數(shù)據(jù)通信原理 第1章

1、第 1 章 概述&1.1 數(shù)據(jù)通信的概念q1.1.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)信號(hào)q1.1.2 數(shù)據(jù)通信的概念 q1.1.3 傳輸代碼&1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成 q1.2.1 數(shù)據(jù)終端設(shè)備 q1.2.2 數(shù)據(jù)電路q1.2.3 中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng) &1.3 數(shù)據(jù)通信傳輸信道q1.3.1 信道類型及特性第 1 章 概述（續(xù)）q1.3.2 傳輸損耗q1.3.3 噪聲與干擾q1.3.4 信噪比&1.4 數(shù)據(jù)傳輸方式q1.4.1 串行傳輸與并行傳輸q1.4.2 異步傳輸與同步傳輸q1.4.3 單工、半雙工與全雙工數(shù)據(jù)傳輸&1.5 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)q1.5.1 有效性指標(biāo)

2、q1.5.2 可靠性指標(biāo)q1.5.3 信道容量第 1 章 概述（續(xù)）&1.6 多路復(fù)用技術(shù)q1.6.1 頻分復(fù)用q1.6.2 時(shí)分復(fù)用q1.6.3 波分復(fù)用q1.6.4 碼分復(fù)用&1.7 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)概述 q1.7.1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成q1.7.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類&1.8 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念q1.8.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念q1.8.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成q1.8.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類q1.8.4 Internet的概念及特點(diǎn)q1.8.5 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系第 1 章 概述（續(xù)） 1.1 數(shù)據(jù)通信的概念q 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)是預(yù)先約定的、具有某種含義的任何一個(gè)數(shù)字或一個(gè)字母

3、(符號(hào))以及它們的組合。q 數(shù)據(jù)信號(hào) 數(shù)據(jù)用傳輸代碼（二進(jìn)制代碼）表示（即用若干個(gè)“1”和“0”的組合表示每一個(gè)數(shù)據(jù)）就變成了數(shù)據(jù)信號(hào)。1.1 數(shù)據(jù)通信的概念 數(shù)據(jù)通信的定義是：依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個(gè)功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息，它可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。 數(shù)據(jù)通信的終端設(shè)備（產(chǎn)生的是數(shù)據(jù)信號(hào)）可以是計(jì)算機(jī)，也可能是除計(jì)算機(jī)以外的一般數(shù)據(jù)終端，一般數(shù)據(jù)終端簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)終端或終端。 數(shù)據(jù)通信包含兩方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)傳輸前后的處理，例如數(shù)據(jù)的集中、交換、控制等等。數(shù)據(jù)信號(hào)的基本傳輸方式r 基帶傳輸基帶傳輸 基帶數(shù)據(jù)信號(hào)（數(shù)據(jù)終端輸出的未經(jīng)調(diào)

4、制變換的數(shù)據(jù)信號(hào)）直接在電纜信道上傳輸。換句話說(shuō)，基帶傳輸是不搬移基帶數(shù)據(jù)信號(hào)頻譜的傳輸方式。r 頻帶傳輸頻帶傳輸 基帶數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過調(diào)制，將其頻帶搬移到相應(yīng)的載頻頻帶上再傳輸（頻帶傳輸時(shí)信道上傳輸?shù)氖悄M信號(hào)）。r 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 利用PCM信道傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，即利用PCM30/32系統(tǒng)的某些時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。傳輸代碼 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。 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

5、Code forInformation Interchange，簡(jiǎn)稱ASCII碼)。7位二進(jìn)制碼一共有=128種組合，可表示128個(gè)不同的字母、數(shù)字和符號(hào)。代碼在順序傳輸過程中以b1作為第一位，b7為最后一位。國(guó)際5號(hào)碼編碼表b8b7b6b500000001001000110100010101100111H010203040506070b4b3b2b1HD0163248648096112000000NULDLESP0Pp000111SOHDC1!1AQaq001022STXDC2”2BRbr001133ETXDC3#3CScs010044EOTDC4$4DTdt010155ENQNAK%5EU

6、eu011066ACKSYN&6FVfv011177BELETB7GWgw100088BSCAN(8HXhx100199HTEM)9IYiy1010A10LFSUB*:JZjz1011B11VTESC+;Kk1100C12FFFS,Nn1111F15SIUS/?O_o1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理的系統(tǒng)。（1） 數(shù)據(jù)終端設(shè)備 數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）由數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備和傳輸控制器組成。 r數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備 在發(fā)送端把人們的數(shù)據(jù)信息變成以數(shù)字代碼表示的數(shù)據(jù)信號(hào)，

7、即將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)；接收端完成相反的變換，即把數(shù)據(jù)信號(hào)還原為數(shù)據(jù)。r傳輸控制器傳輸控制器 作用是完成各種傳輸控制，如差錯(cuò)控制、終端的接續(xù)控制、確認(rèn)控制、傳輸順序控制和切斷等控制等。 DTE是一個(gè)總稱，根據(jù)實(shí)際需要采用不同的設(shè)備。具有一定處理功能的個(gè)人計(jì)算機(jī)也可稱為DTE。（2） 數(shù)據(jù)電路r數(shù)據(jù)電路位于DTE與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間，其作用是為數(shù)據(jù)通信提供傳輸通道。r在數(shù)據(jù)電路兩端收發(fā)的是二級(jí)制“1”或“0”的數(shù)據(jù)信號(hào)。（3）中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由通信控制器、主機(jī)及其外圍設(shè)備組成。r 通信控制器通信控制器 通信控制器的主要功能，對(duì)遠(yuǎn)程DTE一側(cè)來(lái)說(shuō)，是差錯(cuò)控制、終端的接續(xù)控制、確認(rèn)控制、傳輸

8、順序控制和切斷等控制；對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一側(cè)來(lái)說(shuō)，其功能是將線路上來(lái)的串行比特信號(hào)變成并行比特信號(hào)，或?qū)⒂?jì)算機(jī)輸出的并行比特信號(hào)變成串行比特信號(hào)。r 主機(jī)主機(jī) 主機(jī)又稱中央處理機(jī)，由中央處理單元(CPU)、主存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備以及其他外圍設(shè)備組成，其主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 1.3 數(shù)據(jù)通信傳輸信道1.3.11.3.1 信道類型及特性信道類型及特性r根據(jù)信道上傳輸?shù)男盘?hào)形式不同根據(jù)信道上傳輸?shù)男盘?hào)形式不同 模擬信道 數(shù)字信道r根據(jù)傳輸方式根據(jù)傳輸方式 物理實(shí)線傳輸媒介信道 電話網(wǎng)傳輸信道 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道（1）物理實(shí)線傳輸信道 物理實(shí)線傳輸媒介信道主要包括雙絞線、同軸電纜和光纖。光 纖 光纖有不同

9、的結(jié)構(gòu)形式，目前通信用的光纖絕大多光纖有不同的結(jié)構(gòu)形式，目前通信用的光纖絕大多數(shù)是用石英材料做成的橫截面很小的雙層同心玻璃體，數(shù)是用石英材料做成的橫截面很小的雙層同心玻璃體，外層玻璃的折射率比內(nèi)層稍低。折射率高的中心部分叫外層玻璃的折射率比內(nèi)層稍低。折射率高的中心部分叫做做纖芯纖芯，折射率低的外圍部分稱為，折射率低的外圍部分稱為包層包層。光纖的分類(a)按照折射率分布分按照折射率分布分階躍型光纖階躍型光纖纖芯折射率沿半徑方向保持一定，包層折射率纖芯折射率沿半徑方向保持一定，包層折射率沿半徑方向也保持一定，而且纖芯和包層的折射率在邊界處呈階沿半徑方向也保持一定，而且纖芯和包層的折射率在邊界處呈階

10、梯型變化的光纖，稱為階躍型光纖，又可稱為均勻光纖。梯型變化的光纖，稱為階躍型光纖，又可稱為均勻光纖。漸變型光纖漸變型光纖纖芯折射率隨著半徑加大而逐漸減小，而包層纖芯折射率隨著半徑加大而逐漸減小，而包層中折射率是均勻的，這種光纖稱為漸變型光纖，又稱非均勻光纖。中折射率是均勻的，這種光纖稱為漸變型光纖，又稱非均勻光纖。光纖的分類(b)按照傳輸模式來(lái)分按照傳輸模式來(lái)分 單模光纖光纖中只傳輸單一模式時(shí)，叫做單模光纖。單模光纖的纖芯直徑較小，通常纖芯中折射率的分布認(rèn)為是均勻分布的。由于單模光纖只傳輸基模，從而完全避免了模式色散，使傳輸帶寬大大加寬。因此，它適用于大容量、長(zhǎng)距離的光纖通信。 多模光纖在一定

11、的工作波長(zhǎng)下，可以傳輸多種模式的介質(zhì)波導(dǎo)，稱為多模光纖。其纖芯可以采用階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。由于模色散的存在使多模光纖的帶寬變窄，但其制造、耦合、連接都比單模光纖容易。光纖的分類(c)按光纖的材料來(lái)分按光纖的材料來(lái)分 石英系光纖光纖的纖芯和包層由高純度的SiO2摻有適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)制成，光纖的損耗低，強(qiáng)度和可靠性較高，目前應(yīng)用最廣泛。 石英芯、塑料包層光纖光纖的芯子是用石英制成，包層采用硅樹脂。 多成分玻璃纖維 一般用鈉玻璃摻有適當(dāng)雜質(zhì)制成。 塑料光纖光纖的芯子和包層都由塑料制成。 （2）電話網(wǎng)傳輸信道r 電話網(wǎng)傳輸信道是指通過傳輸話音信號(hào)的電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。電話網(wǎng)傳輸信道是

12、指通過傳輸話音信號(hào)的電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。r 電話網(wǎng)絡(luò)是用于傳輸話音信號(hào)（頻帶范圍是電話網(wǎng)絡(luò)是用于傳輸話音信號(hào)（頻帶范圍是3003003400Hz3400Hz）的，）的，屬于屬于帶通型信號(hào)帶通型信號(hào)，所以電話網(wǎng)是對(duì)應(yīng)帶通信號(hào)的帶通型信道。電，所以電話網(wǎng)是對(duì)應(yīng)帶通信號(hào)的帶通型信道。電話網(wǎng)絡(luò)的其他環(huán)節(jié)，如用戶線部分一般是用雙絞線對(duì)，屬于低通話網(wǎng)絡(luò)的其他環(huán)節(jié)，如用戶線部分一般是用雙絞線對(duì)，屬于低通型特性；中繼線路，一般是采用光纖傳輸系統(tǒng)、數(shù)字微波及衛(wèi)星型特性；中繼線路，一般是采用光纖傳輸系統(tǒng)、數(shù)字微波及衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)等，屬于數(shù)字型傳輸信道。傳輸系統(tǒng)等，屬于數(shù)字型傳輸信道。r 電話網(wǎng)傳輸信道的綜合特性是

13、屬于電話網(wǎng)傳輸信道的綜合特性是屬于帶通型信道，其通帶頻率范圍帶通型信道，其通帶頻率范圍是是300300340OHz 340OHz 。（3）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道 采用PCM數(shù)字信道作為數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸信道稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道。這種信道的連接方式是，將多個(gè)低速數(shù)據(jù)終端輸出的信號(hào)經(jīng)時(shí)分多路復(fù)用或集中合成到64kbit/s速率，然后直接以數(shù)字方式合入到PCM30路系統(tǒng)的某一個(gè)時(shí)隙，最后復(fù)用到2.048Mbit/s在數(shù)字線路上傳輸。這時(shí)的數(shù)字線路可以是光纖傳輸系統(tǒng)，也可以是數(shù)字微波及衛(wèi)星等傳輸系統(tǒng)。1.3.2傳輸損耗r 信號(hào)在傳輸介質(zhì)中傳播時(shí)將會(huì)有一部分能量轉(zhuǎn)化成熱能或者被傳輸介質(zhì)吸收，從而造成信號(hào)強(qiáng)度不斷減弱

14、，這種現(xiàn)象稱為傳輸損耗（或傳輸衰減）。r 傳輸衰減是影響傳輸距離的重要因素之一。傳輸衰減的衡量是網(wǎng)絡(luò)的輸入端功率與輸出端功率之差。衰減常用的符號(hào)是dB(分貝) 。 例：如設(shè)0點(diǎn)為發(fā)送源點(diǎn)，其發(fā)送功率為P0，傳輸終點(diǎn)為l點(diǎn)，接收點(diǎn)功率為P1，則0點(diǎn)到l點(diǎn)的傳輸損耗就是dBPPD10lg101.3.3 噪聲與干擾 噪聲是通信系統(tǒng)中存在的對(duì)正常信號(hào)傳輸起干擾作用的、不可避免的一種干擾信號(hào)。r 工業(yè)噪聲工業(yè)噪聲 它來(lái)源于各種電氣設(shè)備，如電力線、點(diǎn)火系統(tǒng)、電車、電源開關(guān)、電力鐵道、高頻電爐等。r 天電噪聲天電噪聲 它來(lái)源于雷電、磁暴、太陽(yáng)黑子以及宇宙射線等。由于這類自然現(xiàn)象與發(fā)生的時(shí)間、季節(jié)、地區(qū)等有關(guān)

15、系，因此受天電干擾的影響也是大小不同的。 以上兩類噪聲所產(chǎn)生的干擾都稱為脈沖干擾，它的特點(diǎn)是波形不連續(xù)，呈脈沖性質(zhì)。并且發(fā)生這類干擾的時(shí)間很短，強(qiáng)度很大，而周期是隨機(jī)的，因此它可以用隨機(jī)的窄脈沖序列來(lái)表示。由于脈沖很窄，所以占用的頻譜必然很寬。這類干擾對(duì)數(shù)據(jù)通信會(huì)造成較大影響。 r 內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲l它來(lái)源于信道本身所包含的各種電子器件、轉(zhuǎn)換器以及天線或傳輸線等。這類干擾的特點(diǎn)是由無(wú)數(shù)個(gè)自由電子作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)所形成的，因此它的波形也是不規(guī)則變化的，常稱之為起伏噪聲。由于在數(shù)學(xué)上可以用隨機(jī)過程來(lái)描述這類干擾，因此又可稱為隨機(jī)噪聲，或者簡(jiǎn)稱為噪聲。l噪聲按照統(tǒng)計(jì)特性分有高斯噪聲和白噪聲。高斯噪聲是指

16、它的概率密度函數(shù)服從高斯分布(即正態(tài)分布)；白噪聲是指它的功率譜密度函數(shù)在整個(gè)頻率域(一+)內(nèi)是常數(shù)（通常以來(lái)N0表示，單位是W/Hz）。l 若噪聲的概率密度函數(shù)服從高斯分布， 功率譜密度函數(shù)在整個(gè)頻率域(一+)內(nèi)是常數(shù)，這類噪聲稱為高斯白噪聲。實(shí)際信道中的噪聲都是高斯白噪聲。1.3.4 信噪比r 信噪比信噪比 信噪比就是用來(lái)描述信號(hào)傳輸過程所受到損耗和噪聲干擾程度的量。信噪比是指某一點(diǎn)上的信號(hào)功率與噪聲功率之比，可表示為 Ps是信號(hào)平均功率；PN是噪聲平均功率。信噪比通常是以分貝（dB）來(lái)表示的，其公式為NSPPNSNSdBPPNSlg101.4 數(shù)據(jù)傳輸方式1.4.1 串行傳輸與并行傳輸r

17、 串行傳輸串行傳輸 串行傳輸是數(shù)據(jù)碼流以串行方式在一條信道上傳輸。在串行傳輸時(shí)，接收端如何從串行數(shù)據(jù)碼流中正確地劃分出發(fā)送的一個(gè)個(gè)字符所采取的措施稱為字符同步。r 并行傳輸并行傳輸 并行傳輸是將數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。1.4.2異步傳輸與同步傳輸r 異步傳輸異步傳輸 l 異步傳輸是每次傳送一個(gè)字符，各字符的位置不固定。為了在接收端區(qū)分每個(gè)字符，在發(fā)送每一個(gè)字符的前面均加上一個(gè)“起”信號(hào)，其長(zhǎng)度規(guī)定為一個(gè)碼元，極性為“0”，后面均加一個(gè)“止”信號(hào)。對(duì)于國(guó)際電報(bào)2號(hào)碼，“止”信號(hào)長(zhǎng)度為1.5個(gè)碼元，對(duì)于國(guó)際5號(hào)碼或其他代碼，“止”信號(hào)長(zhǎng)度為1或2個(gè)碼元，極性為“1”。l 字

18、符可以連續(xù)發(fā)送，也可以單獨(dú)發(fā)送；不發(fā)送字符時(shí)，連續(xù)發(fā)送“止”信號(hào)。因此，每一字符的起始時(shí)刻可以是任意的(這正是稱為異步傳輸?shù)暮?，但在同一個(gè)字符內(nèi)各碼元長(zhǎng)度相等。這樣，接收端可根據(jù)字符之間的從“止”信號(hào)到“起”信號(hào)的跳變 (“1”“0”)來(lái)檢測(cè)識(shí)別一個(gè)新字符的“起”信號(hào)，從而正確地區(qū) 分一個(gè)個(gè)字符。因此，這樣的字符同步方法又稱起止式同步。l 異步傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)字符同步比較簡(jiǎn)單，收發(fā)雙方的時(shí)鐘信號(hào)不 需要精確的同步。缺點(diǎn)是每個(gè)字符增加了起、止的比特位，降低了信息傳輸效率，所以，常用于1200bit/s及其以下的低速數(shù)據(jù)傳輸。 r 同步傳輸同步傳輸 l 同步傳輸是以固定時(shí)鐘節(jié)拍來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的

19、，在串行數(shù)據(jù)碼流中，各字符之間的相對(duì)位置都是固定的，因此不必對(duì)每個(gè)字符加“起”信號(hào)和“止”信號(hào)，只需在一串字符流前面加一個(gè)起始字符，后面加一個(gè)終止字符，表示字符流的開始和結(jié)束。l 同步傳輸有兩種同步方式：字符同步和幀同步。l 同步傳輸一般采用幀同步。接收端要從收到的數(shù)據(jù)碼流中正確區(qū)分發(fā)送的字符，必須建立位定時(shí)同步和幀同步。位定時(shí)同步又叫比特同步，其作用是使接收端的位定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)和收到的輸入信號(hào)同步，以便從接收的信息流中正確識(shí)別一個(gè)個(gè)信號(hào)碼元，產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)序列。l 同步傳輸與異步傳輸相比，在技術(shù)上要復(fù)雜（因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)位定時(shí)同步和幀同步），但它不需要對(duì)每一個(gè)字符單獨(dú)加起、止碼元作為識(shí)別字符的標(biāo)志，只

20、是在一串字符的前后加上標(biāo)志序列，因此傳輸效率較高。通常用于速率為2400bit/s及其以上的數(shù)據(jù)傳輸。異步傳輸與同步傳輸1.4.3 1.4.3 單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸r 單工數(shù)據(jù)傳輸單工數(shù)據(jù)傳輸l單工數(shù)據(jù)傳輸是兩數(shù)據(jù)站之間只能沿一個(gè)指定的方向進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。l遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，如氣象數(shù)據(jù)的收集，采用單工傳輸。r 半雙工數(shù)據(jù)傳輸半雙工數(shù)據(jù)傳輸l半雙工數(shù)據(jù)傳輸是兩數(shù)據(jù)站之間可以在兩個(gè)方向上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但不能同時(shí)進(jìn)行。l問詢、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)適用半雙工數(shù)據(jù)傳輸。r 全雙工數(shù)據(jù)傳輸全雙工數(shù)據(jù)傳輸l全雙工數(shù)據(jù)傳輸是在兩數(shù)據(jù)站之間，可以在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行傳輸

21、。l適用于計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。1.5 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)q工作速率 工作速率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的主要指標(biāo)，通常使用3種不同的定義：調(diào)制速率、數(shù)據(jù)傳信速率和數(shù)據(jù)傳送速率。（1）調(diào)制速率 調(diào)制速率（即符號(hào)速率或碼元速率）是每秒傳輸信號(hào)碼元的個(gè)數(shù)，又稱波特率，單位為波特(Baud)。如信號(hào)碼元持續(xù)時(shí)間(時(shí)間長(zhǎng)度)為T(s)，則調(diào)制速率NBaud為)(1audSTNB1.5.1有效性指標(biāo)（2）數(shù)據(jù)傳信速率p數(shù)據(jù)傳信速率是每秒所傳輸數(shù)據(jù)傳信速率是每秒所傳輸?shù)男畔⒘俊５男畔⒘?。p信息量的度量單位為信息量的度量單位為“比比特特”(bit)(bit)。所以信息傳輸。所以信息傳輸速率的

22、定義也可以說(shuō)成是：速率的定義也可以說(shuō)成是：每秒所傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元數(shù)，每秒所傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元數(shù)，其單位為其單位為bit/sbit/s。p當(dāng)信號(hào)為當(dāng)信號(hào)為M M電平，即電平，即M M進(jìn)制時(shí)，進(jìn)制時(shí)，數(shù)據(jù)傳信速率和調(diào)制速率之?dāng)?shù)據(jù)傳信速率和調(diào)制速率之間的關(guān)系：間的關(guān)系：MNR2log（3）數(shù)據(jù)傳送速率n 數(shù)據(jù)傳送速率的定義是：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的相應(yīng)設(shè)備之間傳送的比特、字符或碼組平均數(shù)。定義中的相應(yīng)設(shè)備常指調(diào)制解調(diào)器、中間設(shè)備或數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)宿。單位為比特/秒(bit/s)、字符/秒或碼組/秒n 數(shù)據(jù)傳信速率與數(shù)據(jù)傳送速率不同。數(shù)據(jù)傳信速率是傳輸數(shù)據(jù)的速率，數(shù)據(jù)傳送速率是相應(yīng)設(shè)備之間實(shí)際能達(dá)到的

23、平均數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移速率。它不僅與發(fā)送的比特率有關(guān)，而且與差錯(cuò)控制方式、通信規(guī)程以及信道差錯(cuò)率有關(guān)，即與傳輸?shù)男视嘘P(guān)。因此，數(shù)據(jù)傳送速率總是小于數(shù)據(jù)傳信速率。n 數(shù)據(jù)傳輸速率的三個(gè)定義在實(shí)際應(yīng)用上既有聯(lián)系又有側(cè)重。在討論信道特性，特別是傳輸頻帶寬度時(shí)，通常使用調(diào)制速率在研究傳輸數(shù)據(jù)速率時(shí)，采用數(shù)據(jù)傳信率在涉及系統(tǒng)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳送能力時(shí)，則使用數(shù)據(jù)傳送率。q頻帶利用率 數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸需要一定的頻帶。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)占用的頻帶越寬，傳輸數(shù)據(jù)信息的能力越大。即使兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳輸速率相同，但它們的通信效率也可能不同，這還要看傳輸相同信息所占的頻帶寬度。 真正衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有效性的指標(biāo)是單位頻帶內(nèi)的傳輸速率

24、，即頻帶利用率。頻帶利用率的定義為）（頻帶寬度碼元傳輸速率ZBd/H）（頻帶寬度信息傳輸速率ZH/sbit1.5.2 可靠性指標(biāo) 可靠性指標(biāo)是用差錯(cuò)率來(lái)衡量的。 差錯(cuò)率可以有多種定義，在數(shù)據(jù)傳輸中，一般采用誤碼碼率、誤字符率、誤碼組率來(lái)表示，它們分別定義為： 數(shù)總的發(fā)送字符（碼組）碼組）數(shù)接收出現(xiàn)差錯(cuò)的字符（誤字符（碼組）率總的發(fā)送比特?cái)?shù)接收出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)誤碼率例1-1：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制速率為2400Bd，采用8電平傳輸，假設(shè)1000秒誤了8個(gè)比特， 求誤碼率。 設(shè)系統(tǒng)的帶寬為1200Hz,求頻帶利用率為多少bit/(sHz)。 解：數(shù)據(jù)傳信速率為 頻帶利用率為6-221011. 1720

25、010008/72008log2400log誤碼率sbitMNRBd)/(612007200HzsbitBR1.5.3 信道容量 q信道容量是指在單位時(shí)間內(nèi)所能傳送的最大信息量，即信道的最大傳信速率。信道容量的單位為比特/秒。（1 1）模擬信道的信道容量）模擬信道的信道容量 模擬信道的信道容量可以根據(jù)香農(nóng)(Shannon)定律計(jì)算。香農(nóng)定律指出：在信號(hào)平均功率受限的高斯白噪聲信道中，信道的極限信息傳輸速率(信道容量)為 式中，B為信道帶寬，S/N信號(hào)功率與噪聲功率之比。)/()1 (log2sbitNSBC例：有一個(gè)經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的電話網(wǎng)信道，該信道帶寬為4000Hz，信道噪聲為加

26、性高斯白噪聲，其信噪比為30dB,求該信道的信道容量。解：sbitNSBCNSdBNSNSdB/39868967. 94000)10001 (log4000)1 (log100010/30)/lg(10)/(223（2） 數(shù)字信道的信道容量 典型的數(shù)字信道是平穩(wěn)、對(duì)稱、無(wú)記憶的離散信道，它可以用二進(jìn)制或多進(jìn)制傳輸。 離散是指在信道內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)是離散的數(shù)字信號(hào)； 對(duì)稱是指任何碼元正確傳輸和錯(cuò)誤傳輸?shù)母怕逝c其他碼元一樣； 平穩(wěn)是指對(duì)任何碼元來(lái)說(shuō)，錯(cuò)誤概率Pi的取值都是相同的； 無(wú)記憶是指接收到的第i個(gè)碼元僅與發(fā)送的第i個(gè)碼元有關(guān)，而與第i個(gè)碼元以前的發(fā)送碼元無(wú)關(guān)。 根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）準(zhǔn)

27、則，帶寬為的信道所能傳送的信號(hào)最高碼元速率為2B波特。因此，無(wú)噪聲數(shù)字信道容量為: 其中，M為進(jìn)制數(shù)。 例：假設(shè)一個(gè)四進(jìn)制無(wú)噪聲數(shù)字信號(hào)，帶寬為3000Hz，求其信道容量。)/(log22sbitMBC 解：sbitMBC/120004log30002log222+( )1.6 信道復(fù)用技術(shù)n復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。 +A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2共享信道(a) 使用單獨(dú)的信道(b) 使用共享信道復(fù)用分用頻分復(fù)用n用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個(gè)頻帶。這個(gè)頻帶。n頻分

28、復(fù)用頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的注意，這里的“帶寬帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。 頻率時(shí)間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5時(shí)分復(fù)用n時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的則是將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)時(shí)分復(fù)用幀用幀（TDM 幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè)個(gè) TDM 幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。n每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)周期性地出現(xiàn)（其周（其周期就是期就是 TDM 幀

29、的長(zhǎng)度）。幀的長(zhǎng)度）。nTDM 信號(hào)也稱為信號(hào)也稱為等時(shí)等時(shí)(isochronous)信號(hào)。信號(hào)。n時(shí)分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用時(shí)分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用同樣的同樣的頻帶寬度。頻帶寬度。時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間B C DB C DB C DB C DAAAATDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi) ABCDaabbcdb cattttt4 個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用用戶ABCDabcdttttt3 個(gè) STDM 幀#1acbab bcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用波分復(fù)用 1550 nm 0 1551 nm 1

30、 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm n波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 km光調(diào)制器光解調(diào)器碼分復(fù)用n常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。n各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。n這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗

31、干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 n每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)。 碼片序列n每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。 n例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。n發(fā)送比特 1 時(shí)，就發(fā)送序列 00011011，n發(fā)送比特 0 時(shí)，就發(fā)送序列 11100100。nS 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) CDMA的重要特點(diǎn) 每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。

32、兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0： 任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1 一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是 1011miiiTSmTSmimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSCDMA的工作原理S 站的碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片tS 站發(fā)送的信號(hào) SxT 站發(fā)送的信號(hào) Tx總的發(fā)送信號(hào) Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端1.7 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)概述1.7.1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成 數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備 主要功能是向網(wǎng)絡(luò)輸出數(shù)據(jù)和從網(wǎng)絡(luò)

33、中接收數(shù)據(jù)，并具有一定的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸控制功能。 數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以是計(jì)算機(jī)，也可以是一般的數(shù)據(jù)終端。 數(shù)據(jù)交換設(shè)備數(shù)據(jù)交換設(shè)備 基本功能是完成對(duì)接入交換節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路的匯集、轉(zhuǎn)接接續(xù)和分配。 數(shù)據(jù)傳輸鏈路數(shù)據(jù)傳輸鏈路 數(shù)據(jù)傳輸鏈路是數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸通道。包括用戶終端的入網(wǎng)路段和交換機(jī)之間的傳輸鏈路。 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成1.7.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類q 按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 (1)網(wǎng)狀網(wǎng)與不完全網(wǎng)狀網(wǎng) 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的骨干網(wǎng)一般采用不完全網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類（2）星形網(wǎng) 星形網(wǎng)一般用于非骨干網(wǎng)。（3）樹形網(wǎng) 樹形網(wǎng)是星形網(wǎng)的擴(kuò)展，它也是數(shù)據(jù)通信非骨干網(wǎng)采用的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（4）環(huán)形網(wǎng)

34、環(huán)形網(wǎng)是各節(jié)點(diǎn)首尾相連組成一個(gè)環(huán)狀。q按傳輸技術(shù)分類 (1)(1)交換網(wǎng)交換網(wǎng) 根據(jù)采用的交換方式的不同，交換網(wǎng)又可分為電路交換網(wǎng)、報(bào)文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)等。另外，還有采用數(shù)字交叉連接設(shè)備的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)。(2)(2)廣播網(wǎng)廣播網(wǎng) 在廣播網(wǎng)中，每個(gè)數(shù)據(jù)站的收發(fā)信機(jī)共享同一傳輸媒質(zhì)，從任一數(shù)據(jù)站發(fā)出的信號(hào)可被所有的其他數(shù)據(jù)站接收。在廣播網(wǎng)中沒有中間交換節(jié)點(diǎn)。1.8 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念q計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念 將若干臺(tái)具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)通過通信設(shè)備及傳輸媒體互連起來(lái)，在通信軟件（操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）的支持下，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間信息傳輸與交換的系統(tǒng)，稱之為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。q計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的組成 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)由一系列計(jì)算機(jī)、具有信息處理與交換功能的節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)間的傳輸線路組成。 計(jì)算機(jī)屬于數(shù)據(jù)終端設(shè)備，發(fā)送和接收的是數(shù)據(jù)信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(即交換機(jī))及連接它們的傳輸鏈路組成通信子網(wǎng)，負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)信息傳輸與交換。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類（1 1）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)性質(zhì)進(jìn)行分類）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)性質(zhì)進(jìn)行分類 公用網(wǎng)公用網(wǎng)(Public Network)也稱為公眾網(wǎng)，是由國(guó)家郵電部門組建的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸和轉(zhuǎn)接裝置可供任何部