第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件

第2章數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本概念傳輸介質(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(cuò)控制數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)12.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過(guò)發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來(lái)的信息。傳輸系統(tǒng)可以是簡(jiǎn)單的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備噪聲源點(diǎn)發(fā)送器信道接收器終點(diǎn)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)2數(shù)據(jù)通信過(guò)程5個(gè)階段包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過(guò)程建立物理連接

建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路

數(shù)據(jù)傳輸

雙方確認(rèn)通信結(jié)束，斷開(kāi)邏輯連接

斷開(kāi)物理連接

32.2基本概念數(shù)據(jù)與信號(hào)信道通信方式傳輸方式同步方式42.2.1數(shù)據(jù)與信號(hào)信息（Information）待傳輸?shù)膬?nèi)容，如聲音、圖片。數(shù)據(jù)（Data）信息的表示形式，是傳遞（攜帶）信息的載體，有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之分。信號(hào)（Signal）是數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砹勘硎拘问剑ㄍǔ殡娋幋a），數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)的形式在介質(zhì)中傳播，有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之分。信息→數(shù)據(jù)→信號(hào)→在信道上傳輸→信號(hào)→數(shù)據(jù)→信息信道5模擬信號(hào)表示數(shù)據(jù)的特征參量連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)信號(hào)值數(shù)字信號(hào)表示數(shù)據(jù)的特征參量離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見(jiàn)的是二進(jìn)制信號(hào)ta）模擬信號(hào)tb）數(shù)字信號(hào)6周期信號(hào) 信號(hào)由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號(hào) 信號(hào)沒(méi)有固定的模式和波形循環(huán)（如語(yǔ)音信號(hào)）tTTTtTTT周期信號(hào)非周期信號(hào)tt7不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)在不同類(lèi)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(hào)：模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)信道：模擬信道數(shù)字信道8模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語(yǔ)音放大,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(hào)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)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制9調(diào)制與解調(diào)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制解調(diào)制高頻信號(hào)調(diào)制：將低頻的數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)變換為高頻已調(diào)信號(hào)，以適合傳輸?shù)男问?，按頻率、幅度、相位調(diào)制。解調(diào)：將高頻已調(diào)信號(hào)變換為低頻的數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。101011Tb001ttt模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制11tOg()A2t2t_twG()wO低頻數(shù)字信號(hào)頻譜12高頻已調(diào)信號(hào)頻譜fO13信源編碼：將模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號(hào)表示的方法。例如PCM編碼。數(shù)字編碼（數(shù)字信號(hào)編碼或信道編碼）：將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用數(shù)字信號(hào)表示的方法，使信號(hào)適合信道的傳輸，便于同步識(shí)別、糾錯(cuò)等。解碼：編碼的逆過(guò)程。EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼142.2.2信道信道（Channel）：傳送信息的通道。數(shù)字信道：以數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)的信道。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸模擬信道：以模擬信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)的信道。模擬電視、無(wú)線電廣播、電話撥號(hào)線路15數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實(shí)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(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸16數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理易于加密、保密性強(qiáng)計(jì)算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通信，如通過(guò)電話線撥號(hào)上網(wǎng)。172.2.3通信方式單工 數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無(wú)線電廣播）半雙工 數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸（例：對(duì)講機(jī)）全雙工 數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話）需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，一般采用4線制，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。18發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器單工方式：半雙工方式：全雙工方式：A站B站可同時(shí)不可同時(shí)19基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)（基帶信號(hào)）直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成高頻模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百M(fèi)HZ的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號(hào)傳輸2.2.4傳輸方式20tOg()A2t2t_twG()wO數(shù)字信號(hào)頻譜（基帶）數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)頻帶為64kHz21數(shù)字調(diào)制1011Tb001ttt22高頻已調(diào)信號(hào)頻譜（頻帶）fO23寬帶傳輸First-levelMUX1212?-Second-levelMUX125?-Third-levelMUX1210?-BasicGroupSuperGroupMasterGroup(a)04kHzf(b)12111098765432160kHz108kHz48kHzBasicGroupA(LSB)121110987654321196kHz148kHzBasicGroupB(USB)(c)12121212121111112345SuperGroup2(LSB)312kHz552kHz12121212121111112345SuperGroup2(USB)300kHz60kHz(d

)VoiceChannel北美多路載波電話系統(tǒng)24同步的目的：使接收端嚴(yán)格按發(fā)送端的時(shí)間基準(zhǔn)(包括開(kāi)始時(shí)間、位邊界、重復(fù)頻率等)接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步2.2.5同步方式25同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何時(shí)開(kāi)始

●同步脈沖也可位于碼元的中部t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(hào)同步脈沖t26110010001110ttttt110010000110t27目的：使接收端與發(fā)送端的每一位數(shù)據(jù)保持同步，識(shí)別碼位的邊界。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(hào)，接收方用接收到的同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。

位同步28自同步——通過(guò)特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中提取同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。

位同步00111010029目的：找到正確的字符邊界，識(shí)別完整的字符。起止式（異步式）：每個(gè)字符按照獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符間隔時(shí)間可變。采用這種異步式同步方式的通信也稱(chēng)“異步通信”。1個(gè)起始位，5～8個(gè)數(shù)據(jù)位，1、1.5或2個(gè)停止位。起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：每個(gè)字符開(kāi)始時(shí)都會(huì)重新獲得同步，頻率的漂移不會(huì)積累。增加了輔助位，且每?jī)蓚€(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定，所以傳輸效率低。起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個(gè)字符時(shí)間邏輯“0”邏輯“1”字符同步30同步式：字符成組進(jìn)行發(fā)送，字符間無(wú)間隔時(shí)間。發(fā)送每組字符前，先發(fā)送由一個(gè)或多個(gè)字符組成的同步字符，收到接收端的同步確認(rèn)信號(hào)后，開(kāi)始發(fā)送第一個(gè)字符，直到結(jié)束字符。傳輸效率高。字符同步31目的：識(shí)別一個(gè)幀的起始和結(jié)束（邊界）

幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息的一定大小和格式的數(shù)據(jù)塊。面向字符的幀——以同步字符（SYN，16H）來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開(kāi)始，適用于數(shù)據(jù)為字符類(lèi)型的幀。面向比特的幀——以特殊位序列（7EH，即01111110）來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開(kāi)始，適用于任意數(shù)據(jù)類(lèi)型的幀。幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗(yàn)和0~nbit8bit8bit8~32m7EH7EH幀同步322.3傳輸介質(zhì)金屬導(dǎo)體雙絞線、同軸電纜(粗、細(xì))光纖無(wú)線介質(zhì)微波、衛(wèi)星、紅外線33同軸電纜（CoaxialCable，CC）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜阻抗50，應(yīng)用于總線型局域網(wǎng)（以太網(wǎng)），10Mb/s，1000m，以被雙絞線或光纖所替代。寬帶同軸電纜：

阻抗75，屏蔽層用鋁箔纏繞而成，應(yīng)用于有線電視，500MHz，100km?？闺姶泡椛淠芰?qiáng)。銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套34雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根4對(duì)、25對(duì)、1800對(duì)典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭優(yōu)缺點(diǎn)：

成本低組裝密度高、節(jié)省空間

安裝容易連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)（2對(duì)）、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)（2、4對(duì)）內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套35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，安裝困難雙絞線外無(wú)任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛36光纖（OpticalFiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點(diǎn)：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸（幾十公里甚至上百公里）抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價(jià)格較高需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：石英玻璃

（高純玻璃）37包層，折射率低纖芯，折射率高纖芯——8-100um石英玻璃絲包層——125um多層反射玻璃纖維纖芯加包層總直徑不到0.2mm折射角大于入射角折射角入射角38光纖傳輸原理——光的反射光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角。當(dāng)入射角≥臨界值時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。纖芯——折射率高，玻璃包層——折射率低亮度調(diào)制：有光脈沖為1，無(wú)光脈沖為0。單向傳輸，雙向需兩根光纖光源：波長(zhǎng)850nm/1300nm/1500nm衰減較小的3個(gè)波段。應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接39多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個(gè)光波波長(zhǎng)多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播不產(chǎn)生反射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41高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束42無(wú)線介質(zhì)（信號(hào)在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波攜帶信息優(yōu)缺點(diǎn)：無(wú)需物理連接適用于長(zhǎng)距離或不便布線的場(chǎng)合易受干擾反射，為障礙物所阻隔43微波通信主要是直線傳播通過(guò)地面站之間接力傳送接力站之間距離：50～100km，100m高天線可達(dá)100km地球地面站之間的直視線路

微波傳送塔44采用地球同步衛(wèi)星作為中繼器的微波通信與地面站相對(duì)固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（≈270ms）應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長(zhǎng)途電話專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784km地球45電磁波波譜λ=c/f（c為自由空間的光速c＝3×108m／s）4647激光傳輸將激光束調(diào)制成光脈沖傳輸數(shù)據(jù)特點(diǎn)：激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕竊聽(tīng)受天氣影響，如有霧時(shí)能見(jiàn)度低只能在短距離通信中使用48紅外線通信 紅外線傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個(gè)房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng)，信號(hào)不能穿越墻壁。特點(diǎn)：紅外通信的設(shè)備相對(duì)便宜，可獲得較高的帶寬傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響。49短波通信直線傳播頻率比微波低，通信距離和帶寬比微波小基站與終端之間通信采用無(wú)線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無(wú)線電區(qū)域BS基站用戶(hù)計(jì)算機(jī)和終端50常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價(jià)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(hào)傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數(shù)字信號(hào)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512.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼（信道編碼）使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼（信源編碼）使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸522.4.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼不歸零碼（Non-ReturntoZero，NRZ）二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來(lái)表示；常用－5V表示1，＋5V表示0；缺點(diǎn)：?jiǎn)螛O性時(shí)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(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。532.4.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個(gè)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(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)。這種編碼也稱(chēng)為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。542.4.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterCoding，DMC）用碼元開(kāi)始處有無(wú)跳變來(lái)表示0和1

，有跳變代表0，無(wú)跳變代表1。每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變。既是接收的信號(hào)電平完全反向，也不影響正確接收，抗干擾能力強(qiáng)。55三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時(shí)鐘NRZManchester差分Manchester562.4.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼數(shù)字ModulatorDemodulator數(shù)字模擬信號(hào)g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制器解調(diào)器高頻信號(hào)572.4.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼三種常用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。

載波信號(hào)S(t)=Acos(t+)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、初相位調(diào)制就是要使A、或隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化58ASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK59幅移鍵控ASK602.4.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。PCM編碼：采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，模擬信號(hào)經(jīng)抽樣轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的模擬信號(hào)。量化：用有限種類(lèi)的電平來(lái)近似地表示模擬采樣值，把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上，得到時(shí)間上、幅度上都離散的數(shù)字信號(hào)。編碼：用一定位數(shù)的二進(jìn)制碼組來(lái)表示量化值。編碼后的信號(hào)稱(chēng)為PCM信號(hào)（PulseCodedModulation，脈碼調(diào)制）。612.4.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼奈奎斯特采樣定理：如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。62PCM編碼過(guò)程

語(yǔ)音信號(hào)011100011011001100PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號(hào)（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號(hào)63PCM編碼采用非均勻量化：量化間隔不相等的量化，使小信號(hào)時(shí)的量化誤差減小，提高小信號(hào)量化信噪比。0tX(t)ab64語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化語(yǔ)音帶寬f<4kHz采樣時(shí)鐘頻率：8kHz（>2倍語(yǔ)音最大頻率）樣本量化級(jí)數(shù)：256級(jí)（8b/每樣本）數(shù)據(jù)率：8000次/s×8b=64kb/s每路PCM信號(hào)的速率=64kb/s模擬語(yǔ)音信號(hào)采樣時(shí)鐘PCM信號(hào)采樣電路量化和編碼數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)f<4kHzfs=8kHz652.5多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道，提高線路利用率DEMUX復(fù)用器分用器共享信道MUX信源信宿66復(fù)用的基本思想：把共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)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)時(shí)分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長(zhǎng)劃分不同的信道，用于光纖傳輸碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途67頻分復(fù)用FDM原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)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(hào)f復(fù)用器68頻分復(fù)用(FDM，即Frequency-DivisionMultiplexing)：信道的可用頻帶被分成若干互不重疊的頻段，每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)頻段，接收端用適當(dāng)?shù)臑V波器將它們分割開(kāi)來(lái)，分別解調(diào)接收，在頻率上是各路信號(hào)是不重疊的；但在時(shí)間上是重疊在一起的。f69頻分復(fù)用FDM無(wú)主載波調(diào)制LPF1調(diào)制BPF1信道LPFn調(diào)制BPFn...BPF1解調(diào)LPF1BPFnLPFn...解調(diào)70First-levelMUX1212?-Second-levelMUX125?-Third-levelMUX1210?-BasicGroupSuperGroupMasterGroup(a)04kHzf(b)12111098765432160kHz108kHz48kHzBasicGroupA(LSB)121110987654321196kHz148kHzBasicGroupB(USB)(c)12121212121111112345SuperGroup1(LSB)312kHz552kHz12121212121111112345SuperGroup2(USB)300kHz60kHz(d

)VoiceChannel北美多路載波電話系統(tǒng)71時(shí)分復(fù)用TDM原理：把信號(hào)采樣周期分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。各路信號(hào)頻率重疊，時(shí)間不重疊。A2A1A3原始信號(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時(shí)隙號(hào)1231D3D2D1時(shí)間周期12時(shí)間周期2D1時(shí)隙D2復(fù)用器t7273由于每路用戶(hù)數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間周期的固定時(shí)隙，用戶(hù)時(shí)隙與時(shí)間周期同步，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱(chēng)為同步時(shí)分復(fù)用。一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱(chēng)為幀。時(shí)分復(fù)用的典型例子：PCM信號(hào)的傳輸把多個(gè)話路的PCM語(yǔ)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(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送每個(gè)時(shí)隙承載一路PCM信號(hào)7475E1-幀格式0121631時(shí)間片125ms=32時(shí)隙，2.048Mb/s幀同步信令30路數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）+2路控制用戶(hù)話路用戶(hù)話路151776時(shí)分復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)T-標(biāo)準(zhǔn)（北美、日本）E-標(biāo)準(zhǔn)（歐洲、中國(guó)、南美）E1（一次群）標(biāo)準(zhǔn)每125us為一個(gè)時(shí)間片，每時(shí)間片分為32個(gè)通道（時(shí)隙）。每個(gè)時(shí)隙可容納8b。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30個(gè)通道用于傳輸30個(gè)PCM話音數(shù)據(jù)。E1速率=（32x8b）/125us=2.048Mb/s對(duì)E1進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到E5等高次群。E5可承載7680個(gè)話路，數(shù)據(jù)率約為565Mb/s。7778統(tǒng)計(jì)（異步）TDM——STDMTDM的缺點(diǎn)：某用戶(hù)無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶(hù)也不能占用該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。STDM：用戶(hù)不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙就將數(shù)據(jù)放入，時(shí)隙數(shù)小于用戶(hù)數(shù)。用戶(hù)占用的時(shí)隙不是周期地出現(xiàn)，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱(chēng)為異步時(shí)分復(fù)用必須有用戶(hù)的地址信息。79ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2時(shí)間周期1時(shí)間周期2同步TDM帶寬浪費(fèi)A1B1B2時(shí)間周期1時(shí)間周期2統(tǒng)計(jì)TDM可用帶寬C280波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。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81碼分復(fù)用CDM又稱(chēng)碼分多址訪問(wèn)CDMA原理：每個(gè)用戶(hù)把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列進(jìn)行調(diào)制（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交），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(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。地址碼序列必須兩兩相互正交：內(nèi)積為零碼序列A、B，應(yīng)滿足AB=0，AB'=0，AA=1，AA'=-1其中為內(nèi)積運(yùn)算，代碼1由+1表示，0由-1表示。地址碼序列為偽隨機(jī)序列，一般取64或128位82A:00011011B:00101110A:-1-1-1+1+1-1+1+1B:-1-1+1-1+1+1+1-1內(nèi)積：+1+1-1-1+1-1+1-1對(duì)應(yīng)位相乘后相加/地址位數(shù)83假設(shè)發(fā)射的都是代碼“1”A+B，(A+B

)A=1，

(A+B

)B=1假設(shè)發(fā)射的是代碼“1”和代碼“0”A+B’，(A+B’

)A=1，

(A+B’

)B=-1書(shū)上的圖錯(cuò)誤84擴(kuò)頻調(diào)制：已調(diào)信號(hào)帶寬是數(shù)據(jù)信號(hào)帶寬的m倍852.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？?jī)蓚€(gè)終端之間沒(méi)有直接連接線路，通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)的連接實(shí)現(xiàn)通信。動(dòng)態(tài)（臨時(shí)）地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機(jī)在用戶(hù)呼叫時(shí)為用戶(hù)選擇一條可用的線路進(jìn)行連接。用戶(hù)掛機(jī)后則斷開(kāi)該線路，該線路又可分配給其他用戶(hù)。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)省投資，提高線路利用率。實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報(bào)文交換和分組交換。86兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來(lái)。

875部電話機(jī)兩兩相連，需10對(duì)電線。N部電話機(jī)兩兩相連，需N(N–1)/2對(duì)電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。

88當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來(lái)完成全網(wǎng)的交換任務(wù)?！?/p>

交換機(jī)892.6.1電路交換在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專(zhuān)用線路的過(guò)程?？梢允钦嬲奈锢砭€路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。稱(chēng)為“面向連接的”交換（典型例子：電話）過(guò)程：建立連接→通信→釋放連接優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無(wú)糾錯(cuò)機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小，實(shí)時(shí)性好。不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。90電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn)在物理線路的某個(gè)信道上建立連接912.6.2報(bào)文交換報(bào)文：包含一個(gè)完整數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)塊，而不是數(shù)據(jù)的一部分，如一篇新聞稿。報(bào)文交換：以報(bào)文為單位由中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”的交換技術(shù)在交換過(guò)程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來(lái)，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)（每級(jí)都有路由選擇），直到目的地。又稱(chēng)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接?！Q(chēng)為“無(wú)連接的”交換（典型例子：電報(bào)）922.6.2報(bào)文交換優(yōu)缺點(diǎn)：沒(méi)有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間；線路利用率高；傳輸可靠性較高，有差錯(cuò)控制和路由選擇；實(shí)時(shí)性差；報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)，影響傳輸效率。應(yīng)用少，由分組交換所取代。932.6.3分組交換（包交換）將報(bào)文分割成若干個(gè)較小的數(shù)據(jù)塊（分組Packet）進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。目的節(jié)點(diǎn)按分組編號(hào)重組報(bào)文。優(yōu)缺點(diǎn)：對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)要求較低；轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)??；某個(gè)分組出錯(cuò)可以?xún)H重發(fā)出錯(cuò)的分組，效率高；需要分割報(bào)文和重組報(bào)文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式94數(shù)據(jù)報(bào)方式（Datagram）各分組獨(dú)立地確定路由（路徑），每個(gè)分組都必須包含目的站點(diǎn)地址。不能保證分組按序到達(dá)，目的站點(diǎn)需要按分組編號(hào)重新排序和組裝報(bào)文。是“無(wú)連接的”的交換。數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證分組按序到達(dá)分組可能通過(guò)多個(gè)路徑穿越網(wǎng)絡(luò)95虛電路方式（VirtualCircuit）虛電路交換：通信前預(yù)先建立一條邏輯連接，發(fā)送的所有分組依次通過(guò)連接到達(dá)目的地。連接由若干條物理鏈路組成，通信的用戶(hù)不是自始至終占用該連接，而是與其它用戶(hù)共享該連接。也需要三個(gè)過(guò)程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除虛電路的路由在建立時(shí)確定，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)則不再需要。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需指定虛電路號(hào)，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)。提供的是“面向連接”的交換但卻沒(méi)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(gè)鏈路段?？梢钥闯墒遣捎昧穗娐方粨Q思想的分組交換能夠保證分組按序到達(dá)96分組通過(guò)預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)97三種交換方式的事件順序呼叫請(qǐng)求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD尋路延遲線路交換分組1分組2分組3ABCD分組交換分組4t報(bào)文ABCD排隊(duì)延遲報(bào)文交換982.7差錯(cuò)控制什么是差錯(cuò)控制？在通信過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)差錯(cuò)并進(jìn)行糾正為何要進(jìn)行差錯(cuò)控制？不存在理想的信道→傳輸總會(huì)出錯(cuò)產(chǎn)生差錯(cuò)的原因：信號(hào)衰減和熱噪聲；信道的電氣特性引起信號(hào)幅度、頻率、相位的畸變；信號(hào)反射，串?dāng)_；沖擊噪聲，閃電、大功率電動(dòng)機(jī)的啟停等。99差錯(cuò)控制的基本方法：

在所傳送的數(shù)字信號(hào)（信息編碼）中按一定規(guī)律人為地加入一定的多余碼元（冗余碼元，對(duì)信息來(lái)說(shuō)是多余的，它不代表信息），稱(chēng)為監(jiān)督碼元，監(jiān)督碼和信息碼之間有一定的編碼監(jiān)督關(guān)系。這樣，在接收端就可以利用這種監(jiān)督關(guān)系來(lái)檢測(cè)、糾正錯(cuò)誤。2.7.2差錯(cuò)控制方法100實(shí)際采用的3種差錯(cuò)控制技術(shù)自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（AutomaticRepeatreQuest,ARQ）：也叫檢錯(cuò)反饋重發(fā)，若發(fā)送端發(fā)出能夠檢查錯(cuò)誤的編碼，接收端收到信號(hào)后經(jīng)檢驗(yàn)如果發(fā)現(xiàn)傳輸中有錯(cuò)誤，則通過(guò)反向信道把這一判斷結(jié)果反饋給發(fā)送端；發(fā)送端把前面發(fā)出的信息重新傳送一次，直到接收端認(rèn)為已正確地收到信息為止。2.7.2差錯(cuò)控制方法101實(shí)際采用的3種差錯(cuò)控制技術(shù)前向糾錯(cuò)（FEC-ForwardErrorControl,FEC）：發(fā)送端經(jīng)編碼后發(fā)出能夠糾正錯(cuò)誤的碼，接收端收到這些碼組后，通過(guò)譯碼能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并糾正傳輸中的錯(cuò)誤。前向糾錯(cuò)方式不需要反饋信道，特別適合于只能提供單向信道的場(chǎng)合（單工）。由于能自動(dòng)糾錯(cuò)，不要求檢錯(cuò)重發(fā)，因而延時(shí)小、實(shí)時(shí)性好。2.7.2差錯(cuò)控制方法102實(shí)際采用的3種差錯(cuò)控制技術(shù)混合方式Hybrid（FEC-ARQ）：是自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)方式和前向糾錯(cuò)方式的結(jié)合。在這種系統(tǒng)中接收端不但有糾正錯(cuò)誤的能力，而且對(duì)超出糾錯(cuò)能力的錯(cuò)誤有檢查錯(cuò)誤的能力。遇到后一種情況時(shí)，通過(guò)反饋信道要求發(fā)送端重發(fā)一次。2.7.2差錯(cuò)控制方法103發(fā)送端接收端能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的編碼應(yīng)答信號(hào)發(fā)送端接收端能夠糾正錯(cuò)誤的編碼發(fā)送端接收端能夠發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤的編碼應(yīng)答信號(hào)104奇偶校驗(yàn)（ParityChecking）在原始數(shù)據(jù)字節(jié)（信息編碼）的最高位（或最低位）增加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，使字節(jié)中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)位錯(cuò)，偶數(shù)個(gè)位錯(cuò)則不能檢出。2.7.3常見(jiàn)的檢錯(cuò)碼105對(duì)偶數(shù)監(jiān)督碼，使整個(gè)碼組中“l(fā)”碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。對(duì)奇數(shù)監(jiān)督碼，使整個(gè)碼組中“l(fā)”碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。106行列監(jiān)督碼（二維奇偶監(jiān)督碼,垂直水平奇偶監(jiān)督碼）：

110010100000100001101001111000011100111000001010101010111000111100行列都進(jìn)行奇偶監(jiān)督107循環(huán)冗余校驗(yàn)（CyclicRedundancyCheck,CRC）差錯(cuò)檢測(cè)原理：

收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計(jì)算出CRC校驗(yàn)和并把它加在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用G(x)去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。校驗(yàn)和是16位或32位的二進(jìn)制位串。CRC校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何計(jì)算校驗(yàn)和。108如110001，可表示成多項(xiàng)式x5+x4+1為了便于計(jì)算，常用碼多項(xiàng)式表示碼字。長(zhǎng)度為n的碼字，其碼多項(xiàng)式(n-1次，以降冪順序排列)為：模2除法(除2取余)，相當(dāng)于異或運(yùn)算。109CRC校驗(yàn)和的計(jì)算將k位信息碼構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式如110001，k=6，可表示成多項(xiàng)式K(x)=x5+x4+1若G(x)為r階，則在信息碼后面添加r個(gè)0，成為k+r位碼，相應(yīng)多項(xiàng)式為：xrK(x)

按模2除法用xrK(x)除以G(x)：商Q(x)，余R(x)即：xrK(x)=G(x)Q(x)+R(x)按模2加法把xrK(x)與余數(shù)R(x)相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗(yàn)和的多項(xiàng)式T(x)：即：T(x)=xrK(x)+R(x)實(shí)際上，T(x)=xrK(x)+R(x)=[G(x)Q(x)+R(x)]+R(x)=G(x)Q(x)(模2運(yùn)算)

所以，若接收的T(x)正確，則它肯定能被G(x)除盡。110如信息位串為1101011011，生成多項(xiàng)式是10011，r=4表示成多項(xiàng)式G(x)=x4+x+1

對(duì)應(yīng)位串為11010110110000110101101100001001110011100111100001010100110000101101001110100100111110異或運(yùn)算余數(shù)為1110實(shí)際傳送的帶校驗(yàn)和的位串為11010110111110111常用的生成多項(xiàng)式G(x)：CRC16=x16+x15+x2+1CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1112校驗(yàn)和差錯(cuò)檢測(cè)方法發(fā)送方算法將待發(fā)送的字符串分成若干16位的位串，每個(gè)位串看成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)。將IP、ICMP、TCP或UDP協(xié)議的PDU（ProtocolDataUnit）首部中的校驗(yàn)和字段設(shè)置為0，該字段也參與校驗(yàn)和運(yùn)算。對(duì)這些16位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行1的補(bǔ)碼和（one’scomplementsum）運(yùn)算，累加的結(jié)果再取反作為校驗(yàn)和，并放置到PDU的校驗(yàn)和字段中。接收方算法將接收的16位二進(jìn)制按發(fā)送方的同樣方法進(jìn)行1的補(bǔ)碼和運(yùn)算，包括校驗(yàn)和字段、累加的結(jié)果再取反。這樣，其結(jié)果為0，表明傳輸正確；否則，表明傳輸有差錯(cuò)。1131001110000011011010100101011010010000000000000100011110101011100000101100010010111011100001001100010001111011001進(jìn)2求反1101110000100110求和發(fā)送方算法初值1的補(bǔ)碼和運(yùn)算：帶循環(huán)進(jìn)位的加法，最高位進(jìn)位進(jìn)到最低位。逢二進(jìn)一，逢四進(jìn)二。114接收方算法100111000001101101010010101101001101110001100001進(jìn)2求反1101110000100110求和1111111111111101000000000000000011111111111111111152.8數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)時(shí)延與時(shí)延帶寬積誤碼率與誤比特率信息傳輸速率與碼元傳輸速率信道的最大傳輸速率1162.8.3信息傳輸速率與碼元傳輸速率信息傳輸速率比特（bit）：即一個(gè)二進(jìn)制位。信息傳輸速率：即比特率，為每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，單位為比特/秒（bps，b/s）。碼元傳輸速率碼元（CodeCell）：一個(gè)編碼單元，與進(jìn)制數(shù)無(wú)關(guān)。碼元傳輸速率：即波特率，為每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特（baud，B）。

117如果碼元進(jìn)制數(shù)為M（M為2的整數(shù)次冪），則C=B×

log2