第3章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)技術(shù)

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2、礎(chǔ)技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量參數(shù)的含義及其應(yīng)用 虛電路、服務(wù)質(zhì)量在通信中的重要性 從全網(wǎng)、全程的角度，領(lǐng)會(huì)數(shù)據(jù)交換技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)教學(xué)難點(diǎn)線傳輸介質(zhì)的特性 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼技術(shù) 異步時(shí)分復(fù)用和同步時(shí)分復(fù)用 誤碼率、誤組率 奈奎斯特定理、香農(nóng)定理 虛電路分組交換、數(shù)據(jù)報(bào)分組交換 ATM的QoS參數(shù)和流量控制參數(shù) 奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余碼檢錯(cuò)原理教學(xué)學(xué)時(shí)8學(xué)時(shí)教學(xué)教具多媒體教學(xué)系統(tǒng)教學(xué)方法講授（PPT）教學(xué)過(guò)程3.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物；本章介紹了數(shù)據(jù)通信的基本概念、基本原理和實(shí)用技術(shù)，是后面章節(jié)的理論基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)通信技術(shù)在迅速發(fā)展。提出學(xué)習(xí)要求：（）牢固掌握數(shù)據(jù)通信的基本概

3、念；（）理解數(shù)據(jù)通信的基本原理；（）掌握數(shù)據(jù)通信的實(shí)用技術(shù)；（）了解通信技術(shù)最新發(fā)展動(dòng)向，培養(yǎng)快速跟蹤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的知識(shí)基礎(chǔ)與能力。提問(wèn)：數(shù)據(jù)與信息有什么關(guān)系？數(shù)據(jù)、信息和信號(hào)通信是為了交換信息（Information）。信息的載體可以是數(shù)字、文字、語(yǔ)音、圖形和圖像，常稱它們?yōu)閿?shù)據(jù)（Data）。數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事實(shí)進(jìn)行描述與記載的物理符號(hào)。信息是數(shù)據(jù)的集合、含義與解釋。如對(duì)一個(gè)企業(yè)當(dāng)前生產(chǎn)各類經(jīng)營(yíng)指標(biāo)的分析，可以得出企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況的若干信息。顯然，數(shù)據(jù)和信息的概念是相對(duì)的，甚至有時(shí)將兩者等同起來(lái)，此處不多論述。數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)取連續(xù)值，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)取離散值。在數(shù)據(jù)被傳送之前，要

4、變成適合于傳輸?shù)碾姶判盘?hào)：或是模擬信號(hào)，或是數(shù)字信號(hào)。所以，信號(hào)（Signal）是數(shù)據(jù)的電磁波表示形式。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可用這兩種信號(hào)來(lái)表示。模擬信號(hào)是隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，這種信號(hào)的某種參量，如幅度、頻率或相位等可以表示要傳送的信息。傳統(tǒng)的電話機(jī)送話器輸出的語(yǔ)音信號(hào)，電視攝像機(jī)產(chǎn)生的圖像信號(hào)以及廣播電視信號(hào)等都是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是離散信號(hào)，如計(jì)算機(jī)通信所用的二進(jìn)制代碼“0”和“1”組成的信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的波形圖如圖所示。圖2.1 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)和信號(hào)的這種分類相似，信道也可以分成傳送模擬信號(hào)的模擬信道和傳送數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信道兩大類。但是應(yīng)注意，數(shù)字信號(hào)在經(jīng)過(guò)數(shù)模變換后就可以

5、在模擬信道上傳送，而模擬信號(hào)在經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后也可以在數(shù)字信道上傳送。傳輸代碼前面談到數(shù)字"0"和"1"可以是數(shù)據(jù),要以電信號(hào)來(lái)傳輸它們,必須以電信號(hào)的一定波形來(lái)表示。例如用一定時(shí)間長(zhǎng)度的正電壓代表數(shù)字"1",用負(fù)值表示"0",如圖所示。 我們知道,數(shù)據(jù)是由數(shù)字、字母(符號(hào))等組成的,要用許多不同形狀的電壓來(lái)表示它們是不現(xiàn)實(shí)的。解決辦法是采用代碼。例如用"1000001"表示A,用1011010表示Z,再把這些"0"和"1"代碼用二電平電壓(電流)波形來(lái)表示

6、并傳輸,這就解決了用少量電壓(電流)波形來(lái)表示眾多數(shù)據(jù)字符的矛盾。這里所說(shuō)的代碼就是二進(jìn)制的組合,即二進(jìn)制代碼。目前,常用的二進(jìn)制代碼有國(guó)際5號(hào)碼(IA5)、EBCDIC碼和國(guó)際電報(bào)2號(hào)碼(ITA2)等。作為例子,下面介紹國(guó)際5號(hào)碼(IA5)。國(guó)際5號(hào)碼是一種7單位代碼,以7位二進(jìn)制碼來(lái)表示一個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)。這種碼最早在1963年由美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)提出,稱為美國(guó)信息交換用標(biāo)準(zhǔn)代碼(American Standard Code forInformation Interchange,簡(jiǎn)稱ASCII碼)。7位二進(jìn)制碼一共有27=128種組合,可表示128個(gè)不同的字母、數(shù)字和符號(hào),如表1·2

7、·1所示(P5)。代碼在順序傳輸過(guò)程中以b1作為第一位,b7為最后一位。為了提高傳輸?shù)目煽啃越ㄗh規(guī)定在b7之后加上第8位b8碼位作為奇偶校驗(yàn)用。所謂奇偶校驗(yàn)就是加上b8位后,使8位碼的組合中"1"的,總個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。這樣,經(jīng)過(guò)傳輸后,如檢查到規(guī)定的奇或偶數(shù)規(guī)則被破壞就可判斷碼組中存在差錯(cuò),從而采取相應(yīng)的對(duì)策,這將在第四章中詳細(xì)討論。數(shù)據(jù)通信方式（1）單工通信方式。在單工信道上信息只能在一個(gè)方向傳送。發(fā)送方不能接收，接受方不能發(fā)送。信道的全部帶寬都用于由發(fā)送方到接收方的數(shù)據(jù)傳送。無(wú)線電廣播和電視廣播都是單工傳送的例子。（2）半雙工通信方式。在半雙工信道上，通信雙

8、方可以交替發(fā)送和接收信息，但不能同時(shí)發(fā)送和接收。在一段時(shí)間內(nèi)，信道的全部帶寬用于一個(gè)方向上的信息傳遞。航空和航海無(wú)線電臺(tái)以及對(duì)講機(jī)等都是這種方式通信的。這種方式要求通信雙方都有發(fā)送和接收能力，又有雙向傳送信息的能力，因而比單工通信設(shè)備昂貴，但比全雙工便宜。在要求不很高的場(chǎng)合，多采用這種通信方式。（3）全雙工通信方式。這是一種可同時(shí)進(jìn)行信息的傳遞的通信方式?，F(xiàn)代的電話通信都是采用這種方式。其要求通信雙方都有發(fā)送和接收設(shè)備，而且要求信道能提供雙向傳輸?shù)碾p倍帶寬，所以全雙工通信設(shè)備較昂貴。異步傳輸和同步傳輸在通信過(guò)程中，發(fā)送方和接收方必須在時(shí)間上保持步調(diào)一致，亦即同步，才能準(zhǔn)確的傳送信息。解決的方法

9、時(shí)，要求接收端根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率，來(lái)校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率。這個(gè)過(guò)程叫位同步或碼元同步。在傳送由多個(gè)碼元組成的字符以及由許多字符組成的數(shù)據(jù)塊時(shí)，通信雙方也要就信息的起止時(shí)間取得一致，這種同步作用有兩種不同的方式，因而也就對(duì)應(yīng)了兩種不同的傳輸方式。（1）異步傳輸異步傳輸即把各個(gè)字符分開傳輸，字符與字符之間插入同步信息。這種方式也叫起止式，即在組成一個(gè)字符的所有位前后分別插入起止位，如圖所示。起始位（0）對(duì)接收方的時(shí)鐘起置位作用。接收方時(shí)鐘置位后只要在811位的傳送時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確，就能正確的接收該字符。最后的終止位告訴接收者該字符傳送結(jié)束，然后接收方就能識(shí)別后續(xù)字符的起始位。當(dāng)沒(méi)有

10、字符傳送時(shí)，連續(xù)傳送終止位（1）。加入校驗(yàn)位的目的是檢查傳輸中的錯(cuò)誤，一般使用奇偶校驗(yàn)。圖2.7 異步傳輸（2）同步傳輸異步傳輸不適合于傳送大的數(shù)據(jù)塊，例如磁盤文件。同步傳輸在傳送連續(xù)的數(shù)據(jù)塊時(shí)比異步傳輸更有效。按這種方式，發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先發(fā)送一串同步字符SYN（編碼為0010110），接收方只要檢測(cè)到兩個(gè)以上SYN字符確認(rèn)已進(jìn)入同步狀態(tài)，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，隨后雙方以同一頻率工作（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)編碼的定時(shí)作用也表現(xiàn)在這里），直到傳送完指示數(shù)據(jù)結(jié)束的控制字符，如圖所示。這種方式僅在數(shù)據(jù)塊前加入控制字符SYN，所以效率更高，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜。在短距離高速數(shù)據(jù)傳輸中，多采用同步傳輸方式。3.2 數(shù)字

11、傳輸基礎(chǔ)常見的通信媒體有哪些？它們通常應(yīng)用于哪些場(chǎng)合？學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)觀察和積累，對(duì)這類問(wèn)題都有一些答案，通過(guò)提問(wèn)，促使學(xué)生思考。 傳輸介質(zhì)及其特性1、雙絞線把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線用規(guī)則的方法扭絞起來(lái)就構(gòu)成了雙絞線，如圖所示?；ソg可以使線間及周圍的電磁干擾最小。電話系統(tǒng)中使用雙絞線較多，差不多所有的電話都用雙絞線連接到電話交換機(jī)。圖2.24 雙絞線雙絞線用于模擬傳輸或數(shù)字傳輸，其通信距離一般為幾千米到十幾千米。對(duì)于模擬傳輸，當(dāng)傳輸距離太長(zhǎng)時(shí)要加放大器，以將衰減了的信號(hào)放大到合適的數(shù)值。對(duì)于數(shù)字傳輸則要加中繼器，以將失真了的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形。導(dǎo)線越粗，其通信距離就越遠(yuǎn) ,但造價(jià)也越高。雙絞

12、線主要用于點(diǎn)到點(diǎn)的連接，如星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)中，計(jì)算機(jī)與集線器之間常用雙絞線來(lái)連接，但其長(zhǎng)度不超過(guò)100米。雙絞線也可用于多點(diǎn)連接。作為一種多點(diǎn)傳輸介質(zhì)，它比同軸電纜的價(jià)格低，但性能要差一些。雙絞線按其是否有屏蔽，可分為屏蔽雙絞線和無(wú)屏蔽雙絞線。屏蔽雙絞線是在一對(duì)雙絞 線外面有金屬筒纏繞，有的還在幾對(duì)雙絞線的外層用銅編織網(wǎng)包上，均用作屏蔽，最外層再 包上一層具有保護(hù)性的聚乙烯塑料。與無(wú)屏蔽雙絞線相比，其誤碼率明顯下降，約為 10-610-8, 價(jià)格較貴。無(wú)屏蔽雙絞線除少了屏蔽層外，其余均與屏蔽雙絞線相同，抗干擾能力較差，誤碼率高達(dá) 10-510-6, 但因其價(jià)格便宜而且安裝方便，故廣泛用于電

13、話系統(tǒng)和局域網(wǎng)中。雙絞線還可以按其電氣特性進(jìn)行分級(jí)或分類。電氣工業(yè)協(xié)會(huì)/電信工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA/TIA） 將其定義為7種型號(hào)。局域網(wǎng)中常用第5類和第6類雙絞線，它們都為無(wú)屏蔽雙絞線，均由 4對(duì)雙絞線構(gòu)成一條電纜。5類雙絞線傳輸速率可達(dá)100Mbps, 常用于局域網(wǎng)100Base-T的數(shù)據(jù)傳輸或用作話音傳輸?shù)取?類雙絞線比5類雙絞線有更好的傳輸特性，傳輸速率可達(dá)1000Mbps, 可用于100Base-T、1000Base-T等局域網(wǎng)中。7類雙絞線也可用于1000Base-T、千兆以太網(wǎng)中。2、 同軸電纜同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護(hù)塑料外層所組 成，如圖所示。這

14、種結(jié)構(gòu)中的金屬屏蔽網(wǎng)可防止中心導(dǎo)體向外輻射電磁場(chǎng)，也可用來(lái) 防止外界電磁場(chǎng)干擾中心導(dǎo)體的信號(hào)，因而具有很好的抗干擾特性，被廣泛用于較高速率的 數(shù)據(jù)傳輸。通常按特性阻抗數(shù)值的不同，將其分為基帶同軸電纜（50W同軸電纜）和寬帶同軸電纜（75W同軸電纜）。 圖2.25 同軸電纜基帶同軸電纜的特性阻抗為50W,僅用于傳輸數(shù)字信號(hào)，并使用曼徹斯特編碼方式和基 帶傳輸方式，即直接把數(shù)字信號(hào)送到傳輸介質(zhì)上，無(wú)需經(jīng)過(guò)調(diào)制，故把這種電纜稱為基帶同 軸電纜。基帶系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單而且價(jià)格便宜，但基帶數(shù)字方波信號(hào)在傳輸過(guò)程中容易 發(fā)生畸變和衰減，所以傳輸距離不能很長(zhǎng)，一般在1km以內(nèi)，典型的數(shù)據(jù)速率可達(dá)1OMbp

15、s。基帶同軸電纜又有粗纜和細(xì)纜之分。粗纜抗干擾性能好，傳輸距離較遠(yuǎn)：細(xì)纜便宜，傳輸距離較近。局域網(wǎng)中，一般選用RG-8和RG-11型號(hào)的粗纜或RG-58型號(hào)的細(xì)纜。寬帶同軸電纜的特性阻抗為75W, 帶寬可達(dá)300500MHz, 用于傳輸模擬信號(hào)。它是公用天線電視系統(tǒng)CATV 中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜，目前在有線電視中廣為采用。在這種電纜上傳輸?shù)男盘?hào)采用了頻分多路復(fù)用的寬帶信號(hào)，故75W同軸電纜又稱為寬帶同軸電纜。所謂寬帶，在電話行業(yè)中是指帶寬比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路，即4KHz更寬的頻帶，而在計(jì)算機(jī)通信中，泛指采用了頻分多路復(fù)用和模擬傳輸技術(shù)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)。3、 光纜光導(dǎo)纖維電纜，簡(jiǎn)稱光纜，是網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中性能

16、最好、應(yīng)用前途廣泛的一種。以金屬導(dǎo)體為核心的傳輸介質(zhì)，其所能傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，都是電信號(hào)。而光纖則只能用 光脈沖形成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信。有光脈沖相當(dāng)于1,沒(méi)有光脈沖相當(dāng)于0。由于可見光的頻率極高，約為108MHz的量級(jí)，因此光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)大于目前其他各種傳輸媒體的帶寬。圖2.26 光纖剖面的示意圖光纖通常由極透明的石英玻璃拉成細(xì)絲作為纖芯，外面分別由包層、吸收外殼和防護(hù)層等構(gòu)成光纖剖面的示意圖。包層較纖芯有較低的折射率。當(dāng)光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時(shí)，其折射角將大于入射角，如圖 2.27（a）所示。因此，如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射，即光線碰到包層時(shí)就會(huì)折射回

17、纖芯。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，光也就沿著光纖向前傳輸。圖(b)畫出了光波在纖芯中傳輸?shù)氖疽鈭D。圖2.27 光線射入到光纜和包層界面時(shí)的情況由于光纖非常細(xì)，連包層一起，其直徑也不到。故常將一至數(shù)百根光纖，再加上加強(qiáng)芯和填充物等構(gòu)成一條光纜，就可大大提高其機(jī)械強(qiáng)度。必要時(shí)還可放入遠(yuǎn)供電源線。最后加上包帶層和外護(hù)套，即可滿足工程施工的強(qiáng)度要求。典型的光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。光纖發(fā)送端采用發(fā)光二極管（LED，light emitting diode）或注入型激光二極管（ILD，injection laser diode）兩種光源。在接收端將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)使用光電二極管PIN檢波器或APD檢波器。這

18、樣即構(gòu)成了一個(gè)單向傳輸系統(tǒng)。光載波調(diào)制方法采用振幅鍵控ASK調(diào)制方法，即亮度調(diào)制（Intensity Modulation）。光纖傳輸速率可達(dá)幾千Mbps。目前投入使用的光纖在幾千米范圍內(nèi)速率可達(dá)幾百M(fèi)bps。在1km范圍內(nèi)，能以1000Mbps的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，大功率的激光器可以驅(qū)動(dòng)100km長(zhǎng)的光纖而不帶中繼器。圖2.28 光纜傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖光纖最普遍的連接方法是點(diǎn)到點(diǎn)方式，在某些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中也采用多點(diǎn)連接方式。光纖有許多優(yōu)點(diǎn)：由于光纖的直徑可小到10100m, 故體積小，重量輕，一千米長(zhǎng)的一根光纖也只有幾克重；光纖的傳輸頻帶非常寬，在1km內(nèi)的頻帶可達(dá)1GHz以上，在3OKm 內(nèi)的頻帶仍

19、大于25MHz, 故通信容量大；光纖傳輸損耗小，通常在 68km 的距離內(nèi)不使用中繼器而可實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸，基本上沒(méi)有什么衰耗，這一點(diǎn)也正是光纖通信得到飛速發(fā)展的關(guān)鍵原因；不受雷電和電磁干擾，這在有大電流脈沖干擾的環(huán)境下尤為重要；無(wú)串音干擾，保密性好，也不容易被竊聽或截取數(shù)據(jù)；誤碼率很低，可低于10-10。而雙絞線的誤碼率為10-510-6, 基帶同軸電纜為10-7, 寬帶同軸電纜為10-94、自由空間無(wú)線傳輸介質(zhì)指的是利用大氣和外層空間作為傳播電磁波的通路，但由于信號(hào)頻譜和傳輸介質(zhì)技術(shù)的不同，主要包括無(wú)線電、微波、衛(wèi)星微波、紅外等。各種無(wú)線傳輸介質(zhì)對(duì)應(yīng)的電磁波譜范圍如圖所示。圖2.29 各

20、種通信介質(zhì)使用的電磁波譜范圍1. 微波信道和衛(wèi)呈信道（1）微波信道這是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最早使用的無(wú)線信道,Internet網(wǎng)的前身ARPANET中用于連接美國(guó)本土和夏威夷的信道即是微波信道，也是目前應(yīng)用最多的無(wú)線信道。所用微波的頻率范圍為120GHz,既可傳輸模擬信號(hào)又可傳輸數(shù)字信號(hào)。但在實(shí)際的微波通信系統(tǒng)中，由于傳輸信號(hào)是以空間輻射的方式傳輸?shù)?，因此必須考慮發(fā)送/接收傳輸信號(hào)的天線的接收能力。根據(jù)天線理論可知，只有當(dāng)輻射天線的尺寸大于信號(hào)波長(zhǎng)的1/10時(shí)，信號(hào)才能有效地輻射。這就是說(shuō)，假設(shè)用1米的天線，輻射頻率至少需要30MHz。而我們要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的頻率很低，這勢(shì)必需要很大的天線，

21、因此傳輸信號(hào)在以模擬通信或數(shù)字通信方式進(jìn)行傳輸前，必須首先經(jīng)過(guò)調(diào)制，將其頻譜搬移到合適的頻譜范圍內(nèi)，在以微波的形式輻射出去。（2）衛(wèi)星信道為了增加微波的傳輸距離，應(yīng)提高微波收發(fā)器或中繼站的高度。當(dāng)將微波中繼站放在人造衛(wèi)星上時(shí)，便形成了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，也即利用位于36000km高的人造同步地球衛(wèi)星作為中繼器的一種微波通信。通信衛(wèi)星則是在太空的無(wú)人值守的微波通信的中繼站。衛(wèi)星上的中繼站接收從地面發(fā)來(lái)的信號(hào)后，加以放大整形再發(fā)回地面。一個(gè)同步衛(wèi)星可以覆蓋地球三分之一以上的地表，如圖 所示。這樣利用三個(gè)相距120°的同步衛(wèi)星便可覆蓋全球的全部通信區(qū)域，通過(guò)衛(wèi)星地面站可以實(shí)現(xiàn)地球上任意兩點(diǎn)間的通

22、信。衛(wèi)星通信屬于廣播式通信，通信距離遠(yuǎn)，且通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)。這是衛(wèi)星通信的最大特點(diǎn)。2. 紅外線信道和激光信道（1）紅外線信道紅外線可能是最新的無(wú)線傳輸介質(zhì)，它利用紅外線來(lái)傳輸信號(hào)。常見于電視機(jī)等家電中的紅外線遙控器，在發(fā)送端設(shè)有紅外線發(fā)送器，接收端有紅外線接收器。發(fā)送器和接收器可任意安裝在室內(nèi)或室外，但需使它們處于視線范圍內(nèi)，即兩者彼此都可看到對(duì)方，中間不允許有障礙物。紅外線通信設(shè)備相對(duì)便宜，有一定的帶寬。當(dāng)光束傳輸速率為100kbps時(shí)，通信距離可大于的傳輸速率使通信距離降為。紅外線通信只能傳輸數(shù)字信號(hào)。此外，紅外線具有很強(qiáng)的方向性，故對(duì)于這類系統(tǒng)很難竊聽、插入數(shù)據(jù)和進(jìn)行干擾，但雨、

23、霧和障礙物等環(huán)境干擾都會(huì)妨礙紅外線的傳播。（2）激光信道在空間傳播的激光束可以調(diào)制成光脈沖以傳輸數(shù)據(jù)，和地面微波或紅外線一樣，可以在視野范圍內(nèi)安裝兩個(gè)彼此相對(duì)的激光發(fā)射器和接收器進(jìn)行通信，如圖所示。激光通信與紅外線通信一樣是全數(shù)字的，不能傳輸模擬信號(hào)；激光也具有高度的方向性，從而難于竊聽、插入數(shù)據(jù)及干擾；激光同樣受環(huán)境的影響，特別當(dāng)空氣污染、下雨下霧、能見度很差時(shí)，可能使通信中斷。通常激光束的傳播距離不會(huì)很遠(yuǎn)，故只在短距離通信中使用。它與紅外線通信不同之處在于，激光硬件會(huì)因發(fā)出少量射線而污染環(huán)境，故只有經(jīng)過(guò)特許后方可安裝。 數(shù)字化是信息社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)數(shù)字化是數(shù)據(jù)通信發(fā)展的大趨勢(shì)，主要原因如

24、下。 1. 數(shù)字通信比模擬通信更具優(yōu)勢(shì)模擬通信系統(tǒng)在傳輸模擬的信號(hào)過(guò)程中，噪聲將疊加在有用的模擬信號(hào)上，接收端很難將信號(hào)和噪聲分開，因而模擬通信系統(tǒng)的抗干擾能力比較差。相反，數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制信號(hào)，數(shù)據(jù)是介于數(shù)字脈沖波形的兩種狀態(tài)之中。在數(shù)字通信的接收端對(duì)每一個(gè)接收信號(hào)進(jìn)行采樣并與某個(gè)門檻電平進(jìn)行比較，只要采樣時(shí)刻的信號(hào)電平不超過(guò)門檻電平，接收端就不會(huì)形成錯(cuò)判，可以正確接收數(shù)據(jù)，而不受噪聲的影響。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)比模擬通信系統(tǒng)的抗干擾能力更強(qiáng)。同樣，模擬通信時(shí)，噪聲是疊加在有用的模擬信號(hào)上，而通信系統(tǒng)中的模擬放大器無(wú)法將有用的信號(hào)與噪聲分開，因此只好將有用信號(hào)和噪聲同時(shí)放大。隨著傳輸

25、距離的增加以及模擬放大器的增多，噪聲也會(huì)越來(lái)越大。因此模擬通信系統(tǒng)中噪聲的積累，對(duì)遠(yuǎn)距離通信的質(zhì)量造成很大的影響。而數(shù)字通信系統(tǒng)則是采用再生中繼器的方法，在傳輸過(guò)程中信號(hào)所受到的噪聲干擾經(jīng)過(guò)中繼器時(shí)就已經(jīng)被消除，然后再生器恢復(fù)出與原始信號(hào)相同的數(shù)字信號(hào)，因而克服了模擬通信系統(tǒng)噪聲疊加的問(wèn)題。因此數(shù)字通信系統(tǒng)比模擬通信系統(tǒng)可以更好地實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信，這也即數(shù)字電視比模擬電視的圖像、聲音更清晰的原因。同時(shí)由于數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因而在傳輸過(guò)程中，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種數(shù)字處理：如存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)、復(fù)制、壓縮、計(jì)算、加密、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)等。但這些處理在模擬通信系統(tǒng)中是很難實(shí)現(xiàn)的。正因?yàn)樵跀?shù)字通信

26、系統(tǒng)中可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種處理，因而也就可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中采用復(fù)雜的、非線性的長(zhǎng)周期的密碼序列對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加密，從而使數(shù)字通信具有高度的保密性。而且通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)使用合適的壓縮算法，使其在傳輸過(guò)程中獲得更高的傳輸效率，在接收端再使用相應(yīng)的解壓縮算法，以恢復(fù)到壓縮前同樣的形式，這對(duì)解決網(wǎng)絡(luò)通信中的擁塞控制也大有幫助。2. 數(shù)字機(jī)比模擬機(jī)使用更廣泛電子計(jì)算機(jī)從原理上可分為模擬電子計(jì)算機(jī)和數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。模擬電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世較早，內(nèi)部所使用的是模擬信號(hào)，處理問(wèn)題的精度差，所有的處理過(guò)程均需模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗外界干擾能力差，因此實(shí)際使用已越來(lái)越少。數(shù)字電子計(jì)算機(jī)是當(dāng)今世界電子計(jì)算機(jī)行業(yè)中

27、的主流，其內(nèi)部處理的是數(shù)字信號(hào)，它的主要特點(diǎn)是“離散”，在相鄰的兩個(gè)符號(hào)之間不可能有第三種符號(hào)存在。由于這種處理信號(hào)的差異，使得它的組成結(jié)構(gòu)和性能大大優(yōu)于模擬式電子計(jì)算機(jī)。目前的計(jì)算機(jī)絕大部分以上的都是數(shù)字機(jī)，而數(shù)字機(jī)只能對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，因此，文字、聲音、視頻、圖像等數(shù)據(jù)，必須變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)后才能存入計(jì)算機(jī)，才能進(jìn)行計(jì)算處理，而且數(shù)字傳輸?shù)馁|(zhì)量遠(yuǎn)高于模擬傳輸，可見數(shù)字化是信息社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。3. 數(shù)字設(shè)備越來(lái)越便宜計(jì)算機(jī)等數(shù)字設(shè)備的主要器件是集成電路（芯片），它的集成度大約每18個(gè)月翻一番。這就是在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域人所共知的“摩爾定律”，它是英特爾公司創(chuàng)始人之一戈登摩爾（GordonM

28、oore）于1965年在總結(jié)存儲(chǔ)器芯片的增長(zhǎng)規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)的。伴隨著集成電路集成度越來(lái)越高，其造價(jià)也越來(lái)越低，集成電路在生活中到處可見，人們已越來(lái)越多的使用數(shù)字設(shè)備，如數(shù)字手機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字彩電、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等等，幾乎所有的設(shè)備都在數(shù)字化。當(dāng)然，數(shù)字通信也有缺點(diǎn)，最大的缺點(diǎn)就是占用的頻帶寬，可以說(shuō)數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)是以犧牲信道帶寬為代價(jià)的。以電話為例，一路模擬電話占用4kHz信道帶寬，而一路數(shù)字電話所需的帶寬是64kbps，所占用的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于模擬傳輸。數(shù)字通信的這一缺點(diǎn)限制了它在某些信道帶寬不夠大的場(chǎng)合下使用。但隨著微波、衛(wèi)星、光纜等高寬帶信道的廣泛使用，帶寬的問(wèn)題就不突出了。 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼

29、1、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)調(diào)制和編碼模擬信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)在通過(guò)某一介質(zhì)時(shí)，往往要進(jìn)行調(diào)制和編碼，以提高信號(hào)的傳輸性能。提問(wèn)：模擬傳輸在我們生活中有哪些應(yīng)用？舉出幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)的例子。通過(guò)提問(wèn)，促使學(xué)生思考，引導(dǎo)其充分認(rèn)識(shí)理解模擬傳輸?shù)母拍?。電話通信系統(tǒng)是典型的模擬傳輸系統(tǒng)。目前全世界的電話機(jī)早以上十億部。如此多的電話要互連成網(wǎng)，唯一可行的辦法就是分級(jí)交換。我國(guó)的電話網(wǎng)絡(luò)先分5級(jí)，上面4級(jí)是長(zhǎng)途電話網(wǎng)，最低一級(jí)是市話網(wǎng)。4級(jí)長(zhǎng)途交換中心從上到下分別是：一級(jí)中心，又稱大區(qū)中心或省間中心。二級(jí)中心，又稱省中心。三級(jí)中心，又稱地區(qū)中心或縣間中心。四級(jí)中心，又稱縣中心。每一個(gè)上級(jí)交換局均按輻射狀與若干個(gè)下級(jí)交換局連

30、成星形網(wǎng)。在這以下就是市話交換局，又稱為端局，直接與其管轄范圍內(nèi)的各電話用戶相連。因此，一般屬于同一個(gè)市話局內(nèi)的兩個(gè)電話的通信只需通過(guò)市話局的交換。但在復(fù)雜的情況下，兩個(gè)電話用戶之間可能需要經(jīng)過(guò)多個(gè)不同級(jí)別的交換局的多次轉(zhuǎn)接。調(diào)制解調(diào)器1. 調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制時(shí)，常把正弦信號(hào)作為作為基準(zhǔn)信號(hào)或載波信號(hào)。調(diào)制即利用載波信號(hào)的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)的變化來(lái)表示數(shù)字信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）的過(guò)程。基于載波信號(hào)的三個(gè)主要參數(shù)，可把調(diào)制方式分為三種：振幅調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制，可分別簡(jiǎn)稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相，如圖所示。圖2.12 三種模擬調(diào)制方式（1）調(diào)幅（AM，Amplitude Modulation）調(diào)幅即指載波的振

31、幅隨計(jì)算機(jī)送出的基帶數(shù)字信號(hào)變化而變化。例如數(shù)字信號(hào)0對(duì)應(yīng)與無(wú)載波輸出，1對(duì)應(yīng)與有載波輸出。調(diào)幅也可以表述為用兩個(gè)不同的載波信號(hào)的幅值分別代表二進(jìn)制數(shù)字0和1。（2）調(diào)頻（FM，F(xiàn)requency Modulation）調(diào)頻即指載波的頻率隨計(jì)算機(jī)送出的基帶數(shù)字信號(hào)變化而變化。例如數(shù)字信號(hào)0對(duì)應(yīng)于頻率，1對(duì)應(yīng)于頻率。同樣，調(diào)頻也可表述為用兩個(gè)不同的載波信號(hào)的頻率分別代表二進(jìn)制數(shù)字0和1。（3）調(diào)相（PM，Phase Modulation）調(diào)相指載波的初始相位隨計(jì)算機(jī)送出的基帶數(shù)字信號(hào)變化而變化。例如數(shù)字信號(hào)0對(duì)應(yīng)于0o，1對(duì)應(yīng)用180o。調(diào)相也可以表述為兩個(gè)不同的載波信號(hào)的初相位來(lái)代表二進(jìn)制數(shù)字

32、0和1。這種只有兩種相位（如0o或180o）的調(diào)制方式稱為兩相調(diào)制。為了提高信息的傳輸速率，還經(jīng)常采用四相調(diào)制和八相調(diào)制方式，這兩種調(diào)制方式的數(shù)字信息的相位分配情況如圖所示。 數(shù)字信息00011011相 位0o（或45o）90o（或135o）180o（或225o）270o（或315o）（a）四相調(diào)制方式的相位分配數(shù)字信息000001010011100101110111相 位0o45o90o135o180o225o270o315o（b）八相調(diào)制方式的相位分配圖2.13 四相位、八相位調(diào)制方式的相位分配由上圖可以看出，在四相調(diào)制方式中，用四個(gè)不同的相位分別代表00，01，10，11或者說(shuō)

33、每一次調(diào)制可以傳送2個(gè)比特的信息；在八相調(diào)制方式中，則每一次調(diào)制可傳送3個(gè)比特的信息，顯然兩者都提高了信息的傳輸速率。為了達(dá)到更高的信息傳輸速率，必須采用技術(shù)上更為復(fù)雜的多元制的振幅相位混合調(diào)制方法。2. 調(diào)制解調(diào)器的分類調(diào)制解調(diào)器可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、傳輸速率、功能先進(jìn)性和調(diào)制方式等進(jìn)行分類。（1）按應(yīng)用環(huán)境分類 音頻Modem。它將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成頻率為的音頻模擬信號(hào)。當(dāng)這種模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)電話系統(tǒng)傳到對(duì)方后，再由解調(diào)器將它還原為數(shù)字信號(hào)。因此，用電話信道傳輸 數(shù)字信號(hào)時(shí)應(yīng)采用音頻調(diào)制解調(diào)器。 基帶Modem。一般音頻調(diào)制解調(diào)器，功能較齊全，故價(jià)格較貴，多在進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)使用。當(dāng)距離較近，比如只需

34、使用市話線傳輸數(shù)據(jù)，則此時(shí)可使用基帶調(diào)制解調(diào)器，傳 輸速率較高，可達(dá)到64Kbps2Mbps, 主要用于網(wǎng)絡(luò)用戶接入高速線路中。 無(wú)線Modem。在短波及衛(wèi)星通信中，都應(yīng)使用與信道特點(diǎn)相適應(yīng)的調(diào)制解調(diào)器。這類調(diào)制解調(diào)器對(duì)差錯(cuò)的檢測(cè)和糾錯(cuò)能力較強(qiáng)，以克服無(wú)線信道差錯(cuò)率較高這一缺點(diǎn)。（2）按傳輸速率分類 低速M(fèi)odem。傳輸速率在600bps 以下。 中速M(fèi)odem。傳輸速率在12009600bpds。 高速M(fèi)odem。速率在9600bps以上。（3）按功能先進(jìn)性分類按其功能先進(jìn)性可分為三類 : 人工撥號(hào)Modem。進(jìn)行數(shù)據(jù)通信前，先要通過(guò)人工撥號(hào)呼叫對(duì)方。待電話局的交換機(jī)接通對(duì)方并經(jīng)雙方確認(rèn)后，

35、便轉(zhuǎn)向利用Modem進(jìn)行通信。 自動(dòng)撥號(hào)/自由應(yīng)答式Modem。用戶可通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)鍵盤撥打電話號(hào)碼或通過(guò)相應(yīng) 軟件取出存放在某磁盤文件中的電話號(hào)碼，由Modem按指定順序在指定時(shí)間自動(dòng)撥號(hào)，建立與對(duì)方的連接。 智能Modem。在Modem中配置CPU來(lái)提高M(jìn)odem的性能和增加新功能，如對(duì)Modem的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)設(shè)置，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮。在高檔次的Modem中還引入了網(wǎng)絡(luò)管理功能。（4）按調(diào)制方式分類按調(diào)制方式可分為頻移鍵控Modem、相移鍵控Modem和相位幅度調(diào)制Modem后者是為了盡量提高傳輸速率又不提高調(diào)制速率，于是采用相位調(diào)制與幅度調(diào)制相結(jié)合的方法，使一次調(diào)制能產(chǎn)生更多不同的

36、相位和幅度，從而提高傳輸速率。這種Modem價(jià)格較貴。2、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼和調(diào)制數(shù)字化為什么是信息社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)？數(shù)字化是信息社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)，現(xiàn)在人們已越來(lái)越多使用各種數(shù)字通信設(shè)備，如數(shù)字手機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字彩電、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等等，但是模擬信號(hào)又怎么變成適合數(shù)字信道的信號(hào)呢？學(xué)生對(duì)脈碼調(diào)制這個(gè)專業(yè)用詞缺乏感性認(rèn)識(shí)。可以通過(guò)提問(wèn)，促使學(xué)生思考，幫助他們理解。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)編碼1. 不歸零編碼不歸零編碼（NRZ，Non-Return to Zero）如圖（a）所示。NRZ碼規(guī)定用負(fù)電平表示“0”，用正電平表示“1”，亦可有其他表示方法。如果接收端無(wú)法確定每個(gè)比特從什么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束

37、，則還是不能從高低電平的矩形波中讀出正確的比特串。2. 曼氏編碼曼氏編碼（Manchester）自帶同步信號(hào)，如圖（b）所示。在曼氏編碼中每個(gè)比特持續(xù)時(shí)間分為兩半。在發(fā)送比特“0”時(shí)，前一半時(shí)間為高電平，后一半時(shí)間為低電平；在發(fā)送比特“1”時(shí)則相反?；蛘咭部稍诎l(fā)送比特0時(shí)，前一半時(shí)間電平為低，后一半時(shí)間電平為高；在發(fā)送比特1時(shí)則相反。3. 差分曼氏編碼差分曼氏編碼（Difference Manchester）是對(duì)曼氏編碼的改進(jìn)。它與曼氏編碼的不同之處主要是：每比特的中間跳變僅做同步用；每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變決定，每比特開始除出現(xiàn)電平跳變表示二進(jìn)制“0”，不發(fā)生跳變表示二進(jìn)制“1”

38、，如圖（c）所示。圖2.16 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 多路復(fù)用技術(shù)什么叫多路復(fù)用？學(xué)生對(duì)多路復(fù)用這個(gè)專業(yè)用詞缺乏感性認(rèn)識(shí)?？梢酝ㄟ^(guò)提問(wèn)，促使學(xué)生思考，幫助他們理解。一、頻分多路復(fù)用在物理信道能提供比單個(gè)原始信號(hào)寬得多的帶寬的情況下，我們就可將該物理信道的總 帶寬分割成若干個(gè)和傳輸?shù)膯蝹€(gè)信號(hào)帶寬相同（或略為寬一點(diǎn)）的子信道，每一個(gè)子信道傳 輸一路信號(hào)。這即頻分多路復(fù)用FDM（Frequency Division Multiplexing）。多路的原始信號(hào)在頻分復(fù)用前，首先要通過(guò)頻譜搬移技術(shù)，將各路信號(hào)的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，這可以通過(guò)頻率調(diào)制時(shí)采用不同的載波來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖給出了3路話頻原

39、始信號(hào)頻分多路復(fù)用一帶寬為12KHz（從60KHz72KHz）的物理信道的示意圖。圖2.17 頻分多路復(fù)用FDM二、時(shí)分多路復(fù)用1. 時(shí)分多路復(fù)用原理時(shí)分多路復(fù)用TDM（Time Division Multiplexing）是將一條物理線路按時(shí)間分成一個(gè)個(gè)的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片常稱為一幀（Frame）, 每幀長(zhǎng)125s, 再分為若干時(shí)隙，輪換地為多個(gè)信號(hào)所使用。每一個(gè)時(shí)隙由一個(gè)信號(hào)（也即一個(gè)用戶）占用，也即在占有的時(shí)隙內(nèi)，該信號(hào)使用通信線路的全部帶寬，而不像FDM那樣，同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送多路信號(hào)。時(shí)隙的大小可以按一次傳送一位、一個(gè)字節(jié)或一個(gè)固定大小的數(shù)據(jù)塊所需的時(shí)間來(lái)確定（見小節(jié)）。從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，

40、時(shí)分多路復(fù)用特別適合于數(shù)字信號(hào)的場(chǎng)合。通過(guò)時(shí)分多路復(fù)用，多路低速數(shù)字信號(hào)可復(fù)用二條高速的信道。例如，數(shù)據(jù)速率為48Kbps的信道可為5條9600bps 速率的信號(hào)時(shí)分多路復(fù)用，也可為20條速率為2400bps的信號(hào)時(shí)分多路復(fù)用。2. 同步時(shí)分多路復(fù)用和異步時(shí)分復(fù)用（1）同步時(shí)分多路復(fù)用同步時(shí)分多路復(fù)用是指時(shí)分方案中的時(shí)隙是預(yù)先分配好的，時(shí)隙與數(shù)據(jù)源是一一對(duì)應(yīng)的，不管某一個(gè)數(shù)據(jù)源有無(wú)數(shù)據(jù)要發(fā)送，對(duì)應(yīng)的時(shí)隙都是屬于它的?；蛘哒f(shuō)各數(shù)據(jù)的傳輸定時(shí)是同步的。在接受端，根據(jù)時(shí)隙的序號(hào)來(lái)分辨是那一路數(shù)據(jù)，以確定各時(shí)隙上的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)送往那一臺(tái)主機(jī)。如圖所示，數(shù)據(jù)源A、B、C、D按時(shí)間先后順序分別占用被時(shí)分復(fù)用的

41、信道。圖2.18 同步時(shí)分多路復(fù)用（2）異步時(shí)分多路復(fù)用異步時(shí)分多路復(fù)用是指各時(shí)隙與數(shù)據(jù)源無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)可以按照需要?jiǎng)討B(tài)為各路信號(hào)分配時(shí)隙，各時(shí)隙與數(shù)據(jù)源無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。為使數(shù)據(jù)傳輸順利進(jìn)行，所傳送的數(shù)據(jù)中需要攜帶供接收端辨認(rèn)的地址信息，因此異步時(shí)分復(fù)用也成為標(biāo)記時(shí)分復(fù)用技術(shù)。如圖所示，數(shù)據(jù)源A、B、D被分別標(biāo)記了相應(yīng)的地址信息。高速交換中的異步傳輸模式ATM就是采用這種技術(shù)來(lái)提高信道利用率的。圖2.19 異步時(shí)分多路復(fù)用三、 光波分多路復(fù)用1. 基本原理光波分多路復(fù)用WDM（ Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)是在一根光纖中能同時(shí)傳播多個(gè)光波信號(hào)的技術(shù)。光波

42、分多路復(fù)用的原理如圖所示，在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)，復(fù)用到一根光纖上，在接受端又將組合的光信號(hào)分開（解復(fù)用），并送入不同的終端。圖2.20 光波分多路復(fù)用單纖傳輸2. 光波分多路復(fù)用系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，光波分多路復(fù)用是將一條單纖轉(zhuǎn)換為多條“虛纖”，每條虛纖工作在不同的波長(zhǎng)上。光波分多路復(fù)用系統(tǒng)有3種基本結(jié)構(gòu)：光多路復(fù)用單纖傳輸系統(tǒng)、光雙向單纖傳輸系統(tǒng)、光分路插入傳輸系統(tǒng)。（1）光多路復(fù)用單纖傳輸系統(tǒng)光多路復(fù)用單纖傳輸系統(tǒng)如圖所示。在這種系統(tǒng)中，發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的已調(diào)光信號(hào)1，2，n通過(guò)復(fù)用器（Multiplexer）組合在一起，在一條光纖中單向傳輸；接收端使用解復(fù)用器（Demultip

43、lexer）將不同波長(zhǎng)的信號(hào)分開，從而完成信號(hào)傳輸?shù)娜蝿?wù)。圖中T（Tranfer）為光發(fā)送器，R（Receptor）為光接收器，M為光波分復(fù)用器，D為光波分解復(fù)用器。圖2.21 光多路復(fù)用單纖傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（2）光雙向單纖傳輸系統(tǒng)光雙向單纖傳輸系統(tǒng)如圖所示。在這種系統(tǒng)中，用一條光纖實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向信號(hào)同時(shí)傳輸，因而也稱為單纖全雙工通信系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)的關(guān)鍵思想是兩端都需要一組復(fù)用/解復(fù)用器MD。圖2.22 光雙向單纖傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（3）光分路插入傳輸系統(tǒng)光分路插入傳輸系統(tǒng)如圖示。在這種系統(tǒng)中，兩端都需要一組復(fù)用/解復(fù)用器MD，復(fù)用器將光信號(hào)3，4插接到光纖中，解復(fù)用器將光信號(hào)1，2從光纖信號(hào)中分

44、接出來(lái)，通過(guò)不同波長(zhǎng)光信號(hào)的合流與分流實(shí)現(xiàn)信息的上、下通路。 數(shù)字傳輸質(zhì)量參數(shù)1、傳輸損耗（1）衰減（2）時(shí)延失真（3）噪聲2、信道容量3、誤碼率和誤組率3.3 數(shù)據(jù)通信接口3.3.1 數(shù)據(jù)通信接口特性 微型計(jì)算機(jī)串行通信接口1、COM端口2、IEEE1394接口3、USB接口3.4 數(shù)字交換技術(shù)什么是數(shù)據(jù)交換方式？你知道哪些數(shù)據(jù)交換方式？舉出幾個(gè)例子。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的日益普及，學(xué)生對(duì)其都有初步的感受。通過(guò)提問(wèn)，促使學(xué)生思考。交換技術(shù)分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通信子網(wǎng)又可分廣播通信網(wǎng)和交換通信網(wǎng)。在廣播通信網(wǎng)中，通信 是廣播式的，無(wú)中間結(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所有網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)共享傳輸媒體，如總線網(wǎng)、衛(wèi)星通信

45、網(wǎng)。圖所示的通信子網(wǎng)即為交換通信網(wǎng)，其由若干網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)按任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連 而成，以交換和傳輸數(shù)據(jù)為目的。通常將一個(gè)進(jìn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)流到達(dá)的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)稱源結(jié)點(diǎn)，離開子網(wǎng)前到達(dá)的最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)稱宿結(jié)點(diǎn)。圖中，若H1與H5通信，則A與E分別稱源結(jié)點(diǎn)與宿結(jié)點(diǎn)。通信子網(wǎng)必須能為所有進(jìn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)流提供從源結(jié)點(diǎn)到宿結(jié)點(diǎn)的通路，而實(shí)現(xiàn)這種數(shù)據(jù)通路的技術(shù)就稱為數(shù)據(jù)交換技術(shù)，或數(shù)據(jù)交換方式。圖2.31 交換通信子網(wǎng)電路交換、報(bào)文交換、分組交換1、線路交換線路交換方式是把發(fā)送方和接收方用一系列鏈路直接連通。電話交換系統(tǒng)就是采用這種 交換方式。當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)呼叫后，就在網(wǎng)絡(luò)中尋找一條臨時(shí)通路供兩端的用戶通話，這 條臨時(shí)通路可能

46、要經(jīng)過(guò)若干個(gè)交換局的轉(zhuǎn)接，并且一旦建立就成為這一對(duì)用戶之間的臨時(shí)專用通路，別的用戶不能打斷，直到通話結(jié)束才拆除連接?？梢姡?jīng)由線路交換而實(shí)現(xiàn)的通信 包括三個(gè)階段：（1）線路建立階段：通過(guò)呼叫完成逐個(gè)結(jié)點(diǎn)的接續(xù)過(guò)程，建立起一條端到端的直通線路。（2）數(shù)據(jù)傳輸階段：在端到端的直通線路上建立數(shù)據(jù)鏈路連接并傳輸數(shù)據(jù)。（3）線路拆除階段：數(shù)據(jù)傳輸完成后，拆除線路連接，釋放結(jié)點(diǎn)和信道資源。線路交換最重要的特點(diǎn)是在一對(duì)用戶之間建立起一條專用的數(shù)據(jù)通路。為此，在數(shù)據(jù)傳輸之前需要花費(fèi)一段時(shí)間來(lái)建立這條通路，稱這段時(shí)間為呼叫建立時(shí)間。在傳統(tǒng)的公用電話 網(wǎng)中，它約幾秒至幾十秒，而現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)程控交換網(wǎng)中，它可減少到

47、幾十毫秒量級(jí)。我們可以利用圖來(lái)說(shuō)明線路交換方式下通信三階段的工作過(guò)程。假設(shè)用戶H1要求連接到H5進(jìn)行一次數(shù)據(jù)通信。為此,H1向結(jié)點(diǎn)A發(fā)出一個(gè)“連接請(qǐng)求”信令，要求連到H5。通常從H1到交換網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的進(jìn)網(wǎng)線路是專用的，不存在入網(wǎng)連接過(guò)程。結(jié)點(diǎn)A于路由信息和線路可用性及費(fèi)用等的衡量，選擇出一條可通往結(jié)點(diǎn)E去的空閑鏈路，例如選擇了連接到結(jié)點(diǎn)C的一條鏈路。結(jié)點(diǎn)C也根據(jù)同樣的原則作出連到結(jié)點(diǎn)E去的鏈路選擇。結(jié)點(diǎn)E也有專線連到H5,由結(jié)點(diǎn)E向H5發(fā)送“連接請(qǐng)求”信令。若H5已準(zhǔn)備好，即通過(guò)這條通路向H1回送一個(gè)“連接確認(rèn)”信令,H1據(jù)此確認(rèn)H1到H5之間的數(shù)據(jù)通路已經(jīng)建立，即H1-A-C-E-H5的專用物理

48、通路。于是,H1與H5隨即在此數(shù)據(jù)通路上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在傳輸期間，交換網(wǎng)的各有關(guān)結(jié)點(diǎn)始終保持連接，不對(duì)數(shù)據(jù)流的速率和形式作任何解釋、變換和存儲(chǔ)等處理，完全是直通的透明傳輸。數(shù)據(jù)傳輸完后，由任一用戶向交換網(wǎng)發(fā)出“拆除請(qǐng)求”信令。該信令沿通路各結(jié)點(diǎn)傳輸，指示這些結(jié)點(diǎn)拆除各段鏈路，以釋放信道資源。線路交換的優(yōu)點(diǎn)是通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)；通路一旦建立，便不會(huì)發(fā)生沖突，數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅 速，不丟失且保持傳輸?shù)捻樞?；線路傳輸時(shí)延小，唯一的時(shí)延是電磁信號(hào)的傳播時(shí)間。其主要缺點(diǎn)是線路利用率低，特別是對(duì)于計(jì)算機(jī)的突發(fā)性數(shù)據(jù)通信不適應(yīng)；通路建立之前有一段 較長(zhǎng)的呼叫建立時(shí)延；系統(tǒng)無(wú)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及差錯(cuò)控制能力，不能平滑通信量。因

49、此，線路交換適于連接時(shí)間長(zhǎng)、批量大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，例如數(shù)字話音、傳真等業(yè)務(wù)。對(duì)于需要經(jīng)常性長(zhǎng)期連接的用戶之間豆可以使用永久型連接線路或租用線路，進(jìn)行固定連接，即不存在日子叫建立和拆除線路這兩個(gè)階段，避免了相應(yīng)的時(shí)延。2、 報(bào)文交換報(bào)文交換屬存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，不要求交換網(wǎng)為通信雙方預(yù)先建立一條專用數(shù)據(jù)通路，也就不存在建立線路和拆除線路的過(guò)程。在這種交換網(wǎng)中，配有大容量存儲(chǔ)設(shè)備的計(jì)算機(jī)。 通信用的主機(jī)把需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組成一定大小的報(bào)文，并附有目的地址，以報(bào)文為單位經(jīng)過(guò) 公共交換網(wǎng)傳輸。交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)再接收和存儲(chǔ)各個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的報(bào)文，待該報(bào)文的目的地址線路有空閑時(shí)，再將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)出去。一個(gè)報(bào)文可能

50、要通過(guò)多個(gè)中間結(jié)點(diǎn)（交換分局）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)后才能達(dá)到目的站。交換網(wǎng)絡(luò)有路徑選擇功能。現(xiàn)仍用圖來(lái)說(shuō)明。如Hl欲發(fā) 一份報(bào)文給H5, 即在報(bào)文上附上H5的地址，發(fā)給交換網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)A, 結(jié)點(diǎn)A將報(bào)文完整地接收并存儲(chǔ)下來(lái)，然后選擇合適的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，例如結(jié)點(diǎn)C。每個(gè)結(jié)點(diǎn)都對(duì)報(bào)文進(jìn)行類似的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達(dá)目的站H5?？梢姡瑘?bào)文在交換網(wǎng)中完全是按接力方式傳輸?shù)?。通信雙方事先并不確知報(bào)文所要經(jīng)過(guò)的傳輸通路，但每個(gè)報(bào)文確實(shí)經(jīng)過(guò)了一條邏輯上存在的通路。如上述H1的一份報(bào)文經(jīng)過(guò)了H1-C-E-H5的一條通路。在報(bào)文傳輸上，任何時(shí)刻一份報(bào)文只在一條結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)間的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上傳輸，每一條 鏈路傳輸過(guò)程都對(duì)報(bào)文的可

51、靠性負(fù)責(zé)。這樣比起線路交換來(lái)有許多優(yōu)點(diǎn)：不必要求每條鏈路 的數(shù)據(jù)速率相同，因而也就不必要求收、發(fā)兩端工作于相同的速率；傳輸中的差錯(cuò)控制可在 多條鏈路上進(jìn)行，不必由收、發(fā)兩端介入，簡(jiǎn)化了端設(shè)備；由于接力式工作，任何時(shí)刻一份 報(bào)文只占用一條鏈路的資源，不必占有通路上的所有鏈路資源，而且許多報(bào)文可以分時(shí)共享一條鏈路，這就提高了網(wǎng)絡(luò)資源的共享性及線路的利用率；一個(gè)報(bào)文可以同時(shí)向多個(gè)目的站 發(fā)送，而線路交換網(wǎng)絡(luò)難于做到；在線路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大時(shí)，就不能接受某 些呼叫。而在報(bào)文交換網(wǎng)中仍可以接收?qǐng)?bào)文，但是傳輸延遲會(huì)增加。報(bào)文交換的主要缺點(diǎn)是，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)報(bào)文數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，傳輸一份報(bào)文

52、的 總時(shí)間并不比采用線路交換方式短，或許會(huì)更長(zhǎng)。因此，報(bào)文交換不適于傳輸實(shí)時(shí)的或交互式業(yè)務(wù)，例如話音、傳真飛終端與主機(jī)之間的會(huì)話業(yè)務(wù)等。事實(shí)上，報(bào)文交換只是主要應(yīng)用 于非計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) ( 如民用電報(bào)業(yè)務(wù) ) 的通信網(wǎng)中，以及公共數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)展的初期。只有到出現(xiàn)了分組交換方式之后，公共數(shù)據(jù)網(wǎng)才真正進(jìn)入到成熟階段。3、 分組交換1. 數(shù)據(jù)報(bào)傳輸分組交換假定圖中，若H1站將報(bào)文劃分為3個(gè)分組（P1, P2 ,P3）,每個(gè)分組都附上地址及其他信息，按序連串地發(fā)送給結(jié)點(diǎn)A。結(jié)點(diǎn)A每接收到一個(gè)分組都先存儲(chǔ)下來(lái)，由于每一個(gè)分組都含有完整的國(guó)的站的地址信息，因而每一個(gè)分組都可以獨(dú)立地選擇路由。分別對(duì)它們進(jìn)行單獨(dú)

53、的路徑選擇和其他處理過(guò)程。例如，它可能將P1送往結(jié)點(diǎn)C, 將P2,P3送往結(jié)點(diǎn)B。這種選擇主要取決于結(jié)點(diǎn)A在處理那一個(gè)分組時(shí)刻的各鏈路負(fù)荷情況以及路徑選擇的原則和策略。這樣可使各個(gè)結(jié)點(diǎn)處于并行操作狀態(tài)，可大大縮短報(bào)文的傳輸時(shí)間。由于每個(gè)分組都帶有終點(diǎn)地址，所以它們不一定經(jīng)過(guò)同一路徑，但最終都能到達(dá)同一個(gè)目的結(jié)點(diǎn)E。這些分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的順序也可能被打亂，這就要求目的結(jié)點(diǎn)E負(fù)責(zé)分組排序和重裝成報(bào)文，也可由目的地H5站來(lái)完成這種排序和重裝工作。由上可知，交換網(wǎng)把對(duì)進(jìn)網(wǎng)的任一個(gè)分組都當(dāng)作單獨(dú)的“小報(bào)文”來(lái)處理，而不管它是屬于哪個(gè)報(bào)文的分組，就像在報(bào)文交換方式中把一份報(bào)文進(jìn)行單獨(dú)處理一樣。這種單獨(dú)處理

54、和傳輸單元的“小報(bào)文”或“分組”,即稱為數(shù)據(jù)報(bào)（Datagram）。這種分組交換方式稱為數(shù)據(jù)報(bào)傳輸分組交換方式。2. 虛線路傳輸分組交換類似前述的線路交換方式，報(bào)文的源發(fā)站在發(fā)送報(bào)文之前，通范類似于呼叫的過(guò)程使交、換網(wǎng)建立一條通往目的站的邏輯通路。然后，一個(gè)報(bào)文的所有分組都沿著這條通路進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，不允許結(jié)點(diǎn)對(duì)任一個(gè)分組做單獨(dú)的處理和另選路徑。在圖 中，假設(shè)H1站有3個(gè)分組（P1, P2 ,P3）要送往H5站去。H1站首先發(fā)一個(gè)“呼叫請(qǐng)求”,即發(fā)送一個(gè)特定格式的分組給結(jié)點(diǎn)A,要求連到H5站進(jìn)行通信，同時(shí)也尋找一條合適的路徑。結(jié)點(diǎn)A根據(jù)路選原則將呼叫請(qǐng)求分組轉(zhuǎn)發(fā)到結(jié)點(diǎn)B, 結(jié)點(diǎn)B又將該分組轉(zhuǎn)發(fā)到

55、結(jié)點(diǎn)C,C結(jié)點(diǎn)再將該分組轉(zhuǎn)發(fā)到結(jié)點(diǎn)E, 最后結(jié)點(diǎn)E通知H5站，這樣就初步建立起一條H1-A-B-C-E-H5的邏輯通路。若H5站準(zhǔn)備好接收?qǐng)?bào)文，可發(fā)一個(gè)“呼叫接收”分組給結(jié)點(diǎn)E,沿著同一條通路傳輸?shù)紿1站，從而H1站確認(rèn)這條通路已經(jīng)建立，并分配一個(gè)“邏輯通道”標(biāo)識(shí)號(hào)，記為VCl。此后 P1,P2,P3 各分組都附上這一標(biāo)識(shí)號(hào)，交換網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)都將它們轉(zhuǎn)發(fā)到同一條通路的各鏈路上傳輸，這就保證了這些分組一定能沿著同一條通路傳輸?shù)侥康牡豀5站。全部分組到達(dá)H5站并經(jīng)裝配確認(rèn)無(wú)誤后，任一站都可以采取主動(dòng)發(fā)送一個(gè)“消除請(qǐng)求”分組來(lái)終止這條邏輯通路，具體過(guò)程由交換網(wǎng)內(nèi)部完成。圖2.32 虛電路傳輸分組交換上述

56、這種分組交換方式稱為虛線路傳輸分組交換方式。為建立虛線路的呼叫過(guò)程稱為虛呼叫（Virtual Calling）, 通過(guò)虛呼叫建立起來(lái)的邏輯通路稱為虛擬線路（Virtual Circuit）, 簡(jiǎn)稱虛線路或虛通路。要注意的是，虛線路與存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)這一概念有關(guān)。當(dāng)我們?cè)诰€路交換的電話網(wǎng)上打電話 時(shí)，我們?cè)谟鲈捚陂g的確是自始至終地占用一條端到端的物理信道。當(dāng)我們占用一條虛線路 進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信時(shí)，由于采用的是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換，所以只是斷續(xù)地占用一段又一段的 鏈路，分組在每個(gè)結(jié)點(diǎn)仍然需要存儲(chǔ)，并在線路上進(jìn)行輸出排隊(duì)，但不需要為每個(gè)分組作路 徑判定。雖然我們感覺(jué)好像（而并沒(méi)有真正地）占用了一條端到端的物理線路，但這與線路 交換有本質(zhì)的區(qū)別。虛線路的標(biāo)識(shí)號(hào)只是對(duì)邏輯信道的一種編號(hào)，并不指某一條物理線路本身。一條物理線路可能被標(biāo)識(shí)為許多邏輯信道編號(hào)，這點(diǎn)正體現(xiàn)了信道資源的共享性。我們 假定主機(jī)H1還有另一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行，此進(jìn)程還想和主機(jī)H4通信。這時(shí),H1可再進(jìn)行一次日子叫，并建立一個(gè)虛線路，在圖中標(biāo)記為VC2,它經(jīng)過(guò)A-B-D三個(gè)結(jié)點(diǎn)。由圖可見，鏈路A-B既是VC1的鏈路，也是VC2的鏈蹤。數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛線路方式的主要區(qū)別列