本讲主要内容
? 信号( 模拟信号, 数字信号 )
? 数据通信系统( 连接方式、通信
方式、数据传输和通信介质 )
? 数据通信技术( 传输同步技术,
数字调制技术, 多路复用技术 和
数据交换技术 )
第六章












信号
? 通信就是传递信息,即由信源(信息发布者)
产生的信息,通过一定的媒介(即信道)传
输,最后被信宿(信息接收者)接收。
? 模拟通信是用 模拟信号 作为媒体传输信息的。
? 数字通信就是用 数字信号 作为载体传输信息
的通信方式。
? 实际的通信系统往往是两种通信方式的混合,
也被称为混合通信方式。
模拟信号
? 模拟信号 是一种连续变化的信号。
? 模拟信号 可以用不同频率的正弦波来表示。
时间
电压
用电压表测量出的声音电平信号图
数字信号
? 数字信号 是一种离散信号,是由一系列离散的
电脉冲组成的。
? 数字信号可分为 单极数字信号, 双极归零信号
和 双极不归零信号 。
? 在数字信号传输中,数字信号是以一定振幅和
持续时间的电信号表示的,这些信号一般不是
单一频率而是由多个相邻频率的频谱成分组成
的。利用傅里叶( Fourier)级数,可以写出
各种信号波形的频谱函数。
单极数字信号指定, 1”为正电压,,0”为零电
压。
单极数字信号
时间
电压
0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
? 双极归零信号 指定, 1”为正电压,,0”为负电
压,当由, 1”转, 0”或由, 0”转为, 1”时,信号会
在改变状态之间的极短时间内回归零电压。
双极归零信号
时间
电压
0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
? 双极不归零信号 与双极归零信号不同之处在于双极
不归零信号的状态改变时不需返回零电压。
双极不归零信号
0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 时间
电压
数据通信系统
? 数据通信系统是以计算机为中心,用通信线路连接数据终端设备而执
行数据通信的系统。它主要由 数据传输系统 和 数据处理系统 组成。数
据传输系统把终端和计算机连接起来,传送和连接数据。数据处理系
统主要进行传送数据的 组织 。
? 数据通信系统还可分为硬件和软件两部分。其中硬件包括:计算机、
调制解调器、多路复用器、转接线路和变换机等,软件包括实现通信
的各种协调、管理程序。
? 数据通信系统中各通信站点(终端)之间有三种连接方式,点一点连
接方式, 多点连接方式 和 集线连接方式 。
? 数按信息传送的方向与时间关系,可分为以下三种通信方式,单工通
信方式, 半双工通信方式 和 全双工通信方式 。
? 从传输数据的频率范围上看数据传输可分为 基带传输, 频带传输 和 宽
带传输 三种。
信源 转发器 介质 转发器 信宿
点一点连接方式
? 用一条通信线路直接将两个站点连接起
来的方式叫 点一点连接方式,这种连接
方式使用设备较多,通信量大。
站点 MODEN MODEN 站点
多点连接方式
? 各个站共用一条线路连接的方式叫 多点连接方
式,这种连接方式需解决 线路竞争 问题。
站点 MODEN
MODEN
站点
MODEN
站点
? 用通信集中器使得各站点之间相互通信的连
接方式叫 集线连接方式 。
多点连接方式
站点 MODEN
MODEN 站点
集中器 MODEN 站点
MODEN 站点
? 信息只能向一个固定方向传送的方式
叫 单工通信方式 (simplex)
单工通信方式
站点 站点
数据
应答
? 信息可双向传输,但在同一时刻只能按一个
方向传送,这种传送方式叫 半双工通信方式
(half-duplex)。
半双工通信方式
站点
数据 接收机
发送机
站点
接收机
发送机 应答
? 信息可双向传输,传送方向不受时间限
制的通信方式叫 全双工通信方式 (full-
duplex)。
全双工通信方式
站点
数据
应答
站点
数据
应答
? 由站点产生的信号,是包含有直流、基波、谐
振的一串脉冲信号,随着频率的升高其相应幅
度减小,最后趋于零。这种由零开始到未经调
制的数字信号所占用的频率范围被称为基本频
带,简称基带( base band)。这种信息也被称
为 基带信号 。
? 将基带信号送入线路,称为 基带传输 。基带传
输不需要调制解调器,适用于短距离的数据传
输,如局域网。基带数据传输速率为 0至 10Mb/s。
基带传输
? 对于远程数据通信,因传输线路的质量,不能直
接传送基带信号。为此把基带信号进行变换( 调
制 ),变为可适应远程通信的已调信号,再将已
调信号通过线路进行传输,然后把已调信号进行
反变换( 解调 ),变为原始基带信号。这种利用
变换 — 反变换(调制 — 解调)进行数据的传输,
就是 频带传输 。
? 频带传输不仅解决了线路传送质量问题,而且可
实现多路复用功能,提高了通信线路的利用率。
不过频带传输在接收和发送端都要设置调制解调
器(既包含调制器又包含解调器的设备)。
频带传输
? 通常我们将比音频带宽( 4KHZ)更宽的频
带称为 宽带 。由于宽带的频带范围宽、传输
速率高,这样就可以利用频带传输技术将声
音、图像和数据信息进行传输,这就是 宽带
传输 。
? 宽带传输一定是采用频带传输技术的,但频
带传输不一定就是宽带传输。
宽带传输
? 信号从发送端到接收端之间进行传输的路径
叫 信道 。
? 作为通信组成的传输介质分为 有线通信和无
线通信 。
? 有线信号的传输介质有 双绞线, 同轴电缆 和
光缆 。
? 无线通道 可分为微波通道、激光通道、红外
通道和短波通道。
信道
? 双绞线 是一对扭在一起的金属导线。双绞线
主要用于传统的电话系统中适用于短距离传
输。双绞线抗干扰能力差,一般 传输距离不
超过 100米 。
? 双绞线既能传输模拟信号,也能传输数字信
号,局域网中的无屏蔽双绞线的传送速率可
达 100 Mb/s。
双绞线
? 同轴电缆 是由中心导体和外部金属网屏蔽层组
成的传输介质。
? 同轴电缆抗干扰能力强。
? 同轴电缆有 50Ω 和 75Ω两种。 50Ω 电缆只用于
传输数字信号,称为基带电缆,能达到 10 Mb/s
的传送速率。 75Ω公用电缆是 CATV系统中使用
的标准同轴电缆,能传输模拟信号和数字信号。
利用频分分路复用技术,可在同轴电缆上传送
多路信号。 75Ω 电缆又被称为宽带电缆。宽带
电缆传输距离远,可达几十公里。
同轴电缆
? 光缆 是用超细玻璃纤维制成的能传送光波
的传输介质。
? 光缆的传送速率高可达 1000 Mb /s。
? 另外光缆传输频带宽、抗干扰能力强。
? 随着光缆通信的技术日趋完善,光纤通信
已广泛应用于计算机网络通信中。
光缆
? 工作频率为 109Hz-- 1010 Hz的电磁波称为 微波 。微波通
信具有带宽高、容量大的特点,但也存在抗干扰能力差
的特点。
? 红外线 是工作频率为 1011Hz-- 1014的电磁波,通过发射
和接收由信号调制的非相干红外线就可形成一条通信链
路。只要收发机都处于视线内,不受其它建筑物遮挡,
就可准确地进行通信。红外光通信可实现每秒兆位的速
率。
? 激光 是工作频率为 1014Hz-- 1015的电磁波,激光通信的
原理与红外线通信原理一样,只是调制解调的是相干激
光。
? 红外线和激光通信的距离一般为几公里,比微波通信短。
另外红外线和激光通信受环境影响大。
微波、红外线、激光
数据通信技术
? 传输同步技术
? 数字调制技术
? 多路复用技术
? 数据交换技术
传输同步技术
? 数据在传输时,为保证发送端发出的信息能够被接
收端正确接收,要求发送端和接收端必须保持严格
的对应关系,即发送端以某一种速率在起止时间内
发送数据,接收端也必须以同一种速率在相同的起
止时间内接收数据,否则,收发端间微小的误差就
会造成失步,使传输数据出错。为避免收发端的失
步,使系统正确地工作,收发端必须采取收发统一
的动作,这种措施称为 同步技术 。
? 常见的同步方法有两种,异步传输 和 同步传输 。
异步传输
? 异步传输方式 实现简单,但传输效率低。
1 1 0 0 0 0 0 1 0






数据字符 停止位
同步传输
? 同步传输方式 下,数据传输时,接收端时钟
完全由发送端时钟控制(或由同一时钟脉冲
控制),发送端和接收端时钟严格同步。
? 同步传输方式效率高,一般用于高速传输。
数字调制技术
? 调制 就是使载波信号(高频正弦波)的幅度、频率或相
位随发送信号变化的过程。发送信号(模拟或数字信号)
一经调制,就将作为模拟信号(已携带发送信号的载波)
通过介质发送出去。
? 解调 就是从接收的模拟信号中取出发送信号的过程。
? 调制和解调是相反的处理过程。
? 将模拟数据调制为模拟信号的技术有二种,幅度调制 和
频率调制 。
? 将数字数据变换成模拟信号的常用的技术有 幅移键控,
频移键控, 相移键控 和正交幅度调制。 正交幅度调制
( QAM)是一种将 ASK和 PSK组合起来的调制技术。
幅度调制
? 幅度调制
(简称调幅
AM)就是使
载波的幅度
随原始模拟
数据的幅度
变化而变化,
而载波的频
率不变。
频率调制
? 频率调制 (简
称调频 FM)
就是使载波的
频率随原始模
拟信号的幅度
变化而变化,
而载波的幅度
不变化。
幅移键控
? 幅移键控 ( ASK)是以载波信号的两个步幅值代表
二进制的两个数值,如:二进制, 1” 对应有载波,
,0” 对应无载波,或使用两个不同的载波幅度值,
每一个相当于一个特定的二进制值。
频移键控
? 频移键控 ( FSK)是用邻近载波频率的两个不同
的频率代表二进制的两个数值。
相移键控
? 相移键控 ( PSK)是用载波信号的相位偏移来表示
二进制值。
多路复用技术
? 多路复用 是指利用一个物理信道同时传输多个信
号,以提高信道利用率的技术。
? 多路复用技术有 频分多路复用技术, 时分多路复
用技术 及统计时分多路复用技术。
? 为了解决时分多路复用的信道容量浪费问题,采
用动态信道分配的技术,就是 统计时分多路复用
( ATDM)技术 。
? ATDM是一种高效率的 TDM。它只适用于真正的数
字数据。
频分多路复用
? 频分多路复用 ( FDM)技术是指分割频率来区分各
个通道,将具有一定带宽的线路划分为若干条子信
道。多条信道的中心频带不重合,且保持一定距离。
? 频分多路复用技术适用于模拟信号。
A
B
C
D
FDM FDM
A
B
C
D
子通道 A
子通道 B
子通道 C
子通道 D
时分多路复用
? 时分多路复用 ( TDM)是将一条线路按其工作时间划
分周期,每一周期下再划分为若干固定长度时间片:
t1,t2,?, tn。每一时间片由复用的路占用。通过
在时间上交叉发送每一路信号的一部分,来实现由一
条物理线路传送多路信息。
TDM TDM
1 1
1
2 2 2
3 3
3
1 2 3 1 2 3 1 2 3
1 1 1
2 2 2
3 3 3
数据交换技术
? 交换的方法就是建立一个交换中
心(交换机)将各个点直接连接
到交换中心,由交换中心负责各
点之间的链路建立。
? 交换的方式分类如下,
交换
电路交换
存储交换
空分电路交换
时分电路交换
报文交换
报文分组交换
电路交换、空分电路交换
? 电路交换 ( circuit
switching)是由交换机在
通信的两个点之间建立一
条物理信道。
? 空分电路交换 ( space
division circuit
switching)就是每个用户
点都有一条传输信道,交
换机的转换部分就像一个
坐标网,用户之间的连接
是在相应的坐标点上进行
的。
1 2 3 4 5
1
2
3
4
5
时分电路交换
? 时分电路交换 ( time
division circuit
switching)是指各
用户点共用一条通信
线路,最后按一定的
时间片 分别与 用户点
相接。
T1
T2
T3
Tn




数据交换技术
? 存储交换 ( store and forward switching)是把待传送的信
息存储在缓冲组内,然后必要时对存储好的信息作适当处
理,等到信道空闲时再发出去。
? 报文交换方式 是把待发送的信息分割成一份份报文。该报
文上存有目的地址,然后以报文为单位在网络上传送。在
每个结点,接收整个报文后进行暂存,由于报文较长,往
往将它存入联机或脱机的大容量存储器中,等到输出端去
目的地的线路空闲时,再行输出。
? 报文交换的主要缺点是网络的延时长,不宜用于实时通信。
? 报文分组交换 是将报文分为较小的数据分组( packet),
每个分组像, 子报文, 一样传输。由于分组比较小,在节
点存储转发时不必访问外存,这就大大改善了传输的接续
时间和传送延迟时间。