數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)（第3版）PPT完整全套教學(xué)課件

第1章

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)（第3版）全套PPT課件1掌握數(shù)據(jù)通信的基本概念、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成。23掌握數(shù)據(jù)通信的傳輸方式、復(fù)用技術(shù)和數(shù)字編碼。4了解數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成和分類(lèi)。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸方式、信道容量和性能指標(biāo)。數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.101.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)是信息的表示形式，是信息的物理表現(xiàn)。所有信息都要用某種形式的數(shù)據(jù)表示和傳播。例如，“汽車(chē)”可以使用文字、聲音、圖畫(huà)等數(shù)據(jù)形式表示。信息是數(shù)據(jù)表示的含義，是數(shù)據(jù)的邏輯抽象。信息不會(huì)因數(shù)據(jù)的表示形式不同而改變。但在一般情況下并不嚴(yán)格地區(qū)分信息與數(shù)據(jù)，比如把數(shù)據(jù)幀也叫信息幀，傳遞數(shù)據(jù)也叫傳遞信息。數(shù)據(jù)通信中傳遞的是二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信主要研究二進(jìn)制編碼信息的通信過(guò)程。數(shù)據(jù)通信的嚴(yán)格定義是依照通信協(xié)議。數(shù)據(jù)通信包括的內(nèi)容有數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)傳輸前后的數(shù)據(jù)處理。1.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成-+典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)電路3部分構(gòu)成，如圖所示。1.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成1．?dāng)?shù)據(jù)終端設(shè)備（1）功能（2）組成12數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）是產(chǎn)生數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源或接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)宿。它把人可識(shí)別的信息變成以數(shù)字代碼表示的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)送到遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)可以接收遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將它變?yōu)槿丝梢岳斫獾男畔?，即完成?shù)據(jù)的接收和發(fā)送。數(shù)據(jù)終端設(shè)備由數(shù)據(jù)輸入設(shè)備（產(chǎn)生數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源）、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備（接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)宿）和傳輸控制器組成。1.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成2．?dāng)?shù)據(jù)電路（1）功能數(shù)據(jù)電路位于數(shù)據(jù)終端設(shè)備和中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間，為數(shù)據(jù)通信提供一條傳輸通道。（2）組成數(shù)據(jù)電路由傳輸信道及兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）組成。傳輸信道由通信線路和通信設(shè)備組成。通信線路一般采用電纜、光纜、微波和衛(wèi)星等。通信設(shè)備可分為模擬通信設(shè)備和數(shù)字通信設(shè)備，從而使傳輸信道分為模擬傳輸信道和數(shù)字傳輸信道。DCE是DTE與傳輸信道之間的接口設(shè)備，其主要作用是信號(hào)變換，即將DTE發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，或完成相反的變換。1.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成3．中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（1）功能中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理從數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)信息，并將處理結(jié)果向相應(yīng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出。（2）組成中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由主機(jī)、通信控制器（又稱前置處理機(jī)）及外圍設(shè)備組成。主機(jī)又稱中央處理機(jī)，由中央處理單元（CPU）、主存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等組成，其主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通信控制器是數(shù)據(jù)電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接口，用于管理與數(shù)據(jù)終端相連接的所有通信線路，接收從遠(yuǎn)程DTE發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)，并向遠(yuǎn)程DTE發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)。1.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成3．中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)考察正在通信的一個(gè)DTE和中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等同于一個(gè)DTE，這時(shí)通信控制器的作用與傳輸控制器相同。一個(gè)中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可通過(guò)通信線路連接多個(gè)數(shù)據(jù)終端，實(shí)現(xiàn)主機(jī)資源共享。在實(shí)際應(yīng)用中數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的例子如圖所示。1.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成4．?dāng)?shù)據(jù)線路、數(shù)據(jù)電路及數(shù)據(jù)鏈路的區(qū)別包括有線線路和無(wú)線線路，根據(jù)通信設(shè)備的不同有模擬信道和數(shù)字信道之分。數(shù)據(jù)線路（傳輸信道）數(shù)據(jù)線路+DCE，是物理上的概念。數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)電路+控制裝置（傳輸控制器和通信控制器），是邏輯上的概念。數(shù)據(jù)鏈路（DataLink）1.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成4．?dāng)?shù)據(jù)線路、數(shù)據(jù)電路及數(shù)據(jù)鏈路的區(qū)別-÷×+數(shù)據(jù)線路是指實(shí)際的物理線路，是傳輸?shù)幕A(chǔ)。數(shù)據(jù)電路是在數(shù)據(jù)線路的基礎(chǔ)上加信號(hào)變換裝置（DCE）構(gòu)成的。數(shù)據(jù)鏈路是由控制裝置（傳輸控制器和通信控制器）和數(shù)據(jù)電路所組成的，它是在數(shù)據(jù)電路建立后，為了進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)通信，通過(guò)傳輸控制器和通信控制器，按照事先約定的傳輸控制規(guī)程來(lái)對(duì)傳輸過(guò)程進(jìn)行控制，以使雙方能夠協(xié)調(diào)和可靠地工作，包括收發(fā)方同步、工作方式選擇、差錯(cuò)檢測(cè)與糾正和流量控制等。一般來(lái)說(shuō)，只有建立起數(shù)據(jù)鏈路以后，通信雙方才能真正有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.10ASCII（IA5）稱為美國(guó)信息交換用標(biāo)準(zhǔn)代碼，1963年由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）最早提出，后被ISO和原CCITT采納并發(fā)展成為國(guó)際通用的信息交換用標(biāo)準(zhǔn)代碼。ASCII也稱為國(guó)際5號(hào)碼（IA5），是一種7單位代碼，即以7位二進(jìn)制碼來(lái)表示一個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)。7位二進(jìn)制共有27=128種組合，可以表示128個(gè)不同的數(shù)字、字母和符號(hào)，如表1-1所示。其分配是：大、小寫(xiě)英文字母各26個(gè)，數(shù)字10個(gè)，圖形符號(hào)33個(gè)，控制符號(hào)32個(gè)，還有一個(gè)DEL（刪除）符號(hào)。表1-1中二進(jìn)制為b7b6b5b4b3b2b1，其中b7為高位，b1為低位。1．ASCII表中第0列和第1列是32個(gè)控制字符集，稱為C集（控制集）。C集不能被顯示或打印，只產(chǎn)生控制功能，如回車(chē)、換行、移位等。C集的32個(gè)控制字符從功能上可分為以下5大類(lèi)。1．ASCII

列

行b700001111b600110011b501010101b4b3b2b1

0123456700000NULTC7(DLE)SP0@P、p00011TC1(SOH)DC1!1AQaq00102TC2(STX)DC2〞2BRbr00113TC3(ETX)DC3#3CScs01004TC4(EOT)DC4¤4DTdt01015TC5(ENQ)TC8(NAK)%5EUeu01106TC6(ACK)TC9(SYN)&6FVfv01117BELTC10(ETB)’7GWgw10008FE0(BS)CAN(8HXhx10019FE1(HT)EM)9IYiy101010FE2(LF)SUB﹡:JZjz101111FE3(VT)ESC+;K[k﹛110012FE4(FF)IS4(FS),<

L\l︱110113FE5(CR)IS3(GS)–=M]m﹜111014SOIS2(RS)﹒>

N^n—111115SIIS1(US)/?O-oDEL1．ASCII312FE0～FE5為頁(yè)面格式控制字符，用于控制所要打印或顯示字符的位置。TC1～TC10為傳輸控制字符，用于各種數(shù)據(jù)終端設(shè)備或系統(tǒng)之間的基本數(shù)據(jù)傳輸控制。DC1～DC4為外圍設(shè)備控制字符，用于控制同數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)相聯(lián)系的設(shè)備，而不能用于控制通信傳輸。4ISl～I(xiàn)S4為分隔字符，用于標(biāo)識(shí)信息的構(gòu)成。5其他特殊功能控制字符，用于特殊功能控制。ASCII1．ASCII表中的第2～7列除SP（Space，空格）和DEL（Delete，刪除）兩個(gè)字符外，其余均為可顯示或打印用的圖形字符，簡(jiǎn)稱G集（圖形字符集），包括大、小寫(xiě)英文字母各26個(gè)，數(shù)字10個(gè)，圖形符號(hào)32個(gè)，共94個(gè)。例如，“A”的代碼為“1000001”。代碼在順序傳輸過(guò)程中一般以b1為第一位，b7為最后一位。為了提高可靠性，常在b7之后附加一位b8用于奇偶校驗(yàn)。ASCII是當(dāng)前在數(shù)據(jù)通信中使用最普遍的一種代碼，我國(guó)在1980年頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBl988-80“信息處理交換用的七位編碼字符集”也是根據(jù)ASCII制定的，它與ASCII的差別只在于2/4位置上，將國(guó)際通用貨幣符號(hào)“¤”改為“￥”，在國(guó)內(nèi)通用。2．國(guó)際電報(bào)2號(hào)碼國(guó)際電報(bào)2號(hào)碼（ITA2）是一種5單位代碼，又稱波多碼，是起止式電傳電報(bào)通信中的標(biāo)準(zhǔn)代碼。目前在采用普通電傳機(jī)作為終端的低速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，仍使用這種代碼。3．EBCDICEBCDIC是擴(kuò)充的二—十進(jìn)制碼的簡(jiǎn)稱，是一種8單位代碼。由于第8位用于擴(kuò)充功能，不能用于奇偶校驗(yàn)，故這種碼一般不用于遠(yuǎn)距離傳輸，而用于計(jì)算機(jī)的內(nèi)部碼，尤其為IBM機(jī)采用。5G4．信息交換用漢字代碼信息交換用漢字代碼是漢字信息交換用的標(biāo)準(zhǔn)代碼，它適用于一般的漢字處理、漢字通信等系統(tǒng)之間的信息交換。其對(duì)于任何一個(gè)圖形字符都采用兩個(gè)字節(jié)表示，每個(gè)字節(jié)均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBl988-80“信息處理交換用的七位編碼字符集”的7單位代碼。數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.101．調(diào)制速率調(diào)制速率反映信號(hào)波形變換的頻繁程度，其定義是每秒傳輸信號(hào)碼元（波形）的個(gè)數(shù)，又稱符號(hào)速率、碼元速率或波特率，記為NBd，單位為波特（baud）。若一個(gè)信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間為T(mén)（秒），則波特率NBd為NBd=1/T（baud）其中，T為碼元寬帶或碼元持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度。例如，若T=833×10?6秒，則調(diào)制速率NBd=1/T=1/(833×10?6)≈1

200baud。1．調(diào)制速率圖（a）所示為二電平信號(hào)碼元，一個(gè)信號(hào)碼元有兩種狀態(tài)，0或1；圖（b）所示為四電平信號(hào)，一個(gè)碼元有4種不同的狀態(tài)，01、11、00或10，因此每個(gè)信號(hào)碼元可以是4種狀態(tài)之一；圖（c）所示為調(diào)頻波，以f1表示代碼“1”，f0表示代碼“0”。2．?dāng)?shù)據(jù)傳信速率數(shù)據(jù)傳信速率是指每秒傳輸二進(jìn)制碼元的個(gè)數(shù)（或單位時(shí)間內(nèi)傳送的比特?cái)?shù)），又稱比特率，記為R，單位為比特/秒（bit/s），有時(shí)用千比特/秒（kbit/s）、兆比特/秒（Mbit/s）、吉比特/秒（Gbit/s）等。它是反映傳輸速率的另一個(gè)指標(biāo)。比特一詞是英文（binarydigital）的縮寫(xiě)，在信息論中作為信息量的度量單位，其為最小的信息單位。在數(shù)字通信中習(xí)慣上用它來(lái)表征二進(jìn)制代碼中的位。在數(shù)據(jù)通信中，如果使用代碼“1”或“0”的概率是相同的，則每個(gè)“1”或“0”含有1bit的信息量。因此傳遞了一個(gè)代碼就相當(dāng)于傳遞了1比特的信息，故數(shù)據(jù)傳信速率又稱信息傳輸速率。根據(jù)實(shí)際需要，數(shù)據(jù)傳信速率已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)系列，一般按2n·150（bit/s）算式確定，式中n為整數(shù)。比如有300bit/s、600bit/s、1200bit/s、2400bit/s……19200bit/s等速率，也有不按這一等式的速率，如14.4kbit/s、28.8kbit/s、33.6kbit/s、56kbit/s、64kbit/s等。3．調(diào)制速率與傳信速率的關(guān)系以上所講的調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳信速率的物理意義是不同的，前者描述了單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所傳輸?shù)拇a元數(shù)，而后者說(shuō)明系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所傳輸?shù)男畔⒘?，兩者具有不同的定義，不應(yīng)混淆，但是它們之間有確定的關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)是二進(jìn)制脈沖（即二狀態(tài)或二電平）時(shí)，調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳信速率相同，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)采用多進(jìn)制（多電平制、多狀態(tài)制）時(shí)，則兩者的速率是不相同的。例如，圖（b）與圖（a）相比，四進(jìn)制中一個(gè)信號(hào)碼元（T）包含2個(gè)代碼。這樣對(duì)于圖（b）來(lái)說(shuō)，它的調(diào)制速率NBd=1/T=1/(833×10?6)≈1200baud（當(dāng)T=833×10?6s），但它的傳信速率R=2NBd=2400bit/s（當(dāng)T=833×10?6s）。3．調(diào)制速率與傳信速率的關(guān)系一般而言，對(duì)于四電平信號(hào)，需要2位二進(jìn)制碼元表示，可表示22種不同的狀態(tài)，R=2NBd（bit/s）。對(duì)于八電平信號(hào)，需要3位二進(jìn)制碼元表示，可表示23種不同的狀態(tài)，R=3NBd（bit/s）。以此類(lèi)推，若一個(gè)信號(hào)波形有M個(gè)電平，則需要用log2M個(gè)二進(jìn)制碼元表示。調(diào)制速率與數(shù)據(jù)傳信速率的關(guān)系為 R=NBd

log2M

（bit/s）可見(jiàn)，在相同碼元周期（T）的情況下，每個(gè)碼元可以變化的狀態(tài)數(shù)越多，傳送的數(shù)據(jù)也越多。據(jù)此通?？捎迷黾有盘?hào)碼元的可變狀態(tài)數(shù)（M）來(lái)提高數(shù)據(jù)傳信速率。但是信號(hào)碼元的寬度T受到信道帶寬的限制，碼元的可變狀態(tài)數(shù)的增加會(huì)引起接收方錯(cuò)誤判決的增多，因此在一定信道的條件下數(shù)據(jù)傳信速率不可以無(wú)限增加。數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.101．模擬信道的信道容量模擬信道的信道容量可以根據(jù)香農(nóng)（Shannon）定律計(jì)算。香農(nóng)定律指出：在信號(hào)平均功率受限的高斯白噪聲信道中，信道的極限信息傳輸速率（信道容量）為其中，S為信號(hào)功率，N為噪聲功率，S/N是平均信號(hào)噪聲功率比，通常把信噪比表示成10log（S/N）分貝（dB），B為信道帶寬，C為信道容量。

（bit/s）1．模擬信道的信道容量若信道帶寬為3000Hz，信號(hào)噪聲功率比為30dB，求信道容量。【例1-1】解因?yàn)?0log2(S/N)=30，所以S/N=1030/10=1000，即當(dāng)信號(hào)噪聲功率比為30dB時(shí)，信號(hào)功率比噪聲功率大1000倍，則該信道容量為可見(jiàn)，信道容量是在一定S/N下信道能達(dá)到的最大傳信速率，實(shí)際通信系統(tǒng)的傳信速率要低于信道容量，但隨著技術(shù)進(jìn)步，可接近極限值。2．?dāng)?shù)字信道的信道容量數(shù)字信道的信道容量可以依據(jù)奈奎斯特（Nyquist）定理計(jì)算。奈奎斯特定理指出：帶寬為BHz的信道，所能傳送信號(hào)的最高碼元速率（即調(diào)制速率）為2B波特。因此，數(shù)字信道的信道容量C可表示為其中，M為碼元符號(hào)所能取的離散值個(gè)數(shù)，即指M進(jìn)制。C

=

2Blog2M（bit/s）2．?dāng)?shù)字信道的信道容量當(dāng)存在噪聲時(shí)，傳送將出現(xiàn)差錯(cuò)，從而造成信息的損失和信道容量的降低。解

C

=

2Blog2M

=

2

×

3

000

×

log216

=

24

000（bit/s）設(shè)數(shù)字信道的帶寬為3000Hz，采用16進(jìn)制傳輸，計(jì)算無(wú)噪聲時(shí)該數(shù)字信道的通信容量?！纠?-2】數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.101．可靠性指標(biāo)由于數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過(guò)程中不可避免地會(huì)受到外界的噪聲干擾，信道的不理想也會(huì)帶來(lái)信號(hào)畸變，當(dāng)噪聲干擾和信號(hào)畸變達(dá)到一定程度時(shí)就可能導(dǎo)致接收的差錯(cuò)。常用誤碼（比特）率（即指二進(jìn)制碼元在傳輸中出錯(cuò)的概率）來(lái)衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。從傳統(tǒng)的理論講，當(dāng)所傳送的數(shù)字序列無(wú)限長(zhǎng)時(shí)，誤碼率等于被傳錯(cuò)的二進(jìn)制碼元數(shù)與所傳碼元總數(shù)之比，即在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中要求誤碼率低于10?6。傳統(tǒng)的銅線信道誤碼率在10?6以下，光纖信道誤碼率在10?9以下。

誤碼率（Pe）＝接收出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)（Ne）/總的發(fā)送比特?cái)?shù)（N）2．有效性指標(biāo)衡量系統(tǒng)有效性的主要指標(biāo)是頻帶利用率。它反映了數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對(duì)頻帶資源的利用水平和有效程度。頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)的調(diào)制速率或傳信速率，即每赫茲的波特?cái)?shù)（baud/Hz）或每赫茲每秒的比特?cái)?shù)（bit/(s·Hz)）。用公式表示為一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)所占的頻帶越寬，傳輸信號(hào)的能力就越大。若兩個(gè)傳輸系統(tǒng)的傳信速率相同，但所占頻帶不同，則它們的傳輸效率也不同。

＝系統(tǒng)的調(diào)制速率（baud）/系統(tǒng)的頻帶寬度（Hz）

（baud/Hz）

＝系統(tǒng)的傳信速率（bit/s）/系統(tǒng)的頻帶寬度（Hz）

（bit/(s·Hz)）數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.101.6.1并行傳輸與串行傳輸1．并行傳輸并行傳輸指的是數(shù)據(jù)以成組的方式，在多條并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸。常用的是將構(gòu)成一個(gè)字符的幾位二進(jìn)制碼同時(shí)分別在幾個(gè)并行的信道上傳輸，另外加一條“選通”線用來(lái)通知接收設(shè)備，以指示各條信道上已出現(xiàn)某一字符信息，可對(duì)各條信道上的信號(hào)進(jìn)行取樣了。下圖給出了一個(gè)采用8單位二進(jìn)制碼構(gòu)成一個(gè)字符進(jìn)行并行傳輸?shù)氖疽鈭D。1.6.1并行傳輸與串行傳輸1．并行傳輸①系統(tǒng)采用多個(gè)信道并行傳輸，一次傳送一個(gè)字符，因此收、發(fā)雙方不存在字符同步的問(wèn)題，不需要額外的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步；②傳輸速度快，一位（比特）時(shí)間內(nèi)可傳輸一個(gè)字符。主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)①通信成本高，每位傳輸要求一個(gè)單獨(dú)的信道支持，因此如果一個(gè)字符包含8個(gè)二進(jìn)制位，則并行傳輸要求8個(gè)獨(dú)立的信道支持；②不支持長(zhǎng)距離傳輸，由于信道之間的電容感應(yīng)，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，可靠性較低，適于設(shè)備之間的距離較近時(shí)采用，例如，計(jì)算機(jī)和打印機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。1.6.1并行傳輸與串行傳輸2．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)流以串行的方式在一條信道上傳輸。通常傳輸順序?yàn)橛筛呶坏降臀?，傳完一個(gè)字符再傳下一個(gè)字符，因此收、發(fā)雙方必須保持字符同步，以使接收方能夠從接收的數(shù)據(jù)比特流中正確區(qū)分出與發(fā)送方相同的一個(gè)個(gè)字符。這就需要外加同步措施，這是串行傳輸必須解決的問(wèn)題。在銅線系統(tǒng)中，串行傳輸方式的一條信道總是使用兩根信號(hào)線，而并行傳輸方式中的信號(hào)線數(shù)目和并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)。在遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)中，通信線路的成本是最高的，所以并行傳輸方式一般只在系統(tǒng)的內(nèi)部或短距離的系統(tǒng)之間使用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的通信方式一般都是串行傳輸方式，通信課程中涉及的內(nèi)容一般都是針對(duì)串行傳輸方式的。1.6.2異步傳輸與同步傳輸1．異步傳輸異步傳輸方式是收、發(fā)雙方不需要傳輸時(shí)鐘同步信號(hào)的傳輸時(shí)序控制技術(shù)。RS-232C接口一般使用異步傳輸方式（RS-232C的9針連接器只能使用異步傳輸方式）。異步傳輸方式的傳輸時(shí)序控制簡(jiǎn)單，一般用于字節(jié)（字符）數(shù)據(jù)傳輸。異步傳輸方式一般以字符為單位傳輸，不論字符所采用的代碼為多少位，在發(fā)送每一個(gè)字符代碼時(shí)，都要在前面加上一個(gè)起始位，長(zhǎng)度為1個(gè)碼元長(zhǎng)度，極性為“0”，表示一個(gè)字符的開(kāi)始；后面加上一個(gè)終止位，長(zhǎng)度為1、1.5或2個(gè)碼元長(zhǎng)度（對(duì)于國(guó)際電報(bào)2號(hào)碼，終止位長(zhǎng)度為1.5個(gè)碼元長(zhǎng)度；對(duì)于國(guó)際5號(hào)碼或其他代碼，終止位長(zhǎng)度為1個(gè)或2個(gè)碼元長(zhǎng)度），極性為“1”，表示一個(gè)字符的結(jié)束。字符可以連續(xù)發(fā)送，也可以單獨(dú)發(fā)送。當(dāng)不發(fā)送字符時(shí)，連續(xù)發(fā)送“止”信號(hào)，即保持“1”狀態(tài)。1.6.2異步傳輸與同步傳輸1．異步傳輸因此，每個(gè)字符的起始時(shí)刻可以是任意的（這正是稱為異步傳輸?shù)暮x），但在同一字符內(nèi)部各碼元長(zhǎng)度相等。接收方可以根據(jù)字符之間從終止位到起始位的跳變，即由“1”→“0”的下降沿來(lái)識(shí)別一個(gè)字符的開(kāi)始，然后從下降沿以后T/2秒（T為接收方本地時(shí)鐘周期）開(kāi)始每隔T秒進(jìn)行取樣，直到取樣完整個(gè)字符，從而正確地區(qū)分一個(gè)個(gè)字符，這種字符同步方法又稱為起止式同步。圖1-5（a）表示異步傳輸?shù)那闆r。異步傳輸方式比較簡(jiǎn)單，收發(fā)雙方的時(shí)鐘信號(hào)不需要嚴(yán)格同步。缺點(diǎn)是對(duì)每個(gè)字符都需加入起始位和終止位（即增加了2～3bit），降低了傳輸效率。如字符采用國(guó)際5號(hào)碼，起始位為1位，終止位為1位，并采用1位奇偶校驗(yàn)位，則傳輸效率=7/(7＋1＋1＋1)=70%。1.6.2異步傳輸與同步傳輸2．同步傳輸在同步傳輸中，數(shù)據(jù)的發(fā)送一般以組（或幀）為單位，一組或一幀數(shù)據(jù)包含多個(gè)字符代碼或多個(gè)比特，在組或幀的開(kāi)始和結(jié)束需加上預(yù)先規(guī)定的起始序列和結(jié)束序列作為標(biāo)志。起始序列和結(jié)束序列的形式根據(jù)所采用的傳輸控制規(guī)程而定，有兩種同步方式，即字符同步和幀同步，分別如圖（b）和圖（c）所示。1.6.2異步傳輸與同步傳輸2．同步傳輸字符同步在ASCII中用SYN（碼型為“0010110”）作為“同步字符”，通知接收設(shè)備表示一幀的開(kāi)始，用EOT（碼型為“0000100”）作為“傳輸結(jié)束字符”，以表示一幀的結(jié)束。幀同步用標(biāo)志字節(jié)FLAG（碼型為“01111110”）來(lái)表示一幀的開(kāi)始或結(jié)束。由于幀的發(fā)送長(zhǎng)度可變，且不能預(yù)先確定何時(shí)開(kāi)始幀的發(fā)送，故用標(biāo)志字節(jié)表示一幀的開(kāi)始和結(jié)束。同步傳輸與異步傳輸相比，由于它發(fā)送每個(gè)字符時(shí)不需要對(duì)每個(gè)字符單獨(dú)加起始位和終止位，只是在一串字符的前后加上標(biāo)志字節(jié)，故具有較高的傳輸效率，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，通常用于速率為2.4kbit/s及以上的數(shù)據(jù)傳輸。1.6.3單工、半雙工和全雙工傳輸1．單工傳輸單工傳輸是指?jìng)鬏斚到y(tǒng)的兩數(shù)據(jù)站之間只能沿單一方向進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如圖（a）所示的數(shù)據(jù)只能由A傳送到B，而不能由B傳送到A，但是允許由B向A傳送一些簡(jiǎn)單的控制信號(hào)（聯(lián)絡(luò)信號(hào)）。由A到B的信道稱為正向信道，由B向A的信道稱為反向信道。這種傳輸方式，系統(tǒng)的一端固定為發(fā)送端，另一端固定為接收端。一般正向信道傳輸速率較高，反向信道的傳輸速率較低，為5～75bit/s。在實(shí)際應(yīng)用中可用反向信道，也可不用。氣象數(shù)據(jù)的收集，計(jì)算機(jī)與監(jiān)視器及鍵盤(pán)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸就是單工傳輸?shù)睦印?.6.3單工、半雙工和全雙工傳輸2．半雙工傳輸半雙工傳輸是指系統(tǒng)兩端可以在兩個(gè)方向上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但兩個(gè)方向的傳輸不能同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)其中一端發(fā)送時(shí)，另一端只能接收，反之亦然，如圖1-6所示。無(wú)論哪一方開(kāi)始傳輸，都使用信道的整個(gè)帶寬。對(duì)講機(jī)、民用無(wú)線電和總線型局域網(wǎng)都是半雙工傳輸。1.6.3單工、半雙工和全雙工傳輸3．全雙工傳輸全雙工傳輸是指系統(tǒng)兩端可以在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即兩端都可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，如圖（c）所示，適用于計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。通常在四線線路上實(shí)現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸，在二線線路上實(shí)現(xiàn)單工或半雙工數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)采用頻分復(fù)用、時(shí)間壓縮法（TCM）或回波抵消（EC）技術(shù)時(shí)，在二線線路上也可實(shí)現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸。5G1.6.4基帶傳輸和頻帶傳輸1．基帶傳輸在數(shù)據(jù)通信中傳輸?shù)亩际嵌M(jìn)制編碼數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)終端設(shè)備把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號(hào)。數(shù)字脈沖信號(hào)所固有的基本頻帶，簡(jiǎn)稱基帶。未經(jīng)調(diào)制的電脈沖信號(hào)呈現(xiàn)方波形式，所占據(jù)的頻帶通常從直流和低頻開(kāi)始，因而稱為基帶信號(hào)。在信道中直接傳送基帶信號(hào)稱為基帶傳輸。基帶傳輸可以理解為直接傳輸數(shù)字信號(hào)，由于數(shù)字信號(hào)中包含從直流到數(shù)百兆赫的頻率成分，信號(hào)帶寬較大。采用基帶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)字信號(hào)將占用較大的信道帶寬，適應(yīng)短距離傳輸?shù)膱?chǎng)合。由于基帶傳輸系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，且傳輸速率較高，在近距離的局域網(wǎng)中一般采用基帶傳輸方式。1.6.4基帶傳輸和頻帶傳輸2．頻帶傳輸基帶傳輸方式雖然簡(jiǎn)單，但不適合長(zhǎng)距離傳輸，而且不適合在模擬信道上傳輸數(shù)字信號(hào)。例如，在電話語(yǔ)音信道上不能傳輸基帶數(shù)字信號(hào)，因?yàn)殡娫捳Z(yǔ)音信道只有4kHz的帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)字脈沖信號(hào)的帶寬，不適于直接傳輸頻帶很寬，但能量集中在低頻段的數(shù)字基帶信號(hào)。為了利用模擬信道長(zhǎng)距離傳輸數(shù)字信號(hào)，需要把基帶數(shù)字信號(hào)利用某一頻率正弦（或余弦）波的參量表示出來(lái)，這個(gè)正弦（或余弦）波稱為載波，利用載波參量傳輸數(shù)字信號(hào)的方法稱為頻帶傳輸。把數(shù)字信號(hào)用載波參量表示的過(guò)程叫做調(diào)制，在接收端把數(shù)字信號(hào)從載波信號(hào)中分離出來(lái)的過(guò)程叫做解調(diào)。實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制和解調(diào)的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem）。信號(hào)調(diào)制的目的是為了更好地適應(yīng)信號(hào)傳輸通道的頻率特性，傳輸信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制處理也能克服基帶傳輸占用頻帶過(guò)寬的缺點(diǎn)，提高線路的利用率。遠(yuǎn)距離通信時(shí)通常采用頻帶傳輸。數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.101．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字編碼在基帶傳輸系統(tǒng)中，直接傳輸DTE產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)。為了正確無(wú)誤地傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，一般需要在DCE中對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼的目標(biāo)是：經(jīng)過(guò)編碼，使二進(jìn)制“1”和“0”的特性有利于傳輸。在基帶傳輸系統(tǒng)中常用的數(shù)字信號(hào)編碼方式如圖所示。（1）傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)（AMI）碼1．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字編碼在AMI碼中，二進(jìn)制信息“0”變換為三碼元信號(hào)序列中的“0”，二進(jìn)制信息“1”交替地變換為“+1”和“?1”的歸零碼，通常脈沖寬度為碼元周期之半，其波形如圖（a）所示。這種碼型在“1”、“0”碼不等概率的情況下也無(wú)直流成分，且零頻附近低頻分量小，因此，對(duì)具有變壓器或其他交流耦合的傳輸信道來(lái)說(shuō)，不易受隔直流特性的影響；若接收端收到的碼元極性與發(fā)送端的完全相反，也能正確判決，便于觀察誤碼情況；此外，AMI碼還有編譯碼電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是一種基本的線路碼，得到廣泛使用。（2）CMI碼1．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字編碼CMI碼是傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱，其編碼規(guī)則為：“1”碼交替用“00”和“11”表示，“0”碼用“01”表示。圖（b）給出其編碼的例子。CMI碼的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有直流分量，且又頻繁出現(xiàn)波形跳變，便于定時(shí)信息提取，具有誤碼監(jiān)測(cè)能力，且編、譯碼電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，因此，在高次群脈沖編碼調(diào)制終端設(shè)備中廣泛用作接口碼型。（3）雙相碼（曼徹斯特碼）1．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字編碼雙相碼又稱分相碼或曼徹斯特碼。該碼型的特點(diǎn)是每個(gè)碼元用兩個(gè)連續(xù)極性相反的脈沖來(lái)表示。例如，“1”碼用正、負(fù)脈沖表示，“0”碼用負(fù)、正脈沖表示，如圖（c）所示。由于雙相碼的每位信號(hào)中間都發(fā)生電平跳變，所以不含直流分量。另外，可以從位中間的跳變點(diǎn)獲取時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)跳變點(diǎn)之間為一個(gè)信號(hào)周期，所以雙相碼中不需要傳輸同步時(shí)鐘信號(hào)，信號(hào)編碼中自帶同步時(shí)鐘信號(hào)。雙相碼適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備在中速短距離上傳輸，如以太網(wǎng)采用雙相碼作為線路傳輸碼。雙相碼的每個(gè)信號(hào)周期需要占用兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，其編碼效率為50%，編碼效率低。如在10Mbit/s的局域網(wǎng)中，為了達(dá)到10Mbit/s的傳輸速率，系統(tǒng)必須提供20MHz以上的時(shí)鐘頻率。（4）差分雙相碼（差分曼徹斯特碼）1．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字編碼雙相碼當(dāng)極性反轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)引起譯碼錯(cuò)誤，為解決此問(wèn)題，可以采用差分雙相碼。差分雙相碼是將雙相碼中用絕對(duì)電平表示的波形改用電平的相對(duì)變化來(lái)表示，從而解決雙相碼因極性反轉(zhuǎn)引起的譯碼錯(cuò)誤。在差分雙相碼中，每個(gè)信號(hào)編碼位中間的跳變只起攜帶時(shí)鐘信號(hào)的作用，與信號(hào)表示數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)。數(shù)字“1”和“0”用數(shù)據(jù)位之間的跳變表示。如果下一位數(shù)字是“0”，碼元之間要發(fā)生電平跳變；如果下一位數(shù)字是“1”，碼元之間不發(fā)生電平跳變，如圖（d）所示。差分雙相碼提高了抗干擾能力，在信號(hào)極性發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)并不影響信號(hào)的接收判決，其編碼效率仍然是50%。（5）非歸零交替碼1．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字編碼雙相碼雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但編碼效率太低，影響信道的數(shù)據(jù)傳輸速率。非歸零交替編碼的編碼效率為100%，但存在著直流分量大，難以提取同步時(shí)鐘信號(hào)的缺點(diǎn)。非歸零交替編碼采用電平跳變表示數(shù)字“1”，無(wú)電平變化表示數(shù)字“0”，如圖（e）所示。非歸零交替編碼提高了編碼的抗干擾能力，信號(hào)極性翻轉(zhuǎn)不影響接收判決。同步時(shí)鐘信號(hào)可以在包含連續(xù)幾個(gè)“1”的同步字符中提取。但非歸零交替編碼中如果包含的數(shù)字“0”的個(gè)數(shù)較多時(shí)，電路中的直流分量依然較大。（6）其他編碼1．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字編碼為了解決非歸零交替編碼中直流分量較大的問(wèn)題，在IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)（100Base-TX）中使用了4B/5B編碼。5B編碼使用5位二進(jìn)制進(jìn)行編碼，可以得到32組編碼，4B/5B表示使用5B編碼傳送4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。4位二進(jìn)制數(shù)只需使用16組編碼，在32組編碼中挑選16組包含多個(gè)“1”的編碼是容易做到的。4B/5B編碼在5個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳送4位有效數(shù)據(jù)，其編碼效率為80%。在100Base-TX局域網(wǎng)中，時(shí)鐘頻率為125MHz，每5個(gè)時(shí)鐘周期為一組，每組發(fā)送4位數(shù)據(jù)，傳輸速率為100Mbit/s。這種碼型輸出雖比輸入增加20%的碼速，但卻換來(lái)了便于提取定時(shí)、低頻分量小、同步迅速等優(yōu)點(diǎn)。另外，還有8B/10B編碼，它是在Gbit/s以太網(wǎng)和10Gbit/s以太網(wǎng)中使用的數(shù)據(jù)編碼。（1）幅度調(diào)制編碼2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制編碼幅度調(diào)制編碼使用數(shù)字信號(hào)控制載波的幅度，通過(guò)載波幅度變化表示二進(jìn)制數(shù)字“0”或“1”，又稱數(shù)字調(diào)幅或幅移鍵控（ASK），右圖所示為2ASK信號(hào)波形。幅度調(diào)制編碼使用信號(hào)幅度的大小表示數(shù)據(jù)，調(diào)制方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但信號(hào)中的直流成分較大，而且容易受外界電磁波干擾，一般較少使用。（2）頻率調(diào)制編碼2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制編碼頻率調(diào)制編碼使用數(shù)字信號(hào)控制載波的頻率，通過(guò)載波頻率變化表示二進(jìn)制數(shù)字“0”或“1”，又稱數(shù)字調(diào)頻或頻移鍵控（FSK）。右圖所示為2FSK信號(hào)波形。頻率調(diào)制編碼方式比較簡(jiǎn)單，而且抗干擾能力較強(qiáng)。頻率調(diào)制需要使用兩個(gè)或多個(gè)頻率的載波。使用頻率調(diào)制時(shí)，各個(gè)載波之間為了避免干擾，必須留出一定的頻率間隔，所以頻率調(diào)制信號(hào)占用的頻帶較寬，特別是使用多個(gè)載波頻率時(shí)，占用信道的頻率更寬。（3）相位調(diào)制編碼2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制編碼相位調(diào)制編碼使用數(shù)字信號(hào)控制載波的相位，通過(guò)載波相位變化表示二進(jìn)制數(shù)字“0”或“1”，又稱為數(shù)字調(diào)相或相移鍵控（PSK）。如圖所示給出了二相數(shù)字調(diào)相波形。其中，圖（a）所示為數(shù)據(jù)信號(hào)序列；（b）所示為未調(diào)載波信號(hào)；（c）所示為二相絕對(duì)調(diào)相信號(hào)，記為2PSK；（d）所示為二相相對(duì)調(diào)相信號(hào)，或稱二相差分調(diào)相信號(hào)，記為2DPSK。（3）相位調(diào)制編碼2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制編碼

以載波的不同相位直接表示相應(yīng)數(shù)字信息的相移鍵控，稱為“絕對(duì)調(diào)相”。絕對(duì)調(diào)相信號(hào)的變換規(guī)則是：數(shù)據(jù)信號(hào)S(t)的“1”都對(duì)應(yīng)于已調(diào)信號(hào)e(t)中的載波0°相位；數(shù)據(jù)信號(hào)S(t)的“0”都對(duì)應(yīng)于已調(diào)信號(hào)e(t)的載波相位，或反之。

這種絕對(duì)調(diào)相方式，在接收端必須用相干載波來(lái)解調(diào)，存在相干載波相位模糊問(wèn)題，即在二相絕對(duì)調(diào)相接收中可能出現(xiàn)“倒”現(xiàn)象或“反向”工作現(xiàn)象。實(shí)際中一般不采用2PSK方式，而采用一種相對(duì)（差分）調(diào)相方式，如圖（d）中所示波形。圖中每一個(gè)碼元載波相位的變化都不是以未調(diào)載波信號(hào)的相位作參考，而是以前一碼元載波的相位作參考。（3）相位調(diào)制編碼2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制編碼

相對(duì)調(diào)相方式是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。相對(duì)調(diào)相信號(hào)的變換規(guī)則是：數(shù)據(jù)信號(hào)S(t)的“0”使已調(diào)信號(hào)的相位變化0°相位；數(shù)據(jù)信號(hào)S(t)的“1”使已調(diào)信號(hào)的相位變化相位，或反之。這里的0°和的變化是相對(duì)于已調(diào)信號(hào)的前一碼元的相位，或者說(shuō)，這里的變化是以已調(diào)信號(hào)的前一碼元相位作參考相位的。圖1-10中的（a）和（d）的調(diào)相稱為二相相對(duì)調(diào)相（2DPSK）。

需要說(shuō)明一點(diǎn)：圖中的（c）和（d），從波形上看并不能區(qū)別是2PSK還是2DPSK，只有與S(t)聯(lián)系起來(lái)看才能確定。（3）相位調(diào)制編碼2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制編碼

數(shù)字調(diào)相是在數(shù)據(jù)通信中應(yīng)用最多的調(diào)制技術(shù)。數(shù)字調(diào)相的信號(hào)帶寬小，占用信道帶寬小。數(shù)字調(diào)相在實(shí)際應(yīng)用中多使用四相位、八相位和十六相位調(diào)制，在一個(gè)信號(hào)碼元中可以傳輸2位、3位和4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。下表所示為八相位絕對(duì)相位調(diào)制的信號(hào)編碼表。初相角0π/4π/23π/4π5π/43π/27π/4二進(jìn)制碼000001010011100101110111（4）混合調(diào)制編碼2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制編碼多相位調(diào)制在一個(gè)信號(hào)碼元中可以包含多比特?cái)?shù)據(jù)信息，但如果相位差太小，接收方就難以識(shí)別不同的信號(hào)碼元，所以不能無(wú)限制地增加調(diào)制相位。為了進(jìn)一步提高碼元表示的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)，在頻帶傳輸中還采用幅度—相位、頻率—相位混合調(diào)制編碼技術(shù)。幅度—相位調(diào)制使用不同的幅度和不同的相位值表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。例如，在十六相位調(diào)制中，每個(gè)碼元包含4bit二進(jìn)制數(shù)字，這時(shí)假定載波信號(hào)的幅度值是A1，在同樣的相位編碼信號(hào)中，使用幅度是A2的載波信號(hào)，就可以得到另一組包含4bit二進(jìn)制數(shù)字的編碼信號(hào)，兩組信號(hào)合起來(lái)相當(dāng)于每個(gè)信號(hào)碼元中包含了5bit二進(jìn)制數(shù)字。下表所示是八相位兩幅度混合調(diào)制編碼舉例。（4）混合調(diào)制編碼2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制編碼初相角0π/4π/23π/4π5π/43π/27π/4幅度A100000001001000110100010101100111幅度A210001001101010111100110111101111數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.101.8.1頻分復(fù)用頻分復(fù)用（FrequencyDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM）是在傳輸介質(zhì)的有效帶寬超過(guò)被傳輸?shù)男盘?hào)帶寬時(shí)，把多路信號(hào)調(diào)制在不同頻率的載波上，實(shí)現(xiàn)在同一傳輸介質(zhì)上同時(shí)傳輸多路信號(hào)的技術(shù)。圖所示為頻分復(fù)用示意圖?？梢?jiàn)，頻分復(fù)用技術(shù)對(duì)整個(gè)物理信道的可用帶寬進(jìn)行分割，并利用載波調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)的頻譜搬移，使得多路信號(hào)在整個(gè)物理信道帶寬允許的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)頻譜上的不重疊，從而共用一個(gè)信道。為了防止多路信號(hào)之間的相互干擾，使用隔離頻帶來(lái)隔離每個(gè)子信道。1.8.2時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）是一種當(dāng)傳輸介質(zhì)可以達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率超過(guò)被傳輸信號(hào)的傳輸速率時(shí)，把多路信號(hào)按一定的時(shí)間間隔傳送的方法，是實(shí)現(xiàn)在同一傳輸介質(zhì)上“同時(shí)”傳輸多路信號(hào)的技術(shù)。通過(guò)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，多路低速數(shù)字信號(hào)可復(fù)用到一條高速數(shù)據(jù)信道中進(jìn)行傳輸。例如，數(shù)據(jù)傳輸速率為48kbit/s的信道可傳輸5路傳輸速率為9.6kbit/s的信號(hào)，也可傳輸20路傳輸速率為2.4kbit/s的信號(hào)。1.8.2時(shí)分復(fù)用下圖給出了一個(gè)同步時(shí)分復(fù)用器的示意圖。我們可以把復(fù)用器比做一個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)的每個(gè)接點(diǎn)與一個(gè)低速信道相連，當(dāng)開(kāi)關(guān)的刀旋轉(zhuǎn)到某一接點(diǎn)時(shí)，發(fā)送端就對(duì)該信道的數(shù)據(jù)抽樣，然后送到復(fù)用信道上去。接收端開(kāi)關(guān)的刀和發(fā)送端開(kāi)關(guān)的刀同步旋轉(zhuǎn)，把復(fù)用信道中的數(shù)據(jù)分別傳到相應(yīng)的低速信道上去。PCM30/32路系統(tǒng)就是TDM的一個(gè)典型例子。1.8.3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（StatisticalTimeDivisionMultiplexing，STDM）針對(duì)TDM的缺點(diǎn)，根據(jù)用戶實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)地分配線路資源，因此也叫動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用。也就是當(dāng)某一路用戶有數(shù)據(jù)要傳輸時(shí)才給他分配資源，若用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)，則不給其分配線路資源，線路的傳輸能力可用于為其他用戶傳輸更多的數(shù)據(jù)，從而提高了線路利用率。這種根據(jù)用戶的實(shí)際需要分配線路資源的方法稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。1.8.3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用圖1-13所示給出了TDM和STDM復(fù)用原理的基本差別示意圖?？梢?jiàn)，采用TDM時(shí)，雖然在第一個(gè)掃描周期中的C1、D1時(shí)隙，第二掃描周期中的A2時(shí)隙，第三個(gè)掃描周期中的A3、B3、C3時(shí)隙中無(wú)待發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，但仍占用固定時(shí)隙，這樣，等于白白浪費(fèi)信道的資源，降低了傳輸效率。而STDM是按需分配時(shí)隙的，各路輸入數(shù)據(jù)信息并不占用固定的時(shí)隙，所以就不會(huì)發(fā)送空的時(shí)隙。如在第一個(gè)周期（時(shí)間段）中，只有來(lái)自A和B的時(shí)隙被發(fā)送，使時(shí)隙得到充分利用，從而提高傳輸效率。因此，在STDM系統(tǒng)中，集合信道的傳輸速率可以大于各低速數(shù)據(jù)信道速率之和。1.8.3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用由此可見(jiàn)，統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式可以提高線路傳輸?shù)睦寐?，?jì)算機(jī)通信多采用此種方式，IP電話就是STDM的一種應(yīng)用。在統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式中，時(shí)隙位置失去了意義，因此當(dāng)用戶數(shù)據(jù)到達(dá)接收端時(shí)，由于它們不是以固定的順序出現(xiàn)的，接收端就不知道應(yīng)該將哪一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)送到哪一個(gè)用戶。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須在所傳數(shù)據(jù)單元前附加地址信息，并對(duì)所傳數(shù)據(jù)單元加上編號(hào)。這種機(jī)理就像把傳輸信道分成了若干子信道，稱之為邏輯信道，每個(gè)子信道可用相應(yīng)的號(hào)碼表示，稱做邏輯信道號(hào)，邏輯信道號(hào)作為傳輸線路的一種資源。邏輯信道為用戶提供了獨(dú)立的數(shù)據(jù)流通路，對(duì)同一個(gè)用戶，每次通信可分配不同的邏輯信道號(hào)。1.8.4波分復(fù)用波分復(fù)用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的信號(hào)復(fù)合起來(lái)（復(fù)用），送入到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將復(fù)合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)（解復(fù)用），并做進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。也就是說(shuō)利用波分復(fù)用設(shè)備，在發(fā)端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到一條光纖上進(jìn)行傳輸，在收端采用波分解復(fù)用設(shè)備分離不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。1.8.4波分復(fù)用WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有兩種形式，即雙纖單向（也稱雙纖雙向）傳輸和單纖雙向傳輸。雙纖單向傳輸是指采用兩根光纖實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的信號(hào)傳輸，完成全雙工通信。如圖所示，在發(fā)送端將載有各種信息的、具有不同波長(zhǎng)的、已調(diào)制的光信號(hào)λ1，λ2…λn通過(guò)波分復(fù)用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸，在接收端通過(guò)波分解復(fù)用器將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)，分別送入不同的光接收機(jī)，完成多路光信號(hào)傳輸?shù)娜蝿?wù)，反方向通過(guò)另一根光纖傳輸，其原理相同。1.8.4波分復(fù)用單纖雙向傳輸是指光通路在一根光纖中同時(shí)沿著兩個(gè)不同的方向傳輸，此時(shí)，雙向傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)相互分開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)彼此雙方全雙工的通信。由此可見(jiàn)，WDM技術(shù)使n個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用起來(lái)在單根光纖中傳輸，并且可以實(shí)現(xiàn)單根光纖的雙向傳輸，充分利用了光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍，從而增加了光纖的傳輸容量，節(jié)省大量的線路投資。1.8.5碼分復(fù)用碼分復(fù)用（CodeDivisionMultiplexing，CDM）是靠不同的編碼來(lái)區(qū)分各路原始信號(hào)的一種復(fù)用方式，常稱為碼分多址（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA），是另一種共享信道的方法。碼分復(fù)用在移動(dòng)通信中主要解決多用戶使用相同頻率同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的問(wèn)題。由于各用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此不會(huì)造成干擾。碼分復(fù)用最初是用于軍事通信，因?yàn)檫@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(lèi)似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，CDMA設(shè)備的價(jià)格和體積都大幅度下降，因而現(xiàn)在已廣泛使用在民用的移動(dòng)通信中，無(wú)線局域網(wǎng)也采用CDMA技術(shù)。采用CDMA可提高通信的語(yǔ)音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，減小干擾對(duì)通信的影響，增大通信系統(tǒng)的容量。數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.101．有線傳輸介質(zhì)（1）雙絞線雙絞線（TwistedPair，TP）是一種最經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，是由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線互絞在一起構(gòu)成的，并由此而得名。根據(jù)組成雙絞線的兩根銅導(dǎo)線是否屏蔽，可將雙絞線分為屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair，STP）和非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，UTP）兩種，如圖所示。前者抗干擾性能好，能夠提供較好的傳輸質(zhì)量，但價(jià)格較貴，安裝困難。隨著工藝提高，UTP也能提供較好的傳輸質(zhì)量，且易安裝，適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線。一般在保密性能要求不高的場(chǎng)合使用非屏蔽雙絞線，屏蔽雙絞線通常用于安全性能要求極高的場(chǎng)合。1．有線傳輸介質(zhì)（1）雙絞線UTP有1類(lèi)線、2類(lèi)線、3類(lèi)線、4類(lèi)線、5類(lèi)線、超5類(lèi)線、6類(lèi)線和7類(lèi)線等，其主要區(qū)別在于單位距離上的旋絞次數(shù)。旋絞得越緊則價(jià)格越貴，但是性能也越好。目前3類(lèi)線主要用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，如10base-T網(wǎng)絡(luò)，線纜包括從2對(duì)到100對(duì)等類(lèi)型。5類(lèi)線增加了繞線密度，外套一種高質(zhì)量的絕緣材料，傳輸頻率為100MHz，用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，如100base-T網(wǎng)絡(luò)，這是最常用的以太網(wǎng)電纜。超5類(lèi)線主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸，如1000Mbit/s以太網(wǎng)。6類(lèi)線和7類(lèi)線主要用于超高速數(shù)據(jù)傳輸。1．有線傳輸介質(zhì)（2）同軸電纜同軸電纜（CoaxialCable）由內(nèi)部導(dǎo)體、環(huán)繞絕緣層以及絕緣層外的金屬屏蔽網(wǎng)和最外層的護(hù)套組成，如圖所示。這種結(jié)構(gòu)的金屬屏蔽網(wǎng)可防止中心導(dǎo)體向外輻射電磁場(chǎng)，也可用來(lái)防止外界電磁場(chǎng)干擾中心導(dǎo)體的信號(hào)。同軸電纜在傳輸頻率增高時(shí)，由于外導(dǎo)體的屏蔽作用增強(qiáng)，所受外界干擾和同軸管間串音都將減小，因而適用于高頻傳輸。同軸電纜又分為基帶同軸電纜（阻抗50）和寬帶同軸電纜（阻抗為75）?；鶐S電纜用于數(shù)字傳輸，寬帶同軸電纜用于模擬傳輸。寬帶同軸電纜利用頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)可以同時(shí)傳輸多路信號(hào)，CATV電纜就是寬帶同軸電纜。在局域網(wǎng)中多使用基帶同軸電纜，基帶同軸電纜又分為粗同軸電纜和細(xì)同軸電纜兩種。1．有線傳輸介質(zhì)（3）光纖光纖是導(dǎo)光性能極好、直徑很細(xì)的圓柱形玻璃纖維。光纖由纖芯、包層、涂敷層及外套組成，是一個(gè)多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱圓柱體。纖芯的主體是二氧化硅，里面摻有微量的其他材料，用以提高材料的光折射率。纖芯外面有包層，包層與纖芯有不同的光折射率，纖芯的光折射率較高，用以保證光信號(hào)主要在纖芯里進(jìn)行傳輸。包層外面是涂覆層，主要用來(lái)增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度，以使光纖不受外來(lái)?yè)p害。光纖的最外層是外套，也是起保護(hù)作用的。圖所示為涂覆光纖結(jié)構(gòu)示意圖。2．無(wú)線傳輸介質(zhì)（1）無(wú)線電波無(wú)線電波（Radio）主要應(yīng)用于無(wú)線電廣播、電視廣播及通信領(lǐng)域。ITU-R已將無(wú)線電波的頻率劃分為若干波段，見(jiàn)下表所示。頻段名稱頻率范圍波段名稱波長(zhǎng)范圍低頻（LF）30～300kHz長(zhǎng)波104～103m中頻（MF）300～3

000kHz中波103～102m高頻（HF）3～30MHz短波102～10m甚高頻（VHF）30～300MHz超短波10～1m特高頻（SHF）300～3

000MHz分米波1～0.1m超高頻（UHF）3～30GHz厘米波10～1cm極高頻（EHF）30～300GHz毫米波10～1mm2．無(wú)線傳輸介質(zhì)（1）無(wú)線電波在低頻和中頻波段內(nèi)，無(wú)線電波可輕易地繞過(guò)障礙物沿地表傳播，但能量隨著與信號(hào)源距離的增大而急劇減少，因而傳播距離有限，一般在幾百千米范圍內(nèi)，長(zhǎng)波、中波和中短波用此方式進(jìn)行無(wú)線電廣播。在高頻和甚高頻波段內(nèi)的電波會(huì)被離地面數(shù)十千米到數(shù)百千米高度的帶電粒子層—電離層反射回地面，因而可達(dá)到更遠(yuǎn)的距離，短波廣播最適宜以此形式傳播，一般可達(dá)到幾千千米以外。特高頻、超高頻和極高頻已是微波的范圍。2．無(wú)線傳輸介質(zhì)（2）微波微波（Microwave）是指頻率為300MHz～300GHz的電磁波，是無(wú)線電波中一個(gè)有限頻帶的簡(jiǎn)稱。微波傳輸是利用無(wú)線電波在對(duì)流層的視距范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。由于微波是沿直線傳輸?shù)?，而地球表面是曲面，故直線傳輸?shù)木嚯x與天線塔的高度有關(guān)，塔越高則距離越遠(yuǎn)。由于受地形和天線高度的限制，兩站間的通信距離一般為30～50km，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，必須建立多個(gè)中繼站接力。在無(wú)線局域網(wǎng)中也使用微波信道。在2.4～2.4835GHz頻段，帶寬為835MHz。該頻段無(wú)需無(wú)線電管理部門(mén)的許可，世界上許多國(guó)家對(duì)該頻段都是開(kāi)放的。2．無(wú)線傳輸介質(zhì)（3）紅外線紅外線（infrared）的波長(zhǎng)在850～950nm之間，是太陽(yáng)光線中不可見(jiàn)光線中的一種。紅外線路采用小于1μm波長(zhǎng)的紅外線作為傳輸媒介，有較強(qiáng)的方向性。由于其采用低于可見(jiàn)光的部分頻譜作為傳輸介質(zhì)，使用上不受無(wú)線電管理部門(mén)的限制。紅外線已經(jīng)在計(jì)算機(jī)通信中得到了應(yīng)用，例如兩臺(tái)筆記本電腦的紅外接口相對(duì)，可傳輸文件。紅外信號(hào)必須視距傳輸，其安全性好，抗干擾能力強(qiáng)，但其通信有較強(qiáng)的方向性，容易受光線、雨霧天氣的影響。數(shù)據(jù)通信概述目錄1.1數(shù)據(jù)傳輸代碼1.2數(shù)據(jù)傳輸速率1.3信道容量1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式1.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼1.7多路復(fù)用技術(shù)1.8數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)1.9數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.101．?dāng)?shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是一個(gè)由分布在各地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備和通信線路所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（包括OSI下3層協(xié)議）的支持下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端間的數(shù)據(jù)傳輸和交換。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)通常是由硬件和軟件組成的，硬件包括數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備及傳輸線路，如圖所示，軟件是為支持這些硬件而配置的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。一般把網(wǎng)絡(luò)中完成數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換功能的一個(gè)點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，正是通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)使與其相連的計(jì)算機(jī)或終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。1．?dāng)?shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成（1）數(shù)據(jù)終端設(shè)備。數(shù)據(jù)終端設(shè)備是數(shù)據(jù)網(wǎng)中信息傳輸?shù)脑袋c(diǎn)和終點(diǎn)，它的主要功能是向網(wǎng)（向傳輸鏈路）輸出數(shù)據(jù)和從網(wǎng)中接收數(shù)據(jù)，并具有一定的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸控制功能。（2）數(shù)據(jù)交換設(shè)備。數(shù)據(jù)交換設(shè)備是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的核心。它的基本功能是完成對(duì)接入交換節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路的匯集、轉(zhuǎn)接接續(xù)和分配。（3）通信線路。通信線路在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中完成數(shù)據(jù)信息比特流的傳輸，包括有線和無(wú)線通信線路。2．?dāng)?shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類(lèi)（1）按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)可分為網(wǎng)狀形網(wǎng)、不完全網(wǎng)狀形網(wǎng)（網(wǎng)格形網(wǎng)）、星形網(wǎng)、樹(shù)形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)和總線型網(wǎng)等。在數(shù)據(jù)通信中，骨干網(wǎng)一般采用網(wǎng)狀網(wǎng)或網(wǎng)格形網(wǎng)，本地網(wǎng)中可采用星形網(wǎng)。2．?dāng)?shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類(lèi)（2）按傳輸技術(shù)分類(lèi)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)可分為交換網(wǎng)和廣播網(wǎng)。交換網(wǎng)廣播網(wǎng)12在交換網(wǎng)中，數(shù)據(jù)從源點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過(guò)一系列中間交換節(jié)點(diǎn)傳送到終點(diǎn)。此種網(wǎng)絡(luò)由交換節(jié)點(diǎn)和通信線路構(gòu)成，用戶之間的通信要經(jīng)過(guò)交換設(shè)備。在廣播網(wǎng)中，每個(gè)數(shù)據(jù)站的收發(fā)信機(jī)共享同一傳輸介質(zhì)，從任一數(shù)據(jù)站發(fā)出的信號(hào)可被所有的其他數(shù)據(jù)站接收。在廣播網(wǎng)中沒(méi)有中間的交換節(jié)點(diǎn)，如總線型局域網(wǎng)和環(huán)形局域網(wǎng)。2．?dāng)?shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類(lèi)（3）按傳輸距離分類(lèi)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)可分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。局域網(wǎng)傳輸距離一般為幾十米到幾千米，數(shù)據(jù)傳輸速率在10Mbit/s以上，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用IEEE802。局域網(wǎng)往往用于某一群體，比如某個(gè)公司、某個(gè)單位、某幢樓、某個(gè)學(xué)校等。城域網(wǎng)傳輸距離一般在50～100km，傳輸速率比局域網(wǎng)還高，目前以光纖為主要傳輸介質(zhì)，可支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音和圖像的綜合業(yè)務(wù)，通常覆蓋整個(gè)城區(qū)和城郊。廣域網(wǎng)（核心網(wǎng)）作用范圍通常為幾十到幾千千米，如Internet就是廣域網(wǎng)。思考題與練習(xí)題【說(shuō)明】本章思考以難點(diǎn)、重點(diǎn)為目標(biāo)，掌握這些后基本知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該也沒(méi)問(wèn)題了。并建議自學(xué)一些本書(shū)未介紹、但又經(jīng)常用到的知識(shí)點(diǎn)。技術(shù)不斷更新?lián)Q代，自學(xué)能力才是核心能力。1-1什么是數(shù)據(jù)通信？1-2說(shuō)明數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成模型及各部分的功能。1-3什么是數(shù)據(jù)線路、數(shù)據(jù)電路和數(shù)據(jù)鏈路？它們的主要功能是什么？1-4數(shù)據(jù)信號(hào)碼元長(zhǎng)度為833×10?6s，如采用16電平傳輸，試求數(shù)據(jù)傳信速率和調(diào)制速率。1-5信道容量與數(shù)據(jù)傳信率的區(qū)別是什么？1-69600bit/s的線路上，進(jìn)行1h的連續(xù)傳輸，測(cè)試結(jié)果為有150bit的差錯(cuò)，問(wèn)該系統(tǒng)的誤碼率是多少？123456思考題與練習(xí)題【說(shuō)明】本章思考以難點(diǎn)、重點(diǎn)為目標(biāo)，掌握這些后基本知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該也沒(méi)問(wèn)題了。并建議自學(xué)一些本書(shū)未介紹、但又經(jīng)常用到的知識(shí)點(diǎn)。技術(shù)不斷更新?lián)Q代，自學(xué)能力才是核心能力。在異步傳輸中，假設(shè)停止位為1bit，無(wú)奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位為8bit，求傳輸效率為多少？什么是異步傳輸、同步傳輸、并行傳輸和串行傳輸？什么是單工、半雙工、全雙工傳輸？什么是基帶傳輸，什么是頻帶傳輸？數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字編碼和調(diào)制編碼都有哪些？什么是多路復(fù)用技術(shù)？簡(jiǎn)述FDM、TDM、STDM、WDM和CDM的含義。數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)有哪些？每種傳輸介質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是如何構(gòu)成的？目前有哪些類(lèi)型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)？7891011121314學(xué)習(xí)進(jìn)步！數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)（第3版）第2章

差錯(cuò)控制數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)（第3版）1了解差錯(cuò)控制的基本概念和基本原理。23掌握奇偶校驗(yàn)碼、漢明碼和循環(huán)碼的編碼與解碼。4掌握ARQ原理及滑窗協(xié)議。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握差錯(cuò)控制的基本方式和碼距與檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力。差錯(cuò)控制的基本概念目錄2.1差錯(cuò)控制的基本方式與基本原理2.2檢錯(cuò)與糾錯(cuò)的基本概念2.3幾種差錯(cuò)控制編碼介紹2.4滑窗協(xié)議2.51．差錯(cuò)控制的基本概念差錯(cuò)即誤碼。差錯(cuò)控制的核心是差錯(cuò)控制編碼，即在信息碼之外附加監(jiān)督碼，從而具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，也稱為糾錯(cuò)編碼。差錯(cuò)控制指的是在發(fā)送端通過(guò)對(duì)信息序列做某種變換，使原來(lái)彼此獨(dú)立的、互不相關(guān)的信息碼元變成具有一定的相關(guān)性、一定規(guī)律的數(shù)據(jù)序列，從而在接收端能夠根據(jù)這種規(guī)律性檢查（檢錯(cuò)）或進(jìn)而糾正（糾錯(cuò)）。采用不同的變換方法也就構(gòu)成不同的糾（檢）錯(cuò)編碼。2．差錯(cuò)類(lèi)型隨機(jī)差錯(cuò)突發(fā)差錯(cuò)12隨機(jī)差錯(cuò)又稱獨(dú)立差錯(cuò)，是指錯(cuò)碼的出現(xiàn)是隨機(jī)的，且錯(cuò)碼之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。存在這種差錯(cuò)的信道稱為隨機(jī)信道，例如，微波接力和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信道。突發(fā)差錯(cuò)是指成串集中出現(xiàn)的錯(cuò)碼，也就是說(shuō)，在一些短促的時(shí)間區(qū)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大量錯(cuò)碼，而在這些短促的時(shí)間區(qū)間之間又存在較長(zhǎng)的無(wú)錯(cuò)碼區(qū)間。產(chǎn)生突發(fā)差錯(cuò)的信道稱為突發(fā)信道，如短波、散射等信道。差錯(cuò)控制的基本概念目錄2.1差錯(cuò)控制的基本方式與基本原理2.2檢錯(cuò)與糾錯(cuò)的基本概念2.3幾種差錯(cuò)控制編碼介紹2.4滑窗協(xié)議2.51．差錯(cuò)控制的基本方式在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，常用的差錯(cuò)控制方式一般有下面4種類(lèi)型。1．差錯(cuò)控制的基本方式（1）檢錯(cuò)重發(fā)這種差錯(cuò)控制方式在發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)序列按一定的規(guī)則進(jìn)行編碼，使之具有一定的檢錯(cuò)能力，成為能夠檢測(cè)錯(cuò)誤的碼組（檢錯(cuò)碼）。接收端收到碼組后，按編碼規(guī)則校驗(yàn)有無(wú)錯(cuò)碼，并把校驗(yàn)結(jié)果通過(guò)反向信道反饋到發(fā)送端。如無(wú)錯(cuò)碼，就反饋繼續(xù)發(fā)送信號(hào)。如有錯(cuò)碼，就反饋重發(fā)信號(hào)，發(fā)送端把前面發(fā)出的信息重新傳送一次，直到接收端正確收到為止。檢錯(cuò)碼構(gòu)造簡(jiǎn)單，插入的監(jiān)督碼位不多，設(shè)備不太復(fù)雜。優(yōu)點(diǎn)實(shí)時(shí)性差，且必須有反向信道，通信效率低，當(dāng)信道干擾增大時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)可能處在重發(fā)循環(huán)中，甚至不能通信。缺點(diǎn)1．差錯(cuò)控制的基本方式（2）前向糾錯(cuò)檢錯(cuò)重發(fā)又稱自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（AutomaticRepeatreQuest，ARQ），如圖2-1（a）所示。這種差錯(cuò)控制方式在發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)序列按一定的規(guī)則進(jìn)行編碼，使之具有一定的檢錯(cuò)能力，成為能夠檢測(cè)錯(cuò)誤的碼組（檢錯(cuò)碼）。接收端收到碼組后，按編碼規(guī)則校驗(yàn)有無(wú)錯(cuò)碼，并把校驗(yàn)結(jié)果通過(guò)反向信道反饋到發(fā)送端。如無(wú)錯(cuò)碼，就反饋繼續(xù)發(fā)送信號(hào)。如有錯(cuò)碼，就反饋重發(fā)信號(hào)，發(fā)送端把前面發(fā)出的信息重新傳送一次，直到接收端正確收到為止。檢錯(cuò)碼構(gòu)造簡(jiǎn)單，插入的監(jiān)督碼位不多，設(shè)備不太復(fù)雜。優(yōu)點(diǎn)實(shí)時(shí)性差，且必須有反向信道，通信效率低，當(dāng)信道干擾增大時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)可能處在重發(fā)循環(huán)中，甚至不能通信。缺點(diǎn)1．差錯(cuò)控制的基本方式（3）混合糾錯(cuò)檢錯(cuò)在這種系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送同時(shí)具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力的碼，接收端收到碼后，檢查錯(cuò)誤情況。如果錯(cuò)誤少于糾錯(cuò)能力，則自行糾正；如果錯(cuò)誤很多，超出糾錯(cuò)能力，但未超出檢錯(cuò)能力，即能判決有無(wú)錯(cuò)碼而不能判決錯(cuò)碼的位置，此時(shí)收端自動(dòng)通過(guò)反向信道發(fā)出信號(hào)要求發(fā)端重發(fā)。混合糾錯(cuò)檢錯(cuò)方式在實(shí)時(shí)性和譯碼復(fù)雜性方面是前向糾錯(cuò)和檢錯(cuò)重發(fā)方式的折衷，因而近年來(lái)，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中采用較多。1．差錯(cuò)控制的基本方式（4）反饋校驗(yàn)接收端把收到的數(shù)據(jù)序列原封不動(dòng)地轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端，發(fā)端將原發(fā)送的數(shù)據(jù)序列與返送回的數(shù)據(jù)序列比較。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則發(fā)送端進(jìn)行重發(fā)，直到發(fā)端沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤為止。2．差錯(cuò)控制的基本原理一般來(lái)說(shuō)，付出的代價(jià)越大，檢（糾）錯(cuò)的能力就越強(qiáng)。具體來(lái)說(shuō)，碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力是用信息量的冗余度來(lái)?yè)Q取的。一般信息源發(fā)出的任何消息都可以用二進(jìn)制信號(hào)“0”和“1”來(lái)表示。例如，要傳送A和B兩個(gè)消息，可以用“0”碼來(lái)代表A，用“1”碼來(lái)代表B。如果分別在“0”和“1”后面附加一個(gè)“0”和“1”，變?yōu)椤?0”和“11”（本例中分別表示A和B）。進(jìn)一步分析，若在信息碼之后附加兩位監(jiān)督碼，即用“000”代表消息A，用“111”表示消息B，這時(shí)，碼組成為長(zhǎng)度為3的二進(jìn)制編碼，而3位的二進(jìn)制碼有23＝8種組合，本例中選擇“000”和“111”為許用碼組。此時(shí)，如果傳輸中產(chǎn)生一位錯(cuò)誤，收端將成為001、010、100、011、101或110，這6組碼均為禁用碼組。010203差錯(cuò)控制的基本概念目錄2.1差錯(cuò)控制的基本方式與基本原理2.2檢錯(cuò)與糾錯(cuò)的基本概念2.3幾種差錯(cuò)控制編碼介紹2.4滑窗協(xié)議2.52.3.1碼距與檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力1．基本概念在信道編碼中，定義碼組中非零碼元的數(shù)目為碼組的重量，簡(jiǎn)稱碼重。例如，“010”碼組的碼重為1，“011”碼組的碼重為2。把兩個(gè)碼組中對(duì)應(yīng)碼位上具有不同二進(jìn)制碼元的位數(shù)定義為兩碼組的距離，簡(jiǎn)稱碼距。例如，（00）與（01）碼距為1，（110）與（101）碼距為2。在一種編碼中，任意兩個(gè)碼組間距離的最小值，稱為這一編碼的最小碼距，或稱為這一編碼的漢明（Hamming）距離，以dmin表示。2.3.1碼距與檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力2．碼距與糾檢錯(cuò)能力（1）為檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距 dmin≥e+1 （2-1）或者說(shuō)，若一種編碼的最小距離為dmin，則它能檢出e≤dmin1個(gè)錯(cuò)碼。2.3.1碼距與檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力2．碼距與糾檢錯(cuò)能力

式（2-1）可以用圖（a）證明如下。設(shè)一碼組A位于0點(diǎn)。若碼組A中發(fā)生一位錯(cuò)碼，則可以認(rèn)為A的位置將移動(dòng)至以0點(diǎn)為圓心、以1為半徑的圓上某點(diǎn)，A的位置不會(huì)超出此圓；若碼組A中發(fā)生兩位錯(cuò)碼，則其位置不會(huì)超出以0點(diǎn)為圓心、以2為半徑的圓。因此，只要最小碼距不小于3（如圖中B點(diǎn)），在此半徑為2的圓上及圓內(nèi)就不會(huì)有其他碼組。這就是說(shuō)，碼組A發(fā)生兩位（包含兩位）以下錯(cuò)碼時(shí)，不可能變成另一任何許用碼組。因而能檢測(cè)錯(cuò)碼的位數(shù)等于2。同理，若一種編碼的最小碼距為dmin，則將能檢測(cè)（dmin1）個(gè)錯(cuò)碼；反之，若要求檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)碼，則最小碼距dmin至少應(yīng)不小于（e+1）。2.3.1碼距與檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力2．碼距與糾檢錯(cuò)能力（2）為糾正t個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距

dmin≥2t+1 （2-2）2.3.1碼距與檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力2．碼距與糾檢錯(cuò)能力（2）為糾正t個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距式（2-2）可以用圖（b）來(lái)說(shuō)明。圖中畫(huà)出的碼組A和B的碼距為5，若碼組A或B發(fā)生的錯(cuò)碼不多于2位，其位置都不會(huì)超出分別以A和B為圓心，以2為半徑的圓。在碼距為5的條件下，這兩個(gè)圓是不會(huì)重疊的。因此可以這樣來(lái)判決：若接收到的碼組落到以A為圓心的圓上或圓內(nèi)，就判決成A碼組；若接收到的碼組落到以B為圓心的圓上或圓內(nèi)，就判決成B碼組。這樣，就能糾正兩位錯(cuò)碼。這表明碼距為5時(shí)，各碼組若發(fā)生不多于2位的錯(cuò)碼都能糾正。因此，當(dāng)最小碼距dmin=5時(shí)，能夠糾正兩個(gè)錯(cuò)碼，且最多能糾正2個(gè)。若錯(cuò)碼達(dá)到3個(gè)，就將落于另一圓上，從而發(fā)生錯(cuò)判。這就證明了上式的正確性。2.3.1碼距與檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力2．碼距與糾檢錯(cuò)能力（3）為糾正t個(gè)錯(cuò)碼，同時(shí)檢測(cè)e（e＞t）個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距現(xiàn)用圖（c）所示加以說(shuō)明。若設(shè)碼的檢錯(cuò)能力為e，則當(dāng)碼組A中存在e個(gè)錯(cuò)碼時(shí)，該碼組與任一許用碼組（例如圖中碼組B）的距離至少應(yīng)有t+1，否則將進(jìn)入許用碼組B的糾錯(cuò)能力范圍內(nèi)，而被錯(cuò)糾為B。2.3.2編碼效率編碼效率是指一個(gè)碼組中信息位所占的比重，用R來(lái)表示。即

（2-4）其中，k為信息碼元的數(shù)目（信息位長(zhǎng)度），n為編碼組碼元的總數(shù)（編碼后碼組長(zhǎng)度：n=k+r），r為監(jiān)督碼元的數(shù)目（監(jiān)督位長(zhǎng)度）。顯然，R越大編碼效率越高。對(duì)于一個(gè)好的編碼方案，不但希望其檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力強(qiáng)，而且還希望它的編碼效率高，但兩方面的要求是矛盾的，在設(shè)計(jì)中要全面考慮。2.3.3差錯(cuò)控制編碼的分類(lèi)差錯(cuò)控制編碼的分類(lèi)（1）按碼組的功能分，有檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼兩類(lèi)。（3）按照信息碼元與監(jiān)督碼元的約束關(guān)系，又可分為分組碼和卷積碼兩類(lèi)。（5）按糾正差錯(cuò)的類(lèi)型可分為糾正隨機(jī)錯(cuò)誤的碼和糾正突發(fā)錯(cuò)誤的碼。（2）按碼組中監(jiān)督碼元與信息碼元之間的關(guān)系分，有線性碼和非線性碼兩類(lèi)。（4）按照信息碼元在編碼前后是否保持原來(lái)的形式不變，可劃分為系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼。（6）按照每個(gè)碼元取值來(lái)分，可分為二進(jìn)制碼與多進(jìn)制碼。差錯(cuò)控制的基本概念目錄2.1差錯(cuò)控制的基本方式與基本原理2.2檢錯(cuò)與糾錯(cuò)的基本概念2.3幾種差錯(cuò)控制編碼介紹2.4滑窗協(xié)議2.52.4.1奇偶校驗(yàn)碼1．一般奇偶校驗(yàn)碼（1）基本原理在奇偶校驗(yàn)碼中，一般無(wú)論信息位有多少位，校驗(yàn)位只有一位。其編碼規(guī)則是先將所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼元分組，在分組數(shù)據(jù)后面附加一位校驗(yàn)位，使得該組碼連同校驗(yàn)位在內(nèi)的碼組中的“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)（稱為偶校驗(yàn)）或奇數(shù)（稱為奇校驗(yàn)），在接收端按同樣的規(guī)律檢查，如發(fā)現(xiàn)不符就說(shuō)明產(chǎn)生了差錯(cuò)，但是不能確定差錯(cuò)的具體位置，即不能糾錯(cuò)。2.4.1奇偶校驗(yàn)碼1．一般奇偶校驗(yàn)碼（1）基本原理奇偶校驗(yàn)碼的這種校驗(yàn)關(guān)系可以用公式表示。設(shè)碼組長(zhǎng)度為n，其中前n1位為信息碼元，第0位為校驗(yàn)位a0，表示為（an1，an2，an3，…，a0）。在偶檢驗(yàn)時(shí)，滿足下式條件

…

（2-5）2.4.1奇偶校驗(yàn)碼1．一般奇偶校驗(yàn)碼（1）基本原理下表所示就是按偶校驗(yàn)規(guī)則插入監(jiān)督位的。消

息信

息

位監(jiān)

督

位

消

息信

息

位監(jiān)

督

位晴000陰101云011雨110在奇校驗(yàn)時(shí)，滿足下式