數(shù)據(jù)通訊的基礎(chǔ)知識

第2章數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識2.1基本概念2.2信息及其主要特征2.3傳輸介質(zhì)2.4數(shù)據(jù)編碼2.5多路復(fù)用技術(shù)2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.7差錯控制及檢錯1第1頁，共82頁。2.1基本概念1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成2、數(shù)據(jù)通信的術(shù)語及概念信息數(shù)據(jù)信號信源信宿信道比特碼元信號傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率帶寬誤碼率時延2第2頁，共82頁。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：傳輸線路有線介質(zhì)、無線介質(zhì)傳輸設(shè)備調(diào)制解調(diào)器、中繼器、多路復(fù)用器、交換機(jī)等數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：計算機(jī)、終端等設(shè)備DCEDTEDTEDCE3第3頁，共82頁。數(shù)據(jù)通信基本過程5個階段包含兩項內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程與打電話比較建立物理連接撥號，撥通對方建立邏輯連接互相確認(rèn)身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話斷開邏輯連接互相確認(rèn)要結(jié)束通話斷開物理連接雙方掛機(jī)*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個階段。4第4頁，共82頁。信息（Information）：指有用的知識或消息

。數(shù)據(jù)（Data）：信息的表達(dá)方式。(數(shù)字/模擬數(shù)據(jù))信號（Signal）：數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，數(shù)據(jù)以信號的形式在介質(zhì)中傳播。(數(shù)字/模擬信號)周期幅度時間t0f1f2V2、數(shù)據(jù)通信的術(shù)語及概念5第5頁，共82頁。

信源：即通信過程中產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備。信宿：即通信過程中接收和處理信息的設(shè)備。信道（Channel）:傳送信息的線路（或通路）。比特（bit）：即一個二進(jìn)制位。碼元（Codecell）：時間軸上的一個信號編碼單元。t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號6第6頁，共82頁。信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸過程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過信道傳送到目的地信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸信息→數(shù)據(jù)→信號→在信道上傳輸→信號→數(shù)據(jù)→信息數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)解碼01000001‘A’01000001‘A’信道噪聲噪聲：外界：閃電、串?dāng)_、電氣設(shè)備內(nèi)部：介質(zhì)特性（衰減失真、延遲變形）7第7頁，共82頁。信號傳輸速率（波特率,碼元速率）：單位時間里傳送信號波形的個數(shù)，單位為波特（Baud）。

數(shù)據(jù)傳輸速率（信息速率，比特率）

：單位時間里傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位b/s、簡寫位bps。

8第8頁，共82頁。

二者的關(guān)系：

Rbit=Rbaudlog2MRbit-比特率，Rbaud-波特率，M-信號的編碼級數(shù)

0011二進(jìn)制00011011四進(jìn)制

例如：當(dāng)波特率為9600時若M=2，數(shù)據(jù)傳輸率為9600b/s若M=16，數(shù)據(jù)傳輸率為38.4kb/s9第9頁，共82頁。帶寬（Bandwidth，BW）:信道傳輸能力的度量。在傳統(tǒng)的通信工程中：BW≈fmax－fmin

單位：赫茲（Hz）在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般用數(shù)據(jù)傳輸速率作為帶寬的計量單位。

誤碼率：信道傳輸可靠性指標(biāo)，是一個概率值。時延（Delay）：

信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時間。時延=處理時延+排隊時延+發(fā)送時延+傳播時延10第10頁，共82頁。2.2信息及其主要特征1、數(shù)字通信與模擬通信2、信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率3、數(shù)據(jù)傳輸方式信道的通信方式數(shù)據(jù)的傳輸方式數(shù)據(jù)同步方式11第11頁，共82頁。1.數(shù)字通信與模擬通信模擬信號和數(shù)字信號模擬信號時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值。以信號的參量（幅度、相位、頻率）表示數(shù)據(jù)。數(shù)字信號時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號以某一瞬間的狀態(tài)表示數(shù)據(jù)。周期幅度時間t0f1f2V12第12頁，共82頁。模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。模擬通信：利用信道來傳遞模擬數(shù)據(jù)的過程。CATV、無線電廣播、電話撥號線路數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道。數(shù)字通信：

利用信道來傳遞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的過程。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)、數(shù)字電話、數(shù)字電視13第13頁，共82頁。模擬通信系統(tǒng)模型信源調(diào)制器信道解調(diào)器信宿噪聲數(shù)字通信系統(tǒng)模型接收端信源編碼器信道解碼器信宿噪聲發(fā)送端14第14頁，共82頁。數(shù)字通信的優(yōu)點抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)便于用計算機(jī)進(jìn)行處理，便于糾錯易于加密、保密性強(qiáng)可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。15第15頁，共82頁。Nyquist公式：用于無噪聲理想的通信道Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率提供了依據(jù)。例如，話音級線路的帶寬約為3.1kHz，根據(jù)上式計算的信道最大數(shù)據(jù)傳輸率如右表所示2.信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率C=2Wlog2MC=數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/sW=帶寬，單位HzM=信號編碼級數(shù)M最大數(shù)據(jù)率26200b/s412400b/s818600b/s1624800b/s3231000b/s16第16頁，共82頁。非理想信道實際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗引起信號強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。延遲會使接收端的信號產(chǎn)生畸變。噪聲會破壞信號，產(chǎn)生誤碼。例如：數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s時，持續(xù)時間0.01s的干擾會破壞約560個比特。17第17頁，共82頁。Shannon公式：用于有噪聲干擾信道例：信道帶寬W=3.1kHz，S/N=2000，則

C=3100×log2（1+2000）≈34kb/s

即該信道上的最大數(shù)據(jù)傳輸率不會大于34kb/s。信噪比的單位也可用分貝(dB)表示：S/NdB=10log10

S/N所以，若S/NdB=30dB，則S/N=1000。C=Wlog2（1+S/N）

C:傳輸率，單位b/sW:帶寬，單位HzS/N:信噪比18第18頁，共82頁。Nyquist公式和Shannon公式的比較C=2Wlog2M用于理想信道（這樣的信道存在嗎？）數(shù)據(jù)傳輸率隨信號編碼級數(shù)增加而增加。C=Wlog2（1+S/N）用于有噪聲信道（實際的信道總是有噪聲！）無論信號編碼級數(shù)增加到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。19第19頁，共82頁。3.數(shù)據(jù)傳輸方式

信道的通信方式數(shù)據(jù)的傳輸方式數(shù)據(jù)同步方式20第20頁，共82頁。發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器單工方式：半雙工方式：全雙工方式：A站B站可同時不可同時一、信道的通信方式

21第21頁，共82頁。二、數(shù)據(jù)的傳輸方式基帶/頻帶/寬帶傳輸基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百MHZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。22第22頁，共82頁。串行通信與并行通信

數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸

數(shù)據(jù)以成組方式在多個并行信道上同時傳輸，如：計算機(jī)中的總線23第23頁，共82頁。串行通信與并行通信的比較1、在相同的發(fā)送時鐘下，并行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率將大于串行通信。2、并行通信需要多個并行信道，實現(xiàn)昂貴。3、并行通信方式適合于近距離通信（如計算機(jī)中）而在遠(yuǎn)程通信中一般采用串行通信方式。24第24頁，共82頁。三、數(shù)據(jù)同步方式

同步：接收端按照發(fā)送端發(fā)送每個碼元的頻率或起止時間來接收數(shù)據(jù)，即在時間上取得一致。目的是使接收端能正確的接收數(shù)據(jù)

三個層次上的同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步

25第25頁，共82頁。位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都與發(fā)送端保持同步：外同步——發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。26第26頁，共82頁。1）異步傳輸：a、每個字符作為一個獨立的整體進(jìn)行發(fā)送

b、在每個字符前增加一個起始位（邏輯0），字符后緊跟一個或多個停止位（邏輯1）。

c、實現(xiàn)簡單，但數(shù)據(jù)傳送效率較低。字符同步：從一連串位流中，區(qū)分出字符的起始和終止位，解碼得到所需字符。27第27頁，共82頁。2）同步傳輸：特點：a、在傳送字符串的前后加一個或多個以上的同步字符SYN。

b、傳輸效率高，傳輸速率較快，適合大批量數(shù)據(jù)傳送及高速傳輸。28第28頁，共82頁。幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗和0–nbit8bit8bit8-32m7EH7EH幀同步：收方從收到的位流中準(zhǔn)確地區(qū)分出一幀的開始和結(jié)束位置。幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息等。29第29頁，共82頁。2.3傳輸介質(zhì)金屬導(dǎo)體雙絞線、同軸電纜(粗、細(xì))光纖無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線30第30頁，共82頁。雙絞線（TwistPair，TP）應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)局域網(wǎng)屏蔽雙絞線（STP：screendtwistedpair）非屏蔽雙絞線（UTP：unscreendtwistedpair）31第31頁，共82頁。EIA/TIA頒布的六類線纜標(biāo)準(zhǔn)l

Cat1：適用于電話和低速數(shù)據(jù)通信；lCat2：適用于ISDN及T1/E1，支持高達(dá)16MHz的數(shù)據(jù)通信；lCat3：適用于10Base-T或100Mbps的100Base-T4，支持高達(dá)20MHz的數(shù)據(jù)通信；lCat5：適用于100Mbps的100Base-TX和100Base-T4，支持高達(dá)100MHz的數(shù)據(jù)通信。lCat5e：抗串?dāng)_、衰減等性能上比5類提高。lCat6：適用于1000Mbps的1000Base-TX，支持高達(dá)1000MHz的數(shù)據(jù)通信。

32第32頁，共82頁。同軸電纜（coaxialcable）n50Ω電纜（基帶同軸電纜）：專門用于傳輸數(shù)字信號，使用曼切斯特編碼，數(shù)據(jù)速率達(dá)10M（4~100M）bps，主要用于局域以太網(wǎng)。n75Ω電纜（寬帶同軸電纜）：用于模擬和數(shù)字信號傳輸，采用頻分多路復(fù)用技術(shù)，頻帶達(dá)300~400MHz。有線電視系統(tǒng)CATV中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜。33第33頁，共82頁。光纖（OpticalFiber）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播單向傳輸，雙向需兩根光纖34第34頁，共82頁。多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：多束光線以不同的反射角傳播發(fā)光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器發(fā)光器光檢波器單束光線沿直線傳播光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測光源：發(fā)光二極管/激光二極管光檢測器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD35第35頁，共82頁。優(yōu)點：支持極高的頻帶寬度，數(shù)據(jù)傳輸速率高(大于100Mbps)衰減極低，傳輸距離遠(yuǎn)且抗干擾能力，安全性與和保密性能強(qiáng)。線纜成本高并且連接比較復(fù)雜。應(yīng)用：主要用于長距離的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)的主干線，或被用于有危險的、高壓的或容易泄漏信號的惡劣環(huán)境。36第36頁，共82頁。無線介質(zhì)（信號在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波或光波攜帶信息優(yōu)缺點：無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾反射，為障礙物所阻隔主要類型：無線電地面微波、通信衛(wèi)星紅外線37第37頁，共82頁。無線電基站與終端之間通信采用無線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站

用戶計算機(jī)和終端38第38頁，共82頁。地面微波通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：50-100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔39第39頁，共82頁。地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用3顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（≈270ms）廣播式傳輸應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784公里地球40第40頁，共82頁。常用傳輸介質(zhì)的比較（p46表2.1）傳輸介質(zhì)傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價格應(yīng)用雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s模擬:10km數(shù)字:500m較好低模擬/數(shù)字信號傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數(shù)字信號75Ω同軸電纜寬帶≤450MHz100km較好較低模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻光纖基帶40Gb/s20km以上很好較高遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶4-6GHz幾百km好中等遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星寬帶1-10GHz18000km很好高遠(yuǎn)程通信41第41頁，共82頁。2.4數(shù)據(jù)編碼不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號：模擬信號數(shù)字信號42第42頁，共82頁。模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)話音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制43第43頁，共82頁。編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼44第44頁，共82頁。調(diào)制與解調(diào)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制解調(diào)制45第45頁，共82頁。編碼方法：不歸零碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼不歸零碼（NRZ，Non-ReturntoZero）二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；常用－5V表示1，＋5V表示0；缺點：不具備自同步機(jī)制，傳輸時必須使用外同步1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼01001100011

時鐘NRZ46第46頁，共82頁。曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）缺點：需雙倍的傳輸帶寬10Manchester47第47頁，共82頁。差分曼徹斯特編碼（Differential～）每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼元開始處有無跳變來表示0和1

，有跳變代表0，無跳變代表1。差分Manchester1048第48頁，共82頁。三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時鐘NRZManchester差分Manchester49第49頁，共82頁。2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。

載波信號S(t)=Acos(t+)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、初相位三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）50第50頁，共82頁。ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK51第51頁，共82頁。3.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼采用脈沖編碼調(diào)制PCM技術(shù)（PulseCodedModulation

）采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。三個步驟：采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號稱為PCM信號。例如：電話語音信號在數(shù)字信道上傳輸52第52頁，共82頁。PCM編碼過程舉例

語音信號011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號53第53頁，共82頁。語音信號的數(shù)字化語音帶寬f<4kHz采樣時鐘頻率：8kHz（>2倍語音最大頻率）樣本量化級數(shù)：256級（8bit/每樣本）數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64kb/s每路PCM信號的速率=64kb/s模擬語音信號采樣時鐘PCM信號采樣電路量化和編碼

數(shù)字化語音信號f<4kHzfs=8kHz54第54頁，共82頁。2.5多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用（MUX）：多個信息源共享一個公共信道目的：提高線路利用率適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時類比：公共運輸系統(tǒng)DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX信源信宿55第55頁，共82頁。復(fù)用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。復(fù)用方法頻分復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸時分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按時間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途56第56頁，共82頁。頻分復(fù)用FDM原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號f復(fù)用器57第57頁，共82頁。時分復(fù)用TDM原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。也稱同步時分復(fù)用A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時隙號1231D3D2D1時間片12時間片2D1時隙D2復(fù)用器t58第58頁，共82頁。由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復(fù)用也稱為同步時分復(fù)用。一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。時分復(fù)用的典型例子：PCM信號的傳輸把多個話路的PCM語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送每個時隙承載一路PCM信號59第59頁，共82頁。統(tǒng)計（異步）TDM——STDMTDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費。STDM：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間片1時間片2同步TDM帶寬浪費A1B1B2時間片1時間片2統(tǒng)計TDM可用帶寬C260第60頁，共82頁。時分復(fù)用——數(shù)字載波復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)T-標(biāo)準(zhǔn)（北美、日本）E-標(biāo)準(zhǔn)（歐洲、中國、南美）E1（一次群）標(biāo)準(zhǔn)每125us為一個時間片，每時間片分為32個通道（時隙）。每個時隙可容納8bit。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30個通道用于傳輸30個PCM話音數(shù)據(jù)。E1速率=（32x8bit）/125us=2.048Mb/s對E1進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到E5等高次群。E5可承載7680個話路，數(shù)據(jù)率約為565Mb/s。新的TDM標(biāo)準(zhǔn)是同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）和ITU-T的同步數(shù)字系列（SDH）。常用的線路速率為（近似值）155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s和10Gb/s。61第61頁，共82頁。E1-幀格式E1線路也可以用于計算機(jī)通信0121631時間片125ms=32時隙，2.048Mb/s幀同步信令30路數(shù)字語音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）+2路控制用戶話路用戶話路151762第62頁，共82頁。波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖棱柱/衍射光柵63第63頁，共82頁。碼分復(fù)用CDM原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列編碼（任意兩個地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被疊加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。地址碼序列兩兩相互正交：碼序列A、B，應(yīng)滿足

AB=0，AB'=0，AA=1，AA'=-1

其中為內(nèi)積運算。在無線移動通信中應(yīng)用廣泛。64第64頁，共82頁。2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換系統(tǒng)實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換和分組交換。65第65頁，共82頁。電路交換在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。物理線路或復(fù)用信道過程：建立連接→通信→釋放連接特點：面向連接的優(yōu)缺點：建立連接的時間長；線路利用率低；無糾錯機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計算機(jī)通信例如：建立連接的時間為0.5秒，計算機(jī)以1Mb/s的速率發(fā)送10k字節(jié)。線路利用率＝？66第66頁，共82頁。報文交換以報文為單位進(jìn)行“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先存儲，待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲-轉(zhuǎn)發(fā)。特點：無連接的（例：電報）整個報文（Message）作為一個整體一起發(fā)送。優(yōu)缺點：沒有建立和拆除連接所需的等待時間；線路利用率高；傳輸可靠性較高；報文大小不一，造成存儲管理復(fù)雜；大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，且對存儲容量要求較高；出錯后整個報文全部重發(fā)。比較：下載時若無斷點續(xù)傳功能，一旦出錯你會——？67第67頁，共82頁。分組交換（包交換）將報文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式68第68頁，共82頁。數(shù)據(jù)報方式（Datagram）各分組獨立地確定路由（傳輸路徑）不能保證分組按序到達(dá)數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達(dá)分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡(luò)69第69頁，共82頁。虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預(yù)先建立一條邏輯連接——虛電路虛電路的路由在建立時確定，傳輸數(shù)據(jù)時則不再需要虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的建立虛電路時，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時所需的所有資源也需要三個過程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除提供的是“面向連接”的服務(wù)能夠保證分組按序到達(dá)但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個鏈路段可以看成是采用了電路交換思想的分組交換永久虛電路PVC和交換虛電路SVC70第70頁，共82頁。分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)71第71頁，共82頁。分組交換有強(qiáng)大的糾錯機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。優(yōu)缺點：對轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組——速度快；轉(zhuǎn)發(fā)延時小——適用于交互式通信；某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組——效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。需要分割報文和重組報文，增加了端站點的負(fù)擔(dān)。72第72頁，共82頁。三種交換方式的事件順序呼叫請求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD尋路延遲線路交換分組1分組2分組3ABCD分組交換分組4t報文ABCD排隊延遲報文交換73第73頁，共82頁。2.7差錯控制與檢錯差錯控制:在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進(jìn)行糾正與語音、圖像傳輸不同，計算機(jī)通信要求極低的差錯率。產(chǎn)生差錯的原因：信號衰減和熱噪聲信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；信號反射，串?dāng)_；沖擊噪聲，閃電、大功率電機(jī)的啟停等。74第74頁，共82頁。差錯控制編碼：檢錯碼和糾錯碼糾錯碼在計算機(jī)通信中很少使用差錯控制的基本方法：接收方進(jìn)行差錯檢測，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。75第75頁，共82頁。自動請求重傳AutomaticRepeatRequest（ARQ）停等ARQ每發(fā)送一幀就需要一個應(yīng)答幀只重傳剛才出錯的幀Go-back-NARQ每發(fā)送N幀需要一個應(yīng)答幀需重傳后面（N-i+1）幀（0≤i≤N）選擇重傳ARQ每發(fā)送N幀需要一個應(yīng)答幀只重傳出錯的幀76第76頁，共82頁。檢錯碼主要有兩種編碼方法：奇偶校驗（ParityChecking）在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個奇偶校驗位，使結(jié)果中1的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）。例如：1100010增加偶校驗位后為11100010若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯誤。只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能檢測出奇數(shù)位錯，偶數(shù)位錯則不能檢出。77第77頁，共82頁。循環(huán)冗余校驗（CRC,CyclicRedu