計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)-ch02-數(shù)據(jù)通信技術(shù)- 課件

1、計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)Computer Telecommunications & Networks第2章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸: 著重于數(shù)據(jù)的傳輸，不涉及數(shù)據(jù)所表示的原始信息。數(shù)據(jù)通信: 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與終端之間信息交互的一種通信技術(shù)(計(jì)算機(jī)通信)。著重于信息的交互。內(nèi)容概要內(nèi)容綱要 數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1、數(shù)據(jù)、信息和信號(hào)2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)3、傳輸媒體4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1、 數(shù)據(jù)、信息和信號(hào)數(shù)據(jù)(data) 預(yù)先約定的具有某種含義的數(shù)字、符號(hào)和

2、字母的組合。信號(hào)(signal) 數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波表示。 模擬信號(hào)(analogous)：時(shí)間、取值連續(xù)變化。數(shù)字信號(hào)(digital)： 時(shí)間、取值離散。調(diào)制把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過程。解調(diào)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程。信道表示向某一方向傳送數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)放大器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào) PCM編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào) 數(shù)字發(fā)送器1、 數(shù)據(jù)、信息和信號(hào)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信源：信息的發(fā)送端，是發(fā)送信息的設(shè)備。信宿：信息的接收端，是接收信息的設(shè)備。信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備

3、：將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成適合于在信道上傳輸?shù)男盘?hào)的設(shè)備。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào) 正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC 機(jī)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)舉例2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)舉例(b) 局域網(wǎng)用戶通過Internet上網(wǎng)通信2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念纜(cable)：雙絞線、同軸電纜、光纜微波(microwave)：地面微波、衛(wèi)星微波、 無線電波紅外線技

4、術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)3、 傳輸媒體3、傳輸媒體 雙絞線銅線銅線聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體 雙絞線A扭絞距線徑0.41.4 mmB近端串?dāng)_遠(yuǎn)端串?dāng)_白綠 綠白橙 藍(lán)白藍(lán) 橙白棕 棕12345678 局域網(wǎng) EIA/TIA 568A UTP內(nèi)4對(duì)8線的編號(hào)與線色2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放置，再用規(guī)則的方法絞合起來。絞合的導(dǎo)線可以減少相鄰線對(duì)的相互干擾。多對(duì)絞合導(dǎo)線構(gòu)成了雙絞線電纜。雙絞線可用于模擬傳輸和數(shù)字傳輸。價(jià)格低，安裝方便，但帶寬窄，抗干擾性能較差。 雙絞線2.1數(shù)據(jù)通信的

5、基本概念3、傳輸媒體 類型 阻抗 返回?fù)p耗 近端串?dāng)_ 1Mhz 100m 100m 3類UTP 100 12db 43db4類UTP 100 12db 58db5類UTP 100 12db 64db 雙絞線2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體 同軸電纜外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線（單股實(shí)心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護(hù)塑料外層組成。由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有較好的抗干擾特性（特別是高頻段），適合高速數(shù)據(jù)傳輸。通常按特性阻抗數(shù)值不同，可分為兩類：50 同軸電纜：數(shù)據(jù)通信中傳輸基帶信號(hào)75 同軸

6、電纜：模擬傳輸系統(tǒng)（CATV） 同軸電纜2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體RG-8/RG-11 10Base5 阻抗50 粗纜 0.4” RG-58A/U 10Base2 阻抗50 細(xì)纜 0.18” RG-59U 10Broad3600 阻抗75 CATV 0.25” RG-63 ARCnet 阻抗93 0.25” (0.635cm) 同軸電纜傳輸特性2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體 光纜遠(yuǎn)供電源光纖及包層填充物外護(hù)套包帶層包層纖芯（a）光纜結(jié)構(gòu)剖面圖（b）光波在纖芯中傳播2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體光纖：透明石英玻璃拉成細(xì)絲，由纖芯和包層構(gòu)成。 纖芯直徑為8100um，折射率高

7、包層折射率低。光纜：多根光纖構(gòu)成光纜。光波：利用光的全反射原理通過纖芯傳導(dǎo)。通過傳遞光脈沖進(jìn)行通信。光纖通信： 衰耗小，距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸 容量大，保密性好。多模光纖：多條不同入射角光線在一條光纖中傳輸。單模光纖：直徑只有一個(gè)光波長(zhǎng)大小，直線傳輸。 光纜2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體 光線在光纖中的折射折射角入射角 包層（低折射率的媒體） 包層（低折射率的媒體） 纖芯（高折射率的媒體） 包層纖芯2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體 光纜高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體 光纖輸入脈沖輸出脈沖單模光纖輸入脈沖輸出

8、脈沖多模光纖2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體無線傳輸方式：在交通不便、施工不便的地方（高山、海洋、城市），或距離較遠(yuǎn)的情況下，成本較低。無線電波可以在自由空間各個(gè)方向傳播，實(shí)現(xiàn)多種通信，故稱為“非導(dǎo)向傳輸媒體”。長(zhǎng)波、中波、短波、甚高頻(Very high)、特高頻(Ultra)、超高頻(Super)、極高頻(Extremely )2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無線電 調(diào)頻無線電 海事無線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104 105 106 107 10

9、8 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)無線電 2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體無線電波是全向傳播，微波是定向傳播。 無線電波不同頻段用于不同通信方式 3 30 MHz，用于短波通信； 30300MHz，用于數(shù)據(jù)通信； 蜂窩無線電移動(dòng)通信。 無線電波2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體微波通信（240GHz，直線傳播)地面接力微波：在地面建立若干微波中繼站，中繼站將前一站信號(hào)接收，放大后轉(zhuǎn)發(fā)到下一站，實(shí)現(xiàn)“接力”式傳輸。衛(wèi)星通信

10、：將微波中繼站放在衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)。通信建立遠(yuǎn)，覆蓋面積大。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體地面微波的工作頻率范圍一般為120 GHz，其特點(diǎn)是直線傳播，因此只能在視距(LOS: line of sight)范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。由于受到地形和天線高度的限制，兩微波站間的通信距離一般為3050 km。 地面微波2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體 衛(wèi)星通信的最大特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，且通信費(fèi)用與通信距離無關(guān)。同步衛(wèi)星發(fā)射出的電磁波能輻射到地球上的通信覆蓋區(qū)的跨度達(dá)18000多公里。只要地球赤道上空的同步軌道上，等距離地放置3顆相隔120度的衛(wèi)星，就能基本上實(shí)現(xiàn)全球的通信。 衛(wèi)星微波2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

11、3、傳輸媒體 衛(wèi)星微波波段頻率(GHz)下行(GHz)上行(GHz)問題C4/63.74.25.9256.425地面上的干擾Ku11/1411.712.214.014.5降雨Ka20/3017.721.727.530.5降雨，設(shè)備價(jià)格高2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體 紅外線技術(shù)已經(jīng)在計(jì)算機(jī)通信中得到了應(yīng)用，例如兩臺(tái)筆記本電腦對(duì)著紅外接口，可傳輸文件。 紅外線鏈路只需一對(duì)收發(fā)器，可調(diào)制不相干的紅外光，在視線距離的范圍內(nèi)傳輸，具有很強(qiáng)的方向性。 紅外線技術(shù) 2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體 紅外線技術(shù) 調(diào)制非相干紅外線光 2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

12、的技術(shù)指標(biāo)傳碼速率(信號(hào)傳輸速率)：調(diào)制速率、波特率，記作NBd，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每秒鐘傳輸信號(hào)碼元的個(gè)數(shù)，單位是波特（Baud，符號(hào)/s）。傳信速率(比特傳輸速率)：記作Rb，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每秒鐘傳輸二進(jìn)制碼元的個(gè)數(shù)，單位是比特/秒（bit/s，Kbit/s ，Mbit/s，Gbit/s ）。 數(shù)據(jù)傳輸速率2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 數(shù)據(jù)傳輸速率2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)例2-1 若信號(hào)碼元持續(xù)時(shí)間為110-4秒，試問傳送8電平信號(hào)，則傳碼速率和傳信速率各是多少？ 解：由于T=110-4秒，所以傳碼速率NBd=1/T=10,000波特 由

13、于傳送的信號(hào)是8電平，所以M=8。 則傳信速率Rb = NBdlog2 M =30,000bit/s。 數(shù)據(jù)傳輸速率2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 信道帶寬信號(hào)帶寬(bandwidth) ：是指信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（Hz、KHz、MHz、GHz）。模擬信道：表示通信線路允許通過的信號(hào)頻帶范圍就稱為線路帶寬(通頻帶)。 數(shù)字信道：“帶寬”是所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”同義語，單位是“比特每秒”。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 信道帶寬常用的帶寬單位是千比每秒，即 Kb/s （103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb

14、/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）請(qǐng)注意：在計(jì)算機(jī)界，數(shù)據(jù)量的表示 K = 210 , M = 220, G = 230, T = 240。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨速率的增大而變窄，對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率增加，則占用帶寬也增加。 每秒 106 個(gè)比特時(shí)間1 0 1 0 1 11 s帶寬為1 Mb/s 時(shí)間每秒 4 106 個(gè)比特0.25 s帶寬為4 Mb/s 帶寬4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 誤碼率和誤組率誤碼率(BER: bit error rate) ：在一定時(shí)間內(nèi)接收到出錯(cuò)的比特?cái)?shù)e1與總的傳輸

15、比特?cái)?shù)e2之比。 Pe（e1/e2) 100 由于實(shí)際的傳輸信道及通信設(shè)備存在隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)，而數(shù)據(jù)通信常采用數(shù)據(jù)塊(block)或幀(frame)為單位進(jìn)行傳輸，使用誤組率可以更好反映傳輸效率。誤組率(FER: frame error rate)：在一定時(shí)間內(nèi)接收出錯(cuò)的組數(shù)b1與總的傳輸組數(shù)b2之比。 Pb（b1/b2) 1002.1數(shù)據(jù)通信的基本概念 時(shí)延1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊(duì)列在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延結(jié)點(diǎn) B結(jié)點(diǎn) A在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送/傳輸時(shí)延在隊(duì)列中產(chǎn)生處理時(shí)延數(shù)據(jù)從結(jié)點(diǎn) A 向結(jié)點(diǎn) B 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念處理時(shí)延：交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)

16、轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。 排隊(duì)時(shí)延：結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延。是處理時(shí)延的組成部分。 時(shí)延4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念發(fā)送時(shí)延(傳輸時(shí)延)：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間。信道帶寬(channel bandwidth)：數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率。常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率(transmission rate)。發(fā)送時(shí)延 = 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度（比特）信道帶寬（比特/秒） 時(shí)延（ Delay）4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念傳播時(shí)延(propagation)：電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。 信號(hào)在信道

17、上的傳播速率(單位時(shí)間內(nèi)的距離量度)。傳播時(shí)延 = 信道長(zhǎng)度（米）信號(hào)在信道上的傳播速率（米/秒） 時(shí)延4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念總時(shí)延：數(shù)據(jù)從源點(diǎn)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳送，到達(dá)目的點(diǎn)所經(jīng)歷的總時(shí)延就是發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延之和：總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 處理時(shí)延 時(shí)延4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念高速網(wǎng)絡(luò)鏈路：提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。 提高鏈路帶寬：減小數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率：減小網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，主要是減少發(fā)送時(shí)延和處理時(shí)延。 時(shí)延4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念 時(shí)延4、 數(shù)據(jù)通信系

18、統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)例2-3若AB兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的距離為1000km，假定在電纜內(nèi)信號(hào)的傳播速度是2108m/s，試對(duì)下列類型的鏈路分別計(jì)算發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延。 （1）數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為108bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Mb/s； （2）數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為1000bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gbit/s內(nèi)容綱要 數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征2.2數(shù)據(jù)傳輸方式1、并行傳輸與串行傳輸2、異步傳輸與同步傳輸3、單工、半雙工和全雙工傳輸4、模擬傳輸和數(shù)字傳輸2.2數(shù)據(jù)傳輸方式 并行傳輸1、并行傳輸與串行傳輸并行傳輸指的是數(shù)據(jù)以成組的方式，在多條并行信道

19、上同時(shí)進(jìn)行傳輸。 2.2數(shù)據(jù)傳輸方式 串行傳輸1、并行傳輸與串行傳輸串行傳輸指的是組成字符的若干位二進(jìn)制碼排列成數(shù)據(jù)流在一條信道上逐位順序傳輸。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式 異步傳輸（數(shù)據(jù)位不等長(zhǎng)）2、異步傳輸與同步傳輸不論字符所采用的代碼為多少位，在發(fā)送每一個(gè)字符代碼（即字符的數(shù)據(jù)位）時(shí)，都要在前面加上一個(gè)起始位，表示一個(gè)字符的開始；后面加上一個(gè)停止位，表示一個(gè)字符的結(jié)束。 2.2數(shù)據(jù)傳輸方式 同步傳輸（數(shù)據(jù)位等長(zhǎng)）2、異步傳輸與同步傳輸2.2數(shù)據(jù)傳輸方式3、單工、半雙工和全雙工傳輸單工傳輸(simplex)只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。半雙工傳輸(half duplex)通信的雙方都可以發(fā)

20、送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。全雙工傳輸(full duplex)通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 2.2數(shù)據(jù)傳輸方式4、模擬傳輸和數(shù)字傳輸模擬傳輸模擬信號(hào)：時(shí)間和幅度取值連續(xù)變化 的信號(hào)量。模擬信道：適于模擬信號(hào)傳輸?shù)男诺滥M傳輸系統(tǒng)：傳輸模擬信號(hào)的通信系統(tǒng)數(shù)字傳輸數(shù)字信號(hào)：時(shí)間和幅度取值離散 （不連續(xù)變化）的信號(hào)量。數(shù)字信道：適于數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)男诺罃?shù)字傳輸系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)幅度時(shí)間幅度時(shí)間內(nèi)容綱要 數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)1、數(shù)據(jù)序列的電信號(hào)表示2、信道容量

21、的概念3、基帶傳輸4、頻帶傳輸5、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)1、數(shù)據(jù)序列的電信號(hào)表示數(shù)據(jù)序列單極性不歸零碼unipolar NRZ 單極性歸零碼unipolar RZ雙極性不歸零碼bipolar 雙極性歸零碼 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)1、數(shù)據(jù)序列的電信號(hào)表示數(shù)據(jù)序列偽三元編碼pseudo曼徹斯特編碼Manchester差分曼徹斯特編碼Differential code差分編碼 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木?/p>

22、離越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。 2、信道容量的概念失真不嚴(yán)重失真嚴(yán)重 實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號(hào)波形輸出信號(hào)波形(失真不嚴(yán)重)輸入信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號(hào)波形(失真嚴(yán)重) 數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念信道容量是指在一定的條件下，給定通信路徑（信道）上所能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念信道容量噪聲誤碼率帶寬數(shù)據(jù)傳輸速率理想低通信道的最高碼元傳輸速率 N= 2W Baud, W=1/s, Baud=symbol/sW 是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz) 奈奎斯特(

23、Nyquist)定理不能通過能通過0頻率(Hz)W (Hz) 2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念在理想低通(low-pass)信道中，如果信道帶寬WHz，則最高碼元傳輸速率是每秒 2 W 個(gè)碼元。每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒 2 個(gè)碼元。Baud 是波特，是碼元傳輸速率的單位，1 波特為每秒傳送 1 個(gè)碼元。2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念 奈奎斯特(Nyquist)定理實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出上限數(shù)值。波特(Baud)和比特(bit)是兩個(gè)不同的概念。 波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€(gè)碼元）。碼元傳輸速率也稱為調(diào)制速率、波形速率

24、或符號(hào)速率。比特是信息量的單位。 要強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn)2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念信息的傳輸速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“波特”在數(shù)量上有一定的關(guān)系。若 1 個(gè)碼元只攜帶 1 bit 的信息量，則“比特/秒”和“波特”在數(shù)值上相等。若 1 個(gè)碼元攜帶 n bit 的信息量，則 N Baud 的碼元傳輸速率所對(duì)應(yīng)的信息傳輸速率為 N n b/s。 2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念傳輸比特流 10011100 10 01 11 00 2bit一組4種幅度,1個(gè)碼元攜帶2bit信息, n = log2M (M 碼元狀態(tài)數(shù))t32102.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念無噪聲的情況下，在帶寬

25、為W的信道，其最大的數(shù)據(jù)傳輸速率C（信道容量 capacity）為 C=2Wlog2M2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念例2-6 一個(gè)無噪聲的話音帶寬為4000Hz，采用8相調(diào)制解調(diào)器傳送二進(jìn)制信號(hào)，試問信道容量是多少？W=4Khz,M=8,C=2*4*3=24 Kbit/s香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯(cuò)的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率 C(信道容量） 可表達(dá)為 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；S 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、

26、信道容量的概念 香農(nóng)(Shannon)定理例2-7 一個(gè)數(shù)字信號(hào)通過兩種物理狀態(tài)經(jīng)信噪比為20dB的3kHz帶寬的信道傳送，其數(shù)據(jù)率不會(huì)超過多少？ 應(yīng)用舉例2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念解：已知信噪比電平為20dB，則信噪功率比 S/N = 100 C = 3000log2(1+100)=30006.66=19.98 Kbit/s 數(shù)據(jù)率不會(huì)超過19.98 kbit/s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就越高。 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。 Shannon公式表明2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念若信道帶寬 W

27、 或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。 Shannon公式表明2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念 奈氏準(zhǔn)則和Shannon公式作用范圍源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器輸入信息輸出信息輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)3、基帶傳輸 基帶信號(hào)(baseband signal) 在數(shù)據(jù)通信中，表示計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制比特序列的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)是典型的矩形

28、脈沖信號(hào)。人們把矩形脈沖信號(hào)的固有頻帶稱作基本頻帶(簡(jiǎn)稱為基帶)，這種矩形脈沖信號(hào)就叫做基帶信號(hào)。 在數(shù)字信道上，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)是以矩形脈沖信號(hào)直接傳送的，這種傳送方法稱為基帶傳輸。 2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)4、頻帶傳輸頻帶傳輸: 調(diào)制傳輸，就是先將基帶信號(hào)變換成便于在模擬信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍的信號(hào)（頻帶信號(hào)），再將這種頻帶信號(hào)在信道中傳輸。2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)4、頻帶傳輸 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬傳輸有些傳輸媒體只適合于傳輸模擬信號(hào)，為充分利用現(xiàn)有的傳輸資源，必須將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)才能傳輸。將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過程叫調(diào)制(modulation)（實(shí)際上是用數(shù)字信號(hào)控制模擬信號(hào)的某些參數(shù)，

29、使模擬信號(hào)攜帶信息）。將攜帶信息的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（或稱從已調(diào)制的模擬信號(hào)中提取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)）的過程叫解調(diào)(demodulation)。最常用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器（MODEM），同時(shí)具有調(diào)制和解調(diào)的功能，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，是一種典型的DCE設(shè)備。常用的調(diào)制技術(shù)：載波：一種便于發(fā)射和接收，及技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高頻簡(jiǎn)諧波或周期性脈沖信號(hào)。當(dāng)載波為高頻簡(jiǎn)諧波時(shí)，可用三個(gè)參數(shù)描述：振幅、頻率、相位?？刂七@三個(gè)參數(shù)變化，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制功能。4、頻帶傳輸 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)控制載波的幅度，稱為數(shù)字調(diào)幅，又稱幅移鍵控，簡(jiǎn)稱ASK (amplitude shift key

30、ing) 。以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)控制載波的相位，稱為數(shù)字調(diào)相，又稱相移鍵控，簡(jiǎn)稱PSK (phase shift keying) 。以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)控制載波的頻率，稱為數(shù)字調(diào)頻，又稱頻移鍵控，簡(jiǎn)稱FSK (frequency shift keying) 。4、頻帶傳輸 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)4、頻帶傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相5、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 在數(shù)字信道中傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)稱為數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字傳輸，簡(jiǎn)稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。抽樣量化編碼模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信道解碼恢復(fù)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)5、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)時(shí)間量化幅值量化采樣間隔Ts 2 fc模擬數(shù)

31、據(jù)數(shù)字信號(hào)內(nèi)容綱要 數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征2.4多路復(fù)用隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通信終端和交換設(shè)備的性能不斷提高，而價(jià)格卻迅速降低。傳輸媒體由于資源有限，制造成本增加，即使采用原料豐富的光纖線路，但鋪設(shè)費(fèi)用也在增長(zhǎng)。其投資在整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)占有的比重越來越大。信道復(fù)用技術(shù)是在一條傳輸信道中傳輸多路信號(hào)，以提高傳輸媒體的利用率。2.4多路復(fù)用1、 頻分復(fù)用2、 時(shí)分復(fù)用3、 碼分復(fù)用4、 波分復(fù)用2.4多路復(fù)用1、頻分復(fù)用當(dāng)傳輸信道的帶寬較大，而所傳輸?shù)男盘?hào)只需部分帶寬就可實(shí)現(xiàn)有效傳送，則可以在信道中同時(shí)傳輸

32、多路信號(hào)，每路信號(hào)占用部分帶寬。頻分復(fù)用是按頻率劃分不同的子信道，每個(gè)子信道占用不同的頻率范圍。采用調(diào)制技術(shù)，將信號(hào)搬移到信道相應(yīng)的頻段上。頻分復(fù)用常用于載波電話系統(tǒng)、電視等。2.4多路復(fù)用1、頻分復(fù)用頻率1頻率3頻率2頻率4時(shí)間頻率T4T3T2T1T1T2T3T42.4多路復(fù)用2、時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用是采用時(shí)間分片方式來實(shí)現(xiàn)傳輸信道的多路復(fù)用，即每一路信號(hào)傳輸都使用信道的全部帶寬，但只能使用其中某個(gè)時(shí)隙。靜態(tài)時(shí)分復(fù)用中，多個(gè)數(shù)據(jù)終端的信號(hào)分別在預(yù)定的時(shí)隙內(nèi)傳輸，其分配關(guān)系固定，周期性使用，收發(fā)雙方保持同步，又稱同步時(shí)分復(fù)用。若無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)隙空閑。靜態(tài)時(shí)分復(fù)用時(shí)高速傳輸介質(zhì)容量等于各個(gè)低速

33、終端數(shù)據(jù)速率之和。2.4多路復(fù)用2、時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAA在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀2.4多路復(fù)用2、時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間CDCDCDCDAAAATDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀BBBB在 TDM 幀中的位置不變2.4多路復(fù)用2、時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間BDBDBDBDAAAATDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀CCCC在 TDM 幀中的位置不變2.4多路復(fù)用2、時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間BCBCBCBCAAAATDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀在 TDM 幀中的位置不變DDDD2.4多路復(fù)用

34、2、時(shí)分復(fù)用靜態(tài)時(shí)分復(fù)用中，每個(gè)數(shù)據(jù)終端的信號(hào)與傳輸時(shí)隙分配關(guān)系固定，無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)隙空閑。因此效率較低。動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用又稱異步時(shí)分復(fù)用，或稱統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（STDM），是按需分配媒體資源，提高了傳輸媒體的利用率。動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用中，用戶數(shù)據(jù)傳輸速率之和可以大于高速線路傳輸容量。動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用中需要使用緩沖存儲(chǔ)和流量控制技術(shù)來保證數(shù)據(jù)正確傳送。2.4多路復(fù)用2、時(shí)分復(fù)用ABCDaabbcdbcattttt4 個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1acbcd靜態(tài)時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶2.4多路復(fù)用2、時(shí)分復(fù)用用戶ABCDabcdttttt3 個(gè) STDM 幀#1acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用2.4多路復(fù)用3、

35、碼分復(fù)用碼分復(fù)用是蜂窩移動(dòng)通信中迅速發(fā)展的一種信號(hào)處理方式。常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)。2.4多路復(fù)用3、碼分復(fù)用每個(gè)站被指派一個(gè)惟一的 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列二進(jìn)制反碼。 例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。發(fā)送比特 1 時(shí)，就發(fā)送序列 00011011，發(fā)送比特 0 時(shí)，就發(fā)送序列 1

36、1100100。S 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)2.4多路復(fù)用3、碼分復(fù)用每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。 2.4多路復(fù)用令向量 S 表示站 S 的碼片向量，令 T 表示其他任何站的碼片向量。 兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0：3、碼分復(fù)用2.4多路復(fù)用3、碼分復(fù)用令向量 S 為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)， 向量 T 為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 把向量 S 和 T 的各分量值代入公式就

37、可看出這兩個(gè)碼片序列是正交的。 2.4多路復(fù)用任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1 。一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是 1。3、碼分復(fù)用2.4多路復(fù)用3、碼分復(fù)用S 站的碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片tS 站發(fā)送的信號(hào) SxT 站發(fā)送的信號(hào) Tx總的發(fā)送信號(hào) Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端2.4多路復(fù)用4、波分復(fù)用波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用，即在一根光纖上傳輸多路光載波信號(hào)。密集波分復(fù)用（DWDM）是一種支持巨大數(shù)量信道的系統(tǒng)。波分復(fù)用技術(shù)可以進(jìn)一步提高光纖的傳輸容量，滿足通信需求量的迅速增長(zhǎng)和多媒體通信。2.

38、4多路復(fù)用4、波分復(fù)用 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 km內(nèi)容綱要 數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)交換是一種集中和轉(zhuǎn)接的概念。如果網(wǎng)絡(luò)的分布范

39、圍廣，用戶眾多，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜。多個(gè)用戶之間的通信，如果采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接連接的方式，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，費(fèi)用高，線路利用率低。采用交換方式，利用集中和轉(zhuǎn)接的概念，通過選擇和復(fù)用技術(shù)，可以提高線路資源的利用率，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低網(wǎng)絡(luò)成本。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)交換節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接中心用戶線中繼線全連通2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)交換網(wǎng)絡(luò)用戶接口中繼接口控制單元信號(hào)單元中繼線用戶線（1）建立連接（2）維持連接（3）拆除連接2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換報(bào)文交換分組交換快速分組交換多速率電路交換快速電路交換存儲(chǔ) - 轉(zhuǎn)發(fā)ATM交換X.25分組網(wǎng)幀中繼、 SMDS信元交換2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)由許多交換節(jié)點(diǎn)組成，信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳

40、輸要經(jīng)過一系列的交換節(jié)點(diǎn)，從一條線路轉(zhuǎn)換的另一條線路，最后到達(dá)目的地。交換節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息的方式，就稱為交換方式。電路交換報(bào)文交換分組交換2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)正向證實(shí)信號(hào)正向拆線信號(hào)主叫掛機(jī)反向拆線信號(hào)被叫掛機(jī)被叫用戶主叫用戶回鈴音取機(jī)撥號(hào)撥號(hào)音占用信號(hào)占用信號(hào)振鈴?fù)ㄔ?信息傳送)連接釋放呼叫建立A局B局C局掛機(jī)1、電路交換2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)連接釋放數(shù)據(jù)傳送連接建立A B C D t報(bào)文1、電路交換C1C4C3C2C3本地網(wǎng)省中心省間中心地市中心縣中心長(zhǎng)途網(wǎng)AB1、電路交換2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換是一種實(shí)時(shí)交換，適用于實(shí)時(shí)要求高的話音通信( 全程 200 ms

41、) 。 在通信前要通過呼叫為主、被叫用戶建立一條物理連接。如果呼叫請(qǐng)求數(shù)超過交換網(wǎng)的連接能力(過負(fù)荷)，用戶會(huì)聽到忙音。衡量電話交換服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)之一：呼叫損失率。電路交換是預(yù)分配帶寬，話路接通后，即使無信息傳送也白白占電路，據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳送話音時(shí)電路利用率僅為36%。在傳送信息時(shí)，沒有任何差錯(cuò)控制措施，不利于傳輸可靠性要求高的突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1、電路交換2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)t用戶電報(bào)機(jī)B用戶電報(bào)機(jī)AA局B局C局M1M1M1M1傳播時(shí)延傳輸時(shí)延存儲(chǔ) / 處理時(shí)延2、報(bào)文交換報(bào)文報(bào)文報(bào)文A B C Dt2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2、報(bào)文交換(1) 交換節(jié)點(diǎn)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式對(duì)每份報(bào)文完整地加以處理。(2)每份報(bào)文

42、中含有報(bào)頭，包含收、發(fā)雙方的地址，以便交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由選擇，可以一對(duì)多地傳送報(bào)文。(3) 報(bào)文交換可進(jìn)行速率、碼型的變換，具有差錯(cuò)控制措施。(4)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延大，隨機(jī)性也大，過負(fù)荷時(shí)將會(huì)導(dǎo)致報(bào)文延遲。2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2、報(bào)文交換P2P1報(bào)文A主機(jī)B主機(jī)C鏈路P5P6P4P3P2P1PSEaPSEbPSEc2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)3、分組交換P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4A B C DP2P12.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)3、分組交換（1）可實(shí)現(xiàn)多路通信功能。（2）采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用，提高了線路利用率。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（含有不同的傳輸速率、不同的編碼、不同的通信控制規(guī)程等）之間的

43、通信。（4）數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高、可靠性高，可使用優(yōu)先級(jí)。（5）提高了鏈路利用率，經(jīng)濟(jì)性好。2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)3、分組交換由于采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式處理分組，所以分組在網(wǎng)內(nèi)的平均時(shí)延可達(dá)幾百毫秒。每個(gè)分組附加的分組標(biāo)題，都會(huì)需要交換機(jī)分析處理，而增加開銷，因此分組交換適宜于計(jì)算機(jī)通信的突發(fā)性或斷續(xù)性業(yè)務(wù)的需求，而不適合于在實(shí)時(shí)性要求高、信息量大的環(huán)境中應(yīng)用。分組交換技術(shù)比較復(fù)雜，涉及到網(wǎng)絡(luò)的流量控制、差錯(cuò)控制、編碼、速率的變換方法和接口；網(wǎng)絡(luò)的管理和控制的智能化等 。2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)3、分組交換內(nèi)容綱要 數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接

44、口特征所謂差錯(cuò)，就是在通信接收端收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的情況。由于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸特性的不理想和外部干擾的存在，傳輸中出現(xiàn)差錯(cuò)是不可避免的。差錯(cuò)控制的目的：用來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c傳輸效率 。2.6差錯(cuò)控制技術(shù)2.6差錯(cuò)控制技術(shù) 1、差錯(cuò)控制原理 2、差錯(cuò)控制的方式 3、差錯(cuò)控制編碼隨機(jī)差錯(cuò) 原因： 信道熱噪聲 特點(diǎn)： 隨機(jī)的、單個(gè)的突發(fā)差錯(cuò) 原因： 脈沖噪聲（如閃電） 特點(diǎn)： 成片的、連續(xù)的2.6差錯(cuò)控制技術(shù)1、差錯(cuò)控制原理 差錯(cuò)產(chǎn)生的原因2.6差錯(cuò)控制技術(shù) 在發(fā)送的數(shù)據(jù)碼元序列中加入監(jiān)督位，并進(jìn)行某種變換，使它們和原來相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)碼元之間具有某種約束關(guān)系。在接收端檢測(cè)接收的

45、數(shù)據(jù)碼元和監(jiān)督碼元的約束關(guān)系，如果這種約束關(guān)系被破壞，則接收端就可以發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤，甚至糾正錯(cuò)誤。1、差錯(cuò)控制原理變換的方法不同，就構(gòu)成了不同的編碼，因而產(chǎn)生不同的差錯(cuò)控制方法。檢錯(cuò)碼可以發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤，但不能自動(dòng)糾正糾錯(cuò)碼可以自動(dòng)糾正傳輸錯(cuò)誤。差錯(cuò)控制是以降低效率為代價(jià)的。2.6差錯(cuò)控制技術(shù)1、差錯(cuò)控制原理自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)：接收端在收到的信碼中檢測(cè)出錯(cuò)碼時(shí)，即設(shè)法通知發(fā)送端重發(fā)。前向糾錯(cuò)：接收端不僅能在收到的信碼中發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)碼，而且能夠糾正錯(cuò)碼?；旌戏绞剑簩?duì)少量差錯(cuò)予以自動(dòng)糾正，而超過其糾正能力的差錯(cuò)則通過重發(fā)的方法加以糾正。 信息反饋：接收端將收到的信碼原封不動(dòng)地轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)發(fā)送端，并與原發(fā)送信碼相比

46、較。2.6差錯(cuò)控制技術(shù)2、差錯(cuò)控制的方式2.6差錯(cuò)控制技術(shù)在二進(jìn)制編碼中，設(shè)：消息長(zhǎng)度 k 比特，冗余信息 r 比特實(shí)際傳輸長(zhǎng)度為 n 比特，n=k+r則 2k t ） ，則編碼集的漢明距離至少為 e + t + 1；2.6差錯(cuò)控制技術(shù)漢明距離與糾錯(cuò)檢錯(cuò)能力例1 數(shù)據(jù) 編碼 0 0 00 000 1 1 11 111漢明距離 d=1 d=2 d=3例2 000000 000111 111000 111111收到0101114 1 5 2恢復(fù)0001112.6差錯(cuò)控制技術(shù)2.6差錯(cuò)控制技術(shù)檢錯(cuò)碼恒比碼正反碼奇偶校驗(yàn)碼循環(huán)冗余碼（CRC）糾錯(cuò)碼漢明碼（Hamming)3、差錯(cuò)控制編碼2.6差錯(cuò)控制

47、技術(shù)線性分組碼線性碼：信息位和監(jiān)督位為線性關(guān)系。分組碼：監(jiān)督位僅與本組信息位有關(guān)。系統(tǒng)碼：前半部為未變化的信息位，后半部為生成的監(jiān)督位。線性分組碼的性質(zhì)封閉性：任意兩個(gè)有效碼組之和（模2加）仍為一個(gè)有效碼組。碼的最小距離等于非零碼最小重量。3、差錯(cuò)控制編碼碼長(zhǎng)為n，信息位為k， 則監(jiān)督位數(shù) r = n -kr個(gè)監(jiān)督位構(gòu)造出r個(gè)監(jiān)督關(guān)系式來指示一位錯(cuò)碼的n 種可能位置： 2r 1 n 或 2r k + r + 12.6差錯(cuò)控制技術(shù)3、差錯(cuò)控制編碼 漢明碼2.6差錯(cuò)控制技術(shù)3、差錯(cuò)控制編碼 漢明碼S1 S2 S3 出錯(cuò)碼S1 S2 S3 出錯(cuò)碼 0 0 0 無差錯(cuò)0 1 1 c30 0 1 c01

48、 0 1 c40 1 0 c11 1 0 c51 0 0 c21 1 1 c6S1= c6 c5 c4 c2S2= c6 c5 c3 c1S3= c6 c4 c3 c0 2.6差錯(cuò)控制技術(shù)3、差錯(cuò)控制編碼 漢明碼偶校驗(yàn)關(guān)系c2= c6 c5 c4 c1= c6 c5 c3c0= c6 c4 c32.6差錯(cuò)控制技術(shù)3、差錯(cuò)控制編碼 漢明碼校驗(yàn)位生成式例2-8 假如在接收端收到碼字0000011，請(qǐng)判斷是否有錯(cuò)？如何糾正？解：按以上校正因子的計(jì)算式 可得：S1= c6 c5 c4 c2=0，S2= c6 c5 c3 c1=1，S3= c6 c4 c3 c0=1，因?yàn)槿齻€(gè)校正因子不全為0，說明碼字有

49、錯(cuò)，錯(cuò)誤位置為S=S1S2S3=011=3，即信息位c3有錯(cuò)，將c3上的0變?yōu)?，即可糾正錯(cuò)誤。最后去掉校驗(yàn)位，得到正確信息位為0001。 2.6差錯(cuò)控制技術(shù)3、差錯(cuò)控制編碼 漢明碼循環(huán)冗余碼 （CRC）是一種特殊的線性分組碼。循環(huán)冗余碼各碼組中的碼元循環(huán)左移(或右移)，所形成的碼組仍然是一個(gè)許用碼組(全零碼組除外)，稱為循環(huán)性。循環(huán)冗余碼具有較高的檢錯(cuò)能力。2.6差錯(cuò)控制技術(shù)3、差錯(cuò)控制編碼 循環(huán)冗余碼（CRC）2.6差錯(cuò)控制技術(shù)例如 A4=0111001，對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式為 ：碼多項(xiàng)式 (n，k)循環(huán)碼中，為了便于描述與計(jì)算，經(jīng)常使用 n-1 次 碼多項(xiàng)式來表示碼字，碼字 A =an-1 a

50、n-2 a1 a0 ，它對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式為： 在(n，k)循環(huán)碼中，存在惟一的最高冪次為(n-k)，最多 k-1 個(gè)連續(xù)的 0 項(xiàng)，且常數(shù)項(xiàng)必須為1 的碼多項(xiàng)式g(x)，此碼多項(xiàng)式的冪次最低（0 元除外）；其它所有的碼多項(xiàng)式都能被g(x)整除；并且g(x)是 xn+1 的一個(gè)因式。 g(x)稱為該編碼集的生成多項(xiàng)式。生成多項(xiàng)式 g(x)2.6差錯(cuò)控制技術(shù)CRC-16 CRC-CCITTCRC-32 標(biāo)準(zhǔn)生成多項(xiàng)式3、差錯(cuò)控制編碼2.6差錯(cuò)控制技術(shù)選擇 r 階生成多項(xiàng)式 G(x) ，rnk在數(shù)據(jù)幀末尾加 r 個(gè)0，形成多項(xiàng)式 xrM(x) xrM(x) R(x) G(x) G(x)移項(xiàng)得： xrM

51、(x) R(x) Q(x) G(x) 發(fā)送循環(huán)碼多項(xiàng)式 T(x) = xrM(x) R(x)檢錯(cuò)標(biāo)準(zhǔn)：接收端檢測(cè)T(x) / G(x)是否為零 Q(x) 循環(huán)冗余碼CRC的編碼和檢錯(cuò)3、差錯(cuò)控制編碼2.6差錯(cuò)控制技術(shù)例1：設(shè)信息流為10110011 ， G（X）= X4+X+1，即10011101100110000100111010110010011010100000010101100110100 余數(shù)101100110100發(fā)送信息流為：3、差錯(cuò)控制編碼2.6差錯(cuò)控制技術(shù)例2 ：CRC檢錯(cuò) 數(shù)據(jù)幀 1101011011（ M(x) ，m=10 ） 生成多項(xiàng)式G(x) = x4 + x + 1

52、（r=4） 生成多項(xiàng)式也可表示為 10011 以2為模的除法：11010110110000 /10011 = 1110 發(fā)送幀 11010110111110（以2為模的減法） 接收端檢測(cè)：11010110111110 /10011 = 03、差錯(cuò)控制編碼2.6差錯(cuò)控制技術(shù)以2為模的除法和 減法（加法） 110000101010011）11010110110000 10011 1001111010110110000 10011 1110 10110 11010110111110 10011 10100 10011 余數(shù) 1110G(x)發(fā)送序列T(x) =xrM(x) 余數(shù)xrM(x)3、差錯(cuò)控

53、制編碼2.6差錯(cuò)控制技術(shù)在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列 FCS (Frame Check Sequence)。循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 和幀檢驗(yàn)序列 FCS并不等同。CRC 是一種常用的檢錯(cuò)方法，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。FCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的惟一方法。3、差錯(cuò)控制編碼 循環(huán)冗余碼（CRC）2.6差錯(cuò)控制技術(shù)得出的余數(shù) R 不為 0，就表示檢測(cè)到差錯(cuò)。但這種檢測(cè)方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò)。一旦檢測(cè)出差錯(cuò)，就丟棄這個(gè)出現(xiàn)差錯(cuò)的幀。只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P，那么出現(xiàn)檢測(cè)不到的差錯(cuò)的概率就

54、很小很小。3、差錯(cuò)控制編碼 循環(huán)冗余碼（CRC）2.6差錯(cuò)控制技術(shù)僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)只能做到無差錯(cuò)接受(accept)?！盁o差錯(cuò)接受”是指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），我們都能以非常接近于 1 的概率認(rèn)為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯(cuò)”。 要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認(rèn)和重傳機(jī)制。3、差錯(cuò)控制編碼 循環(huán)冗余碼（CRC）2.6差錯(cuò)控制技術(shù)內(nèi)容綱要 數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征2.7數(shù)據(jù)通信接口特性物理層基本概念物理層是OSI參考模型中的最低一層，向下是與物理設(shè)備之

55、間的接口，直接與傳輸介質(zhì)相連接，使二進(jìn)制數(shù)據(jù)位流通過該接口從一臺(tái)設(shè)備傳送給相鄰的另一臺(tái)設(shè)備；向上為數(shù)據(jù)鏈路層提供透明的比特流傳輸服務(wù)。物理層接口不僅包括DTEDCE之間的接口，也包括DCEDCE之間的接口。物理層協(xié)議物理層通過執(zhí)行建立物理連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芟驍?shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)。從物理鏈路的構(gòu)成來看，物理層可處于多種環(huán)境之中，不同類型和特性的物理鏈路由不同的物理層協(xié)議描述。物理層協(xié)議與通信設(shè)備的接口特性密切相關(guān)，通信設(shè)備接口有機(jī)械、電氣、功能、規(guī)程四個(gè)方面的特性。2.7數(shù)據(jù)通信接口特性通信接口特性是指DTE和DCE之間連接的物理特性。這種連接特性與所選用的DCE類型、傳輸信道（模擬/數(shù)字）、通

56、信方式（半雙工/全雙工）和通信速率有關(guān)。物理層標(biāo)準(zhǔn)主要描述了通信接口的相關(guān)特性。包括機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。 2.7數(shù)據(jù)通信接口特性由于歷史原因，通信接口相關(guān)特性標(biāo)準(zhǔn)大多采用 CCITT 的有關(guān)建議標(biāo)準(zhǔn)。V系列建議是為了在模擬傳輸系統(tǒng)（電話網(wǎng)）中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)。X系列建議是專門為數(shù)據(jù)通信制定的，符合開放系統(tǒng)互連參考模型的標(biāo)準(zhǔn)。其它通信接口標(biāo)準(zhǔn)，如 I 系列、G系列。為了減少標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量，也可使用其它標(biāo)準(zhǔn)，如ISO的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2.7數(shù)據(jù)通信接口特性物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： 機(jī)械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定

57、裝置等等。電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。規(guī)程特性：指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序和條件。 2.7數(shù)據(jù)通信接口特性1、 通信接口的機(jī)械特性2、 通信接口的電氣特性3、 通信接口的功能特性4、 通信接口的規(guī)程特性5、 其它通信接口標(biāo)準(zhǔn) 2.7數(shù)據(jù)通信接口特性1、機(jī)械特性機(jī)械特性描述接口接插件的插頭、插座的規(guī)格、尺寸、幾何形狀，插針/插孔的數(shù)量與排列情況等。機(jī)械特性主要使用ISO標(biāo)準(zhǔn)。ISO 2110 25芯（2排，13/12）ISO 2593 34芯（4排，9/8/9/8 ）ISO 4902 37芯（2排，19/18）ISO 4903 15芯（2排，8/7） 9 芯（2排，5/4）2.7數(shù)據(jù)通信接口特性1、機(jī)械特性X.21接口/ ISO4903V.24接口/ RS-232 / ISO2110V.35 接口/ ISO2593ABDCHMSWafjEKPUYchm