計算機網(wǎng)絡（第05講）

1、軟件學院軟件學院計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡（第五講）主講：李 勇二零一四年九月軟件學院計算機網(wǎng)絡講義2上次課主要內容o 計算機網(wǎng)絡的知識體系計算機網(wǎng)絡的知識體系o 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念n通信線路通信線路n物理鏈路物理鏈路n信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號n信道、帶寬信道、帶寬n模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)n模擬信號與數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號n基帶信號與寬帶信號基帶信號與寬帶信號軟件學院2.4 數(shù)據(jù)通信技術數(shù)據(jù)通信技術o 2.4.1 編碼與調制編碼與調制o 2.4.2 信道極限容量信道極限容量o 2.4.3 數(shù)據(jù)通信的基本方式數(shù)據(jù)通信的基本方式o 2.4.4 數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)

2、交換方式o 2.4.5 多路復用技術多路復用技術o 2.4.6 差錯校驗和控制差錯校驗和控制軟件學院2.4.1 編碼與調制編碼與調制o 無論是數(shù)字數(shù)據(jù)還是模擬數(shù)據(jù)均可用數(shù)字信無論是數(shù)字數(shù)據(jù)還是模擬數(shù)據(jù)均可用數(shù)字信號或模擬信號發(fā)送或傳送。號或模擬信號發(fā)送或傳送。1、數(shù)字數(shù)據(jù)用模擬信號編碼、數(shù)字數(shù)據(jù)用模擬信號編碼2、數(shù)字數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼、數(shù)字數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼3、模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼、模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼4、模擬數(shù)據(jù)用模擬信號編碼、模擬數(shù)據(jù)用模擬信號編碼軟件學院1、數(shù)字數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼、數(shù)字數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼o將數(shù)字數(shù)據(jù)用信號的波形來表示稱為編碼將數(shù)字數(shù)據(jù)用信號的波形來表示稱為編碼1、數(shù)字

3、數(shù)據(jù)可以由許多不同形式的電信號的波形來表示；、數(shù)字數(shù)據(jù)可以由許多不同形式的電信號的波形來表示；2、電信號的波形可用電壓或電流的脈沖序列來表示；、電信號的波形可用電壓或電流的脈沖序列來表示；3、在使用時間域的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基、在使用時間域的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形稱為碼元；本波形稱為碼元；4、每個基本波形的時間間隔是相同的，、每個基本波形的時間間隔是相同的， 這個間隔被稱為碼元長這個間隔被稱為碼元長度或碼元時間間隔。度或碼元時間間隔。o碼元與數(shù)據(jù)碼元與數(shù)據(jù)1、一個碼元可攜帶一位或多位數(shù)據(jù)；、一個碼元可攜帶一位或多位數(shù)據(jù)；2、碼元時間內的電平級數(shù)（、碼

4、元時間內的電平級數(shù)（n，也稱調制電平數(shù)）決定碼元攜帶，也稱調制電平數(shù)）決定碼元攜帶的數(shù)據(jù)位數(shù)（的數(shù)據(jù)位數(shù)（b）。）。 nb2log軟件學院波特率與比特率波特率與比特率o 碼元的傳輸單位是波特（碼元的傳輸單位是波特（baud），每秒鐘傳輸?shù)模?，每秒鐘傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為波特率（波特碼元數(shù)稱為波特率（波特/秒）。秒）。o 數(shù)據(jù)的傳輸單位是位（數(shù)據(jù)的傳輸單位是位（bit），每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)），每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)稱為比特率（比特位數(shù)稱為比特率（比特/秒），又稱數(shù)據(jù)傳輸率。秒），又稱數(shù)據(jù)傳輸率。比特率（比特率（C）=波特率（波特率（B）每碼元攜帶的比特每碼元攜帶的比特數(shù)。數(shù)。n是每碼元時間間隔內電平級數(shù)。

5、是每碼元時間間隔內電平級數(shù)。nBC2log軟件學院誤碼率誤碼率o 誤碼率是衡量信息傳輸可靠性的一個參數(shù)。誤碼率是衡量信息傳輸可靠性的一個參數(shù)。1、指二進制碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率。、指二進制碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率。2、當所傳輸?shù)臄?shù)字序列足夠長時，它近似等于被傳錯、當所傳輸?shù)臄?shù)字序列足夠長時，它近似等于被傳錯的二進制位數(shù)與所傳總位數(shù)的比值。的二進制位數(shù)與所傳總位數(shù)的比值。o 在計算機網(wǎng)絡中誤碼率要求低于在計算機網(wǎng)絡中誤碼率要求低于10-610-11。o 實際應用中，也可用誤字率來表示。誤字率指錯誤接收實際應用中，也可用誤字率來表示。誤字率指錯誤接收的字符數(shù)占傳輸總字符數(shù)的比例。的字符數(shù)

6、占傳輸總字符數(shù)的比例。NNeep軟件學院信息傳輸?shù)耐暾^程信息傳輸?shù)耐暾^程o 數(shù)據(jù)是信息的表達方式，信息是數(shù)據(jù)的內容數(shù)據(jù)是信息的表達方式，信息是數(shù)據(jù)的內容；信息通過字符集形成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)編碼成信；信息通過字符集形成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)編碼成信號，信號則以碼元的形式表現(xiàn)。號，信號則以碼元的形式表現(xiàn)。信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)碼元碼元信號信號信源信源信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)碼元碼元信號信號信宿信宿自然語言自然語言比特流比特流基本波形基本波形基本波形基本波形電磁能量電磁能量比特流比特流自然語言自然語言參數(shù)選擇參數(shù)選擇字符集字符集編碼編碼編碼編碼字符集字符集參數(shù)選擇參數(shù)選擇軟件學院不同的編碼方案不同的編碼方案o 表示不同數(shù)字數(shù)據(jù)

7、的碼元的形式不同，產生出表示不同數(shù)字數(shù)據(jù)的碼元的形式不同，產生出不同的編碼方案。不同的編碼方案。1、單極性遍碼、單極性遍碼2、雙極性編碼、雙極性編碼3、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼軟件學院單極性編碼單極性編碼o所謂單極性編碼，是指在每一碼元時間間隔內，有電流發(fā)出表所謂單極性編碼，是指在每一碼元時間間隔內，有電流發(fā)出表示二進制示二進制“1”，無電流發(fā)出表示二進制，無電流發(fā)出表示二進制“0”。1、如果整個碼元時間內維持有效電平，則屬于全寬碼，稱為、如果整個碼元時間內維持有效電平，則屬于全寬碼，稱為單極性不歸零型編碼（單極性不歸零型編碼（NRZ）；）；2、如果邏輯、

8、如果邏輯“1”只在該碼元時間維持一段時間就變成只在該碼元時間維持一段時間就變成0電平電平，稱為單極性歸零型編碼（，稱為單極性歸零型編碼（RZ）。）。單極性不歸零編碼單極性不歸零編碼 單極性歸零編碼單極性歸零編碼 軟件學院雙極性編碼雙極性編碼o所謂雙極性編碼，是指在每一個碼元時間間隔內，發(fā)出正電流所謂雙極性編碼，是指在每一個碼元時間間隔內，發(fā)出正電流表示二進制表示二進制“1”，發(fā)出負電流表示二進制，發(fā)出負電流表示二進制“0”，正和負的幅，正和負的幅值相等。值相等。 1、如果整個碼元時間內維持有效電平，則屬于全寬碼，稱為、如果整個碼元時間內維持有效電平，則屬于全寬碼，稱為雙極性不歸零型編碼（雙極性

9、不歸零型編碼（NRZ）；）；2、如果邏輯、如果邏輯“1”和邏輯和邏輯”0”只在該碼元時間維持一段時間就只在該碼元時間維持一段時間就變成變成0電平，稱為雙極性歸零型編碼（電平，稱為雙極性歸零型編碼（RZ）。）。雙極性不歸零編碼雙極性不歸零編碼 雙極性歸零編碼雙極性歸零編碼 軟件學院曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼o所謂曼徹斯特編碼，是指在每一個碼元時間間隔內，每位中間有一個所謂曼徹斯特編碼，是指在每一個碼元時間間隔內，每位中間有一個電平跳變，從高到低表示電平跳變，從高到低表示“1”，從低到高表示，從低到高表示“0”。o差分曼徹斯特編碼中，每位中間也有一個跳變，每個碼元

10、開始有跳變差分曼徹斯特編碼中，每位中間也有一個跳變，每個碼元開始有跳變表示表示“0”，沒有跳變表示，沒有跳變表示“1”。o曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼可進行同步，稱為自同步編碼。曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼可進行同步，稱為自同步編碼。曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼 差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼 軟件學院軟件學院關于曼徹斯特編碼電平的解釋關于曼徹斯特編碼電平的解釋o雷振甲編寫的雷振甲編寫的：從低電平到高電平的轉換：從低電平到高電平的轉換表示表示 1，從高電平到低電平的轉換表示，從高電平到低電平的轉換表示0；o電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 謝希仁謝希仁計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡 （第（第4版）版）：高

11、電平到低：高電平到低電平的轉換為電平的轉換為1，低電平到高電平的轉換為，低電平到高電平的轉換為0。o清華大學的清華大學的計算機通信與網(wǎng)絡教程計算機通信與網(wǎng)絡教程：從高到低的跳變是：從高到低的跳變是 1 從從低到高的跳變是低到高的跳變是 0 。o在維基百科網(wǎng)站：從低到高是在維基百科網(wǎng)站：從低到高是0，從高到低是，從高到低是1。 o國外的資料：網(wǎng)絡應用中由低電平到高電平是國外的資料：網(wǎng)絡應用中由低電平到高電平是“1”，由高電平到，由高電平到低電平是低電平是“0”。這種說法是網(wǎng)絡應用中的通俗用法。這種說法是網(wǎng)絡應用中的通俗用法。o本課程采用本課程采用 ：高電平到低電平的轉換為高電平到低電平的轉換為1

12、，低電平到高電平的轉換，低電平到高電平的轉換為為0。軟件學院2、數(shù)字數(shù)據(jù)用模擬信號編碼、數(shù)字數(shù)據(jù)用模擬信號編碼o在模擬線路上直接傳送數(shù)字信號會失真。在模擬線路上直接傳送數(shù)字信號會失真。 1、基帶信號包含各種頻率成分，不能全部通過線路；、基帶信號包含各種頻率成分，不能全部通過線路； 2、即使能通過的那部分頻率，衰減程度也不同；、即使能通過的那部分頻率，衰減程度也不同； 3、電話線路中存在各種干擾信號；、電話線路中存在各種干擾信號； 4、傳送的碼元速率越高，信號的失真越嚴重。、傳送的碼元速率越高，信號的失真越嚴重。o為能在模擬線路上傳輸數(shù)字信號，必須將數(shù)字信號轉換成模擬信號。為能在模擬線路上傳輸數(shù)

13、字信號，必須將數(shù)字信號轉換成模擬信號。o調制與解調調制與解調1、基于傅立葉變換，選擇一個正弦波作為載波，利用數(shù)字信號的變化對載波的某、基于傅立葉變換，選擇一個正弦波作為載波，利用數(shù)字信號的變化對載波的某些特性進行控制，從而達到編碼的目的，使數(shù)字數(shù)據(jù)些特性進行控制，從而達到編碼的目的，使數(shù)字數(shù)據(jù)“寄載寄載”到載波上的過程稱到載波上的過程稱為調制。為調制。2、從載波上取出攜帶的數(shù)字數(shù)據(jù)過程稱為解調。、從載波上取出攜帶的數(shù)字數(shù)據(jù)過程稱為解調。3、基本的調制方法有：調輻（、基本的調制方法有：調輻（ASK）、調頻（）、調頻（FSK）和調相（）和調相（PSK）。）。軟件學院典型的模擬傳輸系統(tǒng)典型的模擬傳輸

14、系統(tǒng)o典型的模擬傳輸系統(tǒng)是傳統(tǒng)的電話通信系統(tǒng)典型的模擬傳輸系統(tǒng)是傳統(tǒng)的電話通信系統(tǒng) 1、電話網(wǎng)絡分為、電話網(wǎng)絡分為5級（大區(qū)中心、省中心、地區(qū)中心、縣中心和市級（大區(qū)中心、省中心、地區(qū)中心、縣中心和市話網(wǎng)）；話網(wǎng)）； 2、用戶線采用二線制，通信距離為、用戶線采用二線制，通信距離為1-10km，長途采用頻分復用，長途采用頻分復用； 3、目前，我國電話系統(tǒng)的中繼線路已經(jīng)數(shù)字化，只有用戶線路還采、目前，我國電話系統(tǒng)的中繼線路已經(jīng)數(shù)字化，只有用戶線路還采用模擬線路。用模擬線路。軟件學院調制解調器調制解調器o 調制解調器調制解調器1、實現(xiàn)調制解調功能的設備稱為調制解調器。、實現(xiàn)調制解調功能的設備稱為調制

15、解調器。2、可按應用環(huán)境（音頻、基帶、無線）、傳輸速率（低速、可按應用環(huán)境（音頻、基帶、無線）、傳輸速率（低速：600b/s以下以下/s、中速：、中速：1200b/s-9600b/s、高、高速：速：9600b以上）、調制方式（頻移鍵控、相移鍵控、以上）、調制方式（頻移鍵控、相移鍵控、相位幅度調制）以及特性（人工撥號、自動撥號相位幅度調制）以及特性（人工撥號、自動撥號/應答應答、智能）對調制解調器進行分類。、智能）對調制解調器進行分類。o 利用調制解調器變換基帶信號，使數(shù)字信號變成模擬利用調制解調器變換基帶信號，使數(shù)字信號變成模擬信號，調制的方式有信號，調制的方式有3類：調幅、調頻和調相。類：調

16、幅、調頻和調相。軟件學院3、模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼、模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼o 數(shù)字信號在傳輸過程中是用有限個離散值的信號來數(shù)字信號在傳輸過程中是用有限個離散值的信號來表達信息。表達信息。1、失真小、失真小2、誤碼率低、誤碼率低3、費用低、費用低4、傳輸速率高、傳輸速率高o 典型的模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼的方法典型的模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號編碼的方法-脈沖編脈沖編碼調制（碼調制（PCM） 軟件學院脈沖編碼調制脈沖編碼調制PCM體制簡介體制簡介o 數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的脈碼調制數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的脈碼調制PCM （Pulse Code Modulation）是一種利用數(shù)字鏈路傳輸模擬信號）是一種利用數(shù)字鏈路傳輸模擬

17、信號的方法；的方法；o 現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)大多采用現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)大多采用PCM調制方法；調制方法；o 由于歷史的原因，由于歷史的原因，PCM有兩個不兼容的國際標準有兩個不兼容的國際標準，即北美的，即北美的24路路PCM（簡稱（簡稱T1）和歐洲的）和歐洲的30路路PCM（簡稱（簡稱E1），我國采用的是歐洲的），我國采用的是歐洲的E1。o T1的速率為的速率為1.544Mb/s，E1的速率為的速率為2.048Mb/s。軟件學院脈碼調制脈碼調制PCM體制基本思想體制基本思想o PCM的理論基礎是采樣定理的理論基礎是采樣定理 。o 采用采用PCM進行數(shù)字化變換的過程進行數(shù)字化變換的過程1、采樣：每

18、隔一定的時間間隔，把模擬信號的值取出、采樣：每隔一定的時間間隔，把模擬信號的值取出來，獲得幅度采樣脈沖，采樣過程遵循采樣定理。來，獲得幅度采樣脈沖，采樣過程遵循采樣定理。2、量化：決定采樣值屬于哪個量級，并將其幅度按量、量化：決定采樣值屬于哪個量級，并將其幅度按量化級取整，使每個采樣值多近似地量化為對應等級值?；壢≌?，使每個采樣值多近似地量化為對應等級值。3、編碼：確定碼元，將采樣值轉換成二進制編碼、編碼：確定碼元，將采樣值轉換成二進制編碼。軟件學院采樣采樣o采樣定理采樣定理只有取樣頻率（只有取樣頻率（fs）不低于模擬信號最高頻率（）不低于模擬信號最高頻率（fm）的）的2倍，才倍，才能從脈沖

19、信號中無失真的恢復原來的模擬信號，采樣周期為能從脈沖信號中無失真的恢復原來的模擬信號，采樣周期為Ts。o針對電話信號的采樣針對電話信號的采樣1、電話信號的最高頻率為、電話信號的最高頻率為3.4kHz，為方便，取整為，為方便，取整為4kHz；2、采用頻率可定位、采用頻率可定位8kHz，采用周期，采用周期T=125us； 3、每秒為、每秒為8000個離散脈沖信號，振幅對應于電話信號的數(shù)值個離散脈沖信號，振幅對應于電話信號的數(shù)值。mssfTf21采樣示意圖采樣示意圖軟件學院量化量化o 量化后的采樣值為離散的整數(shù)值，而不是連續(xù)值。量化后的采樣值為離散的整數(shù)值，而不是連續(xù)值。1、采樣值是不規(guī)范的；、采樣

20、值是不規(guī)范的；2、通過量化將不規(guī)范的數(shù)值規(guī)范化為要求的整數(shù)、通過量化將不規(guī)范的數(shù)值規(guī)范化為要求的整數(shù)值。值。o 對于量化后的采樣值劃分多少個量化級，要根據(jù)對對于量化后的采樣值劃分多少個量化級，要根據(jù)對精度的要求來決定。精度的要求來決定。1、常用的有、常用的有8級、級、16級；級；2、當前聲音數(shù)字化常分為、當前聲音數(shù)字化常分為128個量級。個量級。軟件學院編碼編碼o 對量化的采樣值進行編碼對量化的采樣值進行編碼1、將每個采樣值用相應的二進制編碼來表示；、將每個采樣值用相應的二進制編碼來表示；2、按照公式?jīng)Q定每個碼元攜帶多少位數(shù)據(jù)。、按照公式?jīng)Q定每個碼元攜帶多少位數(shù)據(jù)。nb2log軟件學院利用利用

21、PCM發(fā)送和接收信息發(fā)送和接收信息o 在發(fā)送端，在發(fā)送端，PCM系統(tǒng)的步驟是抽樣、量化和系統(tǒng)的步驟是抽樣、量化和編碼；編碼；o 在接收端，在接收端，PCM系統(tǒng)的步驟是畸變信號的再系統(tǒng)的步驟是畸變信號的再生、量化樣值的重構和譯碼；生、量化樣值的重構和譯碼；o 為有效地利用傳輸線路，通?？偸菍⒃S多個話為有效地利用傳輸線路，通?？偸菍⒃S多個話路的路的PCM信號用時分復用信號用時分復用TDM的方式成幀，的方式成幀，然后再送到線路上進行傳輸。然后再送到線路上進行傳輸。軟件學院2.4.2 信道極限容量信道極限容量o 尋找提高數(shù)據(jù)傳輸速率的途徑一直是人們的尋找提高數(shù)據(jù)傳輸速率的途徑一直是人們的努力方向。努力

22、方向。 1、數(shù)據(jù)以碼元的形式在信道上傳輸；、數(shù)據(jù)以碼元的形式在信道上傳輸；2、如果在接收端能識別出原來的信號，失真、如果在接收端能識別出原來的信號，失真對通信質量沒有影響，否則則不然；對通信質量沒有影響，否則則不然；3、事實上，碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳、事實上，碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠，或噪聲干擾越大，或傳輸媒輸?shù)木嚯x越遠，或噪聲干擾越大，或傳輸媒體質量越差，在接收端的失真越嚴重。體質量越差，在接收端的失真越嚴重。軟件學院1、影響信道極限容量的因素、影響信道極限容量的因素o影響碼元在信道上傳輸速率的因素影響碼元在信道上傳輸速率的因素1、信道能夠通過的頻率范圍、信道能夠通過的

23、頻率范圍（1）碼間串擾問題。）碼間串擾問題。（2）在任何信道中，碼元的傳輸速率都是有上限的，傳輸速率超過此上限）在任何信道中，碼元的傳輸速率都是有上限的，傳輸速率超過此上限，就會出現(xiàn)嚴重的碼間串擾問題，使接收端對碼元的判決成為不可能。，就會出現(xiàn)嚴重的碼間串擾問題，使接收端對碼元的判決成為不可能。（3）帶寬越大，傳輸速率越高。）帶寬越大，傳輸速率越高。2、信噪比、信噪比 （1）信號的平均功率與噪聲的平均功率之比，稱為信噪比，常記為）信號的平均功率與噪聲的平均功率之比，稱為信噪比，常記為S/N。并用分貝作為度量單位。并用分貝作為度量單位。 （2）信噪比越高，信號相對噪聲越強，傳輸速率越高。）信噪比

24、越高，信號相對噪聲越強，傳輸速率越高。)(log1010dBdBNS）信噪比（軟件學院2、評估信道極限容量的理論、評估信道極限容量的理論o 利用奈奎斯特準則和香農定理解決信道的極限容量利用奈奎斯特準則和香農定理解決信道的極限容量問題。問題。1、奈奎斯特準則、奈奎斯特準則2、香農定理、香農定理軟件學院3、奈奎斯特準則、奈奎斯特準則o 奈奎斯特準則的提出。奈奎斯特準則的提出。1、1924年，年，AT&T工程師奈奎斯特推導出了奈氏準則；工程師奈奎斯特推導出了奈氏準則；2、針對理想信道。、針對理想信道。o 奈奎斯特準則的具體內容。奈奎斯特準則的具體內容。 如果一個任意的信號通過帶寬為如果一個任

25、意的信號通過帶寬為W的低通濾波器，那么每的低通濾波器，那么每秒采樣秒采樣2W次就能完整地重現(xiàn)通過這個濾波器的信號。次就能完整地重現(xiàn)通過這個濾波器的信號。 )(log22bpsWV最大數(shù)據(jù)傳輸率軟件學院4、香農定理、香農定理o香農定理內容（香農定理內容（1948年）年）1、噪聲存在于所有電子設備和通信信道中，噪聲會使接收端對碼元、噪聲存在于所有電子設備和通信信道中，噪聲會使接收端對碼元的判決產生錯誤；的判決產生錯誤；2、針對有噪聲的信道；、針對有噪聲的信道；3、信噪比就是信號的平均功率和噪聲的平均功率之比，用分貝作為、信噪比就是信號的平均功率和噪聲的平均功率之比，用分貝作為單位。單位。)(log

26、1010dBdBNS）信噪比（)/(log)1(2sbWCNS最大數(shù)據(jù)傳輸速率軟件學院5、香農定理的意義、香農定理的意義o 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種方法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。一定可以找到某種方法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。軟件學院6、小結、小結o 信道的數(shù)據(jù)傳輸率是有上限的。信道的數(shù)據(jù)傳輸率是有上限的。o 可利用可利用奈奎斯特準則和香農定理來評估信道奈奎斯特準則和香農定理來評估信道的上限數(shù)據(jù)傳輸率的上限數(shù)據(jù)傳輸率1、理想信道采用、理想信道采用奈奎斯特準則確定信道極奈奎斯特準則確定信道極限容量限容量2、非理想信道采用香農定

27、理確定信道極限容、非理想信道采用香農定理確定信道極限容量量軟件學院2.4.3 數(shù)據(jù)通信的基本方式數(shù)據(jù)通信的基本方式o 數(shù)據(jù)通信的操作方式數(shù)據(jù)通信的操作方式1、單工通信、單工通信2、半雙工通信、半雙工通信3、全雙工通信、全雙工通信o 數(shù)據(jù)傳輸模式數(shù)據(jù)傳輸模式1、同步傳輸、同步傳輸2、異步傳輸、異步傳輸軟件學院數(shù)據(jù)傳輸模式數(shù)據(jù)傳輸模式o 異步傳輸方式異步傳輸方式 每傳送一個字符，都要在每個字符前加一個起始位，每傳送一個字符，都要在每個字符前加一個起始位，而在每個字符后加停止位。這種方式的字符發(fā)送是獨立而在每個字符后加停止位。這種方式的字符發(fā)送是獨立的，所以又稱為面向字符的異步傳輸方式。的，所以又稱

28、為面向字符的異步傳輸方式。o 同步傳輸方式同步傳輸方式 不加起始位和停止位，而是在發(fā)送字符前發(fā)送一組同步不加起始位和停止位，而是在發(fā)送字符前發(fā)送一組同步字符（同步標識），使雙方進入發(fā)送和接收的同步狀態(tài)字符（同步標識），使雙方進入發(fā)送和接收的同步狀態(tài)。同步傳輸方式將字符組作為發(fā)送單位，在數(shù)據(jù)傳輸過。同步傳輸方式將字符組作為發(fā)送單位，在數(shù)據(jù)傳輸過程中提供額外的時間鏈路或在數(shù)據(jù)中加入時間信息解決程中提供額外的時間鏈路或在數(shù)據(jù)中加入時間信息解決時間漂移（滑動）的問題。時間漂移（滑動）的問題。軟件學院2.4.4 數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)交換方式o 電路交換電路交換o 分組交換分組交換o 報文交換報文交換軟件學院

29、2.4.5 多路復用技術多路復用技術o所謂的多路復用可以理解為在同一條信道上傳輸多路信號。所謂的多路復用可以理解為在同一條信道上傳輸多路信號。1、多路：多個不同的信號源。、多路：多個不同的信號源。2、復用：同一信道上同時傳輸多個不同的信號。、復用：同一信道上同時傳輸多個不同的信號。o采用多路復用技術，在發(fā)送端，可用復用器（采用多路復用技術，在發(fā)送端，可用復用器（MUX）以將多路信號）以將多路信號組合在一條信道上進行傳輸，到接收端再用分用器（組合在一條信道上進行傳輸，到接收端再用分用器（DEMUX）將各）將各路信號分離開來。路信號分離開來。o多路復用極大地提高了信道的利用率。多路復用極大地提高了

30、信道的利用率。o實現(xiàn)多路復用的前提是信道實際傳輸能力超過單個信號所要求的的能實現(xiàn)多路復用的前提是信道實際傳輸能力超過單個信號所要求的的能力。力。軟件學院1、常用多路復用技術、常用多路復用技術o 頻分多路復用技術（頻分多路復用技術（FDM）o 時分多路復用技術（時分多路復用技術（TDM）軟件學院頻分復用基本思想頻分復用基本思想o頻分復用（頻分復用（FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing）1、將信道有效帶寬劃分成不同的頻段；、將信道有效帶寬劃分成不同的頻段；2、在不同的頻段上同時傳輸不同的頻率的信號。、在不同的頻段上同時傳輸不同的頻率的信號。o頻分復用是一種模擬信號

31、技術，在信道有效帶寬大于要傳輸?shù)念l分復用是一種模擬信號技術，在信道有效帶寬大于要傳輸?shù)男盘査璧膸挄r使用。信號所需的帶寬時使用。軟件學院頻分復用的信道劃分頻分復用的信道劃分o在頻分復用中，各個頻段都有一定的帶寬稱之為邏輯信道。在頻分復用中，各個頻段都有一定的帶寬稱之為邏輯信道。o為防止相鄰信道信號頻率覆蓋造成的干擾，在相鄰兩個信號的為防止相鄰信道信號頻率覆蓋造成的干擾，在相鄰兩個信號的頻率段之間設立一定的保護帶，保護帶對應的頻譜未被使用。頻率段之間設立一定的保護帶，保護帶對應的頻譜未被使用。軟件學院頻分復用的應用頻分復用的應用o 頻分復用在模擬信號傳輸系統(tǒng)中使用，不同頻分復用在模擬信號傳輸系

32、統(tǒng)中使用，不同的信號同時占用不同的頻率資源。一旦為某的信號同時占用不同的頻率資源。一旦為某個信號分配了頻率資源，將不再改變。個信號分配了頻率資源，將不再改變。o 頻分復用技術成熟，但不夠靈活。頻分復用技術成熟，但不夠靈活。o 常用的頻分復用系統(tǒng)常用的頻分復用系統(tǒng)1、電話系統(tǒng)、電話系統(tǒng)2、有線電視、有線電視3、ADSL軟件學院時分多路復用技術基本思想時分多路復用技術基本思想o時分復用（時分復用（TDM，Time Division Multiplexing）是一種）是一種數(shù)字過程，當信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率大于各路信號的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字過程，當信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率大于各路信號的數(shù)據(jù)傳輸率的總和時采用。率的

33、總和時采用。o時分復用將信道的使用時間劃分成等長的時間片，每個信號輪時分復用將信道的使用時間劃分成等長的時間片，每個信號輪流使用時間片；所有信號使用一次時間片的和為一個周期。流使用時間片；所有信號使用一次時間片的和為一個周期。o每個周期內傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以看成一個時分復用幀。每個周期內傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以看成一個時分復用幀。軟件學院時分復用的幀構成時分復用的幀構成o一個時分復用幀中包含一個時分復用幀中包含N個信號的數(shù)據(jù)；個信號的數(shù)據(jù)；1、N個信號共享同一條信道；個信號共享同一條信道；2、在一定的時間內，可以看到、在一定的時間內，可以看到N個信號個信號“同時同時”使用同一條信道傳輸；使用同一條信道傳輸；3

34、、在時刻、在時刻t0信道信道只接受一個信號的發(fā)送；只接受一個信號的發(fā)送；4、信號占用信道的全部帶寬，適合基帶傳輸；、信號占用信道的全部帶寬，適合基帶傳輸；o一般來講，幾個低速設備以時分復用的方式共享一條高速信道。一般來講，幾個低速設備以時分復用的方式共享一條高速信道。軟件學院時分復用分類時分復用分類o時分復用分為兩類時分復用分為兩類 1、同步時分復用（、同步時分復用（Synchronous TDM） 采用固定時間片分配方式，將傳輸信號的時間按特定的長采用固定時間片分配方式，將傳輸信號的時間按特定的長度連續(xù)地劃分成特定的時間段，再將每個時間段劃分成等長的度連續(xù)地劃分成特定的時間段，再將每個時間段

35、劃分成等長的多個時間片，每個時間片以固定的方式分配給各路數(shù)字信號。多個時間片，每個時間片以固定的方式分配給各路數(shù)字信號。 2、異步時分復用（、異步時分復用（Asynchronous TDM），又稱為統(tǒng)計時分），又稱為統(tǒng)計時分復用（復用（Statistic TDM） 采用按需分配時間片的方式分配時間片，只有某路用戶有采用按需分配時間片的方式分配時間片，只有某路用戶有數(shù)據(jù)發(fā)送時才將時間片分配給該用戶；當沒有數(shù)據(jù)傳輸時，將數(shù)據(jù)發(fā)送時才將時間片分配給該用戶；當沒有數(shù)據(jù)傳輸時，將時間片動態(tài)分配給其他的用戶；共享物理鏈路的用戶數(shù)可以大時間片動態(tài)分配給其他的用戶；共享物理鏈路的用戶數(shù)可以大于統(tǒng)計時分復用幀中

36、的時間片數(shù)。于統(tǒng)計時分復用幀中的時間片數(shù)。軟件學院時分復用示例時分復用示例ABCDaabbcdb cattttt4 個時分復用幀#1acbcd時分復用#2#3#4用戶軟件學院統(tǒng)計時分復用示例統(tǒng)計時分復用示例用戶ABCDabcdttttt3 個 STDM 幀#1acbab bcacd#2#3統(tǒng)計時分復用軟件學院同步時分復用與統(tǒng)計時分復用總結同步時分復用與統(tǒng)計時分復用總結o 同步時分復用可能會造成線路資源的浪費。同步時分復用可能會造成線路資源的浪費。o 采用統(tǒng)計時分復用的方式對同步時分復用進采用統(tǒng)計時分復用的方式對同步時分復用進行改進，該方式可明顯地提高信道利用率。行改進，該方式可明顯地提高信道利

37、用率。軟件學院2、其他的多路復用技術、其他的多路復用技術o 波分多路復用（波分多路復用（WDM）o 碼分多址技術（碼分多址技術（CDMA）軟件學院2-1 波分復用基本思想波分復用基本思想o波分復用（波分復用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）1、光在光纖中的傳輸已經(jīng)達到了、光在光纖中的傳輸已經(jīng)達到了10Gbit/s，幾乎達到了單，幾乎達到了單個光載波信號傳輸?shù)臉O限，但遠遠沒有達到光纖的帶寬（個光載波信號傳輸?shù)臉O限，但遠遠沒有達到光纖的帶寬（25000GHz）極限。）極限。2、在借用了頻分復用的概念之后，能作到在一個光纖上同時、在借用了頻分復用的概念之后，

38、能作到在一個光纖上同時傳輸多個頻率很接近的光載波信號，使傳輸速率提高。傳輸多個頻率很接近的光載波信號，使傳輸速率提高。3、在一根光纖上復用兩路以上光載波信號稱為波分復用（、在一根光纖上復用兩路以上光載波信號稱為波分復用（WDM）。）。 （1） 在光傳輸信號過程中，由于光的頻率很高，表示不方在光傳輸信號過程中，由于光的頻率很高，表示不方便，因此，常用光的波長來表示所使用的光信號，因此，光纖便，因此，常用光的波長來表示所使用的光信號，因此，光纖的復用又稱為波分復用。的復用又稱為波分復用。 （2）事實上，光信號的波分復用就是光的的頻分復用。）事實上，光信號的波分復用就是光的的頻分復用。軟件學院2-2

39、波分復用的發(fā)展波分復用的發(fā)展o隨著技術的發(fā)展，在一根光纖上可以復用的路數(shù)越來越多，于隨著技術的發(fā)展，在一根光纖上可以復用的路數(shù)越來越多，于是產生了密集波分復用（是產生了密集波分復用（DWDM）技術。）技術。o波分復用的討論波分復用的討論 1、不同的信號具有不同的頻率。、不同的信號具有不同的頻率。 2、不同頻率的信號對應光信號中不同的波長；、不同頻率的信號對應光信號中不同的波長； 3、因此，可以將不同頻率的信號對應到不同波長的光信號上；、因此，可以將不同頻率的信號對應到不同波長的光信號上； 4、只要光纖可以傳輸不同波長的光信號，光的頻分復用既波分、只要光纖可以傳輸不同波長的光信號，光的頻分復用既波分復用就能夠實現(xiàn)。復用就能夠實現(xiàn)。軟件學院2-3 波分復用示例波分復用示例軟件學院