比的增加，误码率逐渐降低，通信质量提高。
信噪比优化
通过合理配置信号功率和噪声抑制措施，降低误码率，提高通信性能。
数字信号在传输过程中可能会受到噪声 、干扰和衰减的影响，需要进行相应的 处理和补偿。
数字信号的同步技术
01
载波同步
通过提取载波频率和相位信息 ，使接收端与发射端保持一致
的载波频率和相位。
02
位同步
使接收端的抽样时钟与发送端 的时钟保持一致，以便正确地
进行抽样判决。
03
帧同步
使接收端正确地识别出数字信 号中的帧结构，以便正确地提
物联网与智能家居系统的组成
物联网与智能家居系统由传感器、控制器、智能家电等组成，实现家庭设施的远程控制和 智能化管理。
物联网与智能家居系统的特点
物联网与智能家居系统具有便捷性、智能化、节能环保等特点，能够提高家庭生活的舒适 度和便利性。
未来数字通信技术的发展趋势
01
未来数字通信技术的发展趋势概述
为了提高数字信号传输的可靠性和稳定性，通过增加冗余信息对数字信号进行 编码。
常见信道编码技术
线性分组码、循环码、卷积码等。
差错控制编码
差错控制编码
通过在数字信号中添加额外的信息，以检测和纠正传输过程中可能出现的错误。
常见差错控制编码技术
奇偶校验码、海明码、循环冗余校验（CRC）等。
加密与解密技术
THANKS
抗干扰能力
抗噪声干扰能力
数字通信系统在存在噪声干扰的情况 下仍能正常工作的能力。
抗多径干扰能力
数字通信系统抵抗多径效应干扰的能 力。
误码率与信噪比
误码率（BER）与信噪比（SNR）的关系
随着信噪比的增加，误码率逐渐降低，通信质量提高。
信噪比优化
通过合理配置信号功率和噪声抑制措施，降低误码率，提高通信性能。
数字信号在传输过程中可能会受到噪声 、干扰和衰减的影响，需要进行相应的 处理和补偿。
数字信号的同步技术
01
载波同步
通过提取载波频率和相位信息 ，使接收端与发射端保持一致
的载波频率和相位。
02
位同步
使接收端的抽样时钟与发送端 的时钟保持一致，以便正确地
进行抽样判决。
03
帧同步
使接收端正确地识别出数字信 号中的帧结构，以便正确地提
物联网与智能家居系统的组成
物联网与智能家居系统由传感器、控制器、智能家电等组成，实现家庭设施的远程控制和 智能化管理。
物联网与智能家居系统的特点
物联网与智能家居系统具有便捷性、智能化、节能环保等特点，能够提高家庭生活的舒适 度和便利性。
未来数字通信技术的发展趋势
01
未来数字通信技术的发展趋势概述
《数据通信与计算机网络》电子全套课件
网络协议
NETBEUI网络、IPX/SPX网络、 TCP/IP网络等
拓扑
总线型网络、星型网络、环型网络等
体系结构
以太网、令牌环网、AppleTalk网络等
Hale Waihona Puke 网络和现代通信技术基础——计算机网络的概述
12
1.2计算机网络的分类
LAN MAN WAN的距离标准 ：
网络和现代通信技术基础——计算机网络的概述
1.1.3 计算机网络的定义 定义 ：计算机网络是自主计算机的互联集合。 它是具有独立功能的计算机、终端及其它设备， 用通信线路连接起来，按一定的方式进行通信 并实现资源共享的系统
1. 互联可以通过电缆（电话线、网线或光纤等）来实现，也可以 采用无线连接，使用无线电信号、激光或红外技术、或者卫星 传输。总之，两台计算机如果能互相交换信息即称为互联。
FDDI Dual Ring
网络和现代通信技术基础——计算机网络的概述
8
1.1 计算机网络的发展过程
4.标准化网络
20世纪70年代后期，开始提出发展计算机网络 的国际标准化问题。ISO、CCITT、IEEE等都 成立了专门的研究机构，研究计算机系统的互 连、计算机网络协议标准化等问题。
1984年，ISO正式颁布了一个称为“开放系统互 连基本参考模型”（OSI模型）的国际标准 ISO7498。
网络和现代通信技术基础——计算机网络的概述
2
1.1 计算机网络的发展过程
1.1.1 计算机网络的产生与发展 1．计算机—终端通信网络
50年代中期出现了“具有通信功能的单主机多终端 系统”。在这种系统中，一台计算机通过通信线路与 若干近地终端及远方终端连接，或多个终端共享一条 通信线路和一台主机连接，形成“终端—通信线路— 计算机”简单的通信系统，构成了计算机网络的雏形
计算机网络基础(数据通信基础)课件
计算机网络基础(数据通信 基础)课件
• 数据通信概述 • 数据传输方式 • 数据交换技术 • 数据链路控制 • 数据通信协议 • 数据通信网络安全
01 数据通信概述
数据通信的基本概念
01
02
03
数据通信定义
数据通信是实现计算机与 计算机之间、计算机与终 端之间以及终端与终端之 间信息交换的技术。
数据加密技术可以分为对称加密和公钥加密两种类型， 各有其适用的场景和优缺点。
防火墙技术
防火墙技术是用于防止未经授权的访问和恶意攻击的一种 安全技术。
防火墙可以阻止来自外部网络的非法访问和攻击，同时也 可以限制内部网络用户对外部网络的访问。
防火墙技术可以分为包过滤防火墙和应用层网关防火墙两 种类型。
IP协议通过IP地址来标识网络中的每个设备， 并使用路由算法来确定数据传输的最佳路径。
IP协议还提供了数据报文分片和重组功能，以 适应不同大小的数据报文在网络中传输。
06 数据通信网络安 全
数据通信网络安全概述
01
数据通信网络安全是确保数据在传输和存储过程中的机密性、完整性和可用性 的过程。
02
01
02
它采用全双工通信方式，支持流量控制和差错控制等功能。
HDLC协议具有简单、高效和可靠的特点，被广泛应用于数据通
03
信领域。
05 数据通信协议
数据通信协议的基本概念
数据通信协议是一组规则和标准，用于规范数据在计算机网络中的传输和交换。
它规定了数据如何在不同的设备之间传输，包括数据的格式、传输方式、传输顺序 以及控制信息等。
数据链路控制协议包 括物理层、数据链路 层和网络层协议。
它负责建立、维持和 终止通信链路，确保 数据的可靠传输。
• 数据通信概述 • 数据传输方式 • 数据交换技术 • 数据链路控制 • 数据通信协议 • 数据通信网络安全
01 数据通信概述
数据通信的基本概念
01
02
03
数据通信定义
数据通信是实现计算机与 计算机之间、计算机与终 端之间以及终端与终端之 间信息交换的技术。
数据加密技术可以分为对称加密和公钥加密两种类型， 各有其适用的场景和优缺点。
防火墙技术
防火墙技术是用于防止未经授权的访问和恶意攻击的一种 安全技术。
防火墙可以阻止来自外部网络的非法访问和攻击，同时也 可以限制内部网络用户对外部网络的访问。
防火墙技术可以分为包过滤防火墙和应用层网关防火墙两 种类型。
IP协议通过IP地址来标识网络中的每个设备， 并使用路由算法来确定数据传输的最佳路径。
IP协议还提供了数据报文分片和重组功能，以 适应不同大小的数据报文在网络中传输。
06 数据通信网络安 全
数据通信网络安全概述
01
数据通信网络安全是确保数据在传输和存储过程中的机密性、完整性和可用性 的过程。
02
01
02
它采用全双工通信方式，支持流量控制和差错控制等功能。
HDLC协议具有简单、高效和可靠的特点，被广泛应用于数据通
03
信领域。
05 数据通信协议
数据通信协议的基本概念
数据通信协议是一组规则和标准，用于规范数据在计算机网络中的传输和交换。
它规定了数据如何在不同的设备之间传输，包括数据的格式、传输方式、传输顺序 以及控制信息等。
数据链路控制协议包 括物理层、数据链路 层和网络层协议。
它负责建立、维持和 终止通信链路，确保 数据的可靠传输。
数据通信技术ppt课件
06 数据通信技术发展趋势与 展望
高速数据通信技术发展
总结词
随着互联网和云计算技术的快速发展，高速数据通信技术已成为当前的研究热点。
详细描述
目前，高速数据通信技术已经取得了显著的进步，如光纤通信、5G/6G移动通信等。这些技术的发展使得数据传 输速度大幅提升，满足了大数据时代对海量数据处理和传输的需求。
05 无线数据通信技术
无线局域网（WLAN）
要பைடு நூலகம்一
总结词
无线局域网是一种短距离的无线通信技术，用于连接局域 网中的计算机、设备等，实现高速数据传输和资源共享。
要点二
详细描述
无线局域网采用无线电波作为传输媒介，通过无线接入点 （AP）连接多个终端设备。它具有灵活、便捷、高速的特点， 广泛应用于企业、学校、医院等场所。
物联网数据通信技术发展
总结词
物联网技术的发展推动了数据通信技术的进步，使得数以亿计的设备能够相互 连接和通信。
详细描述
物联网数据通信技术涉及多种无线通信协议，如Wi-Fi、Zigbee、LoRa等。这 些技术使得各种智能设备能够实时传输数据、共享信息，从而为智能家居、智 慧城市等领域的发展提供了有力支持。
02 数据通信技术基础
数据传输方式
总结词
数据传输方式是指数据在通信网络中传输的方式，包括串行传输和并行传输两 种方式。
详细描述
串行传输是指数据一位一位地顺序传输，占用通信线路少，适合长距离传输； 并行传输是指数据以字节为单位进行传输，传输速度快，适合近距离传输。
数据编码技术
总结词
数据编码技术是指将数据转换成适合在通信网络中传输的信 号的过程。
数据通信技术的应用场景
• 总结词：数据通信技术在各个领域都有广泛的应用，如互联网、物联网、云计算等。 • 详细描述：数据通信技术在各个领域都有广泛的应用。在互联网领域，数据通信技术是实现互联网信息传输的
《数据通信基础》课件
超文本传输协议，用于在Web浏览器 和Web服务器之间传输网页内容。
03
数据交换技术
电路交换
电路交换是一种传统的通信交换 方式，通过建立电路连接来实现 数据传输。
电路交换的优点是数据传输稳定 、可靠，但资源利用率相对较低 。
在电路交换中，通信双方在通信 过程中始终占用通信资源，无论 是否传送数据。
数据通信的原理
通过传输信道，利用各种通信设备传输二进制数据，并在终 端设备上对数据进行处理和显示。
数据通信的特点
数据通信具有传输速度快、信息量大、可靠性高、灵活性强 等优点，广泛应用于军事、商业、科研等领域。
数据通信的分类
有线数据通信
通过有线信道传输数据，如光纤、同轴电缆等 。
无线数据通信
通过无线信道传输数据，如无线局域网、移动 通信等。
5G技术的发展趋势
随着技术的不断进步和应用需求的增加，5G技术将不断演 进和完善，未来将与人工智能、云计算等技术深度融合， 推动各行业的数字化转型。
物联网技术
物联网技术概述
物联网技术是指通过各种信息传 感器设备，实时采集物理世界的 信息，与互联网结合形成的一个 庞大的网络。
物联网技术的应用
场景
物联网技术在智能家居、智能交 通、智能工业等领域具有广泛的 应用前景，能够实现设备的远程 监控和管理，提高生产效率和生 活的便利性。
流。
02
数据传输技术
有线传输技术
光纤传输
利用光信号在光纤中传输数据，具有传输距离远、传输速度快、抗干扰能力强等优点。
铜线传输
利用双绞线或同轴电缆等传输数据，适用于短距离传输，成本较低。
专线传输
通过专用线路直接连接两个地点，传输质量较高，但成本也较高。
《数据通信原理》课件
2023
《数据通信原理》 PPT课件
REPORTING
2023
目录
• 数据通信概述 • 数据传输原理 • 数据交换原理 • 数据通信协议 • 数据通信的应用 • 数据通信的发展趋势
2023
PART 01
数据通信概述
REPORTING
数据通信的定义
数据通信的定义
数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式，它通过传输信道将 数据终端与计算机连接起来，实现数据终端之间或数据终端与计算机之间的远程数据传输 和信息交换。
拥塞控制
防止过多的数据在网络中造成拥塞。
信道管理
合理分配和使用信道资源，提高数据传输 效率。
2023
PART 03
数据交换原理
REPORTING
数据交换的类型
01
02
03
电路交换
通过建立电路连接来提供 连续的数据传输服务。
报文交换
将数据打包成报文，通过 存储转发的方式进行交换 。
分组交换
将数据分割成多个分组， 通过动态分配路径进行交 换。
无线数据通信技术
总结词
无线数据通信技术以其灵活性和便捷性，成为现代数据通信的重要组成部分。
详细描述
无线数据通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。这些技术使得设备之间可以无 线连接，方便用户随时随地获取和交换信息。
物联网数据通信技术
总结词
物联网技术的发展，使得数以亿计的 设备能够相互连接并进行数据交换。 物联网数据通信技术是实现这一目标 的关键。
2023
PART 02
数据传输原理
REPORTING
数据传输方式
并行传输
数据在多个通道上同时传输， 适用于近距离、高速传输。
《数据通信原理》 PPT课件
REPORTING
2023
目录
• 数据通信概述 • 数据传输原理 • 数据交换原理 • 数据通信协议 • 数据通信的应用 • 数据通信的发展趋势
2023
PART 01
数据通信概述
REPORTING
数据通信的定义
数据通信的定义
数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式，它通过传输信道将 数据终端与计算机连接起来，实现数据终端之间或数据终端与计算机之间的远程数据传输 和信息交换。
拥塞控制
防止过多的数据在网络中造成拥塞。
信道管理
合理分配和使用信道资源，提高数据传输 效率。
2023
PART 03
数据交换原理
REPORTING
数据交换的类型
01
02
03
电路交换
通过建立电路连接来提供 连续的数据传输服务。
报文交换
将数据打包成报文，通过 存储转发的方式进行交换 。
分组交换
将数据分割成多个分组， 通过动态分配路径进行交 换。
无线数据通信技术
总结词
无线数据通信技术以其灵活性和便捷性，成为现代数据通信的重要组成部分。
详细描述
无线数据通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。这些技术使得设备之间可以无 线连接，方便用户随时随地获取和交换信息。
物联网数据通信技术
总结词
物联网技术的发展，使得数以亿计的 设备能够相互连接并进行数据交换。 物联网数据通信技术是实现这一目标 的关键。
2023
PART 02
数据传输原理
REPORTING
数据传输方式
并行传输
数据在多个通道上同时传输， 适用于近距离、高速传输。
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?数据率 R：
?数据传输的速率（比特 /秒）
?比特持续时间或长度 1/R
?发送方发送一个比特所需的时间
?比率r ：每个信号元素承载的数据元素的数量（见 P68图） ?调制速率 (modulation rate )
?信号电平改变的速率 ?以波特(baud) 为单位 = 每秒信号元素数
?“传号” (mark ) 和“空号” (space )
?分别是二进制数字 1和0
信号的解读 Interpreting Signals
?接收方必须知道：
?各个比特的定时方式 ——何时起始,何时结束 ?每个比特信号电平的状态 ——是高或低 ?这两项任务都是通过在每个比特间隔的中间位
置采样来进行的
?影响信号成功解读的因素：
?数据率提高会增加误码率 ?信噪比提高会降低误码率 ?带宽增加可提高数据率 ?亦可通过编码方案提高传输性能
单极性编码存在的问题
Problems for Unipolar Encoding
两个问题使得单极性编码在信号传输应用中使用不多:
?直流分量（DC Component ）
?信号的平均振幅不是零。 ?不能由没有处理直流分量能力的媒体传输，如微波或变
压器。 ?主要用于光纤传输。
?同步（Synchronization ）
?在一个码元时间内，不是有电压(或电流),就是无电压(或 电流) ，电脉冲之间没有间隔，不易区分识别。所以接 收方不能正确识别每一个比特何时开始、何时结束 (原始 数据中出现连续的1或0时）。
同步：问题在哪里 ?
到底有几个” 1”（用高电平表示） ?
当一台设备发送一个比特的数字信号时，它将在一定的
传输不同步：换一种方式理解
我发了几个大 箱几个小箱?
四个大箱 四箱小箱
用户A
用户B
问题在于：
连续多个相同数据的采样节奏
我发了几个大 箱几个小箱?
？？ 大概是……
用户A
用户B
极性编码 Types of Polar Encoding
采用两个电压值编码：一个正电压，一个负电压。
数据通信与网络基础3
数据通信
概述
Overview
?数据转换为信号才能在信道上传输 ?模拟数据和数字数据都可以编码成模拟信号或数
字信号，编码方案取决于具体的要求和所用的传 输媒体及通信设备。
问题：在实际基带传输系统中，并非所有的原 始数字基带信号都能在信道中传输，例如：
●含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜 在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变；
?时钟同步 (clocking)
?测定每一个比特起始和结束位置（同步）并非易事。 ?一种相当昂贵的方案是在发送和接收设备间增设一条外
部时钟线 ?另一种方案是提供某些基于所传送信号的同步机制。这
一点可以通过合适的编码技术来实现。
编码方案的评价指标 Evaluating of Encoding Schemes (2)
●如果代码出现长时间的连“ 0”符号，不利于 准确提取同步信息；
●易于形成码间干扰； ●抗噪声性能差， Ud不易设定。
?传输编码要求：
?信号中没有直流成分 ?信号自带同步时钟 ?以较少的带宽获得较高的数据率 ?有抗干扰的能力 ?有发现传输错误的能力 ?实现要简单
?编码类型
?用数字信号传输数字类数据 ?用模拟信号传输数字类数据 ?用数字信号传输模拟类数据 ?用模拟信号传输模拟类数据
?差错检测 (error detection)
?可在具体的信号编码中方案加入部分差错检测功 能以提高检错速度
?信号干扰和抗噪声度
?有些编码在噪声存在的状态下仍具有优秀的性能
?费用和复杂性
?数据速率一定时 ,信号速率超高 ,成本越高
?有些编码要求信号速率高于实际的数据速率
编码方案
Encoding Schemes
?Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) ?Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) ?Manchester ?Differential Manchester ?Bipolar -AMI ?Pseudoternary ?B8ZS ?HDB3 ?…
数 字 信 号 的 编 码 格 式
编码方案的评价指标
Evaluating of Encoding Schemes (1)
?信号频谱(signal spectrum)
?没有高频分量,可减少传输所需的带宽 ?没有直流分量,可通过变压器进行交流耦合,实现隔离减
少干扰 ?实际上,信道的传输性能通常在频带的两边较差。一个好
的信号设计应将传输功率集中在带宽中部 ,以减小失真。
数字数据→数字信号
Digital Data, Digital Signal
?数字信号
?离散的不连续的电压脉冲 ?一个脉冲代表一个信号元素 (码元) ※ ?二进制数据可直接编码成信号元素
Digital Data
Digital signal
Digital to Digital Encoding
术语Terms
周期内（假定为T）产生一个持续的信号。一个内置的
时钟负责定时。接收设备必须知道信号的周期，这样它 才能在每个T 时间单元内对信号进行采样。它也有一个 负责定时的内置时钟。剩下的就是确保收发两端的两个 时钟使用同样的T 。但两个时钟能完全一致么？
原因：收发双方脉冲时钟不可能精确一致
答案是否定的。原因在于： 任何物理设备都存在着设计上的局限性和缺陷。几乎可以肯 定任何两个时钟都存在着微小的差别，这使得设备无法对传 输信号作十分精确的采样。 就象指挥家确保演奏者的同步一样，通信设备也需要某种机 制以使它们的定时保持一致。不变的信号不具备同步机制。 但如果信号改变的话，这种改变就可以用来保持设备的同步。 有些强制信号改变的编码方案就是基于这个原因。
设：消息代码由二进制符号 0、1组成，则
（1）单极性非归零波形 (NRZ)
单极性：基带信号的“ 0，
正”电平分别与二进制符 号“0，1”一一对应。 单
极性编码只使用一个电压值。
Hale Waihona Puke 10100110+E 0
非归零 ：τ＝Ts
特点： ① 有直流分量和低频分量。在有些信道中不易传输。 ② 波形之间无间隔，易产生码间干扰。 ③ 不能直接提取同步信息。 ④ 抗噪性能差：判决门限不能稳定在最佳电平。 ⑤ 需信道一端接地。
?数据传输的速率（比特 /秒）
?比特持续时间或长度 1/R
?发送方发送一个比特所需的时间
?比率r ：每个信号元素承载的数据元素的数量（见 P68图） ?调制速率 (modulation rate )
?信号电平改变的速率 ?以波特(baud) 为单位 = 每秒信号元素数
?“传号” (mark ) 和“空号” (space )
?分别是二进制数字 1和0
信号的解读 Interpreting Signals
?接收方必须知道：
?各个比特的定时方式 ——何时起始,何时结束 ?每个比特信号电平的状态 ——是高或低 ?这两项任务都是通过在每个比特间隔的中间位
置采样来进行的
?影响信号成功解读的因素：
?数据率提高会增加误码率 ?信噪比提高会降低误码率 ?带宽增加可提高数据率 ?亦可通过编码方案提高传输性能
单极性编码存在的问题
Problems for Unipolar Encoding
两个问题使得单极性编码在信号传输应用中使用不多:
?直流分量（DC Component ）
?信号的平均振幅不是零。 ?不能由没有处理直流分量能力的媒体传输，如微波或变
压器。 ?主要用于光纤传输。
?同步（Synchronization ）
?在一个码元时间内，不是有电压(或电流),就是无电压(或 电流) ，电脉冲之间没有间隔，不易区分识别。所以接 收方不能正确识别每一个比特何时开始、何时结束 (原始 数据中出现连续的1或0时）。
同步：问题在哪里 ?
到底有几个” 1”（用高电平表示） ?
当一台设备发送一个比特的数字信号时，它将在一定的
传输不同步：换一种方式理解
我发了几个大 箱几个小箱?
四个大箱 四箱小箱
用户A
用户B
问题在于：
连续多个相同数据的采样节奏
我发了几个大 箱几个小箱?
？？ 大概是……
用户A
用户B
极性编码 Types of Polar Encoding
采用两个电压值编码：一个正电压，一个负电压。
数据通信与网络基础3
数据通信
概述
Overview
?数据转换为信号才能在信道上传输 ?模拟数据和数字数据都可以编码成模拟信号或数
字信号，编码方案取决于具体的要求和所用的传 输媒体及通信设备。
问题：在实际基带传输系统中，并非所有的原 始数字基带信号都能在信道中传输，例如：
●含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜 在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变；
?时钟同步 (clocking)
?测定每一个比特起始和结束位置（同步）并非易事。 ?一种相当昂贵的方案是在发送和接收设备间增设一条外
部时钟线 ?另一种方案是提供某些基于所传送信号的同步机制。这
一点可以通过合适的编码技术来实现。
编码方案的评价指标 Evaluating of Encoding Schemes (2)
●如果代码出现长时间的连“ 0”符号，不利于 准确提取同步信息；
●易于形成码间干扰； ●抗噪声性能差， Ud不易设定。
?传输编码要求：
?信号中没有直流成分 ?信号自带同步时钟 ?以较少的带宽获得较高的数据率 ?有抗干扰的能力 ?有发现传输错误的能力 ?实现要简单
?编码类型
?用数字信号传输数字类数据 ?用模拟信号传输数字类数据 ?用数字信号传输模拟类数据 ?用模拟信号传输模拟类数据
?差错检测 (error detection)
?可在具体的信号编码中方案加入部分差错检测功 能以提高检错速度
?信号干扰和抗噪声度
?有些编码在噪声存在的状态下仍具有优秀的性能
?费用和复杂性
?数据速率一定时 ,信号速率超高 ,成本越高
?有些编码要求信号速率高于实际的数据速率
编码方案
Encoding Schemes
?Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) ?Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) ?Manchester ?Differential Manchester ?Bipolar -AMI ?Pseudoternary ?B8ZS ?HDB3 ?…
数 字 信 号 的 编 码 格 式
编码方案的评价指标
Evaluating of Encoding Schemes (1)
?信号频谱(signal spectrum)
?没有高频分量,可减少传输所需的带宽 ?没有直流分量,可通过变压器进行交流耦合,实现隔离减
少干扰 ?实际上,信道的传输性能通常在频带的两边较差。一个好
的信号设计应将传输功率集中在带宽中部 ,以减小失真。
数字数据→数字信号
Digital Data, Digital Signal
?数字信号
?离散的不连续的电压脉冲 ?一个脉冲代表一个信号元素 (码元) ※ ?二进制数据可直接编码成信号元素
Digital Data
Digital signal
Digital to Digital Encoding
术语Terms
周期内（假定为T）产生一个持续的信号。一个内置的
时钟负责定时。接收设备必须知道信号的周期，这样它 才能在每个T 时间单元内对信号进行采样。它也有一个 负责定时的内置时钟。剩下的就是确保收发两端的两个 时钟使用同样的T 。但两个时钟能完全一致么？
原因：收发双方脉冲时钟不可能精确一致
答案是否定的。原因在于： 任何物理设备都存在着设计上的局限性和缺陷。几乎可以肯 定任何两个时钟都存在着微小的差别，这使得设备无法对传 输信号作十分精确的采样。 就象指挥家确保演奏者的同步一样，通信设备也需要某种机 制以使它们的定时保持一致。不变的信号不具备同步机制。 但如果信号改变的话，这种改变就可以用来保持设备的同步。 有些强制信号改变的编码方案就是基于这个原因。
设：消息代码由二进制符号 0、1组成，则
（1）单极性非归零波形 (NRZ)
单极性：基带信号的“ 0，
正”电平分别与二进制符 号“0，1”一一对应。 单
极性编码只使用一个电压值。
Hale Waihona Puke 10100110+E 0
非归零 ：τ＝Ts
特点： ① 有直流分量和低频分量。在有些信道中不易传输。 ② 波形之间无间隔，易产生码间干扰。 ③ 不能直接提取同步信息。 ④ 抗噪性能差：判决门限不能稳定在最佳电平。 ⑤ 需信道一端接地。