數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識授課老師:童宇聯(lián)系方式第一頁，共六十六頁。本節(jié)主要內(nèi)容數(shù)據(jù)信號、信道的基本概念數(shù)據(jù)通信模型的構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)編碼的分類和基本原理多路復(fù)用技術(shù)的分類、基本原理和應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)據(jù)交換技術(shù)的分類、基本原理和性能特點第二頁，共六十六頁?？碱}分布01年12分02年15分03年5分04年4分05年上半年4分05年下半年3分06年上半年5分06年下半年4分第三頁，共六十六頁?？疾橹攸c信道特性數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)第四頁，共六十六頁。信號(Signal)——數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波表示形式模擬信號——隨時間連續(xù)變化的物理量數(shù)字信號——相對于時間和幅值而言都是不連續(xù)的，即離散的物理量1信號和編碼第五頁，共六十六頁。1.1信號模擬信號數(shù)字信號第六頁，共六十六頁。1.2模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號

模擬數(shù)據(jù)模擬信號放大器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號PCM編碼器數(shù)字數(shù)據(jù)模擬信號調(diào)制器數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字信號

數(shù)字發(fā)送器第七頁，共六十六頁。試題分析1

將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號需要經(jīng)過___(31)___和編碼等步驟。（05.5）

A．采樣、量化B．調(diào)制、解調(diào)C．采樣、調(diào)制D．量化、解調(diào)

答案：A第八頁，共六十六頁。1.3數(shù)字與模擬信號傳輸?shù)膬?yōu)缺點在傳輸過程中，模擬信號經(jīng)過一定距離的傳輸之后，必定會信號衰減為實現(xiàn)長距離傳輸，模擬信號傳輸都要使用信號放大器與此相反，數(shù)字傳輸與信號有關(guān)。衰減會危及數(shù)據(jù)的完整性為了獲得更遠的傳輸距離，可以使用中繼器第九頁，共六十六頁。1.4傳輸損害在傳輸過程中,很多電氣干擾都會使傳輸介質(zhì)產(chǎn)生噪聲,從而引起信號的畸變外部損害內(nèi)部損害衰減失真:信號衰減的強度P與傳輸距離成正比延遲失真:受延遲失真影響最大的是高速數(shù)據(jù)信號噪聲:基于銅線的傳輸系統(tǒng)受脈沖噪聲的影響最大第十頁，共六十六頁。試題分析2在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中傳輸?shù)氖牵?1），它所代表的原始數(shù)據(jù)是（12）·對基于銅線的該種傳輸系統(tǒng)影響最大的噪聲是（13），在這種傳輸系統(tǒng)中受延遲影響最大的是（14）·在有線數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，信號衰減的強度p(分貝值)與傳輸距離d有關(guān)，可以用于描述二者之間關(guān)系的是（15）(其中k為某種常系數(shù))．(2002)答案:數(shù)字數(shù)據(jù),數(shù)字數(shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù),脈沖噪聲,高速數(shù)字信號,p=kd

第十一頁，共六十六頁。2信道的特性信道:是信號的傳輸媒質(zhì)波特率和比特率調(diào)制第十二頁，共六十六頁。2.1比特率和波特率波特率：是碼元傳輸速率，每秒通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)比特率：是信息位傳輸速率，每秒鐘傳送的二進制數(shù)位,一個位可以表示兩個值。比特率與波特率的換算關(guān)系為：R(bps比特率)＝B（波特率）log2K第十三頁，共六十六頁。試題分析1設(shè)信號的波特率為600Baud，采用4相DPSK（相鍵控調(diào)控）調(diào)制，則信道支持的最大數(shù)據(jù)速率為__(19)__。(05.11)

(19)A.300b/s

B.600b/s

C.800b/sD.1200b/s答案:D600*log24=1200第十四頁，共六十六頁。2.2調(diào)制技術(shù)

調(diào)制——數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號,即選取內(nèi)某一頻率的正（余）弦波作為載波，來運載需傳輸?shù)臄?shù)字數(shù)據(jù)振幅調(diào)制（ASK）頻率調(diào)制（FSK）相位調(diào)制（PSK）相鍵控調(diào)控（DPSK）(4相調(diào)制)正交相移鍵控（QPSK）(4相調(diào)制)第十五頁，共六十六頁。1.振幅調(diào)制（ASK）改變載波信號的振幅來表示二進制0和1，頻率和相位保持不變第十六頁，共六十六頁。2.頻率調(diào)制（FSK）改變載波信號的頻率來表示二進制0和1，振幅和相位保持不變第十七頁，共六十六頁。3.相位調(diào)制（PSK）改變載波信號的相位來表示二進制0和1，振幅和頻率保持不變相對相位調(diào)制絕對相位調(diào)制第十八頁，共六十六頁。4.正交調(diào)幅（QAM）結(jié)合使用載波信號中的振幅和相位變化，為每個比特組合分配一個給定的振幅和相位信號。可以增加信號模式，提高比特率（每秒發(fā)送的比特數(shù)），使信號之間保持較大的差異，提高信號的抗干擾能力。

第十九頁，共六十六頁。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，需要建立一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，它一般包括信源、發(fā)送裝置、__(6)__、接收裝置和信宿。當采用衛(wèi)星進行通信時，數(shù)據(jù)一般被變換成__(7)__。為了增大模擬傳輸系統(tǒng)的傳輸距離，應(yīng)采用的設(shè)備是__(8)__?，F(xiàn)在在模擬電話網(wǎng)上利用調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)采用的主要調(diào)制方式是__(9)__。(2001)

答案:傳輸系統(tǒng),模擬信號,放大器,QAM（正交調(diào)幅）試題分析2第二十頁，共六十六頁。3二進制數(shù)據(jù)編碼技術(shù)單極性編碼極化編碼雙相位編碼第二十一頁，共六十六頁。31.單極性編碼

只使用一種極性（正或負）的電壓脈沖—二進制1，零電壓—二進制0。簡單、易實現(xiàn)不能由沒有處理直流分量信號能力的介質(zhì)傳輸存在同步問題

例如：數(shù)字數(shù)據(jù)01001101的單極性編碼

第二十二頁，共六十六頁。

采用兩種極性（正和負）的電壓脈沖，減少直流分量。非歸零電平編碼—電壓脈沖一種極性為1，另一種極性為0

存在發(fā)送方和接收方的時鐘同步問題。3.2極化編碼第二十三頁，共六十六頁。

信號中含同步信息，每個比特中間信號都跳變。

曼徹斯特編碼：中間跳變既表示同步信息，又表示不同值。負電平到正電平—0，正電平到負電平—1。差分曼徹斯特編碼：中間跳變僅用來表示同步信息。每比特的開始位置沒有跳變—1，有跳變—0。3.3雙相位編碼第二十四頁，共六十六頁。試題分析1下面關(guān)于曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的描述中，正確的是（19）。(06.11)

A．曼徹斯特編碼以電平的高低區(qū)分“1”和“0”

B．差分曼徹斯特編碼以比特前沿是否有電平跳變來區(qū)分“1”和“0”

C．曼徹斯特編碼需要附加外同步信息

D．在同樣波特率的情況下，差分曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)速率比曼徹斯特編碼高答案:B第二十五頁，共六十六頁。試題分析2下列關(guān)于三種編碼的描述中，錯誤的是（19）。

A．采用NRZ編碼不利于收發(fā)雙方保持同步

B．采用曼徹斯特編碼，波特率是數(shù)據(jù)速率的兩倍

C．采用NRZ編碼，數(shù)據(jù)速率與波特率相同

D．在差分曼徹斯特編碼中，用每比特中間的跳變來區(qū)分“0”和“l(fā)”答案:D單極性碼、極性碼、雙極性碼和不歸零碼是不能自同步的歸零碼和雙相碼是可自同步的第二十六頁，共六十六頁。試題分析3在異步通信中，1位起始位，7位數(shù)據(jù)位，2位停止位，波特率位2400Baud，采用NRZ編碼，有效數(shù)據(jù)速率是__(22)__Kb/s。（05.11）

A.9.60

B.2.40

C.1.72

D.1.68答案：Ｄ(2400b/s*70%=1.68Kb/s)第二十七頁，共六十六頁。試題分析410BaseT使用的編碼方式是(32)(05.5)A．4B/5B

B．NRZ

C．曼徹斯特D．差分曼徹斯特答案：Ｃ曼徹斯特編碼常用于以太網(wǎng),10BaseT就是一種10Mb/S速率，基于3類雙絞線的以太網(wǎng)．4B/5B編碼則應(yīng)用于100Mb/s速率的快速以太網(wǎng),NRZ是一種基本的編碼,實際應(yīng)用較少第二十八頁，共六十六頁。試題分析54B／5B編碼是將數(shù)字數(shù)據(jù)交換為數(shù)字信號的編碼方式，其原理是（6）位編碼表示（7）位數(shù)據(jù)。該編碼是（8）采用的編碼方法，編碼效率是（9），相對于曼徹斯特編碼，效率高了（10）？

。

(6)：A．4

B．5

C．8

D．10

(7)：A．4

B．5

C．8

D．10

(8)：A．10Mbps以太網(wǎng)D．100BASE-T4以太網(wǎng)

C．1000Mbps以太網(wǎng)D．FDDI(100BASE-FX)

(9)：A．50％B．60％C．75％D．80％

(10)：A．30％B．50％C．60％D．80％答案：ＢＡＡＤＡ第二十九頁，共六十六頁。4數(shù)據(jù)傳輸4.1數(shù)據(jù)傳輸類型

根據(jù)數(shù)據(jù)在通信信道上的信號類型劃分—基帶傳輸和寬帶傳輸

寬帶傳輸:將信道分為多個子信道,分別傳送音頻、視頻和數(shù)字信號。采用“多路復(fù)用”技術(shù)

根據(jù)同時在通信信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)劃分—并行傳輸和串行傳輸

第三十頁，共六十六頁。4.2數(shù)據(jù)傳輸方式

單工通信：只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。AB數(shù)據(jù)監(jiān)視信號第三十一頁，共六十六頁。半雙工通信：通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。AB數(shù)據(jù)監(jiān)視信號第三十二頁，共六十六頁。全雙工通信：通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息,一般采用四線式結(jié)構(gòu)AB數(shù)據(jù)監(jiān)視信號第三十三頁，共六十六頁。5多路復(fù)用技術(shù)

在一條通信線路上，同時傳輸多個信號的技術(shù)。頻分多路復(fù)用（FDM）時分多路復(fù)用（TDM）波分多路復(fù)用（WDM）碼分多路復(fù)用（CDM）第三十四頁，共六十六頁。頻分多路復(fù)用模擬信號的傳輸

按頻率區(qū)分信號—傳輸介質(zhì)的帶寬劃分為若干個不重疊、相互隔離的窄頻帶，每一路信號占用一個窄頻帶典型應(yīng)用：無線電廣播系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)(CATV)、寬帶局域網(wǎng)、模擬載波系統(tǒng)、ADSL（非對稱數(shù)字用戶線）第三十五頁，共六十六頁。試題分析1ADSL使用的多路復(fù)用技術(shù)是___(33)___。

（05.5）

A．頻分多路復(fù)用B．時分多路復(fù)用C．碼分多址D．空分多址

答案：A第三十六頁，共六十六頁。時分多路復(fù)用

數(shù)字信號的傳送將傳輸時間劃分為多個時間片，每個時間片傳輸一路信號。同步時分多路復(fù)用（STDM）—為各路信號分配固定的時間片，不論該路是否有數(shù)據(jù)傳輸異步時分多路復(fù)用（ATDM）—根據(jù)信號需要動態(tài)分配時間片，只當有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，才分配給時間片。第三十七頁，共六十六頁。同步時分復(fù)用的典型應(yīng)用：T1/E1等數(shù)字載波系統(tǒng)、ISDN用戶網(wǎng)絡(luò)接口、同步光纖網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)DDN第三十八頁，共六十六頁。T1載波T1載波是專用電話連接、時分多路數(shù)字傳輸設(shè)施.T1線路實際上是由24個單獨的通道組成的，它將24路音頻信道復(fù)用在同一條通信線路上,編碼器每秒采樣8000次.24路信號的每一路輪流將一個字節(jié)插入,字節(jié)長度8bit,1bit用于信道控制.每楨由24*8+1bit組成,發(fā)送一楨需要123ms,一秒8000楨,故其支持的數(shù)據(jù)傳輸速度為1.544M比特/秒，即每個通道支持64K比特/秒的傳輸速度。大多數(shù)的電話公司只允許用戶購買這些被稱為部分T1接入的單獨通道的一部分。T1載波開發(fā)于20世紀60年代，其現(xiàn)在以未屏蔽的雙絞線電纜上，以成對的方式執(zhí)行全雙工通訊制。第三十九頁，共六十六頁。試題分析2目前應(yīng)用最廣泛的時分多路復(fù)用是貝爾系統(tǒng)的T1載波，它是將___(34)___音頻信道復(fù)用在一條通信線路上。

（05.5）

A．20路B．24路

C．32路D．48路答案:B第四十頁，共六十六頁。統(tǒng)計時分復(fù)用有兩種方式：面向連接的虛電路方式和面向無連接方式。如ATM網(wǎng)絡(luò)就是前者，IP網(wǎng)絡(luò)就是后者

ATM(異步轉(zhuǎn)移模式)是一種采用統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù)“面向分組”的傳送模式；在ATM中，信息流被組織成固定尺寸的塊（稱為“信元”）進行傳送，信元長度為53字節(jié)；信元的傳送是“面向連接”的，只有在已經(jīng)建立好的虛連接（“虛電路”）上才能接收和發(fā)送信元。

第四十一頁，共六十六頁。試題分析3下面關(guān)于信元（CellSwitch）交換的描述中，不正確的是（20）。(06.11)

A．信元的大小為固定長度

B．信元交換采用了統(tǒng)計時分復(fù)用的傳輸方式

C．信元交換的實時性比較差

D．信元交換結(jié)合了分組交換和電路交換的優(yōu)點答案:C第四十二頁，共六十六頁。試題分析48個64kb/s的信道通過統(tǒng)計時分復(fù)用到一條主干線路，如果該線路的利用率為80%，則其帶寬應(yīng)該是（21）kb/s。(06.11)

A．410

B．512

C．640D．1440答案：C(64kb/s*8/80%=640kb/s)第四十三頁，共六十六頁。波分多路復(fù)用(WDM)

傳輸光信號，按光的波長區(qū)分信號，光的頻分復(fù)用

第四十四頁，共六十六頁。試題分析5通常在光纖傳輸中使用的多路復(fù)用技術(shù)是__(20)__。(05.11)

A.WDM

B.TDM

C.CDMA

D.STDM答案:A第四十五頁，共六十六頁。碼分復(fù)用

CDM常用的名詞是碼分多址CDMA靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號模擬技術(shù)被稱為第一代移動電話技術(shù)，GSM是第二代，CDMA是屬于移動通訊第二代半技術(shù)，比GSM更先進。第四十六頁，共六十六頁。試題分析6CDMA系統(tǒng)中使用的多路復(fù)用技術(shù)是（21）。(06.5)

A．時分多路B．波分多路C．碼分多址D．空分多址答案:C第四十七頁，共六十六頁。試題分析7應(yīng)用最普遍的兩種多路復(fù)用技術(shù)是__(6)__和TDM。TDM可分為同步TDM和異步TDM。若采用同步TDM多路復(fù)用技術(shù)，為了區(qū)分不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，發(fā)送端應(yīng)采取的措施是__(7)__，接收端則按照__(8)__來接收數(shù)據(jù)，就可以將多路信號復(fù)原。在異步TDM中，只有當數(shù)據(jù)源有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才分配時隙，并在時隙中__(9)__，以便接收端準確地分發(fā)數(shù)據(jù)。DDN網(wǎng)絡(luò)中采用的多路復(fù)用技術(shù)是__(10)__。(2003)(6)A．CDMB．FDMC．SDMD．LDM(7)A．在數(shù)據(jù)中加上數(shù)據(jù)源標識B．在數(shù)據(jù)中加上時間標識

C．各數(shù)據(jù)源使用固定時隙D．各數(shù)據(jù)源使用隨機時隙(8)A.時間片上的目標地址B．數(shù)據(jù)上的時間標識

C．數(shù)據(jù)上的數(shù)據(jù)源標識D．與源端相同的時間順序(9)A．附加發(fā)送端地址B．附加接收端地址

C．附加發(fā)送端地址和接收端地址D．無需附加信息(10)A．CDMB．FDMC．異步TDMD．同步TDM答案:BCDCD第四十八頁，共六十六頁。6數(shù)據(jù)交換技術(shù)

交換又稱轉(zhuǎn)接，是在多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中，利用交換機等轉(zhuǎn)接設(shè)備，在節(jié)點間建立臨時連接,完成通信的一種技術(shù)。線路交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換報文交換分組交換第四十九頁，共六十六頁。6.1電路交換的特點電路交換必定是面向連接的。電路交換的三個階段：建立連接通信釋放連接第五十頁，共六十六頁。電路交換性能缺點計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性,這導(dǎo)致通信線路的利用率很低建立物理線路所花時間較長優(yōu)點傳輸延遲短一旦線路建立,就不會發(fā)生沖突第五十一頁，共六十六頁。6.2報文交換在20世紀40年代，電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換(messageswitching)。報文為傳輸單位，存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換節(jié)點需配置大容量的存儲器。報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等。適用于高信息量的數(shù)據(jù)通信?，F(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了。第五十二頁，共六十六頁。6.3分組交換對報文交換技術(shù)的改進分組為傳輸單位，存儲轉(zhuǎn)發(fā)降低了對交換節(jié)點的存儲容量的要求，縮短了網(wǎng)絡(luò)延遲適用于大型、高信息容量的數(shù)據(jù)通信兩種方法數(shù)據(jù)報虛電報第五十三頁，共六十六頁。數(shù)據(jù)報每個分組獨立傳輸，分組可能經(jīng)由不同的路徑到達接收站，需對數(shù)據(jù)報進行排序重組。虛電路建立一條發(fā)送站和接收站之間的路徑—虛電路（不是一條專用線路，它可以與其他連接共享），所有的分組都沿著這條虛電路按順序傳送。

第五十四頁，共六十六頁。分組交換帶來的問題分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。第五十五頁，共六十六頁。6.4三種交換的比較

P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD報文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放第五十六頁，共六十六頁。電路交換報文交換分組交換能否進行實時通信線路接通后可進行實時會話通信，但不能實時多功能通信非實時、存儲轉(zhuǎn)發(fā)，不能進行會話式通信可接近實時存儲轉(zhuǎn)發(fā)，可進行會話式通信網(wǎng)絡(luò)傳輸時延小、當建立呼叫時有一定的時延大、報文長短影響時延大小小線路利用率當進行斷續(xù)通信或短報文通信時線路利用率低高高通信速率和碼變換不能進行通信速率和碼變換能能差錯控制功能不具有可具有具有傳輸路由每次通信過程中路由不變每一報文傳遞過程中路由不變可以有不同路由網(wǎng)絡(luò)過載的影響隨著網(wǎng)絡(luò)負荷加大，受損率增加隨著網(wǎng)絡(luò)負荷加大，傳遞時延加大，引起阻塞可進行流量控制，可在一定傳遞時延條件下防止阻塞計費方式按距離和時間計費按字節(jié)或按字節(jié)與連接時間計費按字節(jié)或分組數(shù)及連接時間計費第五十七頁，共六十六頁。試題分析1不同的交換方式具有不同的性能。為了使數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延遲最小，首選的交換方式是___(10)__，為保證數(shù)據(jù)無差錯地傳送，不應(yīng)選用的交換方式是__(11)__。分組交換對報文交換的主要改進是__(12)__，這種改進產(chǎn)生的直接結(jié)果是__(13)__。在出錯率高的傳輸系統(tǒng)中，選用__(14)__更合適。(2001)

(10)：A.線路交換B.報文交換C.分組交換D.信元交換

(l1)：A.線路交換B.報文交換C.分組交換D.信元交換

(l2)：A.傳輸單位更小且定長B.傳輸單位更大且定長

C.差錯控制更完善D.路由算法更簡單

(13)：A.降低誤碼率B.提高數(shù)據(jù)率

C.減少延遲D.增加延遲

(14)：A.虛電路分組交換B.數(shù)據(jù)報分組交換

C.虛電路加數(shù)據(jù)報分組交換D.線路交換答案:AAACA第五十八頁，共六十六頁。7差錯控制技術(shù)處理差錯的兩種基本策略使用檢錯碼：奇偶校驗、方塊校驗和循環(huán)冗余校驗使用糾錯碼：海明碼。第五十九頁，共六十六頁。試題分析1某數(shù)據(jù)的7位編碼為0110101，若在其中最高位之前加一位偶校驗位，則編碼為_(10)_。(2004)

A.10110101

B.00110101

C.01101011

D.01101010答案:B第六十頁，共六十六頁。試題分析2在某次通信中，發(fā)送方發(fā)送了一個8位的數(shù)據(jù)（包含一個奇校驗位），若傳輸過程中有差錯，則接收方可檢測出該8位數(shù)據(jù)（8）。(06.11)A．奇數(shù)個位出錯

B．偶數(shù)個位出錯

C．出錯的位置

D．出錯的位數(shù)答案：A第六十一頁，共六十六頁。試題分析3CRC校驗方式是網(wǎng)絡(luò)通信中普遍采用的檢錯方式，當采用CRC-16(生成多頂式為x16+x15+x2+1）標準生成校驗和時，其檢錯能力是__(58)__，CRC校驗碼為__(59)__位。假設(shè)待發(fā)送信息的多項式為M(x)=x15，則CRC校驗碼為__(60)__。(2001)(58)：A.所有偶數(shù)位錯誤B.所有奇數(shù)位錯誤

C.小于等于2位的任意錯D.小于等于16位的任意錯

(59)：A.8

B.16C.32D.64(60)：

第六十二頁，共六十六頁。

一種檢錯碼能檢查出多少位錯誤,是由海明距離(兩個碼字之間不同的比特位數(shù)目,即碼距)決定的。檢錯碼能查出”碼距-1”位的錯誤，而CRC-16的碼距為3；循環(huán)冗余校驗碼就是擴充n個0后的m（x）除以G（x）的余數(shù)分析

第六十三頁，共六十六頁。例如，求1011010的CRC編碼，設(shè)除數(shù)為100