1
计算机网络
Computer Networks
第二章 数据通信基础（三）
2
课前回顾
解释什么是,带宽,？
影响信道最大容量的因素有哪些？
解释,信噪比,
3
课前回顾
以下关于传输损耗描述正确的是：
衰减可以通过增强信号或者设置放大器和中继器来解决
延迟变形对模拟信号的影响大些
噪声是无法避免的
局域网中最常用的传输介质是哪种？
双绞线绞合的作用是什么？
4
课前回顾
50?同轴电缆主要用于传输什么信号？
单模光纤与多模光纤的区别是什么？
从传输损耗的角度来看，传输介质的优劣应如何排序？
5
内容提要
无线传输
数据编码
6
无线传输
大气和外层空间是提供电磁信号传输的无线介质，它们不为信号提供导向，这种传输形式被称为无线传输
无线电波（全向）
地面微波（定向）
卫星微波（定向）
红外传输（定向）
激光（定向）
7
无线传输频率
2GHz to 40GHz
微波
高定向
点到点
卫星
30MHz to 1GHz
全向
广播无线电
3 x 1011 to 2 x 1014
红外线
短距离区域
8
无线电波
全向传播，可穿过障碍物
中、低频段沿地球表面传播
高频、甚高频波段能被电离层反射回地面，因而能传播更远的距离
9
无线电波电离层
10
地面微波
地面微波通信是一种在对流层视距范围内，利用微波波段的电磁波进行信息传输的通信方式
这种方式进行长途通信时，需要在终端站之间建立中继站，中继站的功能是进行变频、放大和功率补偿，其数量的多少则与传输距离和地形有关，如图所示
微波天线完成信号的发送和接收工作，天线之间的最大距离计算公式为：
d=7.14
d— 天线间距离；
h — 天线的高度；
K — 调节因子，一般取 4/3
Kh
11
地面微波
12
地面微波
微波通信面临的主要问题是传输损耗
产生损耗的主要原因是衰减
传输损耗可由下式计算：
D=10lg(4?d/?)2
优点：
频带宽，通信容量大；通信质量好，可靠性高；建设费用较低
缺点：
相邻站点之间不得有障碍物
中继站不便于建立和维护
通信保密性差
13
卫星微波
卫星微波通信是在地面微波技术的基础上发展起来的
通信卫星实际上相当于一个中继站，两个或多个地球站通过它实现相互间的通信
卫星传输的最佳频段在 1?10GHz之间
14
卫星微波
15
卫星微波频段 上行 下行
C 5.925-6.425GHz 3.7-4.2GHz
Ku 14-14.5GHz 11.7-12.2GHz
Ka 27.5-31GHz 17.7-21GHz
卫星频带范围卫星微波通信的优点：覆盖区域大，传输距离远；以广播方式工作，可实现多向多地址通信；频带宽，通信容量大；
机动灵活，不受地理条件的影响缺点：远距离传输导致延时过大；发射功率高
16
红外传输
红外线通信是以红外线为载体将信息从发射端传至接收端，从而实现信息传递的通信方式
优点：有较高的数据传输速率；接收装置和发送装置成本低廉等；不存在频率许可问题
缺点：传输距离短；无法穿透墙体
17
内容提要
无线传输
数据编码
18
数据编码
数据（信息）和传送数据所采用的信号是两个完全不同的概念。
信号是数据的具体表示形式,它是数据的电气或者电磁形式的编码 。
模拟信号用连续变化的电磁波表示数据，数字信号用电压脉冲序列表示数据。
模拟数据可以用模拟信号传输，也可以用数字信号传输；同样，数字数据可以用数字信号传输，也可以用模拟信号传输。这样就构成了四种方式。在每一种方式中,数据信息所对应的具体传输信号状态称为数据信息编码。
19
数据和信号数据 信号 数据介质信号数据电话 模拟信号模拟数据调制解调器 模拟信号数字数据编码解码器 数字信号模拟信号数字传送器 数字信号数字数据
20
数据编码
数字数据与数字信号
不归零码 NRZ（不归零电平 NRZ-L、不归零 1制
NRZI）
曼彻斯特码
差分曼彻斯特码
数字数据与模拟信号
调制编码（ ASK,FSK,PSK）
模拟数据与数字信号
脉冲代码调制 PCM
模拟数据与模拟信号
调制（调幅 AM、调频 FM、调相 PM）
21
数字数据的数字信号编码
1）不归零码（ NRZ,Non-Return to Zero）
原理：用两种不同的电平分别表示二进制信息,0”
和,1”，高电平表示,0”，低电平表示,1”。
缺点,a 难以分辨一位的结束和另一位的开始；
b 发送方和接收方必须有时钟同步；
c 若信号中,0”或,1”连续出现，信号直流分量将累加。
优点：容易实现。
22
数字数据的数字信号编码
不归零 1制（ NRZI,Nonreturn to Zero,Invert on
ones）
NRZ的一个变种（差分编码方式）；
0：起始位置无跳变； 1：起始位置跳变
优点：检测信号的跳变比电平更可靠
缺点：缺乏同步能力；当信号中出现连续 0时，直流成分累加
23
数字数据的数字信号编码
2）曼彻斯特码（ Manchester），也称相位编码
原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示
,1”，从高跳到低表示,0”。
优点：克服了 NRZ码的不足。每位中间的跳变即可作为数据，又可作为时钟，能够自同步。
信号基线位发出时间间隔
24
例
0 1 0 0 1 1 1 0
写出以下曼彻斯特码的二进制值
25
数字数据的数字信号编码
3）差分曼彻斯特码（ Differential Manchester）
原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示,0”，无跳变表示,1”。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。
优点：时钟、数据分离，便于提取。
信号基线位发出时间间隔
26
例
0 1 0 0 1 1 1 0
写出以下差分曼彻斯特码的二进制值
27
数字数据的调制编码
数字数据的模拟传输（频带传输）
频带传输：指在一定频率范围内的线路上，进行载波传输。
用基带信号对载波进行调制，使其变为适合于线路传送的信号。
调制（ Modulation）：用基带脉冲对载波信号的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化。
解调（ Demodulation）：调制的反变换。
调制解调器 MODEM（ modulation-demodulation)
根据载波 Asin(?t +?)的三个特性：幅度、频率、相位，产生常用的三种调制技术：
幅移键控法 Amplitude-shift keying (ASK)
频移键控法 Frequency-shift keying (FSK)
相移键控法 Phase-shift keying (PSK)
28
幅移键控 ASK
1）幅移键控法（调幅）
幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，即：
A(t) 取不同的值表示不同的信息码。
例如,A(t) 取 A1,A2,A1表示,0”,A2表示,1”。
NAAAtA
t
t
,,)(
)(
)(
21
0
0
29
幅移键控 ASK
30
频移键控 FSK
2）频移键控法（调频）
频移就是把振幅、相位作为常量，而把频率作为变量，即：
(t) 取不同的值表示不同的信息码。
例如,?(t) 取? 1,? 2,? 1表示,0”,? 2表示
,1”。
Nt
t
AtA
,,)(
)(
)(
21
0
0
31
频移键控 FSK
32
相移键控 PSK
3）相移键控法（调相）
相移就是把振幅、频率作为常量，而把相位作为变量，即：
(t) 取不同的值表示不同的信息码。
例如,?(t) 取? 1,? 2,? 1表示,0”,? 2表示
,1”。
Nt
t
AtA
,,)(
)(
)(
21
0
0
33
相移键控 PSK
34
模拟数据的数字信号编码
模拟数据数字传输解决模拟信号数字化问题，也称为 脉冲代码调制 PCM（ Pulse
Code Modulation）。分三个步骤,采样?量化?编码采样定理,F采样?2Fmax
1）常用的 PCM技术
将模拟信号振幅分成多级（ 2n）,每一级用 n 位表示。
例如：贝尔系统的 T1 载波将模拟信号分成 128级，每次采样用 7位二进制数表示。
2）差分脉冲代码调制
原理：不是将振幅值数字化，而是根据前后两个采样值的差进行编码，输出二进制数字。
3）?调制
原理：根据每个采样值与前一个值之间差,+1”或,-1”来决定输出二进制,1”或,0”。
缺点：编码速度跟不上变化太快的信号。
35
PCM举例（ 4位编码）
36
模拟数据与模拟信号
调制模拟数据的原因：
实现有效传输需要较高的频率
通过调制可以使用频分复用技术
主要调制技术：
调幅 AM
调频 FM
调相 PM
37
载波待调制的正弦波信号调幅后的波形调相后的波形调频后的波形
38
实验一
设计制作个人主页
自选主题
要求：
内容健康积极
界面简明
可使用一些 javascript动态效果
相关参考
HTML语言
Dreamwaver（主页制作工具）
39
实验一
采取组长负责制，由组长负责检查并打分，本次实验于第五周交成绩
组长应客观、公正的打分
按 5分制打分
每次实验后我会抽查部分实验作业，如发现与分数不符者，将从组长身上扣除相应分数
40
实验一
分组：
1组（学号 1结尾）组长：汪洋
2组（学号 2结尾）组长：张永顺
3组（学号 3结尾）组长：刘韬
4组（学号 4结尾）组长：林小钰
5组（学号 5结尾）组长：周焘
6组（学号 6结尾）组长：李强
7组（学号 7结尾）组长：陆涛
8组（学号 8结尾）组长：周勇
9组（学号 9结尾）组长：朱毅
10组（学号 0结尾）组长：林欢欢
计算机网络
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第二章 数据通信基础（三）
2
课前回顾
解释什么是,带宽,？
影响信道最大容量的因素有哪些？
解释,信噪比,
3
课前回顾
以下关于传输损耗描述正确的是：
衰减可以通过增强信号或者设置放大器和中继器来解决
延迟变形对模拟信号的影响大些
噪声是无法避免的
局域网中最常用的传输介质是哪种？
双绞线绞合的作用是什么？
4
课前回顾
50?同轴电缆主要用于传输什么信号？
单模光纤与多模光纤的区别是什么？
从传输损耗的角度来看，传输介质的优劣应如何排序？
5
内容提要
无线传输
数据编码
6
无线传输
大气和外层空间是提供电磁信号传输的无线介质，它们不为信号提供导向，这种传输形式被称为无线传输
无线电波（全向）
地面微波（定向）
卫星微波（定向）
红外传输（定向）
激光（定向）
7
无线传输频率
2GHz to 40GHz
微波
高定向
点到点
卫星
30MHz to 1GHz
全向
广播无线电
3 x 1011 to 2 x 1014
红外线
短距离区域
8
无线电波
全向传播，可穿过障碍物
中、低频段沿地球表面传播
高频、甚高频波段能被电离层反射回地面，因而能传播更远的距离
9
无线电波电离层
10
地面微波
地面微波通信是一种在对流层视距范围内，利用微波波段的电磁波进行信息传输的通信方式
这种方式进行长途通信时，需要在终端站之间建立中继站，中继站的功能是进行变频、放大和功率补偿，其数量的多少则与传输距离和地形有关，如图所示
微波天线完成信号的发送和接收工作，天线之间的最大距离计算公式为：
d=7.14
d— 天线间距离；
h — 天线的高度；
K — 调节因子，一般取 4/3
Kh
11
地面微波
12
地面微波
微波通信面临的主要问题是传输损耗
产生损耗的主要原因是衰减
传输损耗可由下式计算：
D=10lg(4?d/?)2
优点：
频带宽，通信容量大；通信质量好，可靠性高；建设费用较低
缺点：
相邻站点之间不得有障碍物
中继站不便于建立和维护
通信保密性差
13
卫星微波
卫星微波通信是在地面微波技术的基础上发展起来的
通信卫星实际上相当于一个中继站，两个或多个地球站通过它实现相互间的通信
卫星传输的最佳频段在 1?10GHz之间
14
卫星微波
15
卫星微波频段 上行 下行
C 5.925-6.425GHz 3.7-4.2GHz
Ku 14-14.5GHz 11.7-12.2GHz
Ka 27.5-31GHz 17.7-21GHz
卫星频带范围卫星微波通信的优点：覆盖区域大，传输距离远；以广播方式工作，可实现多向多地址通信；频带宽，通信容量大；
机动灵活，不受地理条件的影响缺点：远距离传输导致延时过大；发射功率高
16
红外传输
红外线通信是以红外线为载体将信息从发射端传至接收端，从而实现信息传递的通信方式
优点：有较高的数据传输速率；接收装置和发送装置成本低廉等；不存在频率许可问题
缺点：传输距离短；无法穿透墙体
17
内容提要
无线传输
数据编码
18
数据编码
数据（信息）和传送数据所采用的信号是两个完全不同的概念。
信号是数据的具体表示形式,它是数据的电气或者电磁形式的编码 。
模拟信号用连续变化的电磁波表示数据，数字信号用电压脉冲序列表示数据。
模拟数据可以用模拟信号传输，也可以用数字信号传输；同样，数字数据可以用数字信号传输，也可以用模拟信号传输。这样就构成了四种方式。在每一种方式中,数据信息所对应的具体传输信号状态称为数据信息编码。
19
数据和信号数据 信号 数据介质信号数据电话 模拟信号模拟数据调制解调器 模拟信号数字数据编码解码器 数字信号模拟信号数字传送器 数字信号数字数据
20
数据编码
数字数据与数字信号
不归零码 NRZ（不归零电平 NRZ-L、不归零 1制
NRZI）
曼彻斯特码
差分曼彻斯特码
数字数据与模拟信号
调制编码（ ASK,FSK,PSK）
模拟数据与数字信号
脉冲代码调制 PCM
模拟数据与模拟信号
调制（调幅 AM、调频 FM、调相 PM）
21
数字数据的数字信号编码
1）不归零码（ NRZ,Non-Return to Zero）
原理：用两种不同的电平分别表示二进制信息,0”
和,1”，高电平表示,0”，低电平表示,1”。
缺点,a 难以分辨一位的结束和另一位的开始；
b 发送方和接收方必须有时钟同步；
c 若信号中,0”或,1”连续出现，信号直流分量将累加。
优点：容易实现。
22
数字数据的数字信号编码
不归零 1制（ NRZI,Nonreturn to Zero,Invert on
ones）
NRZ的一个变种（差分编码方式）；
0：起始位置无跳变； 1：起始位置跳变
优点：检测信号的跳变比电平更可靠
缺点：缺乏同步能力；当信号中出现连续 0时，直流成分累加
23
数字数据的数字信号编码
2）曼彻斯特码（ Manchester），也称相位编码
原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示
,1”，从高跳到低表示,0”。
优点：克服了 NRZ码的不足。每位中间的跳变即可作为数据，又可作为时钟，能够自同步。
信号基线位发出时间间隔
24
例
0 1 0 0 1 1 1 0
写出以下曼彻斯特码的二进制值
25
数字数据的数字信号编码
3）差分曼彻斯特码（ Differential Manchester）
原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示,0”，无跳变表示,1”。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。
优点：时钟、数据分离，便于提取。
信号基线位发出时间间隔
26
例
0 1 0 0 1 1 1 0
写出以下差分曼彻斯特码的二进制值
27
数字数据的调制编码
数字数据的模拟传输（频带传输）
频带传输：指在一定频率范围内的线路上，进行载波传输。
用基带信号对载波进行调制，使其变为适合于线路传送的信号。
调制（ Modulation）：用基带脉冲对载波信号的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化。
解调（ Demodulation）：调制的反变换。
调制解调器 MODEM（ modulation-demodulation)
根据载波 Asin(?t +?)的三个特性：幅度、频率、相位，产生常用的三种调制技术：
幅移键控法 Amplitude-shift keying (ASK)
频移键控法 Frequency-shift keying (FSK)
相移键控法 Phase-shift keying (PSK)
28
幅移键控 ASK
1）幅移键控法（调幅）
幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，即：
A(t) 取不同的值表示不同的信息码。
例如,A(t) 取 A1,A2,A1表示,0”,A2表示,1”。
NAAAtA
t
t
,,)(
)(
)(
21
0
0
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幅移键控 ASK
30
频移键控 FSK
2）频移键控法（调频）
频移就是把振幅、相位作为常量，而把频率作为变量，即：
(t) 取不同的值表示不同的信息码。
例如,?(t) 取? 1,? 2,? 1表示,0”,? 2表示
,1”。
Nt
t
AtA
,,)(
)(
)(
21
0
0
31
频移键控 FSK
32
相移键控 PSK
3）相移键控法（调相）
相移就是把振幅、频率作为常量，而把相位作为变量，即：
(t) 取不同的值表示不同的信息码。
例如,?(t) 取? 1,? 2,? 1表示,0”,? 2表示
,1”。
Nt
t
AtA
,,)(
)(
)(
21
0
0
33
相移键控 PSK
34
模拟数据的数字信号编码
模拟数据数字传输解决模拟信号数字化问题，也称为 脉冲代码调制 PCM（ Pulse
Code Modulation）。分三个步骤,采样?量化?编码采样定理,F采样?2Fmax
1）常用的 PCM技术
将模拟信号振幅分成多级（ 2n）,每一级用 n 位表示。
例如：贝尔系统的 T1 载波将模拟信号分成 128级，每次采样用 7位二进制数表示。
2）差分脉冲代码调制
原理：不是将振幅值数字化，而是根据前后两个采样值的差进行编码，输出二进制数字。
3）?调制
原理：根据每个采样值与前一个值之间差,+1”或,-1”来决定输出二进制,1”或,0”。
缺点：编码速度跟不上变化太快的信号。
35
PCM举例（ 4位编码）
36
模拟数据与模拟信号
调制模拟数据的原因：
实现有效传输需要较高的频率
通过调制可以使用频分复用技术
主要调制技术：
调幅 AM
调频 FM
调相 PM
37
载波待调制的正弦波信号调幅后的波形调相后的波形调频后的波形
38
实验一
设计制作个人主页
自选主题
要求：
内容健康积极
界面简明
可使用一些 javascript动态效果
相关参考
HTML语言
Dreamwaver（主页制作工具）
39
实验一
采取组长负责制，由组长负责检查并打分，本次实验于第五周交成绩
组长应客观、公正的打分
按 5分制打分
每次实验后我会抽查部分实验作业，如发现与分数不符者，将从组长身上扣除相应分数
40
实验一
分组：
1组（学号 1结尾）组长：汪洋
2组（学号 2结尾）组长：张永顺
3组（学号 3结尾）组长：刘韬
4组（学号 4结尾）组长：林小钰
5组（学号 5结尾）组长：周焘
6组（学号 6结尾）组长：李强
7组（学号 7结尾）组长：陆涛
8组（学号 8结尾）组长：周勇
9组（学号 9结尾）组长：朱毅
10组（学号 0结尾）组长：林欢欢
