數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

通信基本概念

A通信：對(duì)消息或信息進(jìn)行傳輸

A消息：對(duì)客觀世界發(fā)生變化的描述和報(bào)道

A信息：表達(dá)消息中的內(nèi)容，是對(duì)客觀物質(zhì)的反映

A信息量：消息中信息的大小

I=log2(1/P)

事件發(fā)生的概率(P)越高,信息量越少

?數(shù)據(jù)：承差,息的實(shí)■

3模擬（log）數(shù)

?信號(hào)：是婁:的具體

物理量編不通常為曬I

根據(jù)利

的通信系.

通信系統(tǒng)模型

信源■發(fā)信終端=傳輸媒介=收信終端=信宿

?信源：提供語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息。

?發(fā)信終端：將信息變換成適合在信道上傳送的通

信信號(hào)（調(diào)制）

?傳輸媒介：即信道。

?收信終端：將收到的信號(hào)經(jīng)解調(diào)等逆變換，恢復(fù)

成信宿適用的信息形式

?信宿：接收信息

通信系統(tǒng)的任務(wù)

把攜帶信息的數(shù)據(jù)用某種物理信號(hào)的形式

通過介質(zhì)傳送到目的地。

信息-數(shù)據(jù)r:信號(hào)一在介質(zhì)上傳輸一信號(hào)二戶數(shù)據(jù)一信息

通信系統(tǒng)可以分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)

數(shù)字通信與模擬通信相比有許多優(yōu)點(diǎn)

模擬通信系統(tǒng)

信源=調(diào)制器M傳輸媒介，解調(diào)器,信宿

調(diào)制器：發(fā)出信號(hào)少調(diào)制少適合媒介傳輸?shù)男问?/p>

解調(diào)器：接收信號(hào)少解調(diào)少恢復(fù)成調(diào)制前的信號(hào)

特點(diǎn)：

?:?頻帶占用較窄，信道利用率較高

?:?抗干擾能力差、保密性差、設(shè)備不易大規(guī)模集

成，不適合計(jì)算機(jī)通信

數(shù)字通信系統(tǒng)

信源■信道■傳輸?信道■信源

信源編碼?編碼?媒介■譯碼■譯碼信宿

信源編碼器：將信源發(fā)出的模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)（A/D）

少信源碼；壓縮編碼，使信源碼占用的信道帶寬減小

信道編碼器：對(duì)信源碼進(jìn)行碼型變換，形成適于在信道中直

接傳輸?shù)男诺来a；進(jìn)行糾錯(cuò)編碼

信道譯碼器：對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)，消除信道編碼器插入的

多余碼元；碼型變換

信源譯碼器：將數(shù)字信號(hào)還原為原始模擬信號(hào)（D/A）給信宿

數(shù)字通信的特點(diǎn)

?抗干擾能力強(qiáng)

?易于加密、保密性強(qiáng)

?便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和變換

?設(shè)備便于集成化、微型化

?綜合業(yè)務(wù)

?占用信道頻帶較寬，信道利用率低

數(shù)字信號(hào)的再生

原始信號(hào)

上限

干擾后信號(hào)

下限

判決

還原信號(hào)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信

依據(jù)通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（模擬或數(shù)字

傳輸）在兩個(gè)功能單元之間傳遞信息

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

將終端與計(jì)算機(jī)由模擬或數(shù)字傳輸系統(tǒng)相連，并

以收集、傳輸、分配和處理數(shù)據(jù)為目的的系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由一巍握終端系統(tǒng);數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)心數(shù)

據(jù)處理系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)終端

系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)

數(shù)

據(jù)

數(shù)

據(jù)

電

路

電

路

終

端

終

端

設(shè)

備

備

設(shè)

DCEDCE

DTEDTE

——數(shù)據(jù)電路——

數(shù)據(jù)鏈路

數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTEDataTerminatingEquipment

生成并向數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信息的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用

戶與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的聯(lián)系。如終端、PC

數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備DCEDataCircuit-TerminatingEquipment

連接DTE與信道，將原始數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于在信道上傳

輸?shù)碾娦盘?hào)。進(jìn)行信號(hào)變換與編碼，負(fù)責(zé)建立、保持和釋放線

路連接。如調(diào)制解調(diào)器

數(shù)據(jù)電路(Circuit)：信道+DCE

DTE通過數(shù)據(jù)電路與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。

通信控制器（傳輸控制器）

通過傳輸控制規(guī)程對(duì)雙方的數(shù)據(jù)通信過程進(jìn)行控制

傳輸控制規(guī)程

即數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂埔?guī)則，包括通信線路的連接，收發(fā)

雙方同步，工作方式的選擇，傳輸差錯(cuò)與流量控制等

數(shù)據(jù)鏈路（DataLink尸數(shù)據(jù)電路+傳輸控制規(guī)程

數(shù)據(jù)鏈路遵循嚴(yán)格的傳輸控制規(guī)程，通信雙方必須建

立數(shù)據(jù)鏈路后才能進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)

A傳輸速率

A信道帶寬

A信道容量

A傳輸質(zhì)量

傳輸速率

傳輸速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸信息單元的數(shù)量

數(shù)據(jù)信號(hào)速率（傳信率）c11

S=—log9N

單位時(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制位T

代碼的有效位數(shù)單位為位/秒，bps或b/s

T：一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度（全寬碼）或重復(fù)周期（歸零碼）

N：為一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù)。

N=2tK為二進(jìn)制信息的位數(shù)

N=2時(shí)，S=l/T,數(shù)據(jù)信號(hào)速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率

信號(hào)傳輸速率(碼元速率、調(diào)制速率、波特率)

信號(hào)調(diào)制過程中，單位時(shí)間內(nèi)通過信道傳輸?shù)?/p>

碼元數(shù)，單位為波特(Baud)

1

B=-T為信號(hào)碼元的寬度，單位為秒

碼元工

表示數(shù)字信息的占據(jù)相等時(shí)間的電信號(hào)波形

如：

兩個(gè)不同的電信號(hào)波形表示二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，有電流

表示“1”，無電流表示“0”。“1”和“0”所占時(shí)間相等，

這樣的每個(gè)電信號(hào)波形都稱為二進(jìn)制“碼元”。

N進(jìn)制數(shù)字信號(hào)就用N個(gè)不同的電信號(hào)波形來表示，相

應(yīng)的各信號(hào)波形稱為N進(jìn)制“碼元”。

數(shù)據(jù)信號(hào)速率S與信號(hào)傳輸速率B的關(guān)系

S=Blog2N

?:?在二進(jìn)制中，N=2,S=B

。在多進(jìn)制調(diào)制方式時(shí)，N取值不同，相等的調(diào)

制速率得到不同的數(shù)據(jù)信號(hào)速率

例：采用四相調(diào)制，N=4,T=833us

ii

B=—=------=1200band

T833*10-6

S=B]og27V=1200log24=2400bps

調(diào)制方式、調(diào)制速率、數(shù)據(jù)信號(hào)速率的關(guān)系

調(diào)制速率11200120016002400

調(diào)制方式調(diào)頻四相調(diào)制八相調(diào)制十六相調(diào)制

(N=2)(N=4)(N=8)(N=16)

數(shù)據(jù)信號(hào)

1200240048009600

速率

信道容量

信道帶寬

信道頻帶的寬度，即不失真?zhèn)鬏數(shù)男盘?hào)頻率范圍

信道容量

信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（bps）

兩個(gè)信道容量的計(jì)算公式：Nyquist、香農(nóng)公式

Nyquist公式

1924年，奈奎斯特(Nyquist)推導(dǎo)出無噪聲

信道的最高碼元傳輸速率：

B=2HBaud

H：信道的帶寬(Hz)

C=數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速率，單位b/s或bps

C=2Hlog2N(bps)H=信道帶寬，單位Hz

N=碼元所取離散值個(gè)數(shù)

由于碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制，要提

高信息傳輸速率，必須設(shè)法使每個(gè)碼元攜帶更多

的信息量，就需要采用多進(jìn)制的調(diào)制方法。

N最大數(shù)據(jù)率(C)

26000bps

例：412000bps

話音級(jí)線路(3kHz)818000bps

的信道容量計(jì)算1624000bps

3230000bps

6436000bps

Shannel公式

1948年，香農(nóng)推導(dǎo)出帶噪聲信道的容量

C=Hlog2(l+.)

C:數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸率H:信道帶寬

S:信號(hào)功率N:噪聲功率S/N:信噪比

S/NdB信噪比(dB分貝)

S/NdB=101og10SZN

例：

信道帶寬H=3kHz,信噪比為30dB,貝小

C=3000^1og2(l+1000)^30kbps

A香農(nóng)公式表明：信道的帶寬或信道中的信噪比越大

,則信息的極限傳輸速率越高

A香農(nóng)公式還指出：只要信息傳輸速率低于信道的極

限信息速率，就一定可以找到某種方法來實(shí)現(xiàn)無差

錯(cuò)的傳輸。

傳輸質(zhì)量

誤碼率(Biterrorrate)：

P=Ne/N

Ne:出錯(cuò)的位數(shù)N:傳輸?shù)目偽粩?shù)

衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可

靠性指標(biāo)。

頻帶利用率

單位傳輸帶寬所能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率。通信系統(tǒng)

占用的頻帶越寬，傳輸信息的能力越大，通常情況

下，二者成比例。

r|=R/B

R：傳輸速率B：頻帶寬度

數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

內(nèi)容

A數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娖綐?biāo)準(zhǔn)

A數(shù)據(jù)傳輸方式

A編碼與調(diào)制

A信道復(fù)用

A傳輸介質(zhì)

常用電平標(biāo)準(zhǔn)

TTL電平一單極性電平標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)定：電源電壓5V,低電平0?0.8V高電平L4V?5V

特點(diǎn)：信號(hào)傳輸過程中易衰減和干擾，易產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤，只

適合近距離傳輸

CMOS電平標(biāo)準(zhǔn)-一單極性電平標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)定：電源電壓5?18V,低電平0?1/2VDD，高電平標(biāo)準(zhǔn)為

1/2VDD7VVDD

特點(diǎn)：抗干擾能力較強(qiáng)，傳輸速率不高

RS-232C電平標(biāo)準(zhǔn)一雙極性電平不歸零電平標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)電壓v±15V（?！?2V）

“1”：一5V?-15V,“0"：+5V?+15V

噪聲容限：+3V?+5V和一3V?-5V,<15米，<20Kbps

特點(diǎn)：采用負(fù)邏輯，增加噪聲容限，抗干擾能力較強(qiáng)

RS?422A電平標(biāo)準(zhǔn)一雙極性不歸零電平標(biāo)準(zhǔn)

無參考地線，用兩條傳輸線互為參考，是一種平衡標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)定：“1”:正端電壓比負(fù)端電壓高200mV~6V

“0”:正端電壓比負(fù)端電壓低200mV?6V

<12米，10Mbps

數(shù)據(jù)的傳輸方式

A基帶和頻帶傳輸

＞并行和串行傳輸

A單工和雙工通信

A同步與異步傳輸

基帶傳輸

基帶

指原始信號(hào)所占用的基本頻帶

基帶傳輸

在信道上直接傳輸基帶信號(hào)而不作任何處理

數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸：以原來的“0”和“I”

的形式直接用數(shù)字信號(hào)在信道上傳輸。一般在計(jì)

算機(jī)通信中采用

如:以太網(wǎng)

頻帶傳輸

頻帶傳輸：將數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)后傳輸，由一

個(gè)或幾個(gè)頻率組成，占用了一個(gè)固有的頻帶

原因：進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，要借用已有通信網(wǎng)

絡(luò)，數(shù)字基帶信號(hào)無法直接進(jìn)行傳輸。

優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)公共信道要求；可實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用

例如:通過電話模擬信道傳輸

并行傳輸

將各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳輸，每一位有自己的傳輸線

和發(fā)送、接收設(shè)備。

速率高，但設(shè)備和線路多，距離較近（計(jì)算機(jī)

內(nèi)部、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間）

串行傳輸

在一條數(shù)據(jù)傳輸線上，每次傳輸一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)

在相同時(shí)鐘頻率下，比并行慢，但節(jié)省通信設(shè)備

和線路，適用于遠(yuǎn)距離通信，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)普遍采用

*

串

并

并

串

接

發(fā)

■>■>

轉(zhuǎn)

轉(zhuǎn)

收

送

A

換

換

站

站

裝

裝

A■>

置

置

A

■>A

單工通信與雙工通信

按數(shù)據(jù)傳輸方向及時(shí)間關(guān)系可將通信方式分為:

單工、半雙工、全雙工

?單工通信

?發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間只有一個(gè)傳輸通道

?數(shù)據(jù)單向傳輸，方向不能改變

?簡(jiǎn)單，傳輸效率不高，適用于計(jì)算機(jī)與輸出設(shè)備之間

收

?半雙工通信

?兩設(shè)備間輪流雙向傳輸數(shù)據(jù)，不能同時(shí)。

A要求每一端都具有發(fā)送、接收設(shè)備和改變方向的控制器

?控制較復(fù)雜，傳輸效率不高

A適用于對(duì)話式終端或用于傳輸通道無足夠帶寬支持雙向通

道的場(chǎng)合

?全雙工

?可同時(shí)雙向傳輸

A具有兩條物理上獨(dú)立信道

?傳輸速率高，控制簡(jiǎn)單，要求信道有足夠帶寬

同步——收發(fā)雙方在時(shí)間上保持一致

并行通信

采用握手信號(hào)線，由發(fā)送方控制，使接收方

保證數(shù)據(jù)接收的準(zhǔn)確性。

串行通信

為節(jié)省信道，不另外加入控制信號(hào)線，通過通信

協(xié)議來保證同步，使收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上一致（

包括開始時(shí)間、位邊界、重復(fù)頻率等）。

根據(jù)通信協(xié)議所定義的同步方式：異步傳輸和同步傳輸

異步傳輸

A以字符為單位的數(shù)據(jù)傳輸

A附加上起始、停止位來標(biāo)記字符的開始和結(jié)束，

實(shí)現(xiàn)字符的同步

A附加差錯(cuò)校驗(yàn)位

A收發(fā)雙方采用相同的數(shù)據(jù)格式（字符位數(shù)、停止

位數(shù)、有無校驗(yàn)位、校驗(yàn)方式）

?收發(fā)雙方采用相同的傳輸速率實(shí)現(xiàn)位同步，如：

1200、24。。、9600b/s等

傳號(hào)|_|1凹11|000|1[0J傳號(hào)

-------數(shù)據(jù)位------

起始位校驗(yàn)位停止位

字符1字符2■字符3字符4

任意間隔任意間隔任意間隔

以字符為單元，每個(gè)字符之間的間隔任意

優(yōu)點(diǎn)-控制簡(jiǎn)單

A約定傳輸速率來實(shí)現(xiàn)位同步，收發(fā)雙方的時(shí)鐘不

需嚴(yán)格同步

A通過起始位和結(jié)束位來實(shí)現(xiàn)字符同步

缺點(diǎn)

A傳輸效率低

例如，1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、2個(gè)停止位時(shí)，其效率為

8/11<72%

?傳輸速率低

同步傳輸

A以數(shù)據(jù)塊為單位的數(shù)據(jù)傳輸

A數(shù)據(jù)塊頭尾附加特殊字符，標(biāo)記開始和結(jié)束

A附加校驗(yàn)序列（如16或32位的CRC）實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制

塊開始數(shù)據(jù)塊塊校驗(yàn)塊結(jié)束

________標(biāo)志（二進(jìn)制位流）序列標(biāo)志

同步傳輸數(shù)據(jù)格式

■根據(jù)同步通信規(guī)程，同步傳輸又分為質(zhì)次字符初

面向位流的同步傳輸

面向字符的同步傳輸

A數(shù)據(jù)塊頭部用一個(gè)或多個(gè)同步字符“SYN”來標(biāo)記

開始；尾部用一個(gè)唯一字符“ETX”來標(biāo)記結(jié)束

A特殊字符的位模式與任何普通字符都有顯著不同

A典型協(xié)議：IBM的二進(jìn)制同步通信規(guī)程BISYNC

同步字符數(shù)據(jù)尾部

III

傳輸幀SYNSYNETX

面向位流的同步傳輸

＞數(shù)據(jù)塊的頭尾用特殊比特序列標(biāo)記開始和結(jié)束

＞數(shù)據(jù)塊作為位流而不是字符流來處理

＞為避免在流中出現(xiàn)標(biāo)記塊開始和結(jié)束的特殊位

模式，通常采用位插入的方法

＞典型：

高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程(HDLC)

同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程(SDLQ

HDLC的幀格式

88-168-16>0168位

FACInfoFCSF

標(biāo)志字段（F：Flag）：01111110,幀的首尾邊界

數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰0101111110001010

好出現(xiàn)和F字段一樣的情況

會(huì)誤認(rèn)為是F字段

發(fā)送端在5個(gè)連1之后填入0101111110001010

0比特再發(fā)送出去t

填入0比特

在接收端將5個(gè)連1之后的00101111110001010

比特刪除，恢復(fù)原樣

刪除0比特

異步方式和同步方式的比較

異步方式同步方式一

簡(jiǎn)單G

字符為單位嬴塊為單位

每個(gè)字符需要同步數(shù)據(jù)塊在發(fā)方和收方同步

字符間不需同步_________后作為一個(gè)整體傳送

效率低_________________效率高

速率低_________________速率高

收發(fā)雙方時(shí)鐘不需嚴(yán)格一致收發(fā)雙方時(shí)鐘必須嚴(yán)格一致

錯(cuò)誤影響一個(gè)字符錯(cuò)誤影響整個(gè)數(shù)據(jù)塊

數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼

不同類型的數(shù)據(jù)在不同類型的信道上傳輸有4種組合,

每一種相應(yīng)地需要進(jìn)行不同的編碼處理

模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)

模擬模擬模擬數(shù)字

<>

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)

數(shù)字模擬

數(shù)字?jǐn)?shù)字

1010^~>1010^~>

?編萬用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼

用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制

調(diào)制

m(t)|

m(t)

調(diào)制器解調(diào)器

數(shù)字或模擬信號(hào)數(shù)字或

模擬模擬

\pP—調(diào)制參數(shù)

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

A單極性不歸零碼

A單極性歸零碼

A雙極性不歸零碼

A雙極性歸零碼

A差分編碼

A單極性相位編碼（曼徹斯特編碼）

A交替反轉(zhuǎn)碼

?單極性不歸零碼(NonReturntoZero,NRZ)

二進(jìn)制數(shù)字0、I分別用兩種電平來表示。

用+E電平表示1,0電平表示0

01001100011

時(shí)鐘口

I~IdIPnIIhj~ILIhjI-LIhIhI?i±I

+E1門1LL：!LI

ov~~III~~~I~~~Illi~~I~~~r

IIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIII

?單極性歸零碼

/數(shù)據(jù)位“1”對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖，脈沖寬度比每位的

傳輸周期短，即提前歸零

/數(shù)據(jù)位“0”為零電平

,011,0,0.1,1.0,0,0,111,

時(shí)鐘

nIjIirILInnIAIrILInInnIrIurI

+EIII____I____II____II

dCLDdQW

ovIIIIIIII

?雙極性不歸零碼

?數(shù)據(jù)位1用正電平或負(fù)電平表示

?：?數(shù)據(jù)位0用相反電平表示

0I1I0I0I1I1I0I0I0I1I1I

時(shí)鐘

4FILIrLIrLIrLInInnIrLIrLITILIr

+EIIIIIIIIIII

0V

-E

1：負(fù)電平0：正電平

?雙極性歸零碼

A數(shù)據(jù)位“1”對(duì)應(yīng)正或負(fù)脈沖

>數(shù)據(jù)位“0”為相反脈沖

>兩種脈沖都提前回到零

I___0I___1I___0I___0_I____1I___1I___0I___0_I____01___1J___1I

時(shí)鐘

+E

\\[\I-------

OVWi

IIIIIIII

?差分編碼

■數(shù)據(jù)位1:電壓極性的跳變來表示。

■數(shù)據(jù)位0：電壓極性不跳變

0___I_1__0I___0I___I_1__I_1__0I___0I___I0___I_1__I1___I__

時(shí)鐘

^nIjImInIrLInInInInIrLIrI

+E

1

111

~111

-----1--

-E1111111111

111111n11n11

1111111111

1111111111

?交替反轉(zhuǎn)碼

＞數(shù)據(jù)位“工”交替使用+E和?E表示

＞數(shù)據(jù)位“0”為零電平

0,10,01,10,0,0,1,1,

時(shí)鐘dhrLTWijirirLhrLr

IIIIIIIIIIII

_IIIIIIIIIIII

+tIIIIIIIIIIII

ov，LI〔n「廠

-EiiiI—iiiI—i

IIIIIIIIIIII

?曼徹斯特編碼(Manchestercode)

用電壓的變化表示。和1。

規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變：

高一低的跳變——0,低一高的跳變——1

???每個(gè)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(hào)，使接收端的時(shí)鐘與

發(fā)送設(shè)備的時(shí)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(jī)制，無需

外同步信號(hào)

?差分曼徹斯特編碼(DifferentialManchester

code)

與曼徹斯特編碼相同，在每個(gè)碼元的中間，信

號(hào)都會(huì)發(fā)生跳變；不同之處在于：

用在碼兀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

___0I___1I___0I___0I___1I___1I___0I___0_I___0I___1I___1I___

時(shí)鐘

I

IIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIII

Manchester

差分

INIjLnMIrLIrLnMIdII

ManchesterIIIIIIIIIIII

?曼徹斯特編碼廣泛應(yīng)用于以太網(wǎng)中。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼

計(jì)算機(jī)通信的遠(yuǎn)距離線路通常是模擬線路，需用載波

對(duì)基帶脈沖調(diào)制，變換成適于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M信號(hào)

三種常用的調(diào)制技術(shù)：

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(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制

載波S(t)=Acos(cot+(p)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率①、相位①

ASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1

FSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和1

PSK：用載波的起始相位的變化表示0（同相）和1（反相）

000000:1：0

II

II

n-LmFIIL

恤一ASK調(diào)幅

BAMAHII

FSK調(diào)頻

IIIIIIlliI

PSK調(diào)不

（相對(duì)調(diào)相）

多級(jí)調(diào)制方法1■單參量多級(jí)調(diào)制

?+90°01

+180°10

0°00

>

I+270°11

4-PSK

?數(shù)據(jù)率=信號(hào)速率xlog2N

N：調(diào)制級(jí)數(shù)

多級(jí)調(diào)制方法2-多參量多級(jí)調(diào)制

16-QAM（正交振幅調(diào)制）:使用振幅和相位的16種組合

16-QAM的星座圖

例如：語音信號(hào)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音

信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。這需要經(jīng)過三個(gè)步驟：

1）采樣——按一定間隔對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣

2）量化——對(duì)每個(gè)樣本舍入到量化級(jí)別上

3）編碼——對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼

編碼后的信號(hào)稱為PCM（PulseCodedModulation）信號(hào)

（脈沖編碼調(diào)制信號(hào)）

采樣時(shí)鐘PAM信號(hào)PCM信號(hào)

數(shù)字化

模擬話音

聲音

A話音信道帶寬v4KHz

A采樣時(shí)鐘頻率：8KHz（＞2倍話音最大頻率）

A量化級(jí)數(shù)：256級(jí)（8位二進(jìn)制碼表示）

A數(shù)據(jù)率：每路PCM信號(hào)的速率=8000次/s*8bit=64kb/s

多路復(fù)用技術(shù)

多個(gè)信號(hào)共享同一線路，即多路信號(hào)在同一物理信道中傳輸。

為何要復(fù)用？許多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的傳輸介質(zhì)帶寬大于傳輸單一

信號(hào)所需帶寬，為有效利用傳輸系統(tǒng)，采用多路復(fù)用技術(shù)。從

而降低通信電纜的安裝和維護(hù)成本。

共享信道

FDM（頻分復(fù)用）TDM（時(shí)分復(fù)用）

頻分復(fù)用(FDM)FrequencyDivisionMultiplexing

基本條件：

傳輸介質(zhì)的可用帶寬超過各路給定信號(hào)所需帶寬的總和。

原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道(頻段)，每

個(gè)用戶占用一個(gè)頻段。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶。

可子信道A

用子信道B

頻子信道C

段子信道D

頻分復(fù)用

CH1CH1

CH2

CH3CH3

適用于模擬信號(hào)傳輸

原帶寬移頻后帶寬

時(shí)分復(fù)用TimeDivisionMultiplexing

原理：將物理信道按時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分

為若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)用戶占用一個(gè)時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)

在任意時(shí)刻，整個(gè)通路上只有一個(gè)特定用戶的信號(hào)，即每個(gè)

用戶交替使用單一信道，多個(gè)信號(hào)從宏觀上同時(shí)進(jìn)行傳輸

1

2

3

4

5

6

同步時(shí)分復(fù)用SynchronousTDM

原理：信道固定時(shí)間分配方式，每個(gè)時(shí)隙分配給固定的用戶，

任意時(shí)刻整個(gè)通路上只有一個(gè)特定用戶的信號(hào)。無論用戶使用

與否，時(shí)隙不會(huì)被其它用戶占用。

AlD1

原始信號(hào)數(shù)字化信號(hào)適用于數(shù)字信號(hào)傳輸

異步時(shí)分復(fù)用AsynchronousTDM

同步TDM的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不

能占用該通道，造成信道浪費(fèi)。

異步時(shí)分復(fù)用：可動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙，避免信道空閑

基本原理：

某一用戶申請(qǐng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)再分配時(shí)隙，時(shí)隙

與用戶之間無一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，任何時(shí)隙可被用于傳

輸任一路信號(hào)

異步TDM

信道浪費(fèi)

同步TDM

^

ABtB2

周期i周期2

可用

異步TDM

待發(fā)數(shù)據(jù)

周期1周期2

數(shù)字載波標(biāo)準(zhǔn)

用數(shù)字信號(hào)傳輸語音和數(shù)據(jù)的時(shí)分復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)

?T.標(biāo)準(zhǔn)

?TL24路PCM速率L544Mb/s

?北美、日本

?E■標(biāo)準(zhǔn)

?EL32路PCM速率2.048Mb/s

?歐洲、中國

El標(biāo)準(zhǔn)

A每12511s為一個(gè)時(shí)間片（時(shí)分復(fù)用幀），每時(shí)間片分為32個(gè)

通道（時(shí)隙）一供32個(gè)用戶輪流使用

A每通道占用125us/32=3.90625us

A每通道一次傳送8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即每個(gè)二進(jìn)制位占用

0.48828125us

AE1速率=l/0.48828125=2.048Mb/s

或：E1速率=（32x8bit）/125us=2.048Mb/s

El的時(shí)分復(fù)用幀：30路話音數(shù)據(jù)信道+2路控制信道

---------------125us=32時(shí)隙=2.048Mbps---------------

0121631

幀同步信令信道

T1標(biāo)準(zhǔn)

A24話路

A每話路的取樣脈沖用7bit編碼+一位信令碼元=8bit

A24路的編碼+lbit幀同步碼=每幀193bit

ATI速率：193*8000=1.544Mb/s

channelchannelchannel定幀位

#1#2#24

:8bid

193bits

傳輸介質(zhì)（媒體）

?有線介質(zhì)

雙絞線

同軸電纜

光纖

?無線介質(zhì)

無線電、微波和衛(wèi)星

一般從以下幾個(gè)方面對(duì)傳輸介質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)：

A物理特性：材料、導(dǎo)電率等

A傳輸特性：傳輸信號(hào)的種類（模擬或數(shù)字）、傳輸量

A連通特性：連接方式（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)連接）

A地理范圍：網(wǎng)上各點(diǎn)間的最大距離

A抗干擾特性：防噪聲和電磁干擾的能力

?成本（價(jià)格）：介質(zhì)本身和安裝維護(hù)費(fèi)用

雙絞線(Twistedpair)—最常用的傳輸介質(zhì)

由相互絕緣的兩根銅線按一定密度絞合組成，每根銅線直

徑約1mm；一根或多根雙絞線封裝在護(hù)套內(nèi)形成雙絞線電纜,

每根4對(duì)、25對(duì)、1800對(duì)

一根導(dǎo)線在傳輸中的輻射電波和另一根導(dǎo)線的電波抵銷，

從而降低了信號(hào)的干擾，提高傳輸質(zhì)量

根據(jù)護(hù)套內(nèi)有沒有屏蔽層可分為內(nèi)導(dǎo)體芯線

A無屏蔽雙絞線UTP絕緣

(UnshieldedTwistedPair)箔屏蔽

銅屏蔽

＞屏蔽雙絞線STP

外套

(ShieldedTwistedPair)

物理特性：銅質(zhì)，良好的傳導(dǎo)率

傳輸特性：可傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

模擬信號(hào):5km需加放大器；常用于話音的模擬傳輸

數(shù)字信號(hào):LAN中數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)10M—100Mb/s,令牌環(huán)

網(wǎng)可達(dá)4M或16Mb/s；平衡傳輸（速率高）

連通性：可用于點(diǎn)到點(diǎn)、多點(diǎn)連接，多用于點(diǎn)到點(diǎn)

地理范圍：10Mb/s—100m

抗干擾性：低頻時(shí)高于或同于同軸電纜；大于10kHz時(shí)，低

于同軸電纜

價(jià)格：成本低，密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）

屏蔽雙絞線(STP,ShieldedTwistedPair)：

抗干擾性好，性能高，用于遠(yuǎn)程中繼線時(shí)，最大距離可以達(dá)到

十幾公里。但成本較高，一直沒有廣泛使用。

非屏蔽雙絞線(UTP,UnshieldedTwistedPair)：

傳輸距離一般為100米，性價(jià)比高，目前被廣泛使用

美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(ElectronicIndustriesAssociation)和電

信工業(yè)協(xié)會(huì)TIA發(fā)布的EIA/TIA-568標(biāo)準(zhǔn)(91年)：

UTP分為1、2、3、4、5五類，常用3類線和5類線，5類線可支

持100Mbps快速以太網(wǎng)連接，超5類支持155MbpsATM數(shù)據(jù)傳

輸，一般在lOBaseT或lOOBaseTX網(wǎng)絡(luò)中常用5類線

屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)

屏蔽以減少干擾3類、5類雙絞線

沒有任何附加屏蔽

EIA/TIA568AEIA/TIA568B

布線標(biāo)準(zhǔn)布線標(biāo)準(zhǔn)

白白白白白白白白

綠綠橙藍(lán)藍(lán)橙棕棕橙橙綠藍(lán)藍(lán)綠棕棕

12345678

雙機(jī)互連時(shí)

用錯(cuò)線(反線)(1236—3612)

?同軸電纜

銅芯

?基帶同軸電纜絕緣層

>一條電纜只用于一個(gè)信道外導(dǎo)體

屏蔽層

>特性阻抗：50Q

A傳輸數(shù)字基帶信號(hào)

?寬帶同軸電纜

>一條電纜同時(shí)傳輸不同頻率的多路模擬信號(hào)

A特性阻抗：75。

A模擬傳輸，300—450MHz

ACATV每個(gè)電視頻道分配6MHz

基帶同軸電纜分為粗同軸和細(xì)同軸

?細(xì)同軸

50Q,D=1.02cm,10Mbps

185m(200m)、4中繼、5段(925m)

優(yōu)缺點(diǎn)：價(jià)格低

安裝方便(T型連接器、BNC接頭、Terminator)

抗干擾能力強(qiáng)

距離短

可靠性差

?粗同軸

50fl,D=2.54cm,10Mbps

500m、4中繼、5段(2500m)

優(yōu)缺點(diǎn)：價(jià)格稍高

安裝較困難(收發(fā)器、收發(fā)器電纜、Terminator)

距離中等

可靠性好

細(xì)同軸電纜的連接方法

?細(xì)同軸電纜

?T形頭

?BNC接口

?BNC終結(jié)器

BNC接頭

工作站

粗同軸電纜的連接方法

帶DIX連接器的網(wǎng)卡粗同軸電纜AUI電纜

陰陽連接器收發(fā)器終端匹配電阻

?光纖一一光導(dǎo)纖維

?傳輸光束的細(xì)微而柔韌的介質(zhì)，通常為透明的石英玻璃纖維

?靠光波承載信息進(jìn)行通信，有光脈沖：I,無光脈沖：0

光纖通信歷史僅20/30年：

A60年，美MAINMAN發(fā)明紅寶石激光器

A66年，英籍華人高銀(C.K.KAO)博士

提出石英玻璃制光纖

A70年，美國康寧公司制出了損耗為20dB

光纖

?速率高，通信容量大

光頻率很高一108MHz,數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)幾Gbps,光通

信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)大于目前其它傳輸媒體

?傳輸損耗小，適合長距離傳輸：傳輸距離可達(dá)幾十公里

?抗干擾性能好：

不受電磁干擾影響，因抽頭困難，無光泄漏，保密性好

?輕便：體積小，重量輕。

例如：1公里長的1000對(duì)雙絞線重8000kg,同樣長度但容

量大得多的一對(duì)光纖僅重100kg

?價(jià)格較高：光纖接口較貴，抽頭困難

光纖傳輸電信號(hào)過程

用光纖傳輸電信號(hào)，在發(fā)送端先將其轉(zhuǎn)換成光

信號(hào)，在接收端由光檢測(cè)器還原成電信號(hào)。

電信號(hào)

發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器光電二極管

光纖傳輸原理一利用光的反射

?光從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。

折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角N臨界值

時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。

■光纖：纖芯■折射率高、玻璃包層■折射率低

光線從高折射率媒體射向低折射率媒體，折射角大于入射角

包層（低折射率）

注纖的分類一按傳輸模式分單模光纖和多模光纖

單模光纖SMF（SingleModeFiber）

A直徑很?。汗饫w直徑減少到只有一個(gè)光波長時(shí)，

光纖就使光線一直向前傳播。

A光源使用半導(dǎo)體激光器，激光定向性好由于只有

一個(gè)軸向傳輸光信號(hào)，不會(huì)失真，損耗小

A傳輸距離較長（在2.5Gbps速率傳輸幾十公里不用

中繼），傳輸容量和帶寬大

A設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格貴（半導(dǎo)體激光器）

多模光纖MMF(MultimodeFiber)

A使用發(fā)光二極管，產(chǎn)生可見光，定向性差，是通

過在光纖的石英玻璃媒體中不斷反射向前傳播

?通過多角度反射光信號(hào)，可有多個(gè)傳輸路徑，每

個(gè)路徑長度不同，通過光纖的時(shí)間也不同，導(dǎo)致光

信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)擴(kuò)散和失真，影響傳輸距離

和速率

A傳輸容量、帶寬、距離較小

A設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低(發(fā)光二極管)，使用較廣泛

?光纖傳輸模式：MMF、SMF

芯/封套特性

輸入信號(hào)展

多模MMF波長：850,1300nm

多束光線以不同的反射角傳播

輸入信號(hào)輸出信號(hào)

E巨

單模SMF

光纖的直徑減小波長：1300,1550nm

到一個(gè)光波波長

單束光線沿直線傳播

?典型的光纜

單芯光纜

玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯常見規(guī)格：

玻璃內(nèi)芯

50umMMF

塑料外套62.5umMMF

外殼

多芯光纜8.3umSMF

玻璃包層

125um

玻璃內(nèi)芯玻璃封套

?高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)

心

采用光纖聯(lián)網(wǎng)時(shí)，常將點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路串接構(gòu)成

環(huán)路，通過T形接頭連到計(jì)算機(jī)

無源T形頭：

內(nèi)含光電二極管和發(fā)光二極管，熔接到光纖上，即使二

者出現(xiàn)故障，只使計(jì)算機(jī)脫機(jī)，光纖網(wǎng)仍連通。但接頭處有損

耗，光纖環(huán)路長度受限

有源T形頭：有源轉(zhuǎn)發(fā)器

進(jìn)入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再生放大，再變成光信號(hào)

傳輸。傳輸距離長，T形頭出故障，整個(gè)環(huán)路不能工作。

微波通信

A視線距離內(nèi)利用無線電進(jìn)行傳輸?shù)囊环N形式

?微波沿直線傳播，因地球表面為曲面，傳播距離

有限，約為50km。通過增高天線高度，傳播距離

可增至100km。

A遠(yuǎn)距離通信需在無線信道終端間建立中繼站，將

信號(hào)放大再傳送，稱為“虎力”

A微波傳輸質(zhì)量較穩(wěn)定，但易受雨雪等惡劣天氣和

不利地形影響

地面微波接力

地面站之間的直視線路

?兩個(gè)地面站之間傳送

?距離：50-100km微波傳送塔（中繼站）

衛(wèi)星通信

A微波通信的特殊形式，以人造衛(wèi)星為微波中繼站

A衛(wèi)星接收地面發(fā)送站的信號(hào)后，以廣播方式用不

同的頻率發(fā)回地面站接收。

A衛(wèi)星的信道頻帶寬，采用頻分復(fù)用分成若干子信

道，分上行信道（地面站到衛(wèi)星）、下行信道（衛(wèi)

星到地面站）

A容量大，距離遠(yuǎn)，干擾小，誤碼率較小，通信較

穩(wěn)定可靠

A傳播時(shí)延長270ms（與兩點(diǎn)距離無關(guān)）；保密性較

差，造價(jià)高

地球同步衛(wèi)星

發(fā)出的電磁波能輻射到地球上的18000km通信覆蓋區(qū)，自

在赤道上空放置3顆相隔120度的衛(wèi)星，即可實(shí)現(xiàn)全球通信

?與地面站相對(duì)固定位置

22,300

?使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球

公里

?傳輸延遲時(shí)間長

幾種傳輸媒體的比較

非屏蔽雙絞線基帶同軸電纜光纖衛(wèi)星

分類3類、5類粗纜、細(xì)纜單模、多模同步、低軌

速率3類UTP最大16Mbps因種類、距離不同幾十Gbps根據(jù)租費(fèi)

5類UTP最大155Mbps變化較大

地理100米左右細(xì)纜小于925米幾到幾十公里,很大

范圍粗纜小于2500米

差錯(cuò)率一般中等最低高

成本低中較高高

差錯(cuò)控制與校驗(yàn)

產(chǎn)生差錯(cuò)的原因：噪聲

1）隨機(jī)錯(cuò)：信道固有的白噪聲；

2）突發(fā)錯(cuò)：沖擊噪聲

減小差錯(cuò)的措施

A改善通信線路的質(zhì)量，降低誤碼率;

A采用差錯(cuò)控制技術(shù)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)

差錯(cuò)控制編碼

A發(fā)送數(shù)據(jù)前按規(guī)則在數(shù)據(jù)位上附加重筵再發(fā)送

A接收端利用相同規(guī)則對(duì)信息位和冗余位間關(guān)系進(jìn)

行檢測(cè)，判斷是否出錯(cuò)

A出錯(cuò)處理：

檢錯(cuò)法一一反饋重發(fā)

糾錯(cuò)法----前向糾錯(cuò)

反饋重發(fā)

接

發(fā)

收

檢錯(cuò)碼送檢錯(cuò)碼

信源I信宿

機(jī)

編碼器I機(jī)譯碼器

存儲(chǔ)器

判定信號(hào)檢測(cè)器

前向糾錯(cuò)

接

發(fā)

收

糾錯(cuò)碼送糾錯(cuò)碼

信源信宿

機(jī)

編碼器機(jī)譯碼器

噪聲源

檢錯(cuò)碼

奇偶校驗(yàn)

ParityChecking

循環(huán)冗余校驗(yàn)

CRC^CyclicRedundancyCheck

奇偶校驗(yàn)（ParityChecking）

規(guī)則：在原始數(shù)據(jù)中增加一個(gè)附加比特位，使結(jié)果中1的個(gè)

數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。增加位稱奇偶校驗(yàn)位。

例：原始數(shù)據(jù)=1100010,采用偶校驗(yàn)。

則增加校驗(yàn)位后數(shù)據(jù)為11100010

若接收方收到的數(shù)據(jù)奇偶結(jié)果不正確，可知傳輸中發(fā)

生錯(cuò)誤。

接收端接收的數(shù)據(jù)為

moooio--1的個(gè)數(shù)為4（偶數(shù)）一正確

mooou--1的個(gè)數(shù)為5（奇數(shù)）—錯(cuò)誤

奇偶校驗(yàn)分類

垂直奇偶校驗(yàn)

以字符作為校驗(yàn)單元

水平奇偶校驗(yàn)

以一組字符中對(duì)應(yīng)位作為校驗(yàn)單元

水平垂直奇偶校驗(yàn)

前兩種校驗(yàn)方式相結(jié)合

水平垂直奇偶校驗(yàn)

字符1234567校驗(yàn)位（偶）

位1

位2

位3

位4

位5

位6

位7

校驗(yàn)位（偶）

采用奇偶校驗(yàn)方式只能校驗(yàn)單比特錯(cuò)

例:1100010（偶校驗(yàn)）——11100010

若接收端接收的數(shù)據(jù)為

工工100工工工■…工的個(gè)數(shù)為6（偶數(shù)）一一認(rèn)為正確

11100010錯(cuò)誤

對(duì)于突發(fā)錯(cuò)誤（多比特位被損壞），檢測(cè)不出來。

循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC——通過多項(xiàng)式除法檢測(cè)錯(cuò)誤

編碼思想一將位串看成系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式

發(fā)送的數(shù)據(jù)看成一個(gè)多項(xiàng)式的系數(shù)

數(shù)據(jù)：bn_1bn_2...b1b0

112x

多項(xiàng)式:b^x^^b^x-+...+bTx+box°

10010101

//I\

x7+x4+x2+1

檢錯(cuò)思想

A收發(fā)方約定生成多項(xiàng)式G(x)

A發(fā)送方在數(shù)據(jù)的末尾加上校驗(yàn)碼再發(fā)送

帶校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)的多項(xiàng)式能被G(x)整除

A接收方收到后，用G(x)除多項(xiàng)式，若余數(shù)

為0,則傳輸無錯(cuò)；若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)

校驗(yàn)碼計(jì)算方法

A原數(shù)據(jù)為m位，其多項(xiàng)式為P(x)

A約定G(x)為I?階(最高