五、通信技術(shù)教材

1、5、通信技術(shù)本章概要 1、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)技術(shù)：包括信道特征、數(shù)字編碼、調(diào)制與解調(diào) 2、傳輸與交換技術(shù)：包括復(fù)用技術(shù)、差錯(cuò)控制技術(shù)基本概念 1、模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào) 2、波特率、比特率、碼元 碼元攜帶信息量n=2 N 3、頻譜與帶寬、信道容量 4、傳輸模式與通信模式尼奎斯特定理 基于有限帶寬無(wú)噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 最大數(shù)據(jù)速率=2W（2）N（W是帶寬，N是碼元也即是離散值） 香農(nóng)公式（考慮噪聲）計(jì)算結(jié)果與尼奎斯特定理結(jié)果無(wú)可比性 W（2）（1+S/N） DB=10S/N編碼和傳輸 數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)編碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)（4中編碼方式） 數(shù)-數(shù) 數(shù)-模 模-數(shù) （數(shù)字信號(hào)傳輸） 模-模（模擬信

2、號(hào)傳輸）編碼類(lèi)型 二進(jìn)制數(shù)字信息在傳輸過(guò)程中可采用不同的代碼，這些代碼的抗噪性和定時(shí)能力各不相同。最基本的有單極性碼，極性碼，雙極性碼，歸零碼，雙相碼6種1、單極性碼（正電壓表示0，零電壓表示1），極性碼就是使用了正負(fù)兩個(gè)電壓。雙極性碼則使用了正負(fù)電壓和零電壓（典型是交替反轉(zhuǎn)碼AMI，零電壓代表0,1則使電壓在正負(fù)之間交替反轉(zhuǎn)） 直流分量和同步問(wèn)題，必須依賴時(shí)鐘同步信號(hào)）2、歸零性編碼（指的是編碼信號(hào)量是否回歸零電壓，指碼元中間的信號(hào)回歸到0電壓） 非歸零編碼（nrz）（指的是不回歸0電壓，而是當(dāng)1時(shí)電壓反轉(zhuǎn)，0時(shí)不翻轉(zhuǎn)）也稱 為差分機(jī)制3、雙相碼（通過(guò)不同方向的電壓翻轉(zhuǎn)（低到高代表0，高到低

3、代表1），這樣不僅可以 提高抗干擾性，還可以實(shí)現(xiàn)自同步，它也是曼徹施特編碼的基礎(chǔ)）曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼1、曼徹斯特編碼是一種雙相碼，用低到高電壓代表0，高到低代表1，它可以實(shí)現(xiàn)自同步，常用于以太網(wǎng)2、差分曼徹斯特編碼是在曼徹斯特編碼的基礎(chǔ)上添加了翻轉(zhuǎn)特性，遇0翻轉(zhuǎn)，遇1不變，常用于令牌環(huán)網(wǎng)。因?yàn)槭褂寐a和差分曼碼時(shí)要求兩次電壓變化表示1bit，所以編碼效率只有50%3、4B/5B編碼每次對(duì)4位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，將其轉(zhuǎn)為5位符號(hào)，效率80%，應(yīng)用在100base-FX，100base-TX，F(xiàn)DDI4、8B/10B編碼每次對(duì)8位數(shù)據(jù)編碼將其轉(zhuǎn)為10位符號(hào)，效率80%，千兆以太網(wǎng)2、調(diào)制技術(shù)

4、ASK（幅度鍵控）-用恒定的載波振幅值表示一個(gè)數(shù)（1），無(wú)載波表示0，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但抗干擾性差，效率低（典型速率為1200b/s）FSK（頻移鍵控）-由載波fc（中間頻率）附近的兩個(gè)頻率f1，f2分別表示0,1抗干擾性較ASK有提升，但占用帶寬大PSK（相移鍵控）-用載波的相位偏移表示數(shù)值?？垢蓴_性最好，而且相位的變化可以作為定時(shí)信息來(lái)同步時(shí)鐘DPSK（差分相移鍵控）-利用調(diào)制信號(hào)前后碼元之間載波相對(duì)相位的變化來(lái)傳遞信息 QAM（正交調(diào)幅）-結(jié)合ASK和PSK兩種技術(shù)最常用的是PCM（脈沖編碼調(diào)制）3、傳輸交換與差錯(cuò)控制技術(shù)數(shù)據(jù)通信方式：按傳輸方向分為單工，半雙工，雙工 按同步方式分為：1、異步

5、傳輸，即將各個(gè)字符分開(kāi)傳輸，字 符間加上起止位同步信息，而且通常還加上校驗(yàn)信息，適合 長(zhǎng)距離傳輸。2、同步傳輸，即順序的連續(xù)傳輸，通常在傳輸 前同步，然后在傳輸時(shí)雙方以同一頻率工作，這種通信方式 適合短距離高速數(shù)據(jù)訪問(wèn)，如磁盤(pán)訪問(wèn)交換方式：1、電路交換，無(wú)傳輸延遲，適合大量數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)通信，傳輸 時(shí)間=鏈路建立時(shí)間+鏈路延遲時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間 2、報(bào)文交換，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，線路利用率高，但傳輸延遲大。 傳輸時(shí)間=（鏈路延時(shí)時(shí)間+中間節(jié)點(diǎn)延遲時(shí)間+報(bào)文傳送時(shí)間） *報(bào)文數(shù) 3、分組交換，有數(shù)據(jù)報(bào)方式，虛電路方式，信元交換方式傳輸時(shí)間=（鏈路延時(shí)時(shí)間+中間節(jié)點(diǎn)延遲時(shí)間+報(bào)文傳送時(shí)間）*分組數(shù)或

6、信元數(shù)4、復(fù)用技術(shù)復(fù)用技術(shù)：包括FDM，TDM，WDM復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)與描述典型應(yīng)用FDM在一條傳輸介質(zhì)上使用不同頻率的模擬載波信號(hào)進(jìn)行傳輸，每個(gè)載波信號(hào)形成一個(gè)不重疊，相互隔離的頻帶，接收端通過(guò)濾波器來(lái)分離信號(hào)無(wú)線電廣播CATV寬帶局域網(wǎng)模擬載波系統(tǒng) TDM同步TDM-每個(gè)子通道安裝時(shí)間片輪流占用帶寬，但每個(gè)傳輸時(shí)間劃分為固定大小的周期，信道利用率低T1/E1等數(shù)字載波系統(tǒng)ISDNSonet/Sdh（同步光纖網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)TDM-固定大小的周期可以根據(jù)子通道的需求動(dòng)態(tài)分配ATMWDM利用不同波長(zhǎng)的光波承載不同的子通道用于光纖通信TDM計(jì)算題公式1、忽略網(wǎng)絡(luò)中的控制開(kāi)銷(xiāo)、忽略網(wǎng)絡(luò)中的控制開(kāi)銷(xiāo)公式如下：信

7、道（單位一般為個(gè)）公式如下：信道（單位一般為個(gè)）*時(shí)分多路每個(gè)分路的帶寬（時(shí)分多路每個(gè)分路的帶寬（kb/s)=帶帶寬（寬（kb/s)例題如下：例題如下：1、10個(gè)個(gè)9.6kb/s的信息按時(shí)分多路復(fù)用在一條線路上傳輸，如果忽略控的信息按時(shí)分多路復(fù)用在一條線路上傳輸，如果忽略控制開(kāi)銷(xiāo)，在同步制開(kāi)銷(xiāo)，在同步TDM情況下，復(fù)用線路的帶寬應(yīng)該是：情況下，復(fù)用線路的帶寬應(yīng)該是：10*9.6kb/s=96kb/s.2、即存在、即存在N%的時(shí)間在忙、另控制開(kāi)銷(xiāo)為的時(shí)間在忙、另控制開(kāi)銷(xiāo)為N%。公式如下：信道（單位一般為個(gè)）公式如下：信道（單位一般為個(gè)）*時(shí)分多路每個(gè)分路的帶寬（時(shí)分多路每個(gè)分路的帶寬（kb/s)

8、*N%的時(shí)間在忙的時(shí)間在忙/(1-N%控制開(kāi)銷(xiāo)）括號(hào)內(nèi)的結(jié)果也有時(shí)候，直接被稱為利用控制開(kāi)銷(xiāo)）括號(hào)內(nèi)的結(jié)果也有時(shí)候，直接被稱為利用率。率。2、10個(gè)個(gè)9.6kb/s的信息按時(shí)分多路復(fù)用在一條線路上傳輸，假定每個(gè)信的信息按時(shí)分多路復(fù)用在一條線路上傳輸，假定每個(gè)信道只有道只有30%在忙，利用線路的控制開(kāi)銷(xiāo)為在忙，利用線路的控制開(kāi)銷(xiāo)為10%，在同步，在同步TDM情況下，復(fù)用線情況下，復(fù)用線路的帶寬應(yīng)該是：路的帶寬應(yīng)該是：10*9.6kb/s*30%/(1-10%)=32kb/s。3、8個(gè)個(gè)128kb/s的信道通過(guò)統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用到一條主干線路上，如果該線的信道通過(guò)統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用到一條主干線路上，如果該線路

9、的利用率為路的利用率為90%，則其帶寬應(yīng)該是：，則其帶寬應(yīng)該是：8*128kb/s/0.9=1024kb/s/0.9=1137.775、流量控制技術(shù)流量控制技術(shù)是用來(lái)限制發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)流量，使其不要超過(guò)接收方的接收處理速率，接收方一般都會(huì)有一個(gè)緩沖區(qū)，先把數(shù)據(jù)緩存，然后處理。常用的流量控制協(xié)議有停等協(xié)議和滑動(dòng)窗口協(xié)議1、停等協(xié)議：最簡(jiǎn)單的流控協(xié)議，指如果發(fā)送方必須等待收到接收方的確認(rèn)消息后才會(huì)發(fā)送。發(fā)送方發(fā)從發(fā)送消息到收到應(yīng)答則 T=2tp（tp為傳播延遲）+tf（發(fā)送一幀的時(shí)間） 線路利用率=tf/(2tp+tf)=1/(2a+1) 線路傳播延遲tp=d（距離）/v(傳播速度） 傳播一幀的

10、時(shí)間tf=L（幀長(zhǎng)度）/R（數(shù)據(jù)速率）2、滑動(dòng)窗口協(xié)議：允許發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀而不用等待，通過(guò)調(diào)整窗口大小實(shí)現(xiàn)流量控制 線路利用率=w（窗口大小）* tf/(2tp+tf)=1/(2a+1)6、差錯(cuò)控制技術(shù)兩種差錯(cuò)編碼方式： 檢錯(cuò)碼-只能讓接收方判斷數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)，但無(wú)法確認(rèn)錯(cuò)誤位置（奇偶校 驗(yàn)碼，CRC碼） 糾錯(cuò)碼-不僅能判斷是否有錯(cuò)，還能糾正錯(cuò)誤。（海明碼）1、奇偶校驗(yàn)碼通過(guò)增加一位校驗(yàn)位來(lái)使編碼中1的各數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或者偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。分為水平奇偶校驗(yàn)，垂直奇偶校驗(yàn)，水平垂直奇偶校驗(yàn)。2、海明碼 一個(gè)編碼系統(tǒng)中兩個(gè)合法編碼之間不同的二進(jìn)制位數(shù)叫這兩個(gè)碼子的海明 距離，也叫碼距（d）。整個(gè)編

11、碼系統(tǒng)中任意兩個(gè)碼字的最小距離就是海明 距離。 d位海明距離可以發(fā)現(xiàn)d-1位錯(cuò)，糾（d-1）/2位錯(cuò)海明碼計(jì)算要采用海明碼糾錯(cuò)，需要按以下步驟來(lái)進(jìn)行：計(jì)算校驗(yàn)位數(shù)確定校驗(yàn)碼位置確定校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)和糾錯(cuò)。下面來(lái)具體介紹這幾個(gè)步驟 1、計(jì)算校驗(yàn)位數(shù)：n=m+r n為數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度，m是有效數(shù)據(jù)位數(shù)，r是校驗(yàn)位數(shù) 為糾正單個(gè)錯(cuò)誤必須有2n=(n+1)2m2、確定校驗(yàn)碼位置： 2n 4位校驗(yàn)碼分別在20， 21， 22， 233、確定校驗(yàn)碼：每個(gè)校驗(yàn)碼都代表代碼字中特定位數(shù)的奇偶性。第i位校驗(yàn)碼從當(dāng)前位開(kāi)始，每次連續(xù)校驗(yàn)i（這里是數(shù)值i，不是第i位，下同）位后再跳過(guò)i位，然后再連續(xù)校驗(yàn)i位，再跳過(guò)i位，以

12、此類(lèi)推。最后根據(jù)所采用的是奇校驗(yàn)，還是偶校驗(yàn)即可得出第i位校驗(yàn)碼的值 。如p2是第二位，則連續(xù)校驗(yàn)2,3位，跳過(guò)2位校驗(yàn)6,7位依次類(lèi)推4、實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)和糾錯(cuò)：CRC校驗(yàn)其根本思想就是先在要發(fā)送的幀后面附加一個(gè)數(shù)（這個(gè)就是用來(lái)校驗(yàn)的校驗(yàn)碼，但要注意，這里的數(shù)也是二進(jìn)制序列的，下同），生成一個(gè)新幀發(fā)送給接收端。當(dāng)然，這個(gè)附加的數(shù)不是隨意的，它要使所生成的新幀能與發(fā)送端和接收端共同選定的某個(gè)特定數(shù)整除（注意，這里不是直接采用二進(jìn)制除法，而是采用一種稱之為“模2除法”）。到達(dá)接收端后，再把接收到的新幀除以（同樣采用“模2除法”）這個(gè)選定的除數(shù)。因?yàn)樵诎l(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前就已通過(guò)附加一個(gè)數(shù)，做了“去余”處理（也就已經(jīng)能整除了），所以結(jié)果應(yīng)該是沒(méi)有余數(shù)。如果有余數(shù)，則表明該幀在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。 （1）先選擇（可以隨機(jī)選擇，也可按標(biāo)準(zhǔn)選擇，具體在后面介紹）一個(gè)用于在接收端進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，對(duì)接收的幀進(jìn)行除法運(yùn)算的除數(shù)（是二進(jìn)制比較特串，通常是以多項(xiàng)方式表示，所以CRC又稱多項(xiàng)式編碼方法，這個(gè)多項(xiàng)式也稱之為“生成多項(xiàng)式”）。 （2）看所選定的除數(shù)二進(jìn)制位數(shù)（假設(shè)為k位），然后在要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀（假設(shè)為m位）后面加上k-1位“0”，然后以這個(gè)加了k-1個(gè)“0“的新幀（一共是m+k-1位）以“模2除法”方式除以上面這個(gè)除數(shù)，所得到的余數(shù)（也是二進(jìn)制的比特串）就