第2章通信基礎知識6h課件

第二章數(shù)據(jù)通信的基礎知識本章重點基本概念●多路復用信道●數(shù)據(jù)交換技術傳輸媒體●差錯控制編碼6/6/20231計算機網(wǎng)絡與通信數(shù)據(jù)(Data)：傳遞（攜帶）信息的實體，信息(Information)則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。

--模擬(Analog)數(shù)據(jù)與數(shù)字(Digital)數(shù)據(jù)信號(Signal)：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式傳播。

--模擬信號與數(shù)字信號--基帶(Baseband)與寬帶(Broadband)信號●一些術語解釋解釋解釋2.1基本概念6/6/20232計算機網(wǎng)絡與通信模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)：時間上連續(xù)，包含無窮多個值數(shù)字數(shù)據(jù)：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的預定值例如：電流值、電壓值、溫度值：0.1A5V40C0

開關量：二進制0，116進制6/6/20233計算機網(wǎng)絡與通信模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：時間上連續(xù)，包含無窮多個值數(shù)字信號：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的預定值tta)模擬信號b)數(shù)字信號6/6/20234計算機網(wǎng)絡與通信基帶(Baseband)與寬帶(Broadband)信號基帶信號：將“0”和“1”直接用兩種電壓表示，在線路上傳輸，即原始信號所占的基本頻帶。頻帶信號：將基帶信號調(diào)制到較高頻段進行傳輸。寬帶信號：將多路基帶信號分別調(diào)制到一條電纜的不同頻段進行傳輸。6/6/20235計算機網(wǎng)絡與通信信道(Channel)：傳送信息的媒體（或通路）。與電路區(qū)分

分為：模擬信道；數(shù)字信道碼元(CodeCell)：時間軸上的一個信號編碼單元即：一個單位脈沖信號為一碼元。

t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元的開始6/6/20236計算機網(wǎng)絡與通信

當一個單位脈沖信號表示二進制碼兩個有效值時(0,1)，一碼元由一位構成；當一個單位脈沖信號表示二進制碼四個有效值時(00,01,10,11)，一碼元由兩位構成；

一個信號往往可以攜帶多個二進制位，所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。換句話說，一個碼元中可以傳送多個比特（bit）。

碼元位數(shù)D=log2WW：有效值狀態(tài)

6/6/20237計算機網(wǎng)絡與通信波特率(Baud)：每秒傳送的碼元數(shù)。碼元速率

1Baud=（log2M）bps

其中M是信號的編碼級數(shù)。也可以寫成

Rbit=Rbaud

log2M消息速率：指單位時間內(nèi)所傳送的消息數(shù)量。（字節(jié)/秒B/s）傳輸速率：比特率(BitRate)：數(shù)據(jù)傳輸速率(bps，b/s)。

指每秒傳輸?shù)亩M制碼位數(shù)，數(shù)據(jù)速率●數(shù)據(jù)通信的主要技術指標：6/6/20238計算機網(wǎng)絡與通信帶寬(Bandwidth)：信號或信道占據(jù)的頻率范圍(Hz)

信號帶寬：信號占據(jù)的頻率范圍

信道帶寬：信道占據(jù)的頻率范圍

關系：信道帶寬>信號帶寬信號才能通過信道信道容量(Channelcapacity)：信道的最大數(shù)據(jù)率

誤碼率(Biterrorrate)：信道傳輸可靠性指標

P=要求：誤碼率<10-6。即平均傳送1兆位錯一位傳輸?shù)目偽粩?shù)錯誤的位數(shù)6/6/20239計算機網(wǎng)絡與通信信息編碼：將信息用二進制數(shù)表示的方法。數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的規(guī)則。例如：字母‘A’的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t6/6/202310計算機網(wǎng)絡與通信●通信系統(tǒng)模型通信的三個要素：信源、信宿和信道任何一個通信系統(tǒng)都可以抽象為以下模型：噪聲信源編碼調(diào)制信道解調(diào)解碼信宿編碼器：數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)男盘枴阌谧R別、糾錯調(diào)制器：信號適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調(diào)器：接收波形數(shù)字信號序列解碼器：傳輸信號原始數(shù)據(jù)6/6/202311計算機網(wǎng)絡與通信信息→數(shù)據(jù)→信號→在介質上傳輸→信號→數(shù)據(jù)→信息通信系統(tǒng)的任務信息通過通信系統(tǒng)傳輸把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過介質傳送到目的地。信息和數(shù)據(jù)（0、1比特）不能直接在介質上傳輸。6/6/202312計算機網(wǎng)絡與通信●通信傳輸方式信源信道傳輸方式模擬模擬模擬傳輸模擬數(shù)字數(shù)字數(shù)字傳輸模擬或數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸6/6/202313計算機網(wǎng)絡與通信●通信系統(tǒng)的構成◆數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：

1）傳輸線路（包括傳輸介質和中繼設備）

2）傳輸設備：調(diào)制解調(diào)器、多路復用器、交換機、路由器等◆數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：主要是指計算機?！裢ㄐ呕具^程—包含兩項內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制建立物理連接→建立邏輯連接→數(shù)據(jù)傳送→斷開邏輯連接→斷開物理連接（對比：打電話的過程）6/6/202314計算機網(wǎng)絡與通信1.數(shù)字信道和模擬信道數(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。模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。2.2信道及其主要特征6/6/202315計算機網(wǎng)絡與通信2.模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：時間上連續(xù)，包含無窮多個值數(shù)字信號：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的預定值tta)模擬信號b)數(shù)字信號6/6/202316計算機網(wǎng)絡與通信3.周期信號和非周期信號周期信號：信號由不斷重復的固定模式組成（如正弦波）非周期信號：信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號），能被分解成無數(shù)個周期信號的疊加。ttTTTTTT周期信號6/6/202317計算機網(wǎng)絡與通信數(shù)字通信的優(yōu)點

?抗噪聲（干擾）能力強

?可以控制差錯，提高了傳輸質量

?便于用計算機進行處理

?易于加密、保密性強

?可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活

僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信。如用modem通過撥號線路傳輸數(shù)字信號。6/6/202318計算機網(wǎng)絡與通信4.傳輸模式(通信方式)—數(shù)據(jù)流動的方向?單工：數(shù)據(jù)單向傳輸（無線電廣播）?半雙工：數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但不能在同一時刻雙向傳輸（對講機）?全雙工：數(shù)據(jù)可同時雙向傳輸（電話）

兩個方向的信號共享鏈路帶寬：

1）鏈路具有兩條物理上獨立的傳輸線路，或

2）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號傳輸6/6/202319計算機網(wǎng)絡與通信5.數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸方式?基帶傳輸：不調(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)?頻帶傳輸：調(diào)制成模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)

例如：通過電話模擬信道傳輸?寬帶傳輸：將多路基帶信號分別調(diào)制到一條電纜的不同頻段進行傳輸。6/6/202320計算機網(wǎng)絡與通信6.數(shù)據(jù)同步方式目的是使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致(包括開始時間、位邊界、重復頻率等)。有三種同步方法：

●

位同步

●

字符同步（異步傳輸）

●

幀同步（同步傳輸）6/6/202321計算機網(wǎng)絡與通信位同步：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)送同步時鐘信號，接收方用它來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。t10010信號同步脈沖6/6/202322計算機網(wǎng)絡與通信●自同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），這些數(shù)據(jù)編碼信號包含了同步脈沖，接收方提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。t10110信號6/6/202323計算機網(wǎng)絡與通信字符同步：以字符為邊界實現(xiàn)字符的同步接收，也稱為起止式或異步制——每兩個字符之間的間隔時間不固定。

每個字符的傳輸需要：（圖2-11）

1個起始位

5，6，7，8個數(shù)據(jù)位

1，1.5，2個停止位

—頻率的漂移不會積累，每個字符開始時都會重新同步

—增加了輔助位，所以效率低

例如，1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、2個停止位時，其效率為8/11＜72％6/6/202324計算機網(wǎng)絡與通信信號起始位1~2位停止位7位數(shù)據(jù)位圖2-116/6/202325計算機網(wǎng)絡與通信幀（Frame）——包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊（包）幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結束校驗和0-n8bit8bit8-32m面向比特的——以特殊位序列（7EH）作為幀（起始）標志來標識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀。面向字符的——以同步字符（SYN，16H）來標識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀。幀同步：識別一個幀的起始和結束。6/6/202326計算機網(wǎng)絡與通信7.信道的主要技術指標信道評價：兩個方面數(shù)量：速度:數(shù)據(jù)速率、調(diào)制速率、信道容量、傳輸速度、吞吐量等。質量：出錯率數(shù)據(jù)速率：每秒傳輸?shù)亩M制代碼位數(shù)。比特率（b/s或bps）c=log2MT:單位脈沖寬度，傳輸電脈沖信號的周期

M:電信號有效狀態(tài)數(shù)1T6/6/202327計算機網(wǎng)絡與通信調(diào)制速率：每秒傳輸?shù)拇a元個數(shù)。碼元速率。波特率（Baud）B=T:調(diào)制周期1T信道容量：指信道能夠傳送的最大數(shù)據(jù)速率關系:C=Blog2M

6/6/202328計算機網(wǎng)絡與通信信道最大數(shù)據(jù)傳輸率M最大數(shù)據(jù)率(C)26000bps412000bps818000bps1624000bps3230000bps6436000bpsC=2wlog2MC=傳輸率，單位b/s或bpsW=帶寬，單位HzM=信號電平級數(shù)例如：話音級線路(3000Hz)的信道容量計算，如右圖所示。Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高速率提供了依據(jù)。Nyquist公式：用于理想低通信道6/6/202329計算機網(wǎng)絡與通信非理想信道實際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。a）衰減

信道的損耗引起信號強度減弱，導致信噪比S/N降低。

信噪比S/N:S：表示信號功率

N：表示噪聲功率b）延遲

信號中的各種頻率成分在信道上的延遲時間各不相同，在接收端會產(chǎn)生信號畸變。6/6/202330計算機網(wǎng)絡與通信c）噪聲

熱噪聲：由導體內(nèi)的熱擾動引起，又稱為白噪聲。

串擾：信道間產(chǎn)生的不必要的耦合。例：多對雙絞線

脈沖噪聲：非連續(xù)、隨機、振幅較大。多由外部電磁干擾造成（閃電、大功率電機啟動等）。

噪聲將破壞信號，產(chǎn)生誤碼。持續(xù)時間0.01s的干擾可以破壞約560個比特（56Kbps）。6/6/202331計算機網(wǎng)絡與通信Shannel公式：高斯噪聲干擾信道S/NdB

信噪比（dB分貝）的定義:C=Wlog2(1+SN)S/NdB=10log10S/N例：信道帶寬W=3KHz，信噪比為30dB，則

C=3000*log2(1+1000)≈30KbpsC=傳輸率，單位b/sW=帶寬，單位Hz

即：6/6/202332計算機網(wǎng)絡與通信Nyquist公式和Shannel公式的比較●C=2Wlog2M

此公式說明數(shù)據(jù)傳輸率C隨信號編碼級數(shù)增加而增加。設法使每個碼元攜帶更多的比特信息。例：標準電話信道：帶寬：2400HZ,采用16元制，傳輸速率達到9600b/s●C=Wlog2(1+S/N)

無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達到的最高傳輸速率。例：標準電話信道：帶寬：3.1kHZ,S/N=2500,傳輸速率不可能超過35kb/s原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。6/6/202333計算機網(wǎng)絡與通信金屬導體雙絞線、

同軸電纜(粗、細)光纖

單、多模光纖無線介質無線電、短波、微波、衛(wèi)星、光波2.3傳輸媒體(介質)6/6/202334計算機網(wǎng)絡與通信●雙絞線內(nèi)導體芯線絕緣箔屏蔽銅屏蔽外套--螺旋絞合的雙導線，≈1mm--每根4對、25對、1800對--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優(yōu)缺點：成本低密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離較短6/6/202335計算機網(wǎng)絡與通信屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少

干擾和串音3類、5類、6類（16M、155M、1200M）雙絞線外沒有任何附加屏蔽6/6/202336計算機網(wǎng)絡與通信表2-3是UTP電纜的常見類型，10BaseT局域網(wǎng)中主要使用3類和5類線，它們的有效傳輸距離一般在100m左右。另外還有超5類雙絞線電纜，通過對其“信道”性能測試結果表明，與普通5類雙絞線電纜比較，它的近端串擾、衰減和結構回波等主要性能指標都有很大提高。

6/6/202337計算機網(wǎng)絡與通信雙絞線與工作站的網(wǎng)卡和集線器之間用水晶頭連接.雙絞線的制作分為工作站至工作站和工作站至集線器兩種：12345678A線序：綠白綠橙白藍藍白橙棕白棕

12345678B線序：橙白橙綠白藍藍白綠棕白棕

12345678RJ-45插座水晶頭6/6/202338計算機網(wǎng)絡與通信網(wǎng)線用途水晶頭線序交換機/HUB——計算機B——B計算機——計算機B——A交換機/HUB——下級交換機/HUB(普通口)交換機/HUB——下級交換機/HUB(uplink)B——AB——B6/6/202339計算機網(wǎng)絡與通信●同軸電纜基帶同軸電纜

一條電纜只用于一個信道，50，用于數(shù)字傳輸寬帶同軸電纜

一條電纜同時傳輸不同頻率的多路模擬信號，75，用于模擬傳輸，300—450MHz，100km，需要放大器

銅芯絕緣層外導體屏蔽層保護套6/6/202340計算機網(wǎng)絡與通信細同軸

--50，D=1.02cm，10Mbps

--185m、4中繼、5段（925m）

--優(yōu)缺點：價格低 安裝方便（T型連接器、BNC接頭、Terminator）

抗干擾能力強 距離短 可靠性差粗同軸

--50，D=2.54cm，10Mbps--500m、4中繼、5段（2500m）

--優(yōu)缺點：價格稍高 安裝方便（收發(fā)器、收發(fā)器電纜、Terminator）

抗干擾能力強 距離中等

可靠性好

6/6/202341計算機網(wǎng)絡與通信表2-4是網(wǎng)絡工程施工中常常用到的一些IEEE802.310BaseT系列網(wǎng)絡拓撲經(jīng)驗，僅供讀者參考。6/6/202342計算機網(wǎng)絡與通信●光纖依靠光波承載信息速率高，通信容量大

僅受光電轉換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好，保密性好輕便6/6/202343計算機網(wǎng)絡與通信

光從一種介質入射到另一種介質時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質的折射率。當入射角≥臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。

光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低

亮度調(diào)制，有脈沖-1，無脈沖-0

光傳輸系統(tǒng)：光源、介質、光檢測器 光源:850nm/1300nm/1500nm波長

發(fā)光二極管/激光二極管

介質:光纖 光檢測器:光電二極管PIN/雪崩二極管APD

單向傳輸，雙向需兩根光纖光纖傳輸原理——利用了光的反射6/6/202344計算機網(wǎng)絡與通信●光纖傳送模式：MMF、SMF多模MMF

輸入電信號輸出電信號單模SMF

波長:1300,1550nm波長:850,1300nmh2h1芯/封套特性h1h2光纖的直徑減小到一個光波波長多束光線以不同的反射角傳播單束光線沿直線傳播6/6/202345計算機網(wǎng)絡與通信●典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：玻璃內(nèi)芯——50um緩變型MMF 62.5um緩變/增強型MMF 8.3um突變型SMF

玻璃包層——125um6/6/202346計算機網(wǎng)絡與通信●高密度多芯光纜剖面結構芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束6/6/202347計算機網(wǎng)絡與通信多模光纖和5類雙絞線的衰減與頻率關系如圖2-13所示，當傳輸頻率超過100MHz時，5類雙絞線隨著頻率的增加衰減愈來愈大；而光纖在300MHz以內(nèi)，衰減基本不變。

光纖與電纜頻率與衰減關系圖6/6/202348計算機網(wǎng)絡與通信缺點：

就是光纖的切斷和將兩根光纖精確地連接所需要的技術要求較高。光纖聯(lián)網(wǎng)時，常常將一段段的點到點的鏈路串起來構成一個環(huán)路，通過T型接頭連接到計算機。T型接頭：無源，有源。示意圖p31.6/6/202349計算機網(wǎng)絡與通信●無線介質使用電磁波或光波攜帶信息無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾6/6/202350計算機網(wǎng)絡與通信無線電固定終端點（基站）和終端之間是無線鏈路BS基站用戶計算機和終端BS基站覆蓋的無線電區(qū)域F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的頻率6/6/202351計算機網(wǎng)絡與通信地面微波接力微波在空間主要是直線傳播，并且能穿透電離層進入宇宙空間，

由于地球表面是個曲面，因此其傳播距離受到限制且與天線的高度有關，一般只有50km左右，長途通信時必須建立多個中繼站，中繼站把前一站發(fā)來的信號經(jīng)過放大后再發(fā)往下一站，類似于“接力”，如果中繼站采用100m高的天線塔，則接力距離可增大到100km。6/6/202352計算機網(wǎng)絡與通信地球兩個地面站之間傳送距離：50-100km地面站之間的直視線路

微波傳送塔6/6/202353計算機網(wǎng)絡與通信衛(wèi)星通信就是利用位于3萬6千公里高空的人造地球同步衛(wèi)星作為太空無人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力通信。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信的距離限制，其最大特點就是通信距離遠，且通信費用與通信距離無關。優(yōu)點:衛(wèi)星通信的頻帶比微波接力通信更寬，通信容量更大，信號所受到的干擾也較小，誤碼率也較小，通信比較穩(wěn)定可靠。缺點：傳播時延較長。

地球同步衛(wèi)星6/6/202354計算機網(wǎng)絡與通信與地面站相對固定位置使用3個衛(wèi)星覆蓋全球傳輸延遲時間長22,300公里地球6/6/202355計算機網(wǎng)絡與通信紅外線通信和激光通信就是把要傳輸?shù)男盘柗謩e轉換成紅外光信號和激光信號直接在自由空間沿直線進行傳播，它比微波通信具有更強的方向性，難以竊聽、插入數(shù)據(jù)和進行干擾，但紅外線和激光對雨霧等環(huán)境干擾特別敏感。

紅外線和激光6/6/202356計算機網(wǎng)絡與通信常用傳輸媒體的比較6/6/202357計算機網(wǎng)絡與通信數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)信號：模擬信號、數(shù)字信號信道：模擬信道、數(shù)字信道不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種組合，每一種相應地需要進行不同的編碼處理。2.4數(shù)據(jù)編碼6/6/202358計算機網(wǎng)絡與通信模擬傳輸和數(shù)字傳輸話音模擬傳輸模擬數(shù)字模擬模擬CODEC數(shù)字數(shù)字數(shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010Modem6/6/202359計算機網(wǎng)絡與通信EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)字信號g(t)x(t)g(t)數(shù)字或模擬編碼ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬模擬信號m(t)ps(t)m(t)數(shù)字或模擬P—調(diào)制參數(shù)調(diào)制編碼和調(diào)制用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制6/6/202360計算機網(wǎng)絡與通信1.數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

不歸零制(NRZ，Non-ReturntoZero)

二進制數(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：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機制，必須使用外同步。

時鐘NRZ010011000116/6/202361計算機網(wǎng)絡與通信曼徹斯特編碼(Manchestercode)

用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變：高→低的跳變——“0”;

低→高的跳變——“1”;Manchester010011000116/6/202362計算機網(wǎng)絡與通信∵每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與發(fā)送設備的時鐘保持一致。

∴曼徹斯特編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。它具有自同步機制，無需外同步信號。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。其編碼效率：50%6/6/202363計算機網(wǎng)絡與通信差分曼徹斯特編碼(DifferentialManchestercode)

與曼徹斯特編碼相同，在每個碼元的中間，信號都會發(fā)生跳變；不同之處在于：

用在碼元開始處有無跳變來表示0和1

：

碼元開始處有跳變——“0”;

碼元開始處無跳變——“1”;差分Manchester010011000116/6/202364計算機網(wǎng)絡與通信01001100011

時鐘NRZManchester差分Manchester三種數(shù)字編碼的波形圖6/6/202365計算機網(wǎng)絡與通信在光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI，F(xiàn)iberDistributedDataInterface）中采用了獨特的4B/5B編碼。這種編碼的特點是將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)流每４bit作為一個組，然后按照4B/5B編碼規(guī)則將其轉換成相應5bit碼。5bit碼共有32種組合，但只采用其中的24種，16種對應4bit碼的16種，8種用作控制碼，以表示幀的開始和結束、光纖線路的狀態(tài)（靜止、空閑、暫停）等。標準4B/5B編碼對照表見表2-1，用于100MbpsFDDIPMD的4B/5B編碼控制碼表見表2-2?，F(xiàn)用不歸零編碼畫出4bit碼和5bit碼的對應波形，5bit碼經(jīng)差分編碼后，轉換成光信號，如圖2-4所示。

4B/5B編碼6/6/202366計算機網(wǎng)絡與通信特點：每個5B碼至少含有2個“1”，（每個5B碼至多含有3個“0”），保證每個5B碼至少有兩次電平跳變。6/6/202367計算機網(wǎng)絡與通信圖2-44B/5B編碼方式特點：屬于自同步碼，編碼效率：4/5=80%6/6/202368計算機網(wǎng)絡與通信2.數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼三種常用的調(diào)制技術：

1）幅移鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying)，調(diào)幅

2）頻移鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)，調(diào)頻

3）相移鍵控PSK(PhaseShiftKeying)，調(diào)相

基本原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進行調(diào)制。

載波S(t)=Acos(t+)S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、相位調(diào)制就是要使這三個參量隨數(shù)字基帶信號的變化而變化6/6/202369計算機網(wǎng)絡與通信00110100010ASK調(diào)幅FSK調(diào)頻PSK調(diào)相ASK：用載波的兩個不同振幅表示0(0v)和1(+5v)FSK：用載波的兩個不同頻率表示0(1.2KHz)和1(2.4KHz)PSK：用載波的起始相位的變化表示0(同相)和1(反相)6/6/202370計算機網(wǎng)絡與通信多級調(diào)制方法1-單參量多級調(diào)制0110000+90+180+27011數(shù)據(jù)率=信號速率xlog2M M：調(diào)制級數(shù)+900010000+270011+1800104-PSK6/6/202371計算機網(wǎng)絡與通信多級調(diào)制方法2–多參量多級調(diào)制16-QAM(正交振幅調(diào)制):使用振幅和相位的16種組合045

16-QAM的星座圖901802701353152256/6/202372計算機網(wǎng)絡與通信高速(56Kbps)MODEMD/AA/DA/DD/AD/AA/DV.34(28.8--33.6kbps)最大的噪聲來源于模數(shù)轉換的量化噪聲，信道容量極限值約35kbpsD/AA/DD/AV.90(56kbps)交換機1交換機2ISPV.34(28.8--33.6kbps)模擬模擬數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字模擬上行仍需模數(shù)(A/D)轉換，速率最高為35kbps；下行則可達56Kbps6/6/202373計算機網(wǎng)絡與通信3.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼采樣定理：

如果連續(xù)變化的模擬信號最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對其采樣，則采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復出原始信號。語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個步驟：

1）采樣——按一定間隔對語音信號進行采樣2）量化——對每個樣本舍入到量化級別上

3）編碼——對每個舍入后的樣本進行編碼6/6/202374計算機網(wǎng)絡與通信模擬話音采樣時鐘離散信號PCM信號采樣電路量化和編碼數(shù)字化聲音--話音信道帶寬<4KHz--采樣時鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)--量化級數(shù)：256級(8位二進制碼表示)--數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信號的速率

=64000bps編碼后的信號稱為PCM（PulseCodedModulation）信號（脈碼調(diào)制信號）6/6/202375計算機網(wǎng)絡與通信PCM轉換過程舉例

原始信號011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM脈沖

（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

離散脈沖6/6/202376計算機網(wǎng)絡與通信PCM轉換波形圖BACDABCD模擬話音采樣時鐘離散信號PCM信號采樣電路量化和編碼數(shù)字化聲音6/6/202377計算機網(wǎng)絡與通信通信系統(tǒng)的例子——電話系統(tǒng)公用電話交換網(wǎng)PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)-端到端的數(shù)據(jù)傳輸率：104b/s-干線的數(shù)據(jù)傳輸率：1010b/s-總體誤碼率：<10-5

-通信干線采用光纖或微波數(shù)字傳輸系統(tǒng)。優(yōu)點：出錯率低、可傳輸語音/數(shù)據(jù)/圖像、速率高、成本低、維護容易6/6/202378計算機網(wǎng)絡與通信構成：本地回路、交換局、干線端局端局長途局中心局長途局本地回路準長途干線高帶寬長途干線準長途干線本地回路光纖、微波、同軸雙絞線雙絞線6/6/202379計算機網(wǎng)絡與通信本地回路編碼解碼器Codec編碼解碼器Codec用戶設備用戶設備ModemModem端局端局長途局數(shù)字干線模擬線路（本地回路）模擬線路（本地回路）●絕大多數(shù)為模擬線路●計算機間傳輸：以模擬為主，所以信號要經(jīng)過多次變換：數(shù)字→模擬→數(shù)字→模擬→數(shù)字6/6/202380計算機網(wǎng)絡與通信?復用——多個信息源共享一個公共信道

為何要復用？線路成本DEMUX復用器解復用器共享信道MUX2.5多路復用技術6/6/202381計算機網(wǎng)絡與通信復用類型FDM(頻分復用)WDM(波分復用)TDM(時分復用)6/6/202382計算機網(wǎng)絡與通信1.頻分復用FrequencyDivisionMultiplexingCH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復用f原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每個用戶占用一個頻率通道。頻率通道之間留有防護頻帶。適用于模擬信號傳輸

6/6/202383計算機網(wǎng)絡與通信2.波分復用WaveDivisionMultiplexingF2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖采用無源設備，更可靠棱柱/衍射光柵原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每個用戶占用一個波長范圍來進行傳輸。6/6/202384計算機網(wǎng)絡與通信3.時分復用TimeDivisionMultiplexing原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個通道（時隙），每個用戶占用一個通道傳輸數(shù)據(jù)。

A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復用后數(shù)據(jù)時隙1234D3D2D1適用于數(shù)字信號傳輸

時間片6/6/202385計算機網(wǎng)絡與通信統(tǒng)計(異步)TDM——STDMABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期1周期2同步

TDM帶寬浪費A1B1C2B2周期1周期2統(tǒng)計TDM可用帶寬TDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該通道，將會造成帶寬浪費。改進：統(tǒng)計時分多路復用（STDM），用戶不固定占用某個通道，有空槽就將數(shù)據(jù)放入。6/6/202386計算機網(wǎng)絡與通信數(shù)字載波標準T-標準北美、日本E-標準歐洲、中國、南美用數(shù)字信號傳輸語音和數(shù)據(jù)的時分復用標準。6/6/202387計算機網(wǎng)絡與通信每125us為一個時間片，每時間片分為32個通道（供32個用戶輪流使用）。每通道占用125us/32=3.90625us

每通道一次傳送8位二進制數(shù)據(jù)，即每個二進制位占用0.48828125us，所以

E1速率=1/0.48828125=2.048Mb/s

E1標準也可以這樣計算E1速率

E1速率=(32x8bit)/125ms=2.048Mb/s6/6/202388計算機網(wǎng)絡與通信E1-幀格式0121631125ms=32時隙=2.048Mbps幀同步信令信道30路話音數(shù)據(jù)信道+2路控制信道6/6/202389計算機網(wǎng)絡與通信為降低通信線路造價，大型網(wǎng)絡主要采用部分連接的拓撲結構。兩個端節(jié)點之間的通信連接一般都要通過中間節(jié)點的轉接，中間節(jié)點要在它所連接幾條線路中選擇一條進行接續(xù)。就像電話交換機為通話雙方接續(xù)線路一樣，這個過程被稱為交換。

實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換、分組交換。

2.6交換技術6/6/202390計算機網(wǎng)絡與通信電路交換交換設備在通信雙方找出一條實際的物理線路的過程。(最早的電路交換連接是由電話接線員通過插塞建立的，現(xiàn)在則由計算機化的程控交換機實現(xiàn)。)特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。

呼叫——建立連接——傳輸——掛斷

優(yōu)缺點：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；無糾錯機制；建立連接后，傳輸延遲小。6/6/202391計算機網(wǎng)絡與通信

兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。傳統(tǒng)電話網(wǎng)使用電路交換6/6/202392計算機網(wǎng)絡與通信但若要將5部電話機兩兩相連，則需要10對電線。傳統(tǒng)電話網(wǎng)使用電路交換

6/6/202393計算機網(wǎng)絡與通信

…

交換機當電話機的數(shù)量很大時，就必須使用電話交換機進行連接。傳統(tǒng)電話網(wǎng)使用電路交換

6/6/202394計算機網(wǎng)絡與通信((A通話前先撥號建立連接?？赡苤灰?jīng)過一個交換機（如A到B）可能要經(jīng)過多個交換機（如C到D）通話過程中，通信雙方一直占用所建立的連接。通話結束后，掛機釋放連接。電路交換的特點交換機交換機交換機交換機((((((交換機交換機BCD6/6/202395計算機網(wǎng)絡與通信計算機終端早期的計算機網(wǎng)絡采用電路交換那時計算機很少，非常