• 差分曼彻斯特编码(difference Manchester) –每比特的中间跳变只起同步作用；每比特的 值根据其开始边界是否发生跳变决定
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数字数据编码的波形
(a)非归零码 同步时钟
(b)曼彻斯特编码
0
1
0
0
1
0
1
1
(c)差分曼彻斯特编码
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循环冗余编码的工作原理
发送方
接收方
网络
发送数据 f(x) 生成多项式 G(x)
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双绞线的结构与类型
铜线 绝缘层 外屏蔽层 外部保护层
铜线
(a)屏蔽双绞线
绝缘层
外部保护层
(b)非屏蔽双绞线
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同轴电缆的结构
内导体 绝缘层 外屏蔽层
外部保护层
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光纤的结构
光纤
包层
外部保护层
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2.1.1 信息、数据与信号
• 通信的目的是交换信息， 信息的载体可以是 数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生 的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像 的组合
• 为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语 音、图形或图像用二进制数据来表示
• 为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模 拟或数字编码的方式表示
2.1.2 数据传输类型与通信方式
• 数据传输类型 –模拟通信 –数字通信
• 数据通信方式 –串行通信、并行通信 –单工通信、半双工或全双工通信
• 同步方式 –同步通信 –异步通信
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串行通信与并行通信
发送端
发送端 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 串行通信信道 (a)
γ-射线
可见光 紫外线
f(Hz) 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016
双绞线
卫星通信
光纤
同轴电缆
地面微波通信
无线电(AM) 无线电(FM)
电视频道
频段
LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
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并 行 通 信 信 道
(b)
接收端
接收端 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
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单工、半双工与全双工通信
发送
发送 接收
发送 接收
单向通道 (a)
双向通道 (b)
双向通道 (c)
接收
接收 发送
接收 发送
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同步技术
• 数据通信的同步包括两种： –位同步(bit synchronous) –字符同步(character synchronous) • 同步式(synchronous)：将字符组织成组， 以组为单位连续传输。每组字符之前加上 一个或多个同步字符SYN • 异步式(asynchronous) ：每个字符传输， 字符之间的时间间隔任意。每个字符的第 一位前加1位起始位(逻辑“1”)，最后一 位后加1或2位终止位(逻辑“0”)
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2.3.2 模拟数据编码方法
• 电话信道是一种典型的模拟信道，它的覆盖面 最广、应用最普遍
• 为了利用电话信道传输计算机的数字信号，首 先要将数字信号转换成模拟信号。
• 调制(modulation)是将数字信号变换成模拟信 号的过程，解调(demodulation)是将模拟信号 还原成数字信号的过程
• 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
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信息编码标准
• ASCII码被国际标准化组织ISO接受，成为国际 标准ISO 646，又称为国际5号码
• ASCII码用于计算机内码，也用做数据通信中 的编码标准
第2章 数据通信基本概念
本章学习要求
• 了解：数据通信的基本概念 • 掌握：传输介质的基本特点 • 了解：主要的数据编码技术 • 掌握：基带传输的基本概念 • 掌握：差错控制方法的定义
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2.1 数据通信的基本概念
• 信息、数据与信号 • Fra bibliotek据传输类型与通信方式
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信号的概念
• 信号是数据传输过程中电 v(t)
信号的表示形式
t
• 模拟信号(analog signal)
(a)
的电平是连续变化的
v(t)
• 数字信号(digital signal) 是用两种不同电平表示0、 1比特序列的电压脉冲信号
t (b)
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光纤的工作原理
光传输方向
外部保护层 包层 光纤
包层 外部保护层
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2.2.2 无线与卫星通信
• 电磁波谱与通信类型的关系
频率 (Hz) 100 102
104 106 无线电
108 1010 1012 1014
微波
红外
1016 1018 1020 1022 1024
X-射线
• ASCII码采用7位二进制比特编码，可以表示 128个字符
• ASCII字符分为两类：图形字符与控制字符。 图形字符包括：数字、字母、运算符号、商用 符号等
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多媒体网络应用
• 随着计算机技术的发展，多媒体技术得到广泛应用 • 与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传
• 对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进 制比特，要折合成二进制比特来计算
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2.5.3 循环冗余编码工作原理
• 纠错码 –每个传输的分组带上足够的冗余信息 –接收端能发现并自动纠正传输差错
• 检错码 –分组包含足以使接收端发现差错的冗余信息 –接收端能发现出错，但不能确定哪位出错， 并且自己不能纠正差错
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2.4 基带传输的基本概念
• 基带传输与传输速率 • 带宽与传输速率
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2.4.1 基带传输与数据传输速率
• 基带传输是在数字通信信道上直接传送基带 信号的方法
• 数据传输速率是描述数据传输系统的重要技 术指标之一
• 数据传输速率是每秒传输的数据代码的二进 制比特数，其单位为比特/秒(bps)
输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性 • 如果每帧图像由1024×768个点阵组成，图像颜色
有256种，每个点阵用1字节二进制数表示，每秒钟 传送30帧图像，则每秒需要传送235,929,601字节 • 如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音信号进 行22,050次取样，每次取样值用1字节表示，单声 道每秒钟需要传送22,050字节；双声道立体声每秒 钟需要传送44,100字节 • 多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提 出更高要求
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常用的传输速率单位
• 1Kbps=103bps • 1Mbps=106bps • 1Gbps=109bps • 1Tbps=1012bps
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2.4.2 带宽与传输速率的关系
• 奈奎斯特准则 –二进制数据信号的最大传输速率Rmax与信 道带宽B(单位Hz)的关系为Rmax=2·B(bps)
2.5.2 误码率的定义
• 误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传 错的概率，它在数值上近似等于：Pe=Ne/N， 其中N为传输的二进制码元总数，Ne为被传错 的码元数
• 误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态 下传输可靠性的参数之一
• 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说 误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误 码率要求
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2.5.1 差错产生的原因与差错类型
• 传输差错是通过通信信道后接收的数据与发送 数据不一致的现象
• 差错控制是检查是否出现差错，以及如何来纠 正差错
• 通信信道的噪声分为两类 – 热噪声：引起的差错是随机差错 – 冲击噪声：引起的差错是突发差错
• 在通信过程中产生的传输差错由随机差错与突 发差错共同构成
2.3.4 脉冲编码调制方法
• 脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM) 是模拟数据数字化的主要方法
• 脉冲编码调制的基本操作： –采样是隔一定的时间间隔，将模拟信号的电 平幅度值取出做为样本 –量化是将样本幅度按量化级决定取值的过程 –编码是用相应位数的二进制代码表示量化后 样本的量级
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采样、量化与编码的过程
样本 量化级
D1
1
D2
4
A
D3
7
1.52≈1.5 1.5
D4
13
D5
15
1.28≈1.3 1.0
0.62≈0.6 0.5
1.26≈1.3
D6
13
D7
6
0.73≈0.7 D8
3
0.41≈0.4
0.27≈0.3
0.12≈0.1
0
t
D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
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差错产生的过程
数据
噪声