计算机应用基础 第4讲 Computer Base Series Course 主讲人:夏耘

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1 计算机应用基础 第4讲 2008.9 Computer Base Series Course 主讲人:夏耘
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2 课堂目标 知道数据通信的系统概念(数据、信号、信道的概念；通信系统模型；信道分类)
理解传输介质及接口标准(有线介质、无线介质，通信接口及主要技术指标),数据通信的主要技术指标(传输速率、差错率、可靠性、带宽),常用通信系统(公用电话、移动电话、卫星通信) 知道常用通信系统(ISDN、ADSL等),通信技术的发展(数字电视、3G移动通信)

3 1．4 数据通信技术简介 1．4．1数据通信基本概念 数据通信是一门独立的学科，它研究计算机之间或计算机与数字终端设备之间使用数字信号进行的通信的理论和方法。 1．数据通信的系统概述 数据通信的目的是为了交换信息。

4 ⑴ 信息 信息（Information）是通信传输过程中数据所包含的内容，其载体一般为数字、文字、语音和图像等。 ⑵ 数据 数据是信息的载体，一般用二进制代码表示。 ⑶ 信号 信号是数据在传输过程中的表示形式。 信号的分类: 模拟信号 (特点:连续变化的) 数字信号 (特点:分立离散的) 信号的传输形式: 模拟信号来表示和传输 数字信号来表示和传输 数据(信号)的转换装置: 模拟/数字转换器A/D和数字/模拟转换器D/A (如调制/解调器Modem等)

5 调制 解调 输入数据 输出数据 发送设备 传输信道 接收设备 数据源 数据宿 (4)数据通信系统模型组成
上图中数据源发送的数据要先通过它的调制解调器（发送设备）调制为可以传输的模拟信号，调制好的正弦波信号通过公用电话网的传输，最后通过数据宿的调制解调器（接收设备）解调为原始数据，最后传送给数据宿 调制 解调 数据通信网 发送设备 传输信道 接收设备 输入数据 输出数据 数据源 数据宿

6 (5)信道 信道是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。 一般来说，一条通信线路至少包含两条信道，一条用于发送的信道和一条用于接收的信道。

7 信道(信号传输的通路 )分类方法 : 按传输信号类型： 模拟信道（原始、调制模拟信号） 数字信道（二进制数字信号） 按物理、逻辑性： 物理信道（传输介质、通信设备） 逻辑信道（信号逻辑径路） 按传输通路介质： 有线信道(有形介质如线、缆) 无线信道(无形介质如空气、太空) 按通路使用权限： 专用信道（固定、专线） 公用信道（大型公共信道）

8 2．数据通信的传输媒体 常用的有线传输媒体 ：电话线、双绞线(图a)、同轴电缆 (图b) 和光纤(图c)

9 常用的有线传输媒体特点： 电话线和双绞线 双绞线分为非屏蔽双绞线UTP（Unshilded Twisted Pair）和屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）两种. 使用方便，价格便宜，但线路损耗大，易受各种电信号干扰，可靠性较差，不适用于高速大容量通信 （a）屏蔽双绞线 （b）非屏蔽双绞线

10 常用的有线传输媒体特点： 同轴电缆线 基带同轴电缆 宽带同轴电缆 同轴电缆传输容量大，抗干扰性好，但一般价格比较高

11 光纤 光纤传输数据速率快；传输距离远，可达30英里左右，不受电磁干涉的影响， 对湿气等环境因素有很强的抵抗能力。缺点是实现代价较高
常用的有线传输媒体特点： 光纤 光纤传输数据速率快；传输距离远，可达30英里左右，不受电磁干涉的影响， 对湿气等环境因素有很强的抵抗能力。缺点是实现代价较高

12 常用的无线传输媒体 ：微波通信 、卫星通信和红外传输
常用的无线传输媒体 ：微波通信 、卫星通信和红外传输 微波线路 传输容量大 直线传播和受环境条件的影响 长途传输必须建立中继站 必要时信号增强

13 卫星线路 微波传输的一种，中继站点卫星 不受地理环境和通信距离的限制 有海量的带宽，具有广泛的应用市场 价格昂贵

14 红外传输 直线传播、距离有限(在视野内) 速度快：100Mbps 广泛用于家电遥控、计算机间数据交换 使用方便、速度较快、传输安全

15 3．数据通信的主要技术指标 数据通信系统可以使用一系列技术指标来衡量其特性: 传输速率 B
衡量系统传输能力的主要指标，一般用比特率或波特率来表示 比特率：一种数字信号的传输速率，指单位时间内所传输的二进制代码的有效位数（bit数），其单位为比特每秒（bps）或千比特每秒（kbps） 波特率：一种调制速率，又称为波形速率，它的定义为：线路中每秒传送的波形的个数，其单位为波特（baud）。若T表示波形的持续时间，则其调制速率为： B = 1/T （Baud）

16 比特率和波特率之间的换算关系： 比特率 = 波特率 * log2n 其中n为一个脉冲信号表示的有效状态数 在二进制中，只有0和1两个状态，故n=2，所以比特率 = 波特率。 如果采用四相（有00，01，10和11四个状态）调制，则n=4，所以比特率 = 波特率*2

17 pe = 差错码元数 / 总码元数 差错率 Pe 码元差错率(误码率) 衡量传输质量的主要指标，一般定义为码元差错率或比特差错率
定义：差错码元所占总数的比例 (平均值) pe = 差错码元数 / 总码元数 指标：要求＜10-6 比特差错率 定义：差错的比特数占总数的比例（平均值） peb = 差错比特数 / 总比特数

18 可靠性pr 可靠性是衡量传输系统质量的一个重要指标 可靠度定义： 正常工作时间占全部工作时间百分比 pr = 正常工作时间tr / 全部工作时间Tr 信号带宽：传输信号中有足够能量的最高与最低频率之差

19 1．4．2 常用通信系统 1．公用电话系统(PSTN) 一个传统的、为实时语音通讯进行优化的线路交换网络 图1-4-6 电话交换系统

20 移动通信是最新发展的无线通信技术之一，它允许用户通过手持或车载电话进行通信网络交换中心（NSO）计算机控制所有的单元
2．蜂窝电话系统 移动通信是最新发展的无线通信技术之一，它允许用户通过手持或车载电话进行通信网络交换中心（NSO）计算机控制所有的单元 蜂窝电话系统 移动电话的通信原理

21 3．卫星通信系统 卫星在空中起中继站的作用 地面站是卫星系统与地面公众网的接口 地面用户通过地面站出入卫星系统形成链路
组成：卫星、地面站 工作原理: 卫星在空中起中继站的作用 地面站是卫星系统与地面公众网的接口 地面用户通过地面站出入卫星系统形成链路 三颗相距120度的同步卫星就能覆盖整个赤道圆周 卫星通信系统

22 优点: 通信范围大 受自然灾害影响的影响不大 可以方便地实现广播和多址通信 可以电路和话务量可灵活调整 缺点: 信号延迟（发、收方传播距离有72000KM） 10GHZ以上频带受降雨雪的影响 天线受太阳噪声的影响 采用的多路通信技术: 频分多址，时分多址和码分多址

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24 4．综合业务数字网络ISDN(Integrated Services Digital Network)
特点: ISDN是以综合数码电话网（IDN）为基础发而成的通信网 普通模拟电话在采用了数码传输和交换以后，就变成IDN，而在IDN中，从用户终端（如电话机）到电话局交换机之间仍是模拟传输，需要配合调制解调器才能传输数码信号。 　

25 ISDN支持端到端的数码连接 ISDN是一种先进的网络科技，将从一个用户终端到另一个用户终端之间的传输，全部数码化，包括用户线部分。ISDN是以数码形式，统一处理各种通信业务，使用户能获得数码化的优异性能。 　 ISDN也支持电话以及非电话等各种通信业务 ISDN用一个网络为用户提供各种通信业务。这包括：语音、数据、传真、可视图文、可视电话、会议电视、电子信箱、语音信箱等等。 ISDN提供标准的用户－网络接口，便于各种终端接入 这也就是说，不同的终端产品，只要有相同的、标准的ISDN接口，就可以接入ISDN网络，使用ISDN网络品进行通信。 　

26 ISDN主要采用两种标准的用户－网络接口：
窄带ISDN（N－ISDN） 宽带ISDN（B－ISDN），　 ISDN主要采用两种标准的用户－网络接口： 基本速率接口BRI（2B＋D） 基群速率接口PRI（30B＋D）。 　2个基本数码通道（B通道），1个控制数码通道（D通道）。也就是说，BRI－ISDN是在一对双绞线上提供两个B通道和一个D通道。 　B通道是用于传输话音、数据等；每个B通道的带宽为64Kbps。D通道则用于传输指令；每个D通道的带宽为16Kbps。因此，一个2B＋D连接，可以提供高达144Kbps的传输速率；其中纯数据速率，可达128Kbps。一路电话只占用一个B通道，因此ISDN用户可以同时在两个终端进行工作，例如一边发送传真一边打电话。 　基群速率接口PRI（30B＋D）则速率为2.048Mb/s，因此一般用于需要传输大量数据的应用，如PBX，LAN等。 　由于ISDN中终端与终端之间的通信是完全数码化的，因此ISDN的传送误码特性和信号失真特性，比以前的模拟电话线路有了很大的改善。

27 5．ADSL与Cable Modem ADSL：非对称数字用户线路 将电话线变成高速的数字线路
同时提供电话、传真和高速的Internet服务 使用频分复用 三个信息通道: 高速下行通道：1.5Mbps-9Mbps 用于下载 中速双工通道：16Kbps-1Mbps 用于上传 普通电话服务：老式电话服务

28 CABLE MODEM：电缆(线缆)调制解调器
通过有线电视CATV某个传输频带进行调制解调 一组用户共享一个信道 连接方式：一端计算机，一端闭路电视插座 按速率划分为两种： 对称速率型：上、下行速率相同，500k - 2M bps 非对称速率型：下行2-40M，上行500k-10M 相对于窄带的调制解调器和ISDN， ADSL和Cable Modem均属于宽待接入技术

29 ADSL与Cable Modem 比较 1．带宽 　　 　　　　相比之下，Cable Modem要比ADSL更具有带宽的优势。Cable Modem的每一个子信道下行通道的数据吞吐量都可以达到25～40Mbps，所以当整个系统的用户较少时，其带宽的优势将非常明显；但由于Cable Modem所依赖的HFC系统的拓扑结构是分层的树状总线结构，所以其终端用户将共享连接段线路的带宽，当一条线路上用户激增时，各个用户所得到的有效带宽将远小于25Mbps，一般只能达到1～2Mbps，甚至更低，在这点上HFC系统与共享的总线型以太网非常相似；而ADSL接入方案则不同，其网络拓扑为比较安全的星型结构，用户能够独占1.5～8Mbps的带宽。因此在用户激增时，其服务质量反而较Cable Modem高。

30 ADSL与Cable Modem 比较 2．抗干扰能力 　　 　　　　Cable Modem的入户连接线是同轴电缆，它内部铜芯传送信号，外面的铜丝网和铝箔屏蔽外界的干扰，一般，只要作好相应线缆连接器的屏蔽，就可避免绝大部分外界干扰；而ADSL的传输介质是极易受外界高频信号串扰的电话线，抗干扰能力较Cable Modem而言天生不足。

31 ADSL与Cable Modem 比较 3．实现的难易 　　 　　　　ADSL接入方案的实现只需在电话线的两端接上ADSL设备就可以了，无需对整个网络进行改造；而Cable Modem接入Internet比较复杂，因为CATV的HFC系统仅是为单向广播电视节目而设计的，所以要利用Cable Modem 实现在HFC网络上双向数据通信就必须对现有的有线电视网络进行需要大量资金投入的改造。

32 ADSL与Cable Modem 比较 4．标准化问题 　　 　　　　目前，国际电信联盟(ITU)已完成了ADSL的标准化工作，对应的G.Lite也于今年7月得到通过；而Cable Modem的标准DOCSIS虽得到国际电信联盟认可成为国际标准，但真正得到实施还尚需时日。 　　

33 1．4．3通信技术的发展 1．数字电视 （Digital television, or DTV）
所谓数字电视是一种采用数字信号来广播图像和声音的新的电视系统， 它从节目采编、压缩、传输到接收电视节目的全过程都采用数字信号处理。 数字通信: 数字电视电视节目的图像及声音信号，都是数字化的。经数字压缩和数字调制后，形成数字电视信号，经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方法进行广播，该信号由数字电视接收后，通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音 优点：信号损失小，接收效果好 数字电视按传输方式分类： 地面无线传输(地面数字电视) 卫星传输(卫星数字电视) 有线传输(机顶盒接收的数字电视是属于有线传输之类 )

34 清晰度数字电视分类： 按显示屏幕的幅度数字电视分类： 标准清晰度数字电视 低清晰度数字电视 高清晰度数字电视 宽和高的比例为 4：3
16：9两种类型 我国HDTV分辨率标准为1200×800，屏幕宽度高度比为16:9

35 数字电视技术与模拟电视技术相比主要优点：
避免了噪声信号的影响 避免了非线性失真的影响 便于与计算机配合实现信号的存储、控制和调整 采用数字技术和数字压缩技术，便于充分利用信道容量 便于实现加密/解密和加扰/解扰技术实现信息安全，两者都可保证安全地开展收费业务 便于与计算机及计算机网络融合。所构成的多媒体计算机系统具有可扩展性、可分级性和互操作性，可以成为未来“国家信息基础设”(NII) 的重要组成部分

36 2. 3G时代的到来 第一代的移动通信阶段，以模拟通信为特征 第二代移动通信阶段，以数字通信为特征
第三代移动通信阶段，它以多媒体数据通信为特征，它是多媒体数字移动通信的支持平台。在理想环境下，3G的数据速率可以达到2G的200倍。通过手机能像用电脑连接宽带上网一样，实现高速网络游戏、视频在线观看、高压缩率音频在线收听等功能 移动手机支持各种多媒体应用: 视频消息（视频邮件）应用 可视通讯/视频会议应用 视频流应用

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38 3G标志性业务 1、可视电话。移动可视电话是一种同时使用了视频和话音的点对点通信业务，在两个移动终端、移动终端和固定视频电话或者PC机等之间实现视、音频的双向实时交流。

39 3G标志性业务 2、流媒体业务。流媒体是指用户通过网络或者特定数字信道边下载边播放多媒体数据的一种工作方式。流媒体应用的一个最大的好处是用户不需要花费很长时间将多媒体数据全部下载到本地后才能播放，而仅需将起始几秒的数据先下载到本地的缓冲区中就可以开始播放，后面收到的数据会源源不断输入到该缓冲区，从而维持播放的连续性。流媒体基本应用可分为：点播型应用、直播型应用。

40 3G标志性业务 （1）点播型应用：点播型应用中，一般点播内容存放在服务器上，根据需要进行发布。在同一时间可多点点播相同或不同的节目，即多个终端可在不同的地点、不同的时刻，实时、交互式地点播同一流媒体文件，用户可以通过门户查看和选择内容进行点播。根据用户的需要，点播过程中还可以实现播放、停止、暂停、快进、后退等功能。 （2）直播型应用：直播服务模式下，用户只能观看播放的内容，无法进行控制。

41 3G标志性业务 3、PTT，英文为Push To Talk，就是所谓的“一键通”，是将有相应功能的手机当成对讲机使用，利用VoIP技术实现的“点到点”和“点到多点”的话音通信业务。PTT业务采用半双工通信方式，即在同一时间只有一人能够讲话，以便于群体交流，主叫方只要按一个按键就可以向一个人或一组人发起通话，不用拨号或等待对方摘机，电话立即接通，并迅速建立通话组。简单的说：“一键通”就是“即按即说”(PTT)的手机，融合了手机与与对讲机的功能，它用的是3G网络。

42 3G标志性业务 4、IMPS业务。即时消息和存在业务，具有2个主要的业务功能:presence和Instant Messaging。Presence是指动态变化的、能被他人获知的状态，用来表现自我、共享信息和服务控制。用户的状态可以被他人获知，同时能够获知他人的状态。Presence信息包括：在线（Online）、忙碌（Busy）、隐身（Appear Offline）和离线（Offline）。用户可以改变这些状态，并且状态变化会实时反映在其他用户的联系人列表上。Instant Messaging指在多个用户之间实时的进行信息交互，不但可以是文本消息，也可以是多媒体消息。IM是SP建立稳固移动社区的流行工具。从一个用户发送即时信息到另一个用户或即时信息能在一个组中的所有联系人之间传送。即时信息可以是文本、图像、声音。

43 3G标志性业务 5、多媒体会议。语音会议、基于Web的多媒体会议（如微软的NetMeeting），以及包括白板文件共享的视讯会议已经被广泛采用。3G则提供利用移动手机的彩色的具有QoS（服务质量）保证的多媒体会议，它具有如下功能：预约和计划，用户可拨号预约参加会议，也可自动预约（即媒体服务器呼叫每一个计划中的参加者，然后在约定的时间建立自动的会议呼叫），此外用户可选择与呈现业务结合的会议，即媒体服务器自动邀请会议参加者，一旦他们的呈现状态显示他们是可以参加后，就可进行会议建立。

44 本节小结 数据通信系统解决了信息如何计算机之间或计算机与数字终端设备之间传输问题。

45 作业 数字电视的功能有哪些? 数字电视与普通电视的区别是什么? 3G时代带来什么? 到了3G时代，我们需要更换手机号码？

46 谢 谢 敬请提出宝贵意见和建议 2008.9 Computer Base Series Course 上海理工大学 计算机基础教研室
谢 谢 敬请提出宝贵意见和建议 2008.9 上海理工大学 计算机基础教研室 主讲人:夏耘