第二章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)

1第2章數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)主要學(xué)習(xí)內(nèi)容

：數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信傳輸介質(zhì)和特點了解數(shù)據(jù)編碼技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)22.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1、信息與編碼

信息可以是數(shù)字、文字、語言、圖形和圖像等各種形式，是人們要通過通信系統(tǒng)傳遞的內(nèi)容。編碼就是用二進(jìn)制代碼來表示信息中的每一個字符。2、數(shù)據(jù)編碼后的信息就是數(shù)據(jù)。32.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、信號

數(shù)據(jù)的傳輸表現(xiàn)形式稱為信號。

從信號的實現(xiàn)形式上劃分為:模擬信號:是用幅度連續(xù)變化的電磁波來表示信息的信號。

數(shù)字信號:是一種不連續(xù)（離散）的信號。通常是一串電壓脈沖序列序號。

基帶信號：將數(shù)字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。

寬帶信號：將基帶信號進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號。42.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、信道

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信道是傳輸信號的通道。

邏輯上，信道一般都是用來表示向某一個方向傳送信息的“介質(zhì)”。信道可分為適合傳送模擬信號的模擬信道和適合傳送數(shù)字信號的數(shù)字信道。52.1數(shù)據(jù)通信的基本概念5、通信系統(tǒng)基本模型信道發(fā)送設(shè)備發(fā)送機(jī)接收機(jī)接收設(shè)備是發(fā)出信息的源，其作用是把信息轉(zhuǎn)換成原始信號，是產(chǎn)生數(shù)據(jù)的設(shè)備。是指傳輸信號的通道，是連接信源和信宿的傳輸線路，信道既給信號以通路，也對信號產(chǎn)生各種干擾和噪聲。從傳輸系統(tǒng)接收信號并將其轉(zhuǎn)換成信宿設(shè)備能夠處理的形式。主要進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等，用來恢復(fù)原始信號。從接收器上取得傳入數(shù)據(jù)的設(shè)備，將復(fù)原的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。

通信系統(tǒng)的作用是傳遞信息。無論模擬通信系統(tǒng)還是數(shù)字通信系統(tǒng)均包含5個基本組件：發(fā)送設(shè)備、發(fā)送機(jī)、信道、接收機(jī)和接收設(shè)備。是將信源和信道匹配，將信源產(chǎn)生的信號變換成適合信道傳輸?shù)男盘?，并進(jìn)行發(fā)送。62.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

例：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機(jī)系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。比較典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)電路、計算機(jī)系統(tǒng)三部分組成。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成正文數(shù)字比特流模擬信號公用電話網(wǎng)模擬信號數(shù)字比特流正文PC機(jī)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)源點發(fā)送器輸入數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送的信號接收的信號接收器終點輸出數(shù)據(jù)輸出信息源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)72.1數(shù)據(jù)通信的基本概念6、數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo) 信道帶寬：信道上傳輸?shù)氖请姶判盘枴Ｄ硞€信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就是該信道的帶寬。信道帶寬＝最大有效頻率－最小有效頻率

信道帶寬信道帶寬和信道最大傳輸速率是影響信道質(zhì)量的兩個主要因素。82.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)傳輸速率

是指信道每秒所能傳輸?shù)亩M(jìn)制比特數(shù)，記作bps（比特每秒）。常見單位：Kbps、Mbps、Gbps。它與信道帶寬緊密相連的，即信道帶寬越寬，數(shù)據(jù)傳輸速率越高。波特率：每秒傳送的碼元數(shù)。它與數(shù)據(jù)傳輸速率成正比關(guān)系。1Baud=（log2M）bps

其中M是信號的編碼級數(shù),即一個脈沖信號所表示的有效狀態(tài)數(shù)Rbit=Rbaudlog2M（比特率=波特率X信號所含比特數(shù)）92.1數(shù)據(jù)通信的基本概念碼元:是承載信息的基本信號單位。比如用脈沖信號表示數(shù)據(jù)時，一個單位脈沖就是一碼元。

一碼元的信息量是由碼元所能表示的數(shù)據(jù)有效狀態(tài)值個數(shù)決定的，若一碼元有00、01、10、11四個有效狀態(tài)值，則一碼元能攜帶2bit的信息。

又如：當(dāng)波特率為9600時，若M=2，數(shù)據(jù)傳輸率為9600b/s；若M=16，數(shù)據(jù)傳輸率為38.4kb/s。102.1數(shù)據(jù)通信的基本概念信道容量：是指信道的允許的最大傳輸速率。吞吐量：信道在單位時間內(nèi)成功傳輸?shù)男畔⒘?。如某信道?0分鐘內(nèi)成功傳輸了6Mb的數(shù)據(jù)，其吞吐量為6*1024/(10*60)≈10Kbps。誤碼率(Biterrorrate)：信道傳輸可靠性指標(biāo)

P=錯誤的位數(shù)/傳輸?shù)目偽粩?shù)注意：信道帶寬越大，信道容量也越大，傳輸速率也越高。112.2信號傳輸?shù)幕拘问?.通信系統(tǒng)的信號傳輸基本形式按信號是否調(diào)制分類：基帶傳輸：編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信上傳送，不調(diào)制，(基帶：調(diào)制前原始信號所占的頻道），既可傳輸模擬信號，也可傳輸數(shù)字信號，如以太網(wǎng)、令牌網(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：采用模擬傳輸技術(shù)，將不同頻率的多種調(diào)制信號在統(tǒng)一傳輸線路中傳輸。如多路復(fù)用（閉路電視系統(tǒng)）。122.2信號傳輸?shù)幕拘问綄拵鬏數(shù)闹饕攸c：>一個寬帶信道可劃分為多個邏輯信道或頻率段，進(jìn)行多路復(fù)用傳輸，信道容量大增；可在同一信道上進(jìn)行數(shù)字信息或模擬信息的傳輸；寬帶傳輸?shù)木嚯x比基帶傳輸要遠(yuǎn)許多，因為數(shù)字?jǐn)?shù)字需要被模擬信號運載后傳輸，模擬信號傳輸比數(shù)字信號遠(yuǎn)；寬帶傳輸中的信號具有單向性，如要實現(xiàn)雙向傳輸需要同時具備兩條數(shù)據(jù)通路。注：寬帶傳輸采用了頻帶傳輸技術(shù)，但頻帶傳輸不一定是寬帶傳輸。一般認(rèn)為，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率大于2Mbps時，稱為寬帶網(wǎng)。132.3數(shù)據(jù)通信方式-并行與串行（1）串行數(shù)據(jù)傳輸

按照由低位到高位的順序逐個傳送比特位。適應(yīng)長距離傳輸，成本低，速度慢。如USB、RS-232/485等（2）并行數(shù)據(jù)傳輸同時傳輸一組比特，每個比特使用單獨一條線路（導(dǎo)線）。適應(yīng)短距離之間的通信，如主機(jī)和打印機(jī)、顯示器、硬盤等。

2.通信系統(tǒng)的通信方式按照字節(jié)使用通道數(shù)分：142.3數(shù)據(jù)通信方式-傳輸方向

3.通信系統(tǒng)的通信方式按消息傳送的方向和時間分類：

1)單工通信（單向通信）單工通信就是指傳送的信息始終是一個方向，而不進(jìn)行與此相反方向的傳送。無線電廣播、電視信號傳播、遙測、遙控都是單工傳送的例子。152.3數(shù)據(jù)通信方式-傳輸方向 2)半雙工通信（雙向交替通信）

半雙工通信是指信息流可在兩個方向上傳輸，但同一時刻只限于一個方向傳輸。如對講機(jī)、收發(fā)報機(jī)就是以這種方式通信的。

半雙工通信由要頻繁調(diào)換信道方向，故效率低，但可節(jié)省傳輸線路。162.3數(shù)據(jù)通信方式-傳輸方向

3)全雙工通信（雙向同時通信）全雙工通信是指能同時做雙向通信。如圖所示。這種方式適用于普通電話、手機(jī)以及計算機(jī)——計算機(jī)間高速數(shù)據(jù)通信。 全雙工與半雙工比較,全雙工通信效率高，控制簡單，但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。172.3數(shù)據(jù)通信方式-連接方式 1）點到點的連接方式（專線直通） 2）多點的連接方式（交換網(wǎng)絡(luò)

）4.通信系統(tǒng)的通信方式按連接形式分類有：3）集中式連接方式18

字符同步：以字符為邊界實現(xiàn)字符的同步接收。

同步傳輸方式中發(fā)送方和接收方的時鐘是統(tǒng)一的、字符與字符間的傳輸是同步無間隔的。

異步傳輸方式并不要求發(fā)送方和接收方的時鐘完全一樣，字符與字符間的傳輸是異步的。2.3數(shù)據(jù)通信方式-同步處理數(shù)據(jù)通信的同步傳輸方式由字符同步和位同步共同構(gòu)成。192.3數(shù)據(jù)通信方式-字符同步1)異步式 各個字符分開傳輸，字符之間插入同步信息。異步式又稱為起止同步方式。傳輸數(shù)據(jù)以“字符”為數(shù)據(jù)單元，一般由起始位（1位）、數(shù)據(jù)位（5～9位，PC機(jī)7～8位）、奇偶校驗位（1位）和停止位（1-2位）部分組成，兩字符之間的間隔長度可以不固定。202.3數(shù)據(jù)通信方式-字符同步

例如，一般不發(fā)字符時線路保持“1”狀態(tài)，當(dāng)發(fā)送一個字符代碼時，字符前面要加一個起始信號，極性為“0”，即空號極性，預(yù)告字符的信息代碼即將開始。在數(shù)據(jù)位和校驗位結(jié)束后面要加一個終止符號，極性為“1”，即傳號極性，表示該字符已結(jié)束。

異步方式實現(xiàn)起來簡單容易，每個字符都為該字符的位同步提供了時間基準(zhǔn)，對線路和收發(fā)器要求較低。缺點是通信開銷較大，線路效率低，數(shù)據(jù)傳輸速率多在1.2kb/s以下。212.3數(shù)據(jù)通信方式-字符同步2)同步式

同步式要求不管是否傳輸信息代碼，每個比特位必須在收發(fā)兩端始終保持同步，中間沒有間斷時間，即為比特位同步。

特點是開銷少、效率高，一般在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中采用。缺點是整個數(shù)據(jù)塊一旦有一位錯傳，就必須重傳整個數(shù)據(jù)塊。222.3數(shù)據(jù)通信方式-位同步位同步：使接收端接收的每一位信息都與發(fā)送端保持同步。（接收端根據(jù)發(fā)送段發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時間和時鐘頻率來校正自己的時間基準(zhǔn)和時鐘頻率）

●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。

●自(內(nèi))同步——接收方通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼，其數(shù)據(jù)編碼信號包含了同步脈沖），提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。

2.4傳輸介質(zhì)金屬導(dǎo)體：利用電流變化雙絞線、同軸電纜(粗、細(xì))光纖：利用光波無線介質(zhì)：利用電磁波的輻射無線電、短波、微波、衛(wèi)星、光波傳輸介質(zhì)：網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通路，實際傳輸信息的載體。（有線與無線）24雙絞線內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套--螺旋絞合的雙導(dǎo)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)、局域網(wǎng)2.4傳輸介質(zhì)2.4傳輸介質(zhì)屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)由外部保護(hù)層、屏蔽層與多對雙絞線組成。以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音由外部保護(hù)層與多對雙絞線組成。雙絞線外沒有任何附加屏蔽，以太網(wǎng)廣泛使用。

3類、5類、6類（16M、155M、1200M）RJ45接頭與雙絞線順序(以5類UTP為例)直連線：用于將計算機(jī)連入到集線器或交換機(jī)線圖如下：

12345678A端：橙白橙綠白藍(lán)藍(lán)白綠棕白棕

B端：橙白橙綠白藍(lán)藍(lán)白綠棕白棕交叉線：計算機(jī)與計算機(jī)、交換機(jī)與交換機(jī)直接相連，計算機(jī)直接接入路由器的以太網(wǎng)口線圖如下：

12345678A端：橙白橙綠白藍(lán)藍(lán)白綠棕白棕

B端：綠白綠橙白藍(lán)藍(lán)白橙棕白棕2.4傳輸介質(zhì)RJ45接頭與雙絞線順序(以5類UTP為例)2.4傳輸介質(zhì)282.4傳輸介質(zhì)（1）物理特性：采用四對雙絞線且外套塑料保護(hù)套組成。（2）傳輸特性：模擬傳輸和數(shù)字傳輸都可以使用雙絞線。（3）連通性：一般僅支持點對點連接，多點連接需增加相關(guān)設(shè)備，如集線器（Hub）。（4）地理范圍：通信距離一般為幾km到十幾km。（5）抗干擾能力：一般，尤其是低頻使用和短距離使用時較好。（6）價格：較低。29同軸電纜基帶同軸電纜阻抗50，用于數(shù)字傳輸，已被雙絞線取代。寬帶同軸電纜阻抗75，用于模擬傳輸，主要用于有線電視網(wǎng)（CATV）。銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套2.4傳輸介質(zhì)302.4傳輸介質(zhì)

注：當(dāng)需要將計算機(jī)連接到電纜上的某一處時，同軸電纜要比用雙絞線麻煩很多。通常都是利用T型分接頭(又稱為T型連接器）。應(yīng)用：總線式局域網(wǎng)31細(xì)同軸：D=1.02cm，10Mbit/s每段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）抗干擾能力較強(qiáng)可靠性差粗同軸：D=2.54cm，10Mbit/s每段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(qiáng)連接距離中等可靠性好

2.4傳輸介質(zhì)32光纜光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維(以下簡稱為光纖)傳遞光脈沖來進(jìn)行通信。一根光纖傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前其它各種傳輸介質(zhì)的帶寬。

如：有光脈沖相當(dāng)于1，而沒有光脈沖相當(dāng)于0。

2.4傳輸介質(zhì)應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接。332.4傳輸介質(zhì)（1）物理特性利用其“全反射”特性，實現(xiàn)光波在纖芯中的傳播。光纖按光在其中的傳輸模式可分：★多模光纖：可以存在許多條不同入射角度的光線在一條光纖中傳輸?！飭文９饫w：光纖的直徑減少到只有一個光的波長，則該光纖就象一根波導(dǎo)那樣，它可使光線一直向前傳播，而不會經(jīng)多次反射傳播。單模光纖的光源要使用昂貴的半導(dǎo)體激光器，而不能使用較便宜的發(fā)光二極管。但單模光纖的衰減系數(shù)較小。34

與雙絞線和同軸電纜相比，光纖具有如下優(yōu)點：容量更大，即帶寬更大，傳輸速率更高；體積更小，重量更輕；衰減更小，轉(zhuǎn)發(fā)器的間隔更遠(yuǎn)。2.4傳輸介質(zhì)（2）連通性：點對點。（3）地理范圍：傳輸損耗小，中繼距離長，可達(dá)數(shù)十公里而不必用中繼器。（4）抗干擾性：抗雷電和電磁干擾性能好；無串音干擾；保密性好，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)。（5）價格：比較昂貴，但價格正在逐年下降。35

無線傳輸介質(zhì)（信號在大氣或外層空間自由傳播）2.4傳輸介質(zhì)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362.4傳輸介質(zhì)

無線電波可全方向傳播傳輸距離：天線的高度、類型和信號強(qiáng)度傳輸可靠性：障礙物傳輸正確性：氣象條件2.4傳輸介質(zhì)38

微波通信

收發(fā)兩端使用拋物面天線，常用頻段：2G---6G方向性強(qiáng)，直線傳輸，距離遠(yuǎn)時使用中繼站用于高速數(shù)傳受天氣影響較大2.4傳輸介質(zhì)地球39蜂窩通信蜂窩單元的大小劃分以滿足流量需求為目的移動電話局協(xié)調(diào)各個基站與中央電話站之間的通信固定終端點（基站）和終端之間是無線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）2.4傳輸介質(zhì)基站40衛(wèi)星通信

一個衛(wèi)星可工作在多個頻段同步衛(wèi)星：衛(wèi)星與地球保持相對靜止，

三顆同步衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸時延大2.4傳輸介質(zhì)通信衛(wèi)星相當(dāng)于一個中繼站，兩個或多個地球站通過它實現(xiàn)相互間的通信。412.4傳輸介質(zhì)常用傳輸介質(zhì)比較傳輸介質(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42無線通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)PSTNInternet光纖光纖微波微波微波用戶駐地設(shè)備無線網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備房頂中繼器中繼器無線節(jié)點房頂無線節(jié)點用戶天線用戶終端2.4傳輸介質(zhì)432.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)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(yīng)地需要進(jìn)行不同的編碼處理。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可用模擬信號或數(shù)字信號來表示，相應(yīng)地也可用模擬信道或數(shù)字信道來傳輸。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)制編碼與調(diào)制2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用數(shù)字信號傳輸：數(shù)據(jù)數(shù)字直接用二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號來表示（二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號）。如數(shù)據(jù)數(shù)字網(wǎng)DDN2.模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號傳輸：用編碼解碼器完成與調(diào)制解調(diào)器相反的功能。如編碼解碼器接受一個模擬信號后，經(jīng)采樣、壓縮等處理，用二進(jìn)制位流近似表示該信號，然后進(jìn)行傳輸。線路另一段的編碼解碼器將二進(jìn)制碼恢復(fù)為原來的模擬數(shù)據(jù)。如數(shù)字電話3.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用模擬信號傳輸：用調(diào)制解調(diào)器（Modem）把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號，在普通電話線上傳輸，另一段Modem再把信號解調(diào)為原來的數(shù)字信號。如Modem撥號上網(wǎng)4.模擬數(shù)據(jù)用模擬信號傳輸：模擬數(shù)據(jù)直接使用占有相同頻帶的模擬信號來表示。如模擬電話四種數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制方法：45問題的提出：數(shù)字信號為什么要采用編碼傳輸呢？

二個理由：（1）長距離數(shù)字信號傳輸可能存在衰減問題。例如連續(xù)發(fā)送若干個“1”，可能因存在的衰減導(dǎo)致誤識別成“0”；連續(xù)發(fā)送若干個“0”，可能因干擾或累積電平漂移而誤識別成“1”；

（2）同步問題。例如，當(dāng)出現(xiàn)一長串的連1或連0時，在接收端無法從收到的比特流中提取位同步信號。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼（同步技術(shù)）2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)46

在基帶傳輸中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的編碼方式主要有：不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼等。不歸零碼(NRZ，Non-ReturntoZero)二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示。缺點：不具備自同步機(jī)制，傳輸時必須使用外同步。存在直流分量。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)47曼徹斯特編碼(ManchesterCode)（1）編碼原理用電壓的變化表示0和1。將每一個碼元（bit）傳輸時間分成兩個相等的時間間隔。規(guī)定在每個碼元的中間發(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)。位中部從高→低的跳變代表“0”，位中部低→高的跳變代表“1”。（2）存在的問題它所占的頻帶寬度比原始的基帶信號整整增加了一倍（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)48數(shù)據(jù)

010011010

NRZ編碼

(a)

“0”：位中部從高到低；“1”：位中部從低到高；

曼徹斯特編碼

(b)位起始時有電平變化代表“0”，反之代表“1”，位中部始終變化。

差分曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼原理圖

(c)49差分曼徹斯特編碼(Differential～)（1）編碼原理與曼徹斯特編碼一樣仍然將每一個碼元（bit）傳輸時間分成兩個相等的時間間隔，所不同的是：若碼元為0，則其前半個碼元的持續(xù)電平與上一個碼元的后半個碼元的持續(xù)電平相反（即有跳變代表“0”）。若碼元為1，則其前半個碼元的持續(xù)電平與上一個碼元的后半個碼元的持續(xù)電平一樣（即無跳變代表“1”）。不論碼元是0或1，在每個碼元的正中間的時刻，一定要有一次電平的轉(zhuǎn)換。（2）特點：具有比曼徹斯特編碼強(qiáng)的抗干擾能力，但技術(shù)復(fù)雜，效率低。2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)50（1）問題的提出

現(xiàn)有的模擬信號傳輸系統(tǒng)（如PSTN）不能傳輸數(shù)字信號嗎？關(guān)注：（a)發(fā)送的基帶信號包含有各種的頻率成分，由于現(xiàn)有PSTN系統(tǒng)的頻寬有限，因而其中的一部分高頻分量已落到電話通信系統(tǒng)所能通過的頻率范圍之外。（b）在能夠通過電話線路的這部分頻率成分中，各頻率成分經(jīng)受的衰減和時延可能會有不同。這也要產(chǎn)生失真。（c）電話線路中存在噪聲和各種干擾信號，使信號失真。2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬編碼（調(diào)制/解調(diào)技術(shù)）2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)51

波形變換

波形識別

調(diào)制解調(diào)器的作用

調(diào)制解調(diào)器

調(diào)制解調(diào)器

（2）調(diào)制解調(diào)器（modem）是一種基于某種載波頻率來實現(xiàn)對數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置。包括為發(fā)送信號用的調(diào)制器和為接收信號用的解調(diào)器。

調(diào)制器的主要作用實際上就是一個波形變換裝置，它將基帶數(shù)字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ?。解調(diào)器的作用就是個波形識別器，它將經(jīng)過調(diào)制器變換過的模擬信號恢復(fù)成原來的數(shù)字信號。2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)52（3）幾種最基本的調(diào)制方法

從物理學(xué)的知識知道，反映一個頻率波形的主要參量有三個，即“振幅、頻率和相位”，因而Modem對數(shù)字信號的變換，相對應(yīng)有三種不同的調(diào)制技術(shù)（數(shù)字信號到模擬信號的變換

）。（a）幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying，調(diào)幅）

頻率和相位為常量，而振幅為變量，通過改變載波頻率的振幅來表示二進(jìn)制數(shù)的0和1。例如，數(shù)字0對應(yīng)于無載波輸出，而數(shù)字1對應(yīng)于有載波輸出。2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)53010011100

基帶信號

基帶信號

調(diào)幅振幅改變

f1

f2

調(diào)頻頻率改變

調(diào)相相位改變

三種調(diào)制技術(shù)的原理

54（b）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying，調(diào)頻）

振幅和相位為常量，而頻率為變量，通過使用載波頻率附近的兩個不同頻率值來表示二進(jìn)制數(shù)的0和1。例如，數(shù)字0對應(yīng)于頻率f1，而數(shù)字1對應(yīng)于頻率f2。（c）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying，調(diào)相）

把振幅和頻率為常量，而相位為變量，通過利用載波頻率初始相位移動的不同來表示二進(jìn)制數(shù)的0和1。例如，數(shù)字0對應(yīng)于相位00，而數(shù)字1對應(yīng)于1800。（4）三種調(diào)制方法的比較調(diào)幅法易于受到增益干擾的影響，實現(xiàn)比較容易。調(diào)相法抗干擾能力最強(qiáng)，但實現(xiàn)比較復(fù)雜。調(diào)頻法介于AM法和PM法之間。2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)552.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)（1）問題的提出（2）脈碼調(diào)制方法（PulseCodeModulator—PCM）

現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)都是采用脈碼調(diào)制PCM體制。PCM有兩個互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的24路時分多路復(fù)用PCM(簡稱為T1)和歐洲的30路時分多路復(fù)用PCM(簡稱為E1)。我國采用的是歐洲的E1標(biāo)準(zhǔn)。

T1的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.544Mbps；E1為2.048Mbps。3.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼（信源編碼/譯碼技術(shù)）56PCM的基本原理模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，需經(jīng)采樣、量化和編碼三個階段。（a）采樣那么采樣的頻率(周期)T是多少?

根據(jù)采樣定理，T≥2fmax，只要采樣頻率不低于采樣信號（電話信號）最高頻率的2倍，就可以從采樣脈沖信號無失真地恢復(fù)出原來信號。例如：語聲的能量和頻譜主要分布在300Hz—3.4kHz，為了簡化起見，通常采樣頻率就定為8kHz，相當(dāng)于采樣周期為125us。2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)57（b）量化采樣后的信號所謂“量化”就是對每個采樣點按量化級取一個恰當(dāng)?shù)臄?shù)值過程，即取整等級。（c）編碼所謂“編碼”就是對每個采樣點所對應(yīng)的數(shù)值確定一種二進(jìn)制的表示方式，以實現(xiàn)從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。一般而言，每個點用n位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼。如當(dāng)PCM用于數(shù)字化語音系統(tǒng)時，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(jìn)制碼表示)數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信號的速率=64000bps2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)584.模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制

模擬數(shù)據(jù)經(jīng)由模擬通信系統(tǒng)傳輸時不需要進(jìn)行變換。在無線傳輸和頻分多路復(fù)用等需要，模擬數(shù)據(jù)需要進(jìn)行模擬調(diào)制。模擬調(diào)制有調(diào)幅AM（AmplitudeModulation）調(diào)頻FM（FrequencyModulation）調(diào)相PM（PhaseModulation）

最常用的是調(diào)幅和調(diào)頻技術(shù)。2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)59復(fù)用：多個信息源共享一個公共信道所謂“多路復(fù)用技術(shù)”就是把多個不同的信號同時在一條傳輸線路路上進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。

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2.6多路復(fù)用技術(shù)60

通信系統(tǒng)按復(fù)用方式分類：頻分復(fù)用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)波分復(fù)用WDM

(WaveDivisionMultiplexing)

時分復(fù)用TDM

(TimeDivisionMultiplexing)2.6多路復(fù)用技術(shù)612.6多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用（FDM）原理：將信道的可用帶寬劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。主要適用于模擬信道環(huán)境中。如有線電視CATV。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號f復(fù)用器622.6多路復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用（WDM）——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(jìn)行傳輸。如光纖通信。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632.6多路復(fù)用技術(shù)時分復(fù)用（TDM）原理：將信道的可用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(jìn)行傳輸。主要適用于數(shù)字信道環(huán)境中。如移動GSM。

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642.6多路復(fù)用技術(shù)時分復(fù)用（TDM）原理：將信道的可用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(jìn)行傳輸。主要適用于數(shù)字信道環(huán)境中。如移動GSM。

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)用器由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，這類時分復(fù)用也成同步時分復(fù)用。一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。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2.6多路復(fù)用技術(shù)統(tǒng)計(異步)TDM——STDMTDM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(jìn)：統(tǒng)計時分多路復(fù)用（STDM），用戶不固定占用某個通道，有空槽就將數(shù)據(jù)放入。ABCD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2.6多路復(fù)用技術(shù)三種復(fù)用技術(shù)的比較1）FDM傳輸模擬信號，TMD傳輸數(shù)字信號，WDM傳輸光波信號；2）WDM與FDM技術(shù)原理類似，TDM與FDM相比，技術(shù)比較復(fù)雜，但抗干擾能力強(qiáng)，且數(shù)字信號容易實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換，易于集成化。計算機(jī)通信中廣泛使用TDM和WDM。3）TDM與FDM比較：

TDM設(shè)備易于實現(xiàn)，且傳輸速率高，可以充分利用信道全部帶寬；

TDM中多路信號只需一個MODEM，而FDM中每路信號均需要一個MODEM；

FDM通常需要模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，而TMD具有明顯數(shù)字形式，適合計算機(jī)直接相連；在進(jìn)行差錯控制和校正時，TDM比FDM產(chǎn)生較多的時間延遲。2.6多路復(fù)用技術(shù)

碼分復(fù)用(CodeDivisionMultiplexing)原理：又稱CDMA，在CDMA系統(tǒng)中，所有用戶使用同一頻率，占用相同的帶寬，各個用戶可以同時發(fā)送或接收信號，各個用戶的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分的，而是用各自不同的地址碼序列來區(qū)分，或者說是靠信號的不同波形來區(qū)分。應(yīng)用于移動通信系統(tǒng)，筆記本電腦和掌上電腦等移動性計算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信大量使用了這種技術(shù)。2.6多路復(fù)用技術(shù)69什么是交換？

交換就是按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶。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。通信系統(tǒng)中，交換機(jī)采用數(shù)據(jù)交換技術(shù)按照其交換形式可分為四種：電路交換、報文交換、分組交換和虛電路交換。2.7數(shù)據(jù)交換技術(shù)701.電路交換

2.7數(shù)據(jù)交換技術(shù)-電路交換

交換設(shè)備在通信雙方找出一條實際的物理線路的過程。過程：建立連接→交換數(shù)據(jù)→斷開連接。在通話前通過用戶撥號，由網(wǎng)絡(luò)預(yù)先給用戶分配數(shù)據(jù)交換通路。用戶若呼叫成功，則從主叫端到被叫端就建立了一條物理通路。此后雙方才能數(shù)據(jù)傳送。通話完畢掛機(jī)后，即自動釋放這條物理通路。712.7數(shù)據(jù)交換技術(shù)-電路交換72

優(yōu)缺點：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨占線路，通信實時性強(qiáng)，適用于交互式會話類通信；