1
计算机网络
Computer Networks
第二章 数据通信基础（四）
2
课前回顾
简述无线传输的特点？
比较无线电、地面微波、卫星微波
数据与信号的关系？
两种不归零码的编码原理及优缺点？
3
内容提要
数据编码（续前）
多路复用
4
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
5
例
0 1 0 0 1 1 1 0
写出以下曼彻斯特码的二进制值
6
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
7
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
8
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)
9
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
10
幅移键控 ASK
11
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
12
频移键控 FSK
13
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
14
相移键控 PSK
15
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。
16
PCM举例（ 4位编码）
17
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
18
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
19
内容提要
数据编码
多路复用
20
多路复用技术
由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，
经常让多个信号同时共用一条物理线路。
在同一介质上，同时传输多个有限带宽信号的方法，被称为多路复用多路复用器多路译码器
N
个信源
N
个输出
1条线路多个信道多路复用原理
21
多路复用技术
常用的有三种方法：
频分复用 FDM（ Frequency Division
Multiplexing）
波分复用 WDM（ Wavelength Division
Multiplexing）
时分复用 TDM（ Time Division Multiplexing）
主要用于数字数据传输
T1线路,分成 24 个信道
22
频分多路复用（ FDM）
频带被划分为若干个逻辑信道
每个信号被调制到不同的载波频率
载波频率之间有间隙，保证信号不会重叠
23
频分多路复用（ FDM）
92
通道 1
通道 2
通道 3
80 84
84 88
88 92
80 84 88
调频前 调频后 多路复用以后频率 (Hz) 频率 (kHz)
频率 Hz
300 3400
24
波分多路复用（ WDM）
在光纤信道上使用的频分多路复用的一个变种
由于受到目前电 /光和光 /电转换的速度的限制，对于带宽可达 25000GHz 的光纤来说，目前一般可以利用的数据传输率可达 10Gbps。如采用波分多路复用技术，在一根光纤上发送 8个波长的光波，假设每个波长可以支持 10Gbps的数据传输率，则一根光纤所能支持的最大数据传输率将达到 80Gbps
波分多路复用光纤 1 光谱 光纤 2 光谱 共享光纤上的光谱能量 能量 能量
25
波分多路复用（ WDM）
26
时分多路复用（ TDM）
将物理信道按时间分成时间片，轮流分配给多个信源使用
T1线路（ 1.544Mb/s）
根据采样定理,4kHz的电话信号，采样周期 125μs
采样点的值用 8位二进制数来表示一路电话所需要的数据传输率为 8bit*8000/s＝
64Kbps
T1：在 1个采样周期内传输 24路信号，,传输率
(8*24+1)bit/125μs=1.544M
bps
E1(美国 ),8*32 bit /125μs
= 2.048Mbps
27
时分多路复用（ TDM）
28
时分多路复用与频分多路复用的比较
FDM系统效率较高，充分利用了传输媒介的带宽，实现也相对容易，但 FDM系统所需载波量大，所需设备随着输入信号的增多而增多
TDM直接提供数字传输信道，非常适合于数据传输和其他数字信号的传输；抗干扰能力强
计算机网络
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第二章 数据通信基础（四）
2
课前回顾
简述无线传输的特点？
比较无线电、地面微波、卫星微波
数据与信号的关系？
两种不归零码的编码原理及优缺点？
3
内容提要
数据编码（续前）
多路复用
4
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
5
例
0 1 0 0 1 1 1 0
写出以下曼彻斯特码的二进制值
6
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
7
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
8
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)
9
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
10
幅移键控 ASK
11
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
12
频移键控 FSK
13
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
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)(
21
0
0
14
相移键控 PSK
15
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。
16
PCM举例（ 4位编码）
17
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
18
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
19
内容提要
数据编码
多路复用
20
多路复用技术
由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，
经常让多个信号同时共用一条物理线路。
在同一介质上，同时传输多个有限带宽信号的方法，被称为多路复用多路复用器多路译码器
N
个信源
N
个输出
1条线路多个信道多路复用原理
21
多路复用技术
常用的有三种方法：
频分复用 FDM（ Frequency Division
Multiplexing）
波分复用 WDM（ Wavelength Division
Multiplexing）
时分复用 TDM（ Time Division Multiplexing）
主要用于数字数据传输
T1线路,分成 24 个信道
22
频分多路复用（ FDM）
频带被划分为若干个逻辑信道
每个信号被调制到不同的载波频率
载波频率之间有间隙，保证信号不会重叠
23
频分多路复用（ FDM）
92
通道 1
通道 2
通道 3
80 84
84 88
88 92
80 84 88
调频前 调频后 多路复用以后频率 (Hz) 频率 (kHz)
频率 Hz
300 3400
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波分多路复用（ WDM）
在光纤信道上使用的频分多路复用的一个变种
由于受到目前电 /光和光 /电转换的速度的限制，对于带宽可达 25000GHz 的光纤来说，目前一般可以利用的数据传输率可达 10Gbps。如采用波分多路复用技术，在一根光纤上发送 8个波长的光波，假设每个波长可以支持 10Gbps的数据传输率，则一根光纤所能支持的最大数据传输率将达到 80Gbps
波分多路复用光纤 1 光谱 光纤 2 光谱 共享光纤上的光谱能量 能量 能量
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波分多路复用（ WDM）
26
时分多路复用（ TDM）
将物理信道按时间分成时间片，轮流分配给多个信源使用
T1线路（ 1.544Mb/s）
根据采样定理,4kHz的电话信号，采样周期 125μs
采样点的值用 8位二进制数来表示一路电话所需要的数据传输率为 8bit*8000/s＝
64Kbps
T1：在 1个采样周期内传输 24路信号，,传输率
(8*24+1)bit/125μs=1.544M
bps
E1(美国 ),8*32 bit /125μs
= 2.048Mbps
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时分多路复用（ TDM）
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时分多路复用与频分多路复用的比较
FDM系统效率较高，充分利用了传输媒介的带宽，实现也相对容易，但 FDM系统所需载波量大，所需设备随着输入信号的增多而增多
TDM直接提供数字传输信道，非常适合于数据传输和其他数字信号的传输；抗干扰能力强
