第二章 数据传输技术和多路复用技术（课件）《计算机网络技术与应用》（电工版第四版）《上好课》

电子工业出版社 第二章 数据通信基础 数据传输技术和多路复用技术 计算机网络技术与应用（第4版） 学习目标 理解并行传输与串行传输 理解单工、半双工和全双工通信 掌握数字信号的传输技术 掌握多路复用技术的原理 目录 数据传输技术 > 多路复用技术 > 教学导入 同学们，我们平时用手机发消息、传文件、看视频，信息都在网络中不断传递。但大家有没有想过，数据是怎样从一端传到另一端的？是一个一个传，还是一起传？是单向走，还是可以双向走？ 知识讲授 数据传输技术 按信号频率分类 1 按数据传输位数分类 2 按数据传输方向分类 3 数据传输方式的分类方式 基带传输 按被传输数据信号的频率，可以分为基带传输、频带传输和宽带传输。 知识讲授 按信号频率分类 · 基带信号是信源发出的、没有经过调制的原始电信号。 · 基带信号直接在信道上进行传输的方式就是基带传输。 · 基带传输是一种最简单最基本的传输方式。 ➼特点：传输过程简单，设备费用低，适用于近距离传输的场合。 ➼适用场景：在局域网中通常使用基带传输技术。 频带传输 频带传输是将基带信号调制为模拟信号后再进行传输，接收方需对信号进行解调还原为数字信号的过程。 知识讲授 按信号频率分类 基带信号 模拟信号 调制成 宽带传输 · 是一种频带传输的方式。 · 通过划分多个互不干扰的子信道，使得不同信号可以同时在不同子信道中传输。 · 实现信道容量的大幅提升。 知识讲授 按信号频率分类 基带、频带和宽带传输的特点 知识讲授 按信号频率分类 基带传输 频带传输 宽带传输 1.传输的是数字信号 2.通信信道利用率低 3.适合近距离传输 4.基带传输不需要调制解调器，设备花费小，速率高和误码率低 5.局域网中一般都采用基带同轴电缆作为传输介质 1.传输的是模拟信号 2.适合远距离传输 3.能实现多路复用，信道利用率高 4.发送端和接收端都要设置调制解调器，用来对信号进行模数转换 5.价格便宜，易实现 1.传输的是模拟信号 2.一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用 3.宽带传输距离远 4.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 师生互动 ➸知识点背诵 提问：一条线能同时传电视、电话、上网，这是什么传输？ 【答案】宽带传输 按数据传输位数分类，数据传输方式可以分为串行传输和并行传输。 知识讲授 按数据传输位数分类 串行通信方式，是指发送端一次只发送或接收一位数据位。在发送端和接收端之间只需要一条数据传输线路即可。 串行传输 并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。 发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。 并行传输 知识讲授 按数据传输位数分类 串行传输 并行传输 串行传输 ➼特点 通信线路少，布线简便易行，施工方便，结构灵活，自由度及灵活度较高，因此在电子电路设计、信息传递等诸多方面的应用越来越多。传输速率慢，但成本低。 知识讲授 按数据传输位数分类 并行传输 ➼特点 在计算机中，通常使用8个字节来表示一个字符。在进行近距离传输时，为获得较高的传输速率，使每个代码的传输延时尽量少，常采用并行传输方式。对于远距离来说，费用较高。 知识讲授 按数据传输位数分类 师生互动 ➸知识点背诵 并行传输与串行传输的区别？ 【答案】并行传输的速率高，但传输线路和设备都需要增加若干倍，一般用于短距离并要求快速传输的地方。串行传输可以节省线路和设备，利于远程传输，所以广泛用于远程数据传输中，通信网和计算机网络中数据传输都是以串行方式进行的。 知识讲授 按数据传输的方向分类 信号传输方向 单工通信 半双工通信 全双工通信 知识讲授 按数据传输的方向分类 单工通信 发送端 接收端 010010110100101101001 数据传输是单向的，只能一方发送另一方接收，反之则不可以。例如:无线电广播、遥控等属于单工通信。 × 知识讲授 按数据传输的方向分类 半双工通信 发送端 接收端 010010110100101101001 数据传输可以双向进行，但只能交替进行，同一个时刻只能有一个方向传输数据。例如:传统对讲机属于半双工通信。 接收端 发送端 不同时刻的数据双向传输 知识讲授 按数据传输的方向分类 全双工通信 发送端 接收端 010010110100101101001 数据传输可以双向同时进行。全双工通信需要两个信道，一个用来发送，一个用来接收。例如:电话系统属于全双工通信。 接收端 发送端 010010110100101101001 师生互动 ➸知识点背诵 下面各项分别属于哪种通信方式？ 听广播 、对讲机 、 手机打电话 、 电视遥控器 、线上视频聊天 【答案】听广播 → 单工；对讲机 → 半双工；手机打电话 → 全双工 电视遥控器 → 单工；线上视频聊天 → 全双工 师生互动 ➸例题分析 电视广播所采用的通信方式是（ ） A. 单工通信 B. 双工通信 C. 半双工通信 D. 全双工通信 【答案】A 【解析】单工通信是指传送的信息始终是一个方向的通信。 课堂练习 1.数据信号一位一位向前传输的方式是（ ） A. 并行传输 B. 串行传输 C. 同向传输 D. 异向传输 【答案】B 【解析】串行传输是以比特（位）为单位,发送端一位一位地传送。 课堂练习 2.可以双向通信，但同一时刻只能单向传输的是（ ） A. 单工 B. 半双工 C. 全双工 D. 串行 【答案】B 【解析】半双工可双向，但不能同时收发。 课堂练习 3.将数字信号调制后，用模拟信道进行传输的方式是（ ） A. 基带传输 B. 频带传输 C. 并行传输 D. 同步传输 【答案】B 【解析】频带传输需要调制，把数字信号转成模拟信号传输。 课堂练习 4.下列不属于数据传输方式分类的是（ ） A. 单工 / 半双工 / 全双工 B. 串行 / 并行 C. 同步 / 异步 D. TDM/FDM 【答案】D 【解析】TDM/FDM 是多路复用技术，不是传输方式。 多路复用技术 教学导入 网络高速发展的时代，每时每刻都有大量数据在传输。如果每一路数据都单独占用一条通信线路，线路资源会极度浪费。 那么，怎样才能让一条物理线路同时传输多路数据呢？ 知识讲授 多路复用技术 ➼复用： 允许用户使用一个共享信道进行通信。 A1 A2 B1 B2 C1 C2 使用单独的信道 + ( ) + A1 A2 B1 B2 C1 C2 共享信道 使用共享信道 复用 分用 知识讲授 多路复用技术 按频率划分不同的信道 频分复用 FDM 01 按时间划分不同的信道 时分复用 TDM 04 按波长划分不同的信道 波分复用WDM 02 按地址码划分不同的信道 码分复用 CDM 03 常见的多路复用技术 知识讲授 多路复用技术 频分多路复用FDM 频率 时间 频带 1 频带 2  频带 n 频带 3 将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。 所有用户在同样的时间占用不同的带宽（即频带）资源。 知识讲授 多路复用技术 时分多路复用TDM 将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。 每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）的。 TDM 信号也称为等时 (isochronous) 信号。 所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。 知识讲授 多路复用技术 时分多路复用TDM 频率 时间 B C D B C D B C D B C D A A A A 在 TDM 帧中的位置不变 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 … TDM 帧 知识讲授 多路复用技术 时分多路复用TDM 频率 时间 C D C D C D A A A A B B B B C D 在 TDM 帧中的 位置不变 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 … TDM 帧 知识讲授 多路复用技术 时分多路复用TDM 频率 时间 B D B D B D A A A A B C C C C D 在 TDM 帧中的 位置不变 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 … TDM 帧 知识讲授 多路复用技术 时分多路复用TDM 频率 时间 B C B C B C A A A A B C D D D D 在 TDM 帧中的 位置不变 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 … TDM 帧 知识讲授 多路复用技术 时分多路复用TDM 统计时分多路复用（STDM） 统计时分多路复用（STDM）是一种根据信号源实际需要动态分配线路资源的时分复用方法。从而提高了资源的利用率，也提高了传输速率。 知识讲授 多路复用技术 波分多路复用WDM 光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7 0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8  2.5 Gbit/s 1310 nm 20 Gbit/s 复 用 器 分 用 器 EDFA 光调制器 光解调器 8  2.5 Gbit/s 1310 nm 120 km 知识讲授 多路复用技术 波分多路复用WDM 光复用器 （合波器） 光分用器 （分光器） 光纤 波长2 波长1 波长3 波长2 波长1 波长3  1 +2 +3 在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息。 波分多路复用一般用波长分割复用器和解复用器分别置于光纤两端，实现不同光波长信号的耦合与分离。 知识讲授 多路复用技术 码分多路复用CDM 每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。 码分多路复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。 师生互动 ➸知识点背诵 【答案】频分；波分；时分；码分 多路复用技术主要包括______多路复用、______多路复用、______多路复用和______多路复用。 师生互动 ➸例题分析 移动通信（如手机网络）中广泛使用的是（ ） A. FDM B. TDM C. CDM D. WDM 【答案】C 【解析】码分多路复用，不同用户用不同码型，可同时传输。 课堂练习 1.多路复用技术的主要目的是（ ） A. 提高传输速率 B. 提高线路利用率 C. 减少传输错误 D. 降低传输时延 【答案】B 【解析】多路复用技术是指让多路信号共享一条物理线路，充分利用信道容量。 课堂练习 2.适用于光纤、按光的波长区分多路信号的是（ ） A. FDM B. TDM C. WDM D. CDM 【答案】C 【解析】WDM 波分复用，专门用于光纤通信。 课堂练习 3.频分多路复用（FDM）中，各路信号在信道上是（ ） A. 分时占用 B. 同时占用 C. 随机占用 D. 轮流占用 【答案】B 【解析】FDM将不同信号调制到不同频率，在同一时间同时传输。 课堂练习 4.FDM是按______区分信号的方法。 【答案】频率 【解析】频分多路复用是指将信道的可用频带宽度划分为若干个互不重叠的子频带，每路信号占用不同的频率范围，从而实现多路信号同时在同一信道上传输。 课堂小结 课后作业 1、总结数据传输技术的分类； 2、总结常用的多路复用技术； 3、课后练习题； $