數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)-1

1第2章數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識基本概念信道傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)差錯控制及檢錯22.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、交換機等調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備也稱為DCE（DataCommunicationEquipment）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：計算機、終端等又分為：源系統(tǒng)（信源＋發(fā)送器）：發(fā)出數(shù)據(jù)的計算機目的系統(tǒng)（信宿＋接收器）：接收數(shù)據(jù)的計算機計算機、終端等設(shè)備也稱為DTE（DataTerminalEquipment）DCEDTEDTEDCE33、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*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個階段。44、數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)

（1）傳輸速率（數(shù)據(jù)通信速率）：傳輸率是指數(shù)據(jù)在信道中傳輸?shù)乃俣?。?shù)據(jù)通信速率分為兩種：碼元速率和信息速率。碼元速率RB：每秒傳送的碼元數(shù)，單位為波特/秒（Baud/s），又稱為波特率；信息速率Rb：每秒中傳送的信息量，單位為比特/秒（bit/s），又稱為比特率；消息速率Rm：單位時間內(nèi)所傳送消息的數(shù)量。5碼元速率和信息速率波特（Baud）：碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝弧２ㄌ芈蕿槊棵雮魉偷拇a元數(shù)（即信號傳送速率）。比特率、波特率和信號編碼級數(shù)的關(guān)系如下：Rb=RBlog2M上式中：M-信號的編碼級數(shù)，Rb-比特率，RB波特率6（2）差錯率

誤碼率和誤比特率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的重要參數(shù)。誤碼率是指碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，誤比特率是指在傳輸中出錯比特的概率。7（2）差錯率

（續(xù)）

在實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，電話線路在300～2400bps傳輸速率時，平均誤碼率在10-2～10-6之間，在4800～9600bps傳輸速率時平均誤碼率在10-2～10-4之間。而計算機通信的平均誤碼率要求低于10-9。因此，普通通信信道如不采取差錯控制技術(shù)是不能滿足計算機通信要求的。8（3）信道帶寬與信道容量

信道帶寬（Bandwidth，BW）是指信道中傳輸?shù)男盘栐诓皇д娴那闆r下所占用的頻率范圍，通常稱為信道的通頻帶。BW≈fmax－fmin單位：赫茲（Hz）信道帶寬是由信道的物理特性所決定的，例如，電話線路的頻率范圍在300～3400Hz，則它的帶寬300～3400Hz。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，一般用每秒允許傳輸?shù)亩M制位數(shù)作為帶寬的計量單位。主要單位：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。例如：傳統(tǒng)以太網(wǎng)理論上每秒可以傳輸1千萬比特，它的帶寬為10Mb/s。9（3）信道帶寬與信道容量（續(xù)）

信道容量是衡量一個信道傳輸數(shù)字信號的重要參數(shù)。信道容量是指單位時間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)，用每秒比特數(shù)（bps）表示。當(dāng)傳輸?shù)男盘査俾食^信道的最大信號速率時，就會產(chǎn)生失真。10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+傳播時延時延帶寬乘積：某一信道所能容納的比特數(shù)。時延帶寬乘積=帶寬×傳播時延例如，某信道的時延帶寬乘積為100萬比特，這意味著第一個比特到達(dá)目的端時，源端已發(fā)送了100萬比特。信道帶寬傳播時延管道體積=時延帶寬乘積（4）時延

11往返時延（Round-TripTime，RTT）：從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到接收端的確認(rèn)所經(jīng)歷的時間RTT≈2×傳播時延（4）時延（續(xù)）12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模擬信號能在數(shù)字信道上傳輸嗎？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數(shù)字信號能在模擬信道上傳輸嗎？ta）模擬信號tb）數(shù)字信號2.2信道及其主要特征13周期信號和非周期信號周期信號信號由不斷重復(fù)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）。tTTTtTTT周期信號非周期信號tt141.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。計算機網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進行數(shù)據(jù)傳輸ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)當(dāng)利用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號時不需要進行變換，通常需要進行數(shù)字編碼。模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。CATV、無線電廣播、電話撥號線路如果利用模擬信道傳送數(shù)字信號，則必須經(jīng)過數(shù)字與模擬信號之間的變換（D/A變換器）。調(diào)制解調(diào)器就是完成這種變換的。15數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信在模擬信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(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(zhì)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、靈活計算機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)。162.信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率Nyquist公式：用于無噪聲理想低通信道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/sNyquist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17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。18Shannon公式：用于有噪聲干擾信道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。193.通信網(wǎng)絡(luò)中站點的連接方式點-點連接交換連接集線式連接中心站集中器交換機主站次站次站次站分支連接204.數(shù)據(jù)傳輸方式（1）信道的通信方式：單工通信、半雙工通信、雙工通信單工：數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播和電視）數(shù)據(jù)信號僅沿一個方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時候都不能改變信號傳送方向。必須附有一條控制信道傳送確認(rèn)信號或請求重發(fā)信號。發(fā)送器接收器21半雙工通信：數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時刻雙向傳輸信號可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一個信道只允許單方向傳送，即兩個方向的傳輸只能交替進行，而不能同時進行。當(dāng)改變傳輸方向時，要通過開關(guān)裝置進行切換。半雙工信道適合于會話式通信，比如公安系統(tǒng)使用的“對講機”和軍隊使用的“步話機”。半雙工方式在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中適用于終端與終端之間的會話式通信。發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器不可同時22發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器A站B站可同時全雙工：數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（例：電話）需要具有兩條物理上獨立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向的信號傳輸。23（2）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。就數(shù)字信號而言，它是一個離散的方波，“0”代表低（或高）電平，“1”代表高（或低）電平傳輸媒體的整個帶寬都被基帶信號占用，雙向地傳輸信息例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）24數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳送，到達(dá)接收端時再把音頻信號解調(diào)成原來的數(shù)字信號。因此，在采用頻帶傳輸方式時，要求發(fā)送端和接收端都要安裝調(diào)制器和解調(diào)器。在實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時，經(jīng)常借助于電話線路，此時就需要利用頻帶傳輸方式。利用頻帶傳輸，不僅解決了利用電話系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號的問題，而且可以實現(xiàn)多路復(fù)用，以提高傳輸信道的利用率。例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)頻帶傳輸25把信號調(diào)制成頻帶為0~幾百MHz的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。采用75Ω的CATV電視同軸電纜或光纖作為傳輸媒體。使用時通常將整個帶寬劃分為若干個子頻帶，分別用這些子頻帶來傳送音頻信號、視頻信號以及數(shù)字信號。例如：閉路電視的信號傳輸、使用CableModem上網(wǎng)、ADSL寬帶傳輸26同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始

●同步脈沖也可位于碼元的中部●一個碼元也可有多個同步脈沖相對應(yīng)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖t同步：指接收端按照發(fā)送端發(fā)送的每個碼元的起止時刻和重復(fù)頻率來接收數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)同步方式27目的是使接收端與發(fā)送端在時間基準(zhǔn)上一致。數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步（3）數(shù)據(jù)同步方式（續(xù)）28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，2種同步方法：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。29字符同步：找到正確的字符邊界。常用的為異步式（起止式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要：1個起始位、5～8個數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個停止位例如，采用1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、2個停止位時，其傳輸效率為8/11≈73％采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”。異步式的優(yōu)缺點：頻率的漂移不會積累，每個字符開始時都會重新獲得同步；每兩個字符之間的間隔時間不固定；增加了輔助位，所以傳輸效率低，適合于低速通信；起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個字符時間邏輯“0”邏輯“1”30同步制：字符不需要附加起始位和停止位而連續(xù)發(fā)送。在發(fā)送一組字符之前先發(fā)送一個同步字符SYN（以01101000表示），用于接收端進行同步檢測，從而使收發(fā)雙方進入同步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個字符。發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符來標(biāo)識整個發(fā)送過程的結(jié)束同步式的優(yōu)缺點：由于發(fā)送方和接收方將整個字符組作為一個單位傳送，且附加位又非常少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。一般用在高速傳輸?shù)據(jù)的系統(tǒng)中，比如計算機之間的數(shù)據(jù)通信。31幀同步：識別一個幀的起始和結(jié)束。幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊面向字符的——以同步字符（SYN，16H）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗碼0–nbit8bit8bit8-32m7EH7EH322.3傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)性能指標(biāo)的評價

傳輸距離：傳輸介質(zhì)的最大傳輸距離抗干擾性：防止噪聲與電磁干擾的能力帶寬：信道所能傳送信號的頻率寬度衰減性：信號在傳輸過程中的衰減程度性價比：性價比高為好傳輸介質(zhì)的分類：有線：雙絞線、同軸電纜(粗、細(xì))光纖無線無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線33雙絞線（TwistPair，TP）--螺旋絞合的雙導(dǎo)線--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：成本低組裝密度高、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短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計算機局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套34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，應(yīng)用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛35非屏蔽雙絞線(UTP)分類（按傳輸質(zhì)量）：l類UTP：主要用于電話連接，通常不用于數(shù)據(jù)傳輸。2類UTP：通常用在程控交換機和告警系統(tǒng)。ISDN和T1/E1數(shù)據(jù)傳輸也可以采用2類電纜，2類線的最高帶寬為1MHz。3類UTP：又稱為聲音級電纜，是一類廣泛安裝的雙絞線。3類UTP的阻抗為100歐姆，最高帶寬為16MHz，適合于10Mbps雙絞線以太網(wǎng)和4Mbps令牌環(huán)網(wǎng)的安裝，也能運行16Mbps的令牌環(huán)網(wǎng)。4類UTP：最大帶寬為20MHz，其它特性與3類UTP完全一樣，能更穩(wěn)定的運行16Mbps令牌環(huán)網(wǎng)。5類UTP：又稱為數(shù)據(jù)級電纜，質(zhì)量最好。它的帶寬為100MHz，能夠運行100Mbps以太網(wǎng)和FDDI，5類UTP的阻抗為100歐姆。5類UTP目前已被廣泛的應(yīng)用。6類UTP ：是一種新型的電纜，最大帶寬可以達(dá)到1000MHz，適用于低成本的高速以太網(wǎng)的骨干線路。36雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn)色彩標(biāo)記和連接方法：線對色彩碼1白藍(lán)，藍(lán)2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線直連線EIA-568AEIA-568B交叉線：交換機-交換機、PC-PC、HUB-HUB(標(biāo)準(zhǔn)、級連端口)直連線：PC/路由器-交換機/HUB37同軸電纜(CoaxialCable)同軸電纜是由繞同一軸線的兩個導(dǎo)體所組成，即內(nèi)導(dǎo)體（銅芯導(dǎo)線）和外導(dǎo)體(屏蔽層)。同軸電纜具有較高的帶寬和極好的抗干擾特性。同軸電纜的規(guī)格是指電纜粗細(xì)程度的度量，按射頻級測量單位（RG）來度量，RG越高，銅芯導(dǎo)線越細(xì)，RG越低，銅芯導(dǎo)線越粗。38常用同軸電纜的型號和應(yīng)用如下：阻抗為50歐姆的粗纜RG-8或RG-11，用于粗纜以太網(wǎng)；阻抗為50歐姆的細(xì)纜RG-58A/U或C/U，用于細(xì)纜以太網(wǎng)；阻抗為75歐姆的電纜RG-59，用于有線電視CATV。應(yīng)用：總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s同軸電纜(CoaxialCable)（續(xù)）39單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個光波波長多模光纖(MMF)多束光線以不同的反射角傳播發(fā)光二極管包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光二極管光檢波器單束光線沿直線傳播光纖（OpticalFiber）40典型的光纜單芯光纜多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：纖芯——50μm緩變型-MMF62.5μ

m緩變型/增強型-MMF8.3μ

m突變型-SMF

包層——125μ

m41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42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

用戶計算機和終端43地面微波通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：10-100km速率：每信道45Mb/s使用的頻率范圍：2GHz~40GHz地球地面站之間的直視線路微波中繼站44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）易于實現(xiàn)廣播通信和多址通信；應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長途電話專用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784公里地球45缺點：通信費用高，延時較大；1GHz以下噪聲很多;10GHz以上雨衰較大；波段頻率（GHz）下行（GHz）上行（GHz）主要問題C4/63.7~4.25.925~6.425地面上的干擾Ku12/1411.7~12.214.0~14.5降雨Ka19/2917.7~21.727.5~30.5降雨；設(shè)備價格貴46紅外線和毫米波光波傳輸應(yīng)用：在短距離內(nèi)連接兩個通信設(shè)備；缺點：不能穿透雨和濃霧，易受天氣影響；特點：用于短距離通信，如電視、錄象機等的遙控；缺點：不能穿透固體；47常用傳輸介質(zhì)的比較（p43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482.4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)字信號信道：模擬信道數(shù)字信道49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501.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號常見的有：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）二進制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；如：用－5V表示0，＋5V表示1；缺點：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機制，傳輸時必須使用外同步。51曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）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→低的跳變代表1，低→高的跳變代表0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。這種編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。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）。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。52三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時鐘NRZManchester差分Manchester532.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進行調(diào)制。

載波信號S(t)=Acos(

t+

)

S(t)的參量包括：振幅A、頻率

、初相位

調(diào)制就是要使A、或隨數(shù)字基帶信號的變化而變化三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控法ASK（AmplitudeShiftKeying，也稱為調(diào)幅）頻移鍵控法FSK（FrequencyShiftKeying，也稱為調(diào)頻）相移鍵控法PSK（PhaseShiftKeying，也稱為調(diào)相）54ASK：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100110100010ASKFSKPSK553.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號典型的是PCM編碼，包括三個步驟：采樣：按一定間隔對語音信號進行采樣采樣定理：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。56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行編碼編碼后的信號稱為PCM信號（脈碼調(diào)制,PulseCodedModulation）。57PCM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582.5多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：多個信息源共享一個公共信道為何要復(fù)用？——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)（鐵路、海運、航空）DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX信源信宿59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60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行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號f復(fù)用器61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行傳輸。主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)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62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)占用一個時隙進行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。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t63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（STDM）。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64統(tǒng)計（異步）TDM——ATDMSTDM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。ATDM：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C265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

A

B=0，A

B'=0，A

A=1，A

A'=-1

其中

為內(nèi)積運算。在無線移動通信中應(yīng)用廣泛。662.6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，電話交換機在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進行接續(xù)。用戶掛機后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶。最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換為什么要采用交換技術(shù)？節(jié)省線路投資，提高線路利用率。實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換和分組交換。67在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程?？梢允钦嬲奈锢砭€路：電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換電路交換67電路交換也能在多路復(fù)用信道上實現(xiàn)在物理線路的某個信道上建立連接68特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路?！Q為“面向連接的”（典型例子：電話）過程：建立連接→通信→釋放連接電路交換（續(xù)）6970優(yōu)點：建立連接后，傳輸延遲??；適用于實時大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。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。對通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。不適用于計算機通信：因為計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到10%。例如：建立連接的時間為0.5秒，計算機以1Mb/s的速率發(fā)送10k字節(jié)。線路利用率＝？71以報文為單位進行“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。報文：需要發(fā)送的整個數(shù)據(jù)塊。由報頭、正文和報尾組成，報頭中有報文號、源地址和目標(biāo)地址。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)。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰結(jié)點傳輸報文時建立結(jié)點間的連接?！Q為“無連接的”（典型例子：電報）整個報文（Message）作為一個整體一起發(fā)送。報文交換72優(yōu)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；缺點：報文大小不一，對存儲容量要求較高，造成存儲管理復(fù)雜；大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的時延過長；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，一旦出錯你會怎樣做？不適用于交互式通信。報文交換（續(xù)）73將報文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路——也是“無連接的”。有強大的糾錯機制、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)時延小——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)。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式分組交換（包交換）74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)，所以目的站點需要按分組編號重新排序和組裝數(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)75虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預(yù)先建立一條邏輯連接——虛電路也需要三個過程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除建立虛電路時，交換機將預(yù)留傳輸時所需的所有資源虛電路的路由在建立時確定，傳輸數(shù)據(jù)時則不再需要數(shù)據(jù)傳輸時只需指定虛電路號，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)——“數(shù)字管道”分組是否需要帶目的地址、源地址等信息？76虛電路是由其路徑上的所有交換機中的路由表定義的類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車:分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車站:節(jié)點）“煙臺－西安”這條線路可以看成是一條虛路徑提供的是“面向連接”的服務(wù)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——與鐵路系統(tǒng)類比！可以看成是采用了電路交換思想的分組交換能夠保證分組按序到達(dá)永久虛電路PVC和交換虛電路SVC77三種交換方式的事件順序呼叫請求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD尋路延遲電路交換分組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78快速分組交換包括：幀中繼FR和異步傳輸模式ATM。FR：以幀為單位進行交換，運行在數(shù)據(jù)鏈路層。ATM：以信元為單位進行交換，信元：固定長度為53B的分組。運行在數(shù)據(jù)鏈路層。792.7差錯控制與檢錯什么是差錯？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、大功率電機的啟停等。什么是差錯控制？在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進行糾正為何要進行差錯控制？不存在理想的信道→傳輸總會出錯與語音、圖像傳輸不同，計算機通信要求極低的差錯率。80數(shù)據(jù)通信中的實際情況81差錯的控制

在數(shù)據(jù)通信中，原發(fā)送信息，不具備抗干擾性能，如果引入冗余度后，就可以使新的碼組具有一定的抗干擾能力。例如，兩位二進制構(gòu)成四種碼組00、01、10、11，無法檢錯，而使用三位二進制，有用碼組為000、011、101和110；目前差錯控制常采用冗余編碼方案，檢測和糾正信息傳輸中產(chǎn)生的錯誤。冗余編碼思想就是：把要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)在發(fā)送時按照所使用的某種差錯編碼規(guī)則加上控制碼（冗余碼），當(dāng)信息到達(dá)接收端后，再按照相應(yīng)的校驗規(guī)則檢驗收到的信息