第1章 數據通信基礎

1、第1章 數據通信基礎數據通信網的組成數據通信網傳輸技術數據通信網交換技術數據差錯控制技術重點數據通信系統(tǒng)的構成、特點和主要性能指標；數據通信網中常用的傳輸技術和交換技術；信道復用技術和數據的差錯控制技術。難點分組交換技術和循環(huán)碼1.1.1數據通信的組成和分類1數據通信網的組成 數據通信網是一種使用轉接交換設備和傳輸鏈路，將處于不同地理位置的數據終端設備互連起來，實現通信和信息交換的網絡。如圖所示。 包括：轉接交換設備 傳輸鏈路 用戶終端設備數據終端設備數據終端設備轉接交換設備轉接交換設備傳輸鏈路傳輸鏈路骨干網骨干網用戶接入網用戶接入網數據通信網的組成2數據通信網的分類（1）按服務的對象分類公用

2、數據通信網：即公眾網。它是向全社會開放的數據通信網，由國家電信部門經營，是國家電信網的主體。專用數據通信網：它是為滿足各專業(yè)性行業(yè)通信的需要而建設的專用數據通信網。如軍隊、鐵路、石油、水利電力、煤炭等部門自建或向電信部門租用電路建設的專供本部門業(yè)務使用的數據通信網。專用數據通信網也是國家數據通信網的重要組成部分。（2）按數據通信網的服務范圍分類局域網（LAN）：通信距離一般控制在幾公里以內，覆蓋范圍一般是一個房間、一幢大樓、一個校園和一個企業(yè)。廣域網（WAN）：通信距離可達幾十至幾千公里，也叫遠程網。它可以覆蓋一個國家或地區(qū)，甚至橫跨幾個洲，形成國際性的遠程網。Internet就是典型的廣域網

3、。城域網（MAN）：通信距離介于局域網和廣域網之間，約為幾十公里。城域網的設計目標主要是滿足一個城市范圍內大量的企業(yè)、機關、學校等多個局域網互聯(lián)的需求。（3）按數據通信網的拓撲結構分類總線網：總線拓撲結構采用一個信道（總線）作為傳輸介質，所有站點通過相應的接口直接連接到這一公共傳輸介質上。星型網：星型拓撲結構是由中央結點和連接到中央結點的各個站點組成。環(huán)型網：環(huán)型拓撲結構由站點和連接站點的鏈路組成一個閉合環(huán)。網型網：網型拓撲結構中，在大多數情況下，一個結點至少和兩個以上的結點相連。當所有結點之間均有直達通路連接時，就成為全連通的網絡拓撲。混合網：混合網一般由網型網和星型網組合而成。數據通信網的

4、拓撲結構分類(e) (e) 總線結構總線結構(a) (a) 星型結構星型結構(b) (b) 環(huán)型結構環(huán)型結構(c) (c) 網型結構網型結構(d) (d) 樹形結構樹形結構3數據通信網的發(fā)展趨勢數字化就是在數據通信網上全面使用數字技術，包括信息的數字化以及傳輸和交換的數字化等。寬帶化是適應人們對大量信息的需求而出現的，只有通過寬帶高速信道才能傳送質量達到演播室水平的話音信號、高清晰度視頻信號和高速的數據信號。綜合化包括兩重含義，即業(yè)務綜合和網絡的融合。智能化是指數據通信網中引入更多的智能部件，構成智能網（IN），從而提高網絡和業(yè)務的應變能力；它可以對網絡資源進行動態(tài)分配，隨時提供滿足各類用戶需

5、要的業(yè)務。個人化即個人通信，指無論任何人在任何時候，位于任何地方都能自由地與世界上其他任何人進行通信。標準化是指數據通信網在發(fā)展中不斷制定或修訂全國乃至國際統(tǒng)一的數據通信網絡標準。1.1.2 數據通信系統(tǒng)的構成數據通信系統(tǒng)是通過數據電路將分布在遠地的數據終端設備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現數據傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。是組成數據通信網的基礎。典型的數據通信系統(tǒng)主要由中央計算機系統(tǒng)、數據終端設備（DTE）、數據電路三部分構成。數據通信系統(tǒng)組成1數據終端設備數據終端設備（Data Terminal Equipment，DTE）由數據輸入設備（產生數據的數據源）、數據輸出設備（接收數據的數據宿）和

6、傳輸控制器組成。2數據電路數據電路由傳輸信道（傳輸線路）及其兩端的數據電路終接設備（Data Circuit Terminating Equipment，DCE）組成。3中央計算機系統(tǒng)中央計算機系統(tǒng)由通信控制器（或稱前置處理機）、主機及外圍設備組成，具有處理從數據終端設備輸入的數據信息，并將處理結果向相應的數據終端設備輸出的功能。1.1.3 數據通信的特點通信的對象有機器參與數據傳輸的可靠性要求高數據通信量的突發(fā)性較為嚴重數據通信網應提供足夠靈活的接口能力數據通信的信息傳輸效率很高1.1.4 數據通信的主要性能指標1有效性質量指標有效性質量指標是衡量系統(tǒng)傳輸能力的主要指標，通常從碼元速率、信息

7、速率、數據傳送速率、功率利用率和頻帶利用率等方面來考慮。（1）碼元速率（或稱調制速率）。每秒鐘傳輸數據信號碼元的數目稱為碼元速率。單位：波特（B），用符號RB表示。雖然數字信號有多進制與二進制之分，但碼元速率與信號的進制無關，它只與碼元寬度T有關。RB = 1/T 波特 式中: T為碼元寬度（2）信息速率（或稱數據傳信速率）每秒鐘傳輸的信息量稱為信息速率。單位：比特/秒（bit/s），用符號Rb表示。比特是英文binary digit的縮寫，在信息論中作為信息量的度量單位。信息量是衡量各種不同消息中包含信息多少的標準。通常用符號I表示。每個碼元的信息量為:I = log2 1/P = log2

8、 N (bit)所以,信息速率為:Rb = I RB = RB log2 N (bit)（3）數據傳送速率單位時間內在數據傳輸系統(tǒng)中的相應設備之間傳送的比特、字符或碼組平均數。單位：比特/秒（bit/s）、字符/秒或碼組/秒。定義中的相應設備常指調制解調器、中間設備或數據源與數據宿。（4）功率利用率數據通信傳輸系統(tǒng)的功率利用率用系統(tǒng)信噪比來描述。在保證系統(tǒng)傳輸質量的條件下，系統(tǒng)所需要的最低歸一化信噪比定義為系統(tǒng)的功率利用率。（5）頻帶利用率頻帶利用率用系統(tǒng)單位頻帶內所實現的信息傳輸速率來衡量。表示為 = Rb / B = RB log2 N / B (bit/s/Hz)式中， B為系統(tǒng)所需的傳

9、輸帶寬，Rb為系統(tǒng)的信息速率。2可靠性質量指標數據通信系統(tǒng)的可靠性主要用差錯率來表示。差錯率可以有多種定義，在數據通信中，一般采用誤碼率、誤比特率、誤字符率或誤碼組率等指標來表示。（1）誤碼率在系統(tǒng)傳輸的碼元總數中發(fā)生差錯的碼元數所占的比例稱誤碼率。記為 式中，n是在一定時間內系統(tǒng)傳輸的碼元總數；ne是在相同時間內傳輸中產生的錯碼數。nnpene lim（2）誤比特率系統(tǒng)在傳輸中發(fā)生差錯的比特數占傳輸總比特數的比例稱誤比特率。記為 式中，n是在一定時間內系統(tǒng)傳輸的比特總數；nb是在同一時間內傳輸中產生的錯比特數。對于二進制數據信號，誤碼率和誤比特率相等。而對于多進制數字信號，其誤碼率總是大于等

10、于誤比特率。nnpbnb lim（3）誤字符率或誤碼組率系統(tǒng)在傳輸中發(fā)生差錯的字符（碼組）數占傳輸總字符數（碼組）的比例稱誤字符（碼組）率。記為誤字符（碼組）率 100%差錯率是一個統(tǒng)計平均值，因此在測量和統(tǒng)計時，總的傳輸碼元、比特、字符或碼組數應達到一定數量，否則測出的結果將失去意義。數傳輸總的字符(碼組)(碼組)數傳輸中發(fā)生差錯的字符1.2.1 傳輸介質1雙絞線雙絞線是由按一定密度的螺旋結構排列的兩根包有絕緣層的銅線，外部再包裹屏蔽層或橡塑外皮而構成。之所以要絞在一起，是因為兩根平行的線會構成一個很好的天線。當兩根線絞在一起后，不同線產生的干擾波會相互抵消，輻射會顯著的減少。一般在一根電纜

11、中包含多對雙絞線，線對數量視用途在2對1800對之間，連接計算機終端的雙絞線通常包含4對雙絞線。雙絞線電纜分為屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線兩大類。雙絞線電纜按傳輸質量分為1類6類，局域網中常用的為5類雙絞線，其傳輸特性最高至100MHz，用于語音和最高傳輸速率為155Mbit/s的數據傳輸。五類非屏蔽雙絞線五類屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線（UTP）電纜的優(yōu)點： 物理特性：抗干擾能力強，傳導率良好。 傳輸特性：可傳輸模擬信號也可傳輸數字信號。 連通性：可用于點到點的連接，也可用于多點的連接。 地理范圍：在幾公里以內傳輸較容易。 抗干擾性：低頻傳輸時，雙絞線抗干擾性優(yōu)于同軸電纜。 使用安裝：價格較便宜，非常

12、容易安裝。2 2電纜同軸電纜由兩個導體組成，是一個空心圓柱形網狀導體圍裹著一個實心導體的結構。內部導體可以是單股的實心導線，也可以是多股的絞合線；外部導體可以是單股線，也可以是編制的網狀線。內部導體用固體絕緣材料固定；外部導體用一個罩或者屏蔽層覆蓋。同軸電纜的優(yōu)點： 物理特性：頻率范圍較寬。 傳輸特性：粗電纜的抗干擾性能好，傳輸距離遠。細電纜的價格便宜，傳輸距離近。 連通性：適于點到點及點到多點的連接。 地理范圍：距離大，幾千米甚至幾十千米。 價格：高于雙絞線，低于光纖。3光纜光纖是一種能夠傳導光信號的介質。通常所用的光纜都是由若干根光纖組成。有許多種玻璃和塑料都可用來制造光纖。光纖由纖芯、包

13、層兩部分構成。二者由兩種光學性能不同的介質構成。其中，纖芯為光通路；包層由多層反射玻璃纖維構成，用來將光線反射到纖芯上。實用的光纜外部還須有一個保護層。光纖可以分為單模和多模兩種傳輸方式，單模提供單條光通路；多模光纖，即發(fā)散為多路光波，每一路光波走一條通路。單模光纖因為衰減小而具有更大的容量，但是它的生產要比多模光纖困難。光纖的特點： 物理特性：按波長范圍可分成三種：0.85m，1.3m，1.55m。 傳輸特性：數據傳輸率可達幾千Mbit/s，傳輸距離達幾千米。 連通性：普遍用于點到點的鏈路。 地理范圍：6km8km的距離內不用中繼器。 抗干擾性：不受電磁波干擾，不受噪聲影響。 價格：光纖的價

14、格在逐步降低，而且隨著技術的改進，光纖的價格還會大幅下降。4無線介質利用無線信道進行信息的傳輸是在運動中通信的唯一手段。無線傳輸使用的頻段很廣，包括無線電、微波、紅外線和可見光。無線電通信在數據通信中占有重要地位。在計算機通信中，用的最多的是微波。微波的頻率范圍300MHz300GHz。微波在空間主要是直線傳播，它有地面微波接力通信和衛(wèi)星通信兩種主要方式。 電磁波譜圖（1）微波中繼（接力）通信微波中繼通信是利用電磁波在對流層的視距范圍內傳輸的一種通信方式，目前使用的頻率一般在1GHz20GHz之間。由于受地形和天線高度的限制，兩站間的通信距離一般為30km50km。因此，長距離傳輸時，必須建立

15、多個中繼站。微波接力通信可傳輸電話、電報、圖像、數據等信息。主要優(yōu)點是：通信信道容量大；傳輸質量較高；建設投資少，見效快。主要缺點是：相鄰站之間必須直視，不能有障礙物；有時會受惡劣氣候的影響；隱蔽性和保密性較差；使用和維護耗費較大。（2）衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信需要通信衛(wèi)星。實際上，通信衛(wèi)星就是一個掛在天空的微波中繼器。它包含多個異頻發(fā)射應答器，每一個異頻發(fā)射應答器都在監(jiān)聽頻譜的某一部分，對進來的信號進行放大，然后在另一個頻率上將放大后的信號重新發(fā)射出去，這樣做可以避免和進來的信號相互干擾。向下的波束可以很寬，從而覆蓋地球表面相當大一部分。也可以很窄，從而僅覆蓋幾百公里直徑的區(qū)域。高度（高度（km）類

16、型類型時延（時延（ms）需要的衛(wèi)星數需要的衛(wèi)星數上范艾倫帶上范艾倫帶下范艾倫帶下范艾倫帶低地球軌道衛(wèi)星低地球軌道衛(wèi)星中地球軌道衛(wèi)星中地球軌道衛(wèi)星地球同步軌道衛(wèi)星地球同步軌道衛(wèi)星衛(wèi)星通信的適合高度及特性衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間分系統(tǒng)、地球站群、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)四大部分組成的。衛(wèi)星通信特點：通信距離遠，且通信費用與通信距離無關。尤其是當通信距離超過某一定范圍，每話路的成本可低于地面微波通信；衛(wèi)星通信的頻帶很寬，通信容量大，信號所受到的干擾較小，通信比較穩(wěn)定，質量和可靠性都優(yōu)于地面微波通信；衛(wèi)星通信具有較大的傳播時延。衛(wèi)星通信非常適合于廣播通信，因為它的覆蓋面很廣，但衛(wèi)星通信系統(tǒng)的保

17、密性較差。紅外線：工作頻率為10111014Hz。通過發(fā)送或接收電信號調制的非相干紅外線，即可形成一條通信鏈路。只要收發(fā)機處于視線內，就可準確地進行通信，通信的方向性很強，幾乎不受外界干擾。激光：工作頻率為10141015Hz。利用對相干激光的調制解凋，可實現激光通信。5綜合布線系統(tǒng)在現代化的高層建筑物中，弱電信號的管路設計一般包括以下幾種應用系統(tǒng)：電話通信系統(tǒng)；計算機網絡系統(tǒng)；閉路電視系統(tǒng)；消防控制系統(tǒng)；保安監(jiān)視系統(tǒng)；空調控制系統(tǒng)；自動電梯控制系統(tǒng)等。傳統(tǒng)的設計方法是各個應用系統(tǒng)都有各自的一套管路，敷設各自的專用線路，這使得大樓內的各個管道線路縱橫交錯、錯綜復雜，由此帶來的問題是：多套管道系

18、統(tǒng)，造成冗余投資；信號線型復雜，沒有互換性，給備用、維護及排錯造成極大的困難；各個系統(tǒng)都要配備維護和管理人員，浪費人力；每個系統(tǒng)的伸縮性和擴充性都較差。綜合布線系統(tǒng)的主要特點是：主要采用3類、5類無屏蔽雙絞線（UTP），1類屏蔽雙絞線（STP）以及光纖作為傳輸介質，通過各種配接線架、接線盒和轉接器，將電話網、計算機數據網以及各種控制信號傳輸網進行統(tǒng)一布線、設計和管理。整個系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組合而成，各個子系統(tǒng)既相對獨立，彼此間又相輔相成，任何子系統(tǒng)的改動都不會影響其它子系統(tǒng)。當系統(tǒng)中的設備增減或遷移時，可在不影響系統(tǒng)工作狀態(tài)下經過微調就可完成?？赏瓿上铝行盘柕木C合傳輸：電話系統(tǒng)的話音信號；計算機

19、系統(tǒng)的數字信號；安全監(jiān)控系統(tǒng)的視像信號；閉路電視信號；建筑物內的傳感信號等。綜合布線系統(tǒng)采用結構化設計，通常分為六個子系統(tǒng)，它們分別是：建筑群主干子系統(tǒng)。設備間子系統(tǒng)。管理區(qū)子系統(tǒng)。垂直主干線子系統(tǒng)。水平支干線子系統(tǒng)。工作區(qū)子系統(tǒng)。1.2.2 信道容量1有擾模擬信道的信道容量信息論中的香農定律給出了有擾模擬信道容量的計算公式。香農定律指出，在信號平均功率受限的高斯白噪聲信道中，計算信道容量的理論公式為： (bit/s)這就是著名的香農信道容量公式，簡稱香農公式。NSBC1log2（1）任何一個信道，都有它的信道容量。如果信息源的信息傳輸速率R小于或等于信道容量C，則在理論上存在一種方法，即通過

20、適當的編碼，使得信息源的輸出能以任意小的差錯率通過信道進行傳輸；如果RC, 那么無差錯傳輸在理論上是不可能的。（2）信道容量C與帶寬B和信噪比S/N有關。對于給定的信道容量C，若減小帶寬B，則必須增加信噪比S/N，即必須提高信號強度；反之，若有較大的傳輸帶寬，則可用較小的信噪比。（3）當信道的噪聲為高斯白噪聲時，式中的噪聲功率不是常數，而是與帶寬B有關。（4）如果考慮到信道容量CI/T，得：式中，I為傳輸的信息量，T為傳輸時間。此式表明，當S/N一定時對于給定的信息量I可以用不同的帶寬B和傳輸時間T的組合來進行傳輸。也就是說，B和T之間也存在某種互換關系。NSTBI1log22有擾數字信道的信

21、道容量數字信道可傳輸離散取值的數字信號。典型的數字信道是平穩(wěn)、無記憶、對稱、離散的信道。它既可以是二進制的，也可以是多進制。離散：輸入空間X和輸出空間Y均為離散事件集。對稱：任何數碼正確傳輸和錯誤傳輸的概率與其他數碼一樣。無記憶：輸出Y只和當前輸入X有關，與前面的值無關。平穩(wěn)：對任何碼元來說，正確或錯誤傳輸的概率都與發(fā)生的時間無關。例如：二進制離散、無記憶、對稱信道。 正確接收概率：1-Pe 錯誤接收概率：Pe 信道容量： C=1+ Pe log2Pe+（1Pe）log2（1Pe） Rb (bit/s)00111-Pe1-PePePe信道信道1.2.3 通信方式單工：數據傳輸是兩數據站之間只能

22、沿一個指定的方向進行數據傳輸。半雙工：數據傳輸是兩數據站之間可以在兩個方向上進行數據傳輸。全雙工：數據傳輸是在兩數據站之間，可以在兩個方向上同時進行數據傳輸。1.2.4 傳輸技術1串行傳輸與并行傳輸（1）串行傳輸構成數據代碼的若干位串行排列成數據流，在一條信道上傳輸。（2）并行傳輸并行傳輸是指，構成數據代碼的每一位分別在不同的并行信道上傳輸。1 11 10 00 0DTEDTE0 01 12 2n-1n-1信號地信號地n-1n-1DTEDTE0 01 12 2信號地信號地并行傳輸并行傳輸DTEDTE信號地信號地DTEDTE1 0 0 1串行傳輸串行傳輸2同步傳輸與異步傳輸（1）異步傳輸異步傳輸

23、中，每次傳送一個字符代碼（58bit），即在發(fā)送每一個字符代碼的前面均加上一個“起”信號，其長度規(guī)定為一個碼元長，極性為“0”。后面均加上一個“止”信號，對于國際電報2號碼，“止”信號長度為1.5個碼元長，對于國際5號碼或其它代碼時，“止”信號長度為1或2個碼元長，極性為“1”。異步傳輸異步傳輸起起一個字符一個字符止止起起一個字符一個字符止止10（2）同步傳輸同步傳輸是以固定時鐘節(jié)拍來發(fā)送數據信號的。在串行數據碼流中，各信號碼元之間的相對位置是固定的，接收端要從收到的數據碼流中正確區(qū)分發(fā)送的字符，必須建立位同步和幀同步。位同步又叫比特同步，其作用是使數據電路終接設備接收端的位定時時鐘信號和DC

24、E收到的輸入信號同步，以便DCE從接收的信息流中正確識別一個個信號碼元，產生接收數據序列。SYN字符字符SYN字符字符SOH字符字符EOT字符字符信息字符信息字符數據信號數據信號同步傳輸同步傳輸時鐘信號時鐘信號3基帶傳輸與頻帶傳輸（1）基帶傳輸基帶傳輸是指傳輸的信號是基帶信號，這里所說的“基帶”是基本頻帶的意思，是相對于調制后的頻帶信號而言，基帶信號就是未經調制的原始信號。這里所說的“調制”是指為適合信道傳輸而對信號進行的某種變換?；鶐鬏斚到y(tǒng)的基本結構模型由發(fā)送濾波器、傳輸信道、接收濾波器和抽樣判決器組成。發(fā)送發(fā)送濾波器濾波器基帶脈沖輸入基帶脈沖輸入傳輸信道傳輸信道接收接收濾波器濾波器干擾干

25、擾y(t)x(t)y (t)輸出輸出抽樣抽樣判決器判決器NRZ編碼在NRZ編碼中，用正電壓表示l，用負電壓表示0，并且在一個碼元持續(xù)時間內，電壓均無需回到零，故稱不歸零碼。NRZ編碼的主要優(yōu)點：脈沖寬度越大，發(fā)送信號的能量就越大，這對于提高接收端的信噪比有利。脈沖時間寬度與傳輸帶寬成反比關系，即全寬碼在信道上占用較窄的頻帶。NRZ編碼的主要缺點：當出現連續(xù)0或連續(xù)1時，首先是難以分辯一位的結束和另一位的開始，這需要通過某種方法在發(fā)送端和接收端提供同步或定時。NRZ編碼會產生直流分量的積累問題，這將導致信號的失真與畸變，使傳輸的可靠性降低，并且由于直流分量的存在，使得無法使用一些交流耦合的線路和

26、設備。曼徹斯特編碼在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區(qū)分1和0，即用正的電壓跳變（由低到高）表示0；用負的電壓跳變（由高到低）表示1。因此，這種編碼也稱為相位編碼。由于跳變都發(fā)生在每一個碼元的中間，接收端可以方便地利用它作為位同步時鐘，因此這種編碼也稱為自同步編碼。以太網（Ethernet）采用的是這種曼徹斯特編碼。差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼是曼徹斯特編碼的一種修改形式。其不同之處在于：每位的中間跳變只用于作同步時鐘信號；而0和1的取值判斷是用位的起始處有無跳變來表示（若有跳變則為0；若無跳變則為1）。這種編碼的特點是每一位均用不同電平的兩個半位來表示，因而始終能保持直流的平衡。這

27、種編碼也是一種自同步編碼。令牌環(huán)（Token Ring）采用的是這種差分曼徹斯特編碼。（2）頻帶傳輸頻帶傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別在于增加調制（在發(fā)端）和解調（在收端）裝置，以完成信號頻譜的變換。調制解調器簡稱為Modem。噪聲數 據 基帶信號發(fā)送低通調 制發(fā)送帶通信 道取樣判決解 調接收帶通接收低通數據基帶信號頻帶傳輸基本結構幅移鍵控法ASK（Amplitude shift Keying）：用載波信號的兩個不同振幅來表示兩個二進制值。在有些情況下，用振幅恒定載波的存在與否來表示兩個二進制字。ASK方式易受增益變化的影響，是一種效率較低的調制技術。在音頻電話線路上，通常只能達到1200bit

28、/s的傳輸速率。頻移鍵控法FSK（Frequency Shift Keying）：用兩個不同的載波頻率來表示兩個二進制值。這種調制方式不易受干擾的影響，比ASK方式的編碼效率高。在音頻電話線路上，其傳輸速率為l200bit/s或更高。相移鍵控法PSK（Phase Shift Keying）：用載波信號的兩個不同相位來表示兩個二進制數據。1.2.5 信道復用技術信道復用技術是一種將兩個或多個彼此獨立的信號合并為一個復合信號，在一條公用信道上進行傳輸的技術，信道復用技術分為頻分復用技術、時分復用技術、碼分復用技術和波分復用技術。信道復用技術可以提高信道的利用率，長距離傳輸時一般都使用信道復用技術。

29、1頻分復用技術頻分多路復用是指各路信號同時在同一信道中傳輸時占用不同的頻帶。12Nf1f2fN頻頻分分多多路路復復用用器器頻頻分分多多路路復復用用器器12N2時分復用技術時分多路復用是指各路信號同時在同一信道中傳輸時占有不同的時間間隔。具體來說就是把時間分成均勻的時間間隔，將每路信號分配在不同的時間間隔內傳輸，以達到互相分開的目的。時分多路復用器時分多路復用器時分多路復用器時分多路復用器N N個輸入個輸入N N個輸出個輸出Ts1 Ts2 Tsn3碼分復用技術碼分復用技術又稱碼分多址技術，是用于移動通信、無線計算機網絡以及移動性計算機聯(lián)網通信的一種復用技術。碼分復用技術是基于碼型分割信道，每一個

30、用戶分配一個地址碼，這些地址碼碼型互不重疊，以區(qū)分每一個用戶。4波分復用技術波分復用技術主要用于全光纖組成的計算機網絡，它是一種將光纖信道劃分為多個波段，在同一時刻進行多路傳送的復用技術。1.3.1 電路交換電路交換的通信過程包括3個階段：電路建立階段：通過呼叫信令完成逐個節(jié)點的接續(xù)過程，建立起一條端到端的電路。數據傳輸階段：在已建立的端到端直通電路上傳輸數據。電路拆除階段：完成一次數據傳輸之后，拆除該電路的連接，釋放節(jié)點和信道資源。電路交換通信過程示意圖交換機交換機發(fā)收請求發(fā)送撥號撥號可詢問信息呼叫應答通信可響應信息通信可通信請求拆線斷開信息斷開指示確認斷開確認1.3.2 報文交換報文是指具

31、有完整消息含義的數據單元，例如電報、電子郵件、計算機文件及事務查詢應答等。報文交換不必要求交換網為通信的雙方預先建立一條專用數據通路，因此也就不存在建立電路和拆除電路的過程。報文交換通信過程示意圖1.3.3 分組交換分組交換也屬于“存儲/轉發(fā)”交換，但它不像報文交換那樣以報文為單位進行交換、傳輸，而是以更短的，被規(guī)格化了的“報文分組”（Packet）為單位進行交換、傳輸。ITUT是這樣給分組下定義的，分組是“一組包含數據和呼叫控制信號（例如地址）的二進制數，把它作為一個整體加以轉接。這些數據、呼叫控制信號以及可能附加的差錯控制信息是按規(guī)定格式排列的”。1數據報分組交換數據報方式是將每一個數據分

32、組當作一份獨立的報文一樣看待，每一個數據分組都包含終點地址的信息，分組交換機（節(jié)點機）為每一個數據分組獨立地尋找路徑，因此一個完整的報文所包含的不同分組可能沿著不同的路徑到達終點。數據報分組交換2虛電路分組交換類似電路交換，報文的源發(fā)站在發(fā)送報文之前，通過類似于呼叫的過程使交換網建立一條通往目的站的邏輯通路。然后，一個報文的所有分組都沿著這條通路進行存儲/轉發(fā)方式傳輸，不允許節(jié)點對任何一個分組作單獨的處理和另選路由，這就是虛電路分組交換。虛電路分組交換3邏輯信道與虛電路的概念（1）邏輯信道每個邏輯信道以一個邏輯通道號命名，一對用戶之間通信占用其中的一條邏輯信道。這些邏輯信道由節(jié)點機來管理分配。

33、（2）虛電路虛電路就是兩個用戶終端設備在開始互相發(fā)送和接收數據之前需要通過網絡建立的邏輯上的連接，一旦這種連接建立之后，就在網絡中保持已建立的連接，用戶發(fā)送的數據（以分組為單位）將按順序通過該連接到達網絡終點。虛電路可分為兩類，永久虛電路和交換虛電路。1.3.4 三種交換技術的比較電路交換報文交換分組交換接續(xù)時間較長不需要短傳輸延遲時間短長中傳輸質量低中高傳輸速率的任意性支持不支持不支持異種終端相互接續(xù)不支持支持支持電路利用率低高高實時會話業(yè)務適用不適用適用1.4.1 差錯類型及差錯控制方法1差錯類型隨機差錯：由正態(tài)分布的白噪聲引起的差錯，隨機錯碼的出現是隨機的，而且錯碼之間是統(tǒng)計獨立、互不相

34、關的。突發(fā)差錯：由脈沖干擾引起的差錯，突發(fā)錯碼是成串集中出現的?；旌喜铄e：既存在隨機差錯又存在突發(fā)差錯，并且哪一種都不能忽略不計的情況。2差錯控制的基本工作方式（1）前向糾錯。前向糾錯（FEC）又稱自動糾錯。這種方式是發(fā)送端的編碼器將輸入的信息序列變換成能夠糾正錯誤的碼，接收端的譯碼器根據編碼規(guī)律校驗出錯碼及其位置并自動糾正。發(fā)端收端（2）檢錯重發(fā)。檢錯重發(fā)又稱自動反饋重發(fā)（ARQ）。其方法是發(fā)送端采用某種能夠檢查出錯誤的碼，在接收端根據編碼規(guī)律校驗有無錯碼，并把校驗結果通過反向信道反饋到發(fā)送端，如有錯碼就反饋重發(fā)信號，于是發(fā)送端重發(fā)，如無錯碼就反饋繼續(xù)發(fā)送信號。發(fā)端收端（3）反饋校驗。反饋校

35、驗法是發(fā)送端不進行糾錯編碼，直接發(fā)送信息碼，接收端收到信息碼以后，不管有無差錯一律通過反向信道反饋到發(fā)送端，在發(fā)送端與原信息碼比較，如有差錯則將有差錯的部分重發(fā)。發(fā)端收端（4）混合糾錯。這種方法是前向糾錯和自動反饋重發(fā)的混合應用。發(fā)送端發(fā)送糾錯碼，接收端經校驗如果錯碼較少且在糾錯能力之內，則譯碼器自動糾錯，如果錯碼較多，已超過糾錯能力，但未超過檢錯能力，即能判決有無錯碼而不能判決錯碼的位置，此時譯碼器自動發(fā)出信號，通過反向信道控制發(fā)送端重發(fā)。發(fā)端收端1.4.2 糾錯編碼的基本原理1碼長、碼重和碼距碼長：碼組（或碼字）中碼元的數目稱為碼組的長度，簡稱碼長。碼重：碼組中非“0”位的數目稱為碼組的重

36、量，簡稱碼重。碼距：兩個等長碼組之間對應位上數字不同的位數稱為這兩個碼組的漢明（Hamming）距離，簡稱碼距。2糾錯編碼的基本原理將信息碼分組，為每組信息碼附加若干監(jiān)督碼的編碼，稱為分組碼。在分組碼中，監(jiān)督碼元僅監(jiān)督本碼組中的信息碼元。分組碼一般可用符號（n，k）表示。其中k是每組碼元中信息碼元的數目，n是編碼組的總位數，又稱為碼組的長度（碼長），nkr為每碼組中的監(jiān)督碼元數目，或稱監(jiān)督位數目。分組碼結構 a an-1 n-1 a ar r a ar-1r-1 a a0 0k 個信息位r 個監(jiān)督位碼長 n = kr3糾錯編碼的檢錯糾錯能力糾錯編碼的檢錯糾錯能力，主要取決于碼組的碼距。碼距越大

37、，檢錯糾錯能力越強。檢錯糾錯能力與碼距之間的數量關系為：（1）為能檢出e個錯碼，則要求最小碼距 d0e1 d d0 0e eA AB B0 1 2 30 1 2 3（2）為能糾正t個錯碼，則要求最小碼距為d02t1 d d0 0t tA At tB B0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5（3）為能糾正t個錯碼，同時能檢出e個錯碼，則最小碼距為d0et1 （et）e et tA At tB B1 14編碼效率編碼效率是指一個碼組中信息位所占的比重，用R來表示。Rk/nk/（kr）式中：k為信息碼元的數目（信息位長度）；n為編碼組碼元的總數（編碼后碼組長度：n（kr）；r為監(jiān)督碼元的數目（

38、監(jiān)督位長度）。顯然，R越大編碼效率越高，它是衡量編碼性能的一個重要參數。5糾錯編碼的分類從不同的角度出發(fā)，糾錯編碼可有不同的分類方法。按碼字的功能分：檢錯碼和糾錯碼。按監(jiān)督碼與信息碼元之間的關系分：有線性碼和非線性碼。按照對信息碼元處理方法的不同分：分組碼和卷積碼。1.4.3 奇偶監(jiān)督碼1基本原理奇偶監(jiān)督碼是一種最簡單的檢錯碼，其編碼規(guī)則是先將所要傳輸的數據碼元分組，一般而言，按字符分組比較方便，即一個字符或若干個字符構成一組。在各組的數據后面附加一位校驗位，使得該組碼連校驗位在內的碼字中的“1”的個數為偶數（稱為偶校驗）或為奇數（稱為奇校驗）。2垂直奇偶校驗垂直奇偶校驗是在k1位表示字符的數

39、據位上再附加第k位校驗位。垂直奇偶校驗編碼，無論是采用偶校驗還是奇校驗，將檢驗出全部奇數個差錯，而對出現的全部偶數個差錯均不能發(fā)現。垂直奇偶校驗的編碼效率為R1k/（k1）。k為碼字中信息碼元的位數，隨著k的變化，R1在50%與100%之間變化。ISO七單位碼數字09為例說明垂直奇偶校驗的編碼情況 字符字符位位0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9b b0 0( (校驗校驗) )0 01 11 10 01 10 00 01 11 10 0b b1 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 1b b2 20 00 01 11 10 00 01 11 10

40、00 0b b3 30 00 00 00 01 11 11 11 10 00 0b b4 40 00 00 00 00 00 00 00 01 11 1b b5 51 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1b b6 61 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1b b7 70 00 00 00 00 00 00 00 00 00 03水平奇偶校驗在傳送數據時，如將若干個字符組成一個信息塊，對這個信息塊中所有字符中對應的位分別進行奇偶校驗，就稱為水平奇偶校驗。水平奇偶校驗的編碼效率為R2m/（m1）。其中，m為參與校驗的字符數。與R1類似，R2隨m可從50%100%之間變化。水平奇偶校驗 字符字符位位6209138475校驗位校驗位b100011100111b211000100100b310000001110b400010010000b511111111110b611111111110b7000000000004垂直水平奇偶校驗把垂直和水平兩個方向的奇偶校驗