數(shù)據(jù)通信技術(shù)課件

第1章數(shù)據(jù)通信概論1.1數(shù)據(jù)通信的發(fā)展及數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)1.3數(shù)據(jù)通信的特點與主要內(nèi)容1.4數(shù)據(jù)通信的信號表示1.5數(shù)據(jù)通信的傳輸代碼1.6數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.7數(shù)據(jù)通信的傳輸通道1.8國際通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織簡介1.1數(shù)據(jù)通信的發(fā)展及數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)1.1.1數(shù)據(jù)通信的發(fā)展歷史1．?dāng)?shù)據(jù)通信發(fā)展概況 數(shù)據(jù)通信的發(fā)展較晚，它是從20世紀(jì)50年代開始，隨著電腦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新的通信方式。早期的電腦網(wǎng)都是一些面向終端的網(wǎng)路，以一臺或幾臺主機(jī)為中心，通過通信線路與多個遠(yuǎn)程終端相連，構(gòu)成一種集中式的網(wǎng)路，這是數(shù)據(jù)通信的初級形式。2．?dāng)?shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展階段 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展大體可以分為以下五個階段。（1）第一階段（50年代） 這一階段是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)展的初期階段。該階段的特點是用戶租用專線構(gòu)成集中式專用系統(tǒng)，應(yīng)用範(fàn)圍主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和處理。（2）第二階段（60年代） 這一階段主要利用原有的用戶電報網(wǎng)和電話交換網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。為了解決利用用戶電報網(wǎng)和電話交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的技術(shù)問題，研製出了關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)機(jī)（MODEM）和線路均衡器。（3）第三階段（70年代） 這一階段主要任務(wù)是研究和建設(shè)專門用於數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。（4）第四階段（80年代） 這一階段的特點是發(fā)展局域網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)強(qiáng)調(diào)用戶業(yè)務(wù)接入的綜合化。（5）第五階段（90年代） 這一階段的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)展的方向和目標(biāo)是使業(yè)務(wù)綜合化、網(wǎng)路寬頻化。提出並實現(xiàn)了寬頻綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN），其核心技術(shù)是ATM技術(shù)。1.1.2數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展是離不開它所支持和提供的業(yè)務(wù)的。從資訊載體的角度說，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就是由電腦進(jìn)行運(yùn)算、處理和存儲的數(shù)據(jù)為資訊載體的業(yè)務(wù)。1．基礎(chǔ)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要指公共數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)和移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。公共數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)是利用電路交換、分組交換或租用電路組成的固定公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上開發(fā)的以傳送數(shù)據(jù)為目的的業(yè)務(wù)。 利用公用陸地移動蜂窩通信網(wǎng)作為承載網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)稱為移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。具體可以包括短消息業(yè)務(wù)、速率可達(dá)64kbit/s的中速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、速率在128kbit/s以上的移動多媒體業(yè)務(wù)。2．增值數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 增值數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的概念最開始就是從數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)引入的。它是指在原基礎(chǔ)網(wǎng)路設(shè)施的基礎(chǔ)上增加必要的設(shè)備構(gòu)成增值網(wǎng)後，向用戶提供新的業(yè)務(wù)，大大提高原基礎(chǔ)網(wǎng)路設(shè)施的使用價值。1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)1.2.1數(shù)據(jù)的概念 數(shù)據(jù)，人們幾乎每天都要接觸到它，例如各種實驗數(shù)據(jù)、各類統(tǒng)計報表等。儘管人們經(jīng)常處理數(shù)據(jù)，但對數(shù)據(jù)還沒有統(tǒng)一的定義。通常意義上的“數(shù)據(jù)”是指在傳輸時可用離散的數(shù)字信號逐一準(zhǔn)確地表示的，並賦予一定的意義，可以代表文字、符號和數(shù)碼等。 在數(shù)據(jù)通信中所說的“數(shù)據(jù)”，可以認(rèn)為是預(yù)先約定的、具有某種含義的任何一個數(shù)字或一個字母（符號）以及它們的組合，並能被電腦所接收的形式。因此，數(shù)據(jù)就是能被電腦處理的一種資訊編碼（或消息）形式。1.2.2數(shù)據(jù)通信的概念1．什麼是數(shù)據(jù)通信？ 簡單地說，數(shù)據(jù)通信通常是以傳送數(shù)據(jù)資訊為主的通信。數(shù)據(jù)通信傳遞數(shù)據(jù)的目的不僅是為了交換，而主要是為了利用電腦能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理?！皵?shù)據(jù)通信”一詞是在遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)時才開始使用的，就是在電腦上設(shè)置一個通信裝置使其增加通信功能，將遠(yuǎn)程用戶的輸入輸出裝置通過通信線路（模擬或數(shù)字的）直接與電腦的通信控制裝置相連，如圖1-1所示，最後的處理結(jié)果也經(jīng)過通信線路直接送回到遠(yuǎn)程的用戶終端設(shè)備，這是較早的電腦與通信結(jié)合的例子。圖1-1最簡單的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信可以這樣定義：依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)資訊，它可實現(xiàn)電腦與電腦、電腦與終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)資訊傳遞。2．與數(shù)據(jù)通信相關(guān)聯(lián)的幾個概念（1）數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)通信 為了傳遞數(shù)據(jù)資訊，首先需要將二進(jìn)位數(shù)據(jù)用一定的信號形式來代表，可以採用不同極性的電壓或電流脈衝表示，如圖1-2所示。圖1-2二進(jìn)位數(shù)據(jù)的信號表示（2）數(shù)據(jù)通信與電腦通信、數(shù)字通信 廣義地講，數(shù)據(jù)通信是指兩個數(shù)據(jù)終端（DTE）之間的通信。電腦屬於智能化程度較高的數(shù)據(jù)終端，因此電腦通信應(yīng)歸入數(shù)據(jù)通信的範(fàn)疇。1.2.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型和基本類型1．一般數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分佈在遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與電腦系統(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)。（1）數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE） 數(shù)據(jù)終端設(shè)備由數(shù)據(jù)輸入設(shè)備（如鍵盤、滑鼠和掃描器等）、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備（CRT顯示器、印表機(jī)和傳真機(jī)等）和傳輸控制器組成。（2）傳輸控制器 傳輸控制器按照約定的數(shù)據(jù)通信控制規(guī)程，控制數(shù)據(jù)的傳輸過程。（3）數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE） 數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備位於數(shù)據(jù)電路兩端，是數(shù)據(jù)電路的組成部分，其作用是將數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)信號變換成適合在傳輸通道中傳輸?shù)男盘?。?）介面 介面是數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)電路之間的公共介面。（5）數(shù)據(jù)電路（DataCircuit） 數(shù)據(jù)電路連接兩個數(shù)據(jù)終端設(shè)備，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)信號從一個數(shù)據(jù)終端設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€數(shù)據(jù)終端設(shè)備。（6）資料鏈路（DataLink） 數(shù)據(jù)電路加上數(shù)據(jù)傳輸控制功能後就構(gòu)成了資料鏈路。（7）通信控制器 通信控制器又稱為前置處理機(jī)，用於管理與數(shù)據(jù)終端相連接的所有通信線路。（8）中央處理機(jī) 中央處理機(jī)又稱為主機(jī)，由中央處理單元（CPU）、主記憶體、輸入/輸出設(shè)備及其他週邊設(shè)備組成，其功能主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2．?dāng)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本類型（1）數(shù)據(jù)處理/查詢系統(tǒng) 在中央處理機(jī)的檔中存有可查閱的大量數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)終端查詢時，終端首先與中央處理機(jī)建立資料鏈路，然後發(fā)送查詢命令；中央處理機(jī)收到查詢命令（輸入數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查結(jié)果調(diào)出相應(yīng)的程式和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，並將處理結(jié)果進(jìn)行必要的編輯以適應(yīng)線路傳送和終端接收的形式；最後發(fā)送回終端，作為對查詢的回應(yīng)。（2）資訊交換系統(tǒng)（3）數(shù)據(jù)收集和分配系統(tǒng) 數(shù)據(jù)收集和分配系統(tǒng)的資訊流如圖1-6所示。 作為數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，從很多數(shù)據(jù)終端發(fā)來的數(shù)據(jù)被中央處理機(jī)收集，收集的數(shù)據(jù)被存入檔中，以備進(jìn)一步處理，例如氣象觀測系統(tǒng)。這種系統(tǒng)也可以作為分配系統(tǒng)。圖1-6數(shù)據(jù)收集和分配系統(tǒng)1.2.4數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與電腦網(wǎng)絡(luò)1．?dāng)?shù)據(jù)通信網(wǎng) 數(shù)據(jù)通信是由數(shù)據(jù)終端、傳輸、交換和處理等設(shè)備組成的系統(tǒng)，其功能是對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、交換、處理以及共用網(wǎng)內(nèi)資源（包括通信線路、硬體和軟體等）。因此，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是由分佈在各處的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備及通信線路等組成的通信網(wǎng)，通過網(wǎng)路協(xié)議的支持完成網(wǎng)中各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。（1）交換網(wǎng) 在交換網(wǎng)中，數(shù)據(jù)從信源出發(fā)經(jīng)過一系列中間節(jié)點傳送到信宿。交換網(wǎng)又分為電路交換和存儲—轉(zhuǎn)發(fā)交換網(wǎng)兩種。（2）廣播網(wǎng) 廣播網(wǎng)的特點是從任一數(shù)據(jù)站發(fā)出的信號可被所有的其他數(shù)據(jù)站接收。2．電腦網(wǎng)絡(luò) 電腦網(wǎng)絡(luò)是電腦技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物；是獨(dú)立式電腦互連的集合。對於電腦網(wǎng)絡(luò)通?？梢员硎鰹椋弘娔X網(wǎng)絡(luò)是用通信線路和網(wǎng)路連接設(shè)備將分佈在不同地點的多臺獨(dú)立式電腦系統(tǒng)互相連接，按照網(wǎng)路協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)資源共用，為用戶提供各種應(yīng)用服務(wù)的資訊系統(tǒng)。1.3數(shù)據(jù)通信的特點與主要內(nèi)容1.3.1數(shù)據(jù)通信的特點 數(shù)據(jù)通信作為一種通信業(yè)務(wù)方式，具有不同於其他通信業(yè)務(wù)方式的特點。這些特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

需要建立通信控制規(guī)程，也就是要制定出嚴(yán)格的通信協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸蟾?，即誤碼率要低。

數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)量呈突發(fā)性，即數(shù)據(jù)通信速率的平均值和高峰值差異較大。

數(shù)據(jù)通信要求要有靈活的介面能力。

不同的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)對通信時延的要求也不同，且時延要求的變化範(fàn)圍大。

數(shù)據(jù)通信每次呼叫平均持續(xù)時間短，因此，數(shù)據(jù)通信要求接續(xù)和傳輸回應(yīng)時間快。

數(shù)據(jù)通信從面向終端發(fā)展到今天的面向網(wǎng)路，而且數(shù)據(jù)通信總是與遠(yuǎn)程資訊處理相聯(lián)系的，包括科學(xué)計算、過程控制和資訊檢索等廣義的資訊處理。1.3.2數(shù)據(jù)通信的主要研究內(nèi)容 數(shù)據(jù)通信作為一門新興的學(xué)科，還沒有一個嚴(yán)格的範(fàn)圍限制。一個典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可用下麵的等式描述：數(shù)據(jù)通信=數(shù)據(jù)處理+數(shù)據(jù)傳輸1．傳輸 傳輸解決如何為資訊載體提供通路，研究適合傳輸?shù)男盘栃问郊跋鄳?yīng)的各種傳輸設(shè)備。2．通信介面 通信介面解決怎樣把發(fā)送端的信號變換為適合於傳輸?shù)男问?，或把傳輸?shù)浇K點的信號變換為適合接收端設(shè)備接收的形式。3．交換 交換是數(shù)據(jù)通信的重要內(nèi)容，主要包括數(shù)據(jù)交換的原理和概念。4．通信處理 通信處理是數(shù)據(jù)通信最複雜的部分。這部分內(nèi)容較多，除其中一部分內(nèi)容在本書仲介紹外，其餘大部分內(nèi)容在電腦網(wǎng)絡(luò)課程中講述。5．傳輸控制規(guī)程 傳輸控制規(guī)程也即數(shù)據(jù)通信協(xié)議，主要研究如何有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。1.4數(shù)據(jù)通信的信號表示1.4.1消息、資訊與信號 信號是消息的載體，一般表現(xiàn)為隨時間變化的某種物理量，而消息是信號的具體內(nèi)容。 信號的特性可以從時間特性和頻率特性兩個方面描述。信號可寫成數(shù)學(xué)運(yùn)算式，即信號是時間的函數(shù)，它具有一定的波形，因而，表現(xiàn)出一定波形的時間特性，如出現(xiàn)時間的先後、持續(xù)時間的長短、重複週期的大小及隨時間變化的快慢等。1.4.2模擬信號與數(shù)字信號1．模擬信號 模擬信號的特點是其幅度連續(xù)變化。這裏“連續(xù)”的含義是在某一取值範(fàn)圍內(nèi)可以取無數(shù)多個數(shù)值。2．?dāng)?shù)字信號 如圖1-12所示的是一數(shù)字信號的波形。數(shù)字信號的特點為：其幅度值是有限值，不是連續(xù)的，而是離散的。 數(shù)字信號與模擬信號的區(qū)別是根據(jù)幅度取值上是否離散而定。在一定條件下，模擬信號與數(shù)字信號可以互相轉(zhuǎn)換。圖1-12數(shù)字信號1.4.3調(diào)製速率、比特率和數(shù)據(jù)傳送速率 在衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸能力時，主要用到數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)據(jù)傳輸速率通常使用幾種不同的定義：調(diào)製速率、比特率和數(shù)據(jù)傳送速率。1．調(diào)製速率 調(diào)製速率表示信號的一個變化過程，信號的改變是指信號電壓和方向的變化，即每秒信號變化的次數(shù)。 因此，調(diào)製速率定義為：數(shù)據(jù)傳輸過程中，在通道上每秒鐘傳送的信號波形個數(shù)，其單位是波特（Baud）。

假設(shè)一個信號碼元持續(xù)時間為Tb，則調(diào)製速率為NBd2．比特率 比特一詞的英文書寫為binarydigit，其含義是資訊理論中定義信源發(fā)出資訊量的度量單位。 在數(shù)據(jù)通信中，比特率定義為：每秒鐘傳輸二進(jìn)位碼元的個數(shù)，單位為比特/秒（bit/s或bps），記為Rb。3．調(diào)製速率和比特率的關(guān)係 比特率和調(diào)製速率的意義是不同的，它們是數(shù)據(jù)通信中非常重要的兩個概念，但往往會將兩者混淆。4．?dāng)?shù)據(jù)傳送速率 數(shù)據(jù)傳送速率通常定義為單位時間內(nèi)在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的相應(yīng)設(shè)備之間成功傳送的比特、字元（或符號）或碼組平均數(shù)。數(shù)據(jù)傳信速率與數(shù)據(jù)傳送速率不同，前者是傳輸數(shù)據(jù)的速率，後者是相應(yīng)設(shè)備之間實際能達(dá)到的平均數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移速率。1.4.4數(shù)據(jù)通信信號的帶寬需求1．帶寬概念 帶寬（Bandwidth）在模擬通信時代，它是指傳送模擬信號時的信號頻帶寬度。（1）信號帶寬 模擬通信中的信號帶寬指的是信號頻率的範(fàn)圍，它的大小等於最高頻率與最低頻率之差，單位為“赫茲（Hz）”。（2）線路帶寬（線路傳輸速率） 在數(shù)字通信中，線路帶寬又指通信介質(zhì)的線路傳輸速率，也就是傳輸介質(zhì)每秒所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，用來描述在一個給定的時間內(nèi)有多少資訊從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方。2．介質(zhì)帶寬與有效帶寬 在模擬通信和數(shù)字通信中，帶寬都是一個很有用的概念。但無論採用什麼樣的物理介質(zhì)，帶寬都是有限的，這是由傳輸介質(zhì)的物理特性和目前技術(shù)的發(fā)展所共同決定的。3．比特率與有效帶寬的關(guān)係 當(dāng)比特率上升時，有效帶寬也變寬，在數(shù)據(jù)通信中稱之為帕金森定律。也就是說，用數(shù)據(jù)速率填充有效帶寬。4．與數(shù)字帶寬相關(guān)的數(shù)據(jù)吞吐量 吞吐量（Throughput）又稱為通過量，指的是每單位時間內(nèi)在一個方向上穿越一個連接段（或虛連接段），成功地傳送的數(shù)據(jù)比特數(shù)。5．傳輸數(shù)字信號所需要的帶寬 傳輸二進(jìn)位信號要比傳輸?shù)刃У哪M信號需要多得多的帶寬。1.5數(shù)據(jù)通信的傳輸代碼1.5.1傳輸代碼概述 在數(shù)據(jù)通信中，數(shù)據(jù)常常用“代碼”來表示。所謂代碼是利用數(shù)字的一種組合來表示某一種基本數(shù)據(jù)單元，可以是文字資訊中的字元、圖形資訊中的圖符和圖像資訊中的像素等，這些都是最基本的數(shù)據(jù)單元。1.5.2典型的傳輸代碼1．博多碼 博多碼（國際二號電碼或ITA2），有時也稱為電傳碼，是第一個固定長度的字元代碼。博多碼由一位法國郵政工程師摩雷（ThomasMurray）在1875年開發(fā)，並以電報列印的先驅(qū)博多（EmileBaudot）命名。2．ASCII碼 1963年，美國採用了貝爾系統(tǒng)33型電傳代碼作為美國資訊交換標(biāo)準(zhǔn)代碼，又稱ASCII-63。3．EBCDIC碼

EBCDIC碼是IBM開發(fā)的一種擴(kuò)展的二—十進(jìn)位交換碼，它是一種八位碼，有28種或256種組合，是最強(qiáng)大的字元集。4．條碼 條碼是在商店裏幾乎在每件商品上都可以看到的那些萬能的黑白條狀粘貼物。條碼是一系列由白色間隔分隔的黑條。黑條的寬度以及它們的反光能力代表二進(jìn)位的“1”和“0”，用來識別商品的價格。1.6數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 任何通信系統(tǒng)都有其品質(zhì)指標(biāo)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)也不例外。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本指標(biāo)也是圍繞傳輸?shù)挠行院涂煽啃院饬康摹?.6.1傳輸速率 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸速率包括：碼元傳輸速率、比特傳輸速率和消息傳輸速率。1．碼元傳輸速率 數(shù)據(jù)以代碼形式表示，代碼由碼元組成。碼元是攜帶數(shù)據(jù)資訊的單元，用波形來表示，一種碼元與一種波形相對應(yīng)。2．比特傳輸速率 在數(shù)據(jù)傳輸中，把單位時間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)位位的數(shù)量稱為比特傳輸速率，簡稱比特率，又稱數(shù)據(jù)傳輸速率或資訊傳輸速率。3．消息傳輸速率 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)宿之間單位時間內(nèi)傳輸?shù)钠骄?shù)據(jù)稱為消息傳輸速率。其單位隨消息單位的不同而不同。消息單位為比特時，其單位為bit/s；消息單位為字元時，其單位為字元/秒；消息單位為碼組時，其單位為碼組/秒。1.6.2差錯率1．碼元差錯率 碼元差錯率是指在發(fā)送的碼元總數(shù)中發(fā)生差錯的碼元數(shù)與總的發(fā)送碼元數(shù)之比，簡稱誤碼率，記做Pe，它是一個統(tǒng)計平均值。2．比特差錯率 比特差錯率是在傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)中發(fā)生差錯的比特數(shù)與傳輸?shù)目偙忍財?shù)之比，簡稱誤比特率，記做Peb，它也是一個統(tǒng)計平均值。3．碼組差錯率 碼組是由若干個碼元構(gòu)成的碼元集合，例如數(shù)據(jù)通信的高級資料鏈路控制規(guī)程（HDLC）要求的一幀數(shù)據(jù)。1.6.3延遲 延遲又稱時延，是單位數(shù)據(jù)信號從數(shù)據(jù)電路的一端達(dá)到另一端所經(jīng)歷的時間。數(shù)據(jù)通信的時延由數(shù)據(jù)信號沿傳輸介質(zhì)傳播的時延、傳輸設(shè)備和交換設(shè)備對數(shù)據(jù)的處理時延，以及比特傳輸速率等多種因素所決定。1.6.4頻帶利用率和功率利用率1．頻帶利用率 數(shù)據(jù)信號的傳輸需要一定的頻帶，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)佔用的頻帶越寬，傳輸數(shù)據(jù)資訊的能力越大。2．功率利用率 功率利用率用保證比特差錯率小於某一規(guī)定值所要求的最低歸一化信噪比（Eb/N0）來衡量。1.6.5可靠性 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本可靠性指標(biāo)是平均誤碼率，它是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在正常工作情況下可靠性的主要依據(jù)?？煽啃缘囊?，對於完成不同任務(wù)的通信系統(tǒng)是不同的，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好。對於一個通信系統(tǒng)，原則上應(yīng)該在滿足可靠性要求的基礎(chǔ)上儘量提高通信效率。1.7數(shù)據(jù)通信的傳輸通道1.7.1通道概述 通常通道有兩種理解：一種是指信號的傳輸介質(zhì)，如對稱電纜、同軸電纜、超短波及微波視距傳播（包括衛(wèi)星中繼）路徑、短波電離層反射路徑、對流層散射路徑以及光纖等，稱此種類型的通道為狹義通道。 另一種是將傳輸介質(zhì)和各種信號形式的轉(zhuǎn)換、耦合等設(shè)備都?xì)w納在一起，包括發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)製器等部件和電路在內(nèi)的傳輸路徑或傳輸通路，這種範(fàn)圍擴(kuò)大了的通道稱為廣義通道。按照傳輸介質(zhì)，通道可以分為有線通道和無線通道；按照傳輸信號的形式，通道又可分為數(shù)字通道和模擬通道。傳輸數(shù)字信號的通道稱為數(shù)字通道，傳輸模擬信號的通道稱為模擬通道。在通道中發(fā)生的基本物理過程是電（或光）信號的傳播，不論是何種類型的通道，都有以下幾個特徵。

所有通道都有輸入和輸出。

大多數(shù)通道的輸入和輸出存在線性疊加關(guān)係，但在某些條件下會存在非線性關(guān)係。

信號經(jīng)過通道時要衰減。

信號經(jīng)過通道時產(chǎn)生延遲。

所有通道都存在雜訊或干擾。 對於變參通道，通道的傳輸特性隨時間的變化可分為慢變化和快變化，慢變化與傳播的條件相關(guān)聯(lián)，快變化又稱為快衰落，與電波的多徑傳播相關(guān)聯(lián)，表現(xiàn)為接收信號振幅和相位一致地隨時間變化。1.7.2實線電纜通道 實線電纜主要指雙絞線（TwistedPair）電纜和同軸（CoaxialCable）電纜。1．雙絞線電纜 雙絞線電纜分為兩種類型：非遮罩雙絞線電纜和遮罩雙絞線電纜。（1）非遮罩雙絞線電纜（UTP） UTP的優(yōu)點是價格便宜，使用簡單，容易安裝。（2）遮罩雙絞線電纜（STP） 遮罩雙絞線在每一對導(dǎo)線外都有一層金屬，這層金屬包裝使外部電磁雜訊不能穿越進(jìn)來，如圖1-17所示。圖1-17遮罩雙絞線2．同軸電纜 同軸電纜能夠傳輸比雙絞線電纜更寬的頻率範(fàn)圍（100kHz～500MHz）的信號。以網(wǎng)路中使用的同軸電纜為例說明同軸電纜的結(jié)構(gòu)與特點。在網(wǎng)路中經(jīng)常採用的是RG-58同軸電纜。1.7.3話音通道 話音通道是指傳輸頻帶在300～3400Hz的音頻通道。1.7.4數(shù)字通道 數(shù)字通道是直接傳輸數(shù)字信號的通道。對於數(shù)字通道通常是以傳輸速率來劃分的，例如，按我國採用的歐洲標(biāo)準(zhǔn)劃分，數(shù)字通道傳輸系列為：數(shù)字話帶（0次群）64kbit/s；一次群2.048Mbit/s；二次群8.448Mbit/s；三次群34.368Mbit/s；四次群139.264Mbit/s和STM-1：155.52Mbit/s，STM-4：622.08Mbit/s及STM-16：2488.32Mbit/s。1．?dāng)?shù)字光纖通道（1）光纖及傳輸模式 光纖（OpticalFiber）的材質(zhì)是極細(xì)小的玻璃纖維（50～100μm），彈性很好，非常適合傳輸光波信號。

單模光纖：芯徑較細(xì)，約5～10μm，適合長距離傳輸，價格昂貴，散射率小，傳輸效能極佳。

多模光纖：芯徑較粗，約50～100μm，適合短距離傳輸，價格較低，傳輸效率略差於單模光纖。（2）光纖通道 數(shù)字光纖通道是以光波為載波，用光纖作為傳輸介質(zhì)的數(shù)字通道。（3）數(shù)字光纖通道的特點及其應(yīng)用 數(shù)字光纖通道與其他通道比較，有許多突出的特點。①傳輸頻帶極寬。②傳輸容量極大。③傳輸損耗小。④抗干擾能力強(qiáng)。⑤保密性能好。⑥傳輸品質(zhì)高。2．?dāng)?shù)字微波中繼通道（1）數(shù)字微波中繼通道組成 數(shù)字微波中繼通道是指工作頻率在0.3～300GHz、電波基本上沿視線傳播、傳輸距離依靠接力方式延伸的數(shù)字通道。數(shù)字微波中繼通道由兩個終端站和若干個中繼站組成，如圖1-21所示。圖1-21數(shù)字微波中繼通道組成（2）數(shù)字微波中繼通道的特點 數(shù)字微波中繼通道與其他通道比較，具有以下特點。 ①

微波頻帶較寬，是長波、中波、短波、超短波等幾個頻段帶寬總和的1000倍。 ②

微波在視距內(nèi)沿直線傳播，在傳播路徑上不能有障礙物遮擋。③

微波中繼通道比較容易通過有線通道難以通過的地區(qū)，如湖泊、高山和河流等地區(qū)。④

與光纖等有線通道相比，微波中繼通道的保密性較差。⑤

微波信號不受天電干擾、工業(yè)干擾及太陽黑子變化的影響，但是受大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)的影響。3．?dāng)?shù)字衛(wèi)星傳輸通道（1）數(shù)字衛(wèi)星通道的組成 數(shù)字衛(wèi)星通道由兩個地球站和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成，地球站相當(dāng)於數(shù)字微波中繼通道中的終端站，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器相當(dāng)於數(shù)字微波中繼通道的中繼站。（2）數(shù)字衛(wèi)星通道的特點數(shù)字衛(wèi)星通道與其他通道相比，具有如下特點。 ①

覆蓋面積大，通信距離遠(yuǎn)，且通信距離與成本無關(guān)。 ②

頻帶寬，傳輸容量大，適用於多種業(yè)務(wù)傳輸。 ③

通道特性比較穩(wěn)定。④

信號傳播時延大，由於衛(wèi)星距離地面較遠(yuǎn)，所以微波從一個地球站到另一地球站的傳播時間較長，約270ms。⑤

受週期性的多蔔勒效應(yīng)的影響，造成數(shù)字信號的抖動和飄移。⑥

數(shù)字衛(wèi)星通道屬於無線通道，當(dāng)傳輸保密資訊時，需採取加密措施。1.8國際通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織簡介1．國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO） 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO），成立於1946年，它是國際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域中一個十分重要的組織，主要目地是促進(jìn)國際間的合作和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。2．美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI） 美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）其成員包括製造商、用戶和其他相關(guān)企業(yè)。3．國際電信聯(lián)盟（ITU） 國際電信聯(lián)盟（ITU）是聯(lián)合國的一個專門機(jī)構(gòu)，也是聯(lián)合國機(jī)構(gòu)中歷史最長的一個國際組織，簡稱“國際電聯(lián)”或“電聯(lián)”。4．電子工業(yè)學(xué)會（EIA） 電子工業(yè)學(xué)會（EIA）的成員包括電子公司和電信設(shè)備製造商，它也是ANSI的成員。5．電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE） 電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）是世界上最大的專業(yè)技術(shù)團(tuán)體，由電腦和工程學(xué)專業(yè)人士組成。6．Internet工程特別任務(wù)組（IETF） Internet工程特別任務(wù)組（IETF）是一個國際性團(tuán)體，其成員包括網(wǎng)路設(shè)計者、製造商、研究人員以及所有對Internet的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和持續(xù)發(fā)展感興趣的個人或組織。7．國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會（NIST） 國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會（NIST）的前身是美國的國家標(biāo)準(zhǔn)局，它是美國商業(yè)部屬下的一個機(jī)構(gòu)，發(fā)佈標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)範(fàn)聯(lián)邦政府購買的設(shè)備。第2章數(shù)據(jù)編碼2.1數(shù)據(jù)編碼概述2.2數(shù)字—數(shù)字編碼2.3模擬—數(shù)字編碼2.4數(shù)字—模擬編碼2.5模擬—模擬編碼2.6擴(kuò)頻編碼2.7差錯控制編碼2.8數(shù)據(jù)壓縮2.9加密和解密2.1數(shù)據(jù)編碼概述2.1.1數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)製 在第1章中說明了模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之間，以及模擬信號與數(shù)字信號之間的區(qū)別，這兩種形式的數(shù)據(jù)都可以編碼成兩種形式的信號。 模擬信號傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，它是一個恒定的連續(xù)的正弦波信號。信號經(jīng)過調(diào)製後可以用載波信號發(fā)送。2.1.2數(shù)據(jù)的差錯控制編碼 數(shù)據(jù)編碼不僅涉及到編碼技術(shù)，還涉及調(diào)製技術(shù)，這些技術(shù)是資訊傳輸必不可少的。儘管如此，它們都不足以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩屯暾?.1.3數(shù)據(jù)的加密和解密 在數(shù)據(jù)傳輸過程中，雖然採取差錯控制保證了數(shù)據(jù)的完整性，但另一個潛在的危險問題就是非法的資訊或未授權(quán)接收。2.1.4數(shù)據(jù)壓縮 隨著通信技術(shù)與電腦技術(shù)的發(fā)展，大量的新應(yīng)用不斷湧現(xiàn)，需要建立更加廉價的數(shù)據(jù)發(fā)送方法。1．格式編排 數(shù)據(jù)格式編排不必通過網(wǎng)路傳輸，數(shù)據(jù)壓縮可將一個常用表格移去格式編排，這種格式編排用到大量的冗餘數(shù)據(jù)，而接收設(shè)備又可以容易地重新編排數(shù)據(jù)，將各個數(shù)據(jù)域放在表格中相應(yīng)的位置上，這種表格是駐留在接收設(shè)備的記憶體中的。2．冗餘數(shù)據(jù) 冗餘數(shù)據(jù)可以很輕易地由發(fā)送器標(biāo)識並傳送到接收器。這種方法也稱為串編碼，可以產(chǎn)生多達(dá)4∶1的壓縮比，有時也稱為游程編碼。3．常用字符 通過使用識別字和一個小的位集，很容易標(biāo)識這些常用字符，並對其進(jìn)行壓縮。哈夫曼編碼就屬於這類編碼，可以實現(xiàn)2∶1或4∶1的壓縮比。4．常用字符串 常用字符串也可以以縮略的形式標(biāo)識傳輸，這種方法依賴於在一個特定字元後面的字元出現(xiàn)的概率。馬爾可夫信源就是利用這種技術(shù)。2.2數(shù)字—數(shù)字編碼1．單極性不歸零編碼（NRZ） 單極性不歸零編碼是最簡單、最基本的編碼，它只使用一個電壓值（0和+）表示數(shù)據(jù)資訊。2．單極性歸零編碼（RZ） 單極性歸零編碼對於數(shù)據(jù)“1”，對應(yīng)一個+脈衝或?脈衝，脈衝寬度比每位傳輸週期要短，即每個脈衝都要提前回到零電位；對於數(shù)據(jù)“0”則不對應(yīng)脈衝，仍按0電平傳輸。3．雙極性不歸零編碼（NRZ） 雙極性不歸零編碼對於數(shù)據(jù)“1”，用+E或?E電平傳輸；對於數(shù)據(jù)“0”，用?E或+E電平傳輸，如數(shù)據(jù)通信中使用的RS-232介面就採用這種編碼傳輸方式，其特點基本上與單極性不歸零編碼相同。4．雙極性歸零編碼（RZ） 雙極性歸零編碼對於數(shù)據(jù)“1”，用一個+E或－E電平傳輸；對於數(shù)據(jù)“0”，用－E或+E電平傳輸，且相應(yīng)脈衝寬度都比每位數(shù)據(jù)所需傳輸週期要短；對於任意數(shù)據(jù)組合之間都有0電位相隔。5．曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼 曼徹斯特編碼的規(guī)律為：對於數(shù)據(jù)“1”，用前半週期為0電平，後半週期為+E（或－E）電平；對於數(shù)據(jù)“0”，則用前半週期為+E或?E電平，後半週期為0電平，即通過傳輸每位數(shù)據(jù)中間的跳變方向表示傳輸數(shù)據(jù)的值，如圖2-6（a）所示。圖2-6曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼6．交替雙極性反轉(zhuǎn)碼（AMI） 在這種編碼中，數(shù)據(jù)“1”順序交替地用+E和－E表示。對於數(shù)據(jù)“0”仍變換為0電平。交替雙極性編碼有如下特點：首先容易出現(xiàn)連“0”，不利於提取同步定時信號。其次，無直流分量，利於在不允許直流和低頻信號通過的介質(zhì)和通道中傳輸，有利於接收端判決電路的工作；第三，由於數(shù)據(jù)“1”對應(yīng)的傳輸碼電平正負(fù)交替出現(xiàn)，有利於誤碼的觀察。7．三階高密度碼（HDB3） HDB3碼是建立在AMI碼基礎(chǔ)上的，即先把數(shù)據(jù)變換成AMI傳輸碼，再對AMI碼進(jìn)行變換。

HDB3碼除了有AMI碼的優(yōu)點外，還克服了AMI的缺點，是歐洲和日本PCM系統(tǒng)中使用的傳輸碼型之一。2.3模擬—數(shù)字編碼1．脈衝振幅調(diào)製（PAM） 模擬—數(shù)字編碼技術(shù)的第一步是脈衝振幅調(diào)製（PAM）。這種技術(shù)是通過接收模擬信號，對它進(jìn)行採樣（或取樣），然後根據(jù)採樣結(jié)果產(chǎn)生一系列脈衝。所謂採樣就是每隔相等的時間間隔就測量一次信號振幅。2．脈衝編碼調(diào)製（PCM） 脈衝編碼調(diào)製（PCM）技術(shù)是將脈衝振幅調(diào)製（PAM）所產(chǎn)生的採樣結(jié)果轉(zhuǎn)變成完全數(shù)位化的信號。3．採樣頻率 模擬信號的數(shù)字表示的精度取決於採樣的數(shù)量。實際上，對於接收設(shè)備來說，重現(xiàn)一個模擬信號只需要少量的資訊。4．PCM的應(yīng)用

PCM技術(shù)的最主要應(yīng)用是長途電話線上語音的數(shù)位化。按照國際標(biāo)準(zhǔn)，每秒採樣8000次，每個採樣8位，每路話音是64kbit/s的傳輸速率。另一個應(yīng)用就是光碟（CD）技術(shù)，CD上的音樂是應(yīng)用PCM光學(xué)編碼成數(shù)字格式的。2.4數(shù)字—模擬編碼 通過對載波信號的不同參數(shù)（振幅、頻率和相位）進(jìn)行調(diào)製，可以得到振幅鍵控、頻移鍵控和相移鍵控三種性能不同的調(diào)製方法，這些調(diào)製方法統(tǒng)稱為“數(shù)字調(diào)製技術(shù)”。

振幅鍵控（ASK） ——數(shù)據(jù)信號對載波振幅調(diào)製。

頻移鍵控（FSK） ——數(shù)據(jù)信號對載波頻率調(diào)製。

相移鍵控（PSK） ——數(shù)據(jù)信號對載波相位調(diào)製。2.4.1振幅鍵控（ASK） 一種常用的振幅鍵控技術(shù)是開關(guān)鍵控（OOK）。在OOK中某一種比特值用沒有電壓表示。該技術(shù)的優(yōu)點是傳輸資訊所需要的能量下降了。2.4.2頻移鍵控（FSK） 振幅鍵控的一個缺點是容易受到雜訊和靜電的干擾。為解決噪音干擾問題，而產(chǎn)生了頻移鍵控（FSK）。 FSK在很大程度上避免了ASK中的雜訊問題，因為接收方是通過在給定時間段內(nèi)的具體頻率變化來識別比特值的，所以可以忽略尖峰脈衝。2.4.3相移鍵控（PSK）1．PSK與DPSK（1）PSK 相移鍵控（PSK）是利用載波相位的變化來代表發(fā)送的數(shù)據(jù)，主要用於中速數(shù)據(jù)傳輸，例如在電話通道中傳輸2400bit/s、4800bit/s時，就採用此種調(diào)製方式。（2）QPSK編碼 在相移鍵控中，除了表示信號兩種變化外，還可以表示信號四種變化，每種變化代表兩個比特。（3）PSK編碼的帶寬

PSK編碼傳輸技術(shù)所需的帶寬與ASK編碼所需的帶寬相等，當(dāng)PSK相位數(shù)與ASK的幅值數(shù)相同時，二者傳輸速率相同。2．信號星座（1）信號星座 在討論的PSK編碼及今後遇到的許多編碼，引入信號星座（SignalConstellation）的概念，形象地表示這些編碼信號。所謂信號星座即坐標(biāo)系上的一個點陣，該點陣定義了信號所有狀態(tài)的變化。（2）PSK編碼信號的星座圖表示 在PSK編碼中，可以使用向量圖和星座圖共同表示。如圖2-20（a）中的“1”可以用振幅為1V，相位為180°的向量信號表示；“0”可以用振幅為－1V，相位為0°的向量信號表示。若只畫出向量端點，就成為星座圖，如圖2-20（b）。圖2-20BPSK的向量圖和星座圖2.4.4正交調(diào)幅（QAM）1．QAM編碼的概念 所謂正交幅度調(diào)製（QuadratureAmplitudeModulation，QAM），又稱正交雙邊帶調(diào)製，是將兩路獨(dú)立的基帶波形分別對兩個相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)製，所得到的兩路已調(diào)信號疊加起來的過程。2．QAM編碼的形成（1）QAM的編碼過程 對於QAM是數(shù)字調(diào)製的一種形式，數(shù)字資訊包含在發(fā)送載波的幅度和相位內(nèi)。（2）QAM編碼星座圖 對於QAM編碼，理論上任何數(shù)量的振幅變化都可以和任何數(shù)量的相位變化結(jié)合在一起，圖2-23表示了兩種可能的配置，圖2-23（a）所示為4正交振幅，而圖2-23（b）所示為8正交振幅。圖2-23兩種可能配置的星座圖3．QAM編碼的應(yīng)用 在調(diào)製速率相同的條件下，QAM編碼所需的最小傳輸帶寬和ASK編碼是一樣的，QAM與PSK編碼具有一樣的優(yōu)點。QAM編碼的主要特點是有較高的頻譜利用率，它通常用於高速的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。正是由於QAM的優(yōu)點，使得它在現(xiàn)代通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。2.5模擬—模擬編碼 在數(shù)據(jù)通信中，資訊可能有兩種類型：數(shù)字的或模擬的，而且信號也可以是數(shù)字的或模擬的。模擬—模擬編碼是用模擬信號來表示模擬資訊的一種編碼技術(shù)。無線電波的應(yīng)用就是模擬—模擬通信的典型例子。在這種應(yīng)用中，需要將被傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行調(diào)製。通過調(diào)製可以獲得較高的頻率，提高傳輸?shù)挠行裕煌ㄟ^採用頻分多路複用技術(shù)不但提高了傳輸效率，還降低了設(shè)備費(fèi)用。2.6擴(kuò)頻編碼2.6.1擴(kuò)頻技術(shù)概述1．?dāng)U頻技術(shù)簡介 擴(kuò)展頻譜（SpreadSpectrum）簡稱擴(kuò)頻，它是一種專為無線傳輸量身訂做的傳輸技術(shù)，是近年來發(fā)展很快的技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)最初是針對軍事及情報部門的需求而開發(fā)的。它的基本思想是將攜帶資訊的信號擴(kuò)展到較寬的頻譜中，用以加大抗干擾及抗竊聽的能力。開發(fā)出的第一種擴(kuò)頻技術(shù)稱為跳頻（FrequencyHopping），而最新的一種技術(shù)稱為直接序列擴(kuò)頻（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS）。2．?dāng)U頻數(shù)字通信系統(tǒng)一般模型 圖2-25給出了擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型，輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)資訊調(diào)製形成數(shù)字信號；然後，由偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列去調(diào)製數(shù)字信號以展寬信號的頻譜；展寬後的信號再對載頻進(jìn)行調(diào)製（如PSK，QPSK等）；最後，通過射頻功率放大到天線發(fā)射出去。圖2-25擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)一般模型2.6.2跳頻（FH） 所謂跳頻（FH），比較確切地說是用一定的碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控，即用擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行頻移鍵控，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。2.6.3直接序列擴(kuò)頻1．直接序列擴(kuò)頻概念 所謂直接序列擴(kuò)頻（DS），就是直接用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號的頻譜，而在收端，用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始的資訊。2．直接序列擴(kuò)頻的主要性能及應(yīng)用（1）直接序列擴(kuò)頻的抗干擾性 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)最早應(yīng)用在軍事通信中，作為具有很強(qiáng)抗干擾性的通信手段。（2）直接序列擴(kuò)頻的抗截獲性 理論上分析表明，信號的檢測概率與信號能量和雜訊功率譜密度之比成正比，與信號的頻帶寬度成反比。（3）易實現(xiàn)保密通信 上面提到的隱蔽通信不屬於保密通信，由於直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是數(shù)位化通信系統(tǒng)，數(shù)字很容易加密，它不需要很複雜的設(shè)備，只需要簡單的數(shù)字邏輯電路，就能有效地實現(xiàn)保密通信。（4）潛在的抗多徑干擾 在直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)中利用一定的技術(shù)，多徑干擾不但可以克服，而且利用多徑信號進(jìn)行適當(dāng)分集接收。（5）用於測距定時系統(tǒng) 眾所周知，電磁波在空間是以光速傳輸?shù)模魷y定了電波傳播的時間，也就測定了距離。 總之，直接擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用已從軍用走向民用，在通信領(lǐng)域也越來越受到重視，目前擴(kuò)頻技術(shù)不僅用於CDMA蜂窩通信系統(tǒng)，而且在無線局域網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域也已獲得了廣泛的應(yīng)用。2.7差錯控制編碼2.7.1差錯控制編碼概述 數(shù)據(jù)通信要求資訊傳輸有很高的可靠性，也就是對誤碼率有很高的要求。1．差錯控制編碼的概念 香農(nóng)（Shannon）於1934年在“通信的數(shù)學(xué)理論”一文中提出了關(guān)於在雜訊通道中傳輸資訊的重要定理：只要對資訊進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幋a即提供足夠的冗餘，就可以在不犧牲資訊傳輸率的前提下把雜訊通道引起的差錯減少到希望的程度。2．差錯類型 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，引起數(shù)據(jù)資訊序列產(chǎn)生的差錯，可以分成以下兩種類型。（1）隨機(jī)性錯誤（2）突發(fā)性錯誤 由於實際通道是非常複雜的，這兩種錯誤類型通常同時存在。2.7.2差錯控制的基本方式 差錯控制的根本目的是發(fā)現(xiàn)傳輸過程中出現(xiàn)的差錯並加以糾正。差錯控制的基本工作方式主要基於兩種基本思想：一是通過抗干擾編碼，使得系統(tǒng)接收端解碼器能發(fā)現(xiàn)錯誤並能準(zhǔn)確地判斷錯誤的位置，從而自動糾正它們；二是在系統(tǒng)接收端僅能發(fā)現(xiàn)錯誤，但不知差錯的確切位置，無法自動糾錯，必須通過請求發(fā)送端重發(fā)等方式來達(dá)到糾正錯誤的目的。1．前向糾錯（FEC）方式（1）FEC方式 在圖2-30（a）所示的通信系統(tǒng)中，發(fā)信者和受信者之間僅有一條單向（正向通道）傳輸線路。圖2-30差錯控制編碼的應(yīng)用（2）FEC方式的主要特點

接收端自動糾錯，解碼延遲固定，採用FEC方式傳輸系統(tǒng)的即時性好。

無需回饋通道，能用於單向傳輸，特別是適用於單點向多點同時傳送的廣播系統(tǒng)，所以FEC廣泛地應(yīng)用於衛(wèi)星傳送數(shù)據(jù)和現(xiàn)代的數(shù)字移動通信中。

為了獲得較高的糾錯能力，所採用的糾錯碼通常需要較大的冗餘度（即附加的額外編碼位數(shù)多），從而使傳輸效率下降。

FEC方式差錯控制規(guī)程簡單，但解碼設(shè)備實現(xiàn)較複雜。2．檢錯重發(fā)（ARQ）方式（1）ARQ方式 檢錯重發(fā)（ARQ）是數(shù)據(jù)通信中常用的一種差錯控制方式，有時也稱為自動重發(fā)請求。（2）ARQ方式的主要特點

ARQ方式只需要較少的冗餘碼，就能獲得極低的傳輸誤碼率。

相對於FEC方式而言，ARQ方式是用檢錯碼代替糾錯碼，因而比前向糾錯佔用更少的傳輸線路，編碼器和解碼器較為簡單，成本也低得多。

ARQ方式需要有回饋通道，因而不能用於單向傳輸通道和廣播系統(tǒng)中。

ARQ方式的控制規(guī)程比較複雜。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤需要重發(fā)時，其通信效率較低。

由於回饋重發(fā)的隨機(jī)性，ARQ方式的即時回應(yīng)性不如前向糾錯方式，所以ARQ方式不適合用於即時傳輸系統(tǒng)。（3）常見的檢錯重發(fā)方式 常見的檢錯重發(fā)方式有三種：等待發(fā)送（空閒重發(fā)請求或停發(fā)等候重發(fā)）、選擇重發(fā)（或連續(xù)發(fā)送）和有限連續(xù)發(fā)送（限制連續(xù)發(fā)送的幀數(shù)）。 ①等待重發(fā) ②有限連續(xù)發(fā)送 ③選擇重發(fā)3．混合糾錯（HEC）方式 混合糾錯（HEC）是前向糾錯方式和檢錯重發(fā)方式的結(jié)合，如圖2-31（c）所示。其內(nèi)層採用FEC方式，糾正部分差錯；外層採用ARQ方式，重傳那些雖已檢出但未糾正的差錯。混合糾錯方式在即時性和解碼複雜性方面是前向糾錯和檢錯重發(fā)方式的折衷，較適合於環(huán)路延遲大的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。圖2-31差錯控制的基本方式2.7.3糾錯檢錯編碼的基本原理1．糾錯和檢錯的基本原理 差錯控制包括檢錯和糾錯，它們能夠有效地檢測出通信過程中產(chǎn)生的差錯，並進(jìn)行糾正，從而提高通信品質(zhì)。2．糾錯和檢錯中的基本概念（1）冗餘度 香農(nóng)定理告訴我們：信源編碼的目的就是去冗餘，提高編碼的效率。圖2-33分組碼結(jié)構(gòu) ④碼距 兩個碼組對應(yīng)位上數(shù)字不同的位數(shù)稱碼組間的碼距。 ⑤最小碼距 某種編碼所產(chǎn)生的各個碼組間距離的最小值。 ⑥編碼效率 通常用碼率 表示碼組中資訊碼所占的比例，稱為編碼效率。（3）最小碼距與糾檢錯能力 ①檢錯能力 設(shè)要檢測的錯碼個數(shù)為e，則要求最小碼距d0≥e+1。 ②糾錯能力 設(shè)要糾正的錯碼個數(shù)為，則要求最小碼距d0≥2t+1。 ③同時能糾錯和檢錯的能力d0≥e+t+1(e＞t) 若能滿足條件③，就可以同時糾正個錯誤，檢出個錯誤。2.7.4奇偶校驗1．奇偶校驗（1）奇偶校驗的概念 奇偶校驗是用於數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的最簡單的檢錯方法，它常與垂直和水準(zhǔn)冗餘校驗一起使用。（2）奇偶校驗的電路實現(xiàn) 奇偶校驗可以用“異或”邏輯電路實現(xiàn)，使用異或電路時，若所有輸入相等（全“0”或全“1”），輸出就是“0”；若所有輸入不等，輸出就是“1”。（3）奇偶校驗的主要特點 奇偶校驗的主要優(yōu)點是簡單，缺點是當(dāng)收到偶數(shù)個位出錯時，奇偶校驗將無法檢測出來，奇偶校驗只能檢測出部分傳輸差錯。2．二維奇偶監(jiān)督碼 二維奇偶角度碼又稱為方陣碼，它是在上述奇偶校驗碼的基礎(chǔ)上形成的。3．校驗和 校驗和是一種特別簡單的檢錯方法，其實質(zhì)也是奇偶校驗法，主要用於數(shù)據(jù)通信的高層協(xié)議對錯誤進(jìn)行檢測。2.7.5漢明碼1．漢明碼特點（1）漢明不等式 對於一個（n,k）分組碼，其監(jiān)督位數(shù)r=n-k。若用r個監(jiān)督位構(gòu)造監(jiān)督式指示1位錯誤，錯誤發(fā)生的情況將有種可能位置。2．漢明碼的編碼和糾錯過程（1）漢明碼中冗餘碼的位置確定（2）冗餘比特值的計算 圖2-39表示一個ASCII碼字元的漢明碼實現(xiàn)步驟。圖2-39漢明碼中冗餘比特的計算圖示2.7.6迴圈冗餘校驗1．迴圈冗餘校驗概述 奇偶校驗本身不是很可靠的。若採用垂直和水準(zhǔn)冗餘校驗（VRC），把數(shù)據(jù)序列合成兩維比特陣列，每次發(fā)送一列，奇偶校驗就很可靠了。2．CRC編碼組成 迴圈冗餘校驗（CyclicRedundancyCheck，CRC）是一種通過多項式除法運(yùn)算檢測錯誤的，人們稱它是一種不尋常而巧妙的方法。

（3）關(guān)於生成多項式G(x)（4）CRC碼生成和校驗的硬體實現(xiàn) 在實際應(yīng)用中，CRC碼的生成與校驗過程可用軟體或硬體來實現(xiàn)。目前，已有很多通信積體電路晶片本身帶有標(biāo)準(zhǔn)的CRC碼生成與校驗功能，使用非常方便。（5）CRC碼的檢錯性能

CRC碼的校驗?zāi)芰軓?qiáng)，既能檢測隨機(jī)差錯，又能檢測突發(fā)性差錯，其檢錯性能是：

能檢測出全部單個錯誤；

能檢測出全部隨機(jī)的兩位錯誤；

能檢測出全部奇數(shù)個錯誤；

能檢測出全部長度小於位的突發(fā)性錯誤；

能以 的概率檢測出長度為（k+1）位的突發(fā)性錯誤。2.8數(shù)據(jù)壓縮2.8.1什麼是數(shù)據(jù)壓縮 所謂數(shù)據(jù)壓縮，就是削減表示資訊的符號的數(shù)量，即通過一些方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為更加有效、需要更少存儲量的格式，以減少傳輸?shù)奈辉M數(shù)。數(shù)據(jù)壓縮的目的是：能較快地傳輸各種信號，如傳真信號和Modem通信信號等； 在現(xiàn)有的通信幹線並行開通更多的多媒體業(yè)務(wù)，如各種通信增值業(yè)務(wù)；另外，可以緊縮數(shù)據(jù)的存儲容量，如CDROM，VCD和DVD等；對於多媒體移動通信系統(tǒng)，可以降低發(fā)信機(jī)的功率。因此，數(shù)據(jù)壓縮在通信時間、傳輸帶寬、存儲空間甚至發(fā)射能量等方面都會起很大作用。2.8.2數(shù)據(jù)壓縮方法1．無損壓縮 無損壓縮就是經(jīng)過壓縮編碼後，不能丟失任何資訊。無損壓縮常常用於磁片檔、數(shù)據(jù)通信和氣象衛(wèi)星雲(yún)圖等場合，因為這些場合不允許在壓縮過程中有絲毫的損失。下麵是在無損壓縮中使用的一些技術(shù)。（1）游程壓縮 當(dāng)數(shù)據(jù)中包含有重複符號串（如比特，字元等）時，這個串可以用一個特殊的標(biāo)記所代替，接著是重複的符號，再後面是出現(xiàn)的次數(shù)。（2）統(tǒng)計壓縮 統(tǒng)計壓縮使用短編碼表示常用的符號，使用長編碼表示不常用的符號。（3）相對壓縮 相對壓縮也稱為差分壓縮，這種方法在發(fā)送視頻數(shù)據(jù)時非常有用。2．有損壓縮 若解碼後的資訊不必和原始資訊是完全一樣的，只要非常接近就可以了，則可以使用一種有損壓縮的方法實現(xiàn)。2.9加密和解密2.9.1有關(guān)術(shù)語1．密寫和編碼 把真實資訊轉(zhuǎn)化成為秘密形式資訊的技術(shù)，有密寫和編碼兩種類型。轉(zhuǎn)化前的資訊稱為明文，轉(zhuǎn)化後產(chǎn)生的資訊稱為密文。2．加密和解密 通信雙方中的資訊發(fā)送者把明文轉(zhuǎn)換成密文的過程稱之為加密；而資訊接收者，把接收到的密文再現(xiàn)為明文的過程就是解密。3．演算法 演算法即計算某些量值或?qū)δ硞€反復(fù)出現(xiàn)的數(shù)學(xué)問題求解的公式、法則或程式，它規(guī)定了明文和密文之間的變換方式。4．密鑰 密鑰控制演算法的實現(xiàn)，是資訊通信雙方所掌握的專門資訊。 密鑰和演算法是密碼體制中兩個最基本的要素。在某種意義上，可將演算法視為常量，它可以是公開的；將密鑰視為變數(shù)，它是秘密的。2.9.2基本的加密技術(shù)1．傳統(tǒng)密鑰 在傳統(tǒng)密鑰中，有基於字元的和基於比特的加密方法。加密是通過單字母替換法、多字母替換法和位置變換等方法實現(xiàn)的，這些方法是基於字元的。2．公共密鑰 在傳統(tǒng)的加密/解密方法中，加密演算法通常是解密演算法的反過程，而且加密和解密使用相同的密鑰。第3章數(shù)據(jù)傳輸3.1數(shù)據(jù)傳輸模式3.2數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸3.3數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸3.4數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸（DDN）3.5數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸實例3.1數(shù)據(jù)傳輸模式 數(shù)據(jù)信號在通道中傳輸，可以採取多種方式，即數(shù)據(jù)傳輸模式。它包括串行傳輸和並行傳輸；單工傳輸、半雙工傳輸和全雙工傳輸；同步傳輸和非同步傳輸。3.1.1單工、半雙工和全雙工傳輸1．單工傳輸 在單工傳輸方式中，兩個通信終端間的信號傳輸只能在一個方向傳輸，即一方僅為發(fā)送端，另一方僅為接收端。2．半雙工傳輸 在半雙工傳輸中，兩個通信終端可以互傳數(shù)據(jù)資訊，都可以發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但不能同時發(fā)送和接收，而只能在同一時間一方發(fā)送，另一方接收。3．全雙工傳輸 在全雙工傳輸中，兩個通信終端可以在兩個方向上同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)傳輸。3.1.2串行傳輸和並行傳輸1．串行傳輸 串行傳輸方式中只使用一個傳輸通道，數(shù)據(jù)的若干位順序地按位串行排列成數(shù)據(jù)流。2．並行傳輸 並行傳輸就是數(shù)據(jù)的每一位各佔用一條通道，即數(shù)據(jù)的每一位放在多條並行的通道上同時傳送。3.1.3非同步傳輸和同步傳輸 無論是並行傳輸還是串行傳輸，在數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)出數(shù)據(jù)後，接收方都必須正確地區(qū)分出每一個代碼，這是數(shù)據(jù)傳輸必須解決的問題。這個問題是數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€重要因素，稱之為定時。若傳輸信號經(jīng)過精確的定時，數(shù)據(jù)傳輸率將大大提高。1．非同步傳輸 這種方式以字元為傳輸單位，傳送的字元之間有無規(guī)律的間隔，這樣就有可能使接收設(shè)備不能正確接收數(shù)據(jù)，因為每接收完一個字元之後都不能確切地知道下一個將被接收的字元將從何時開始。2．同步傳輸 在同步傳輸方式中，發(fā)送方以固定的時鐘節(jié)拍發(fā)送數(shù)據(jù)信號，收方以與發(fā)端相同的時鐘節(jié)拍接收數(shù)據(jù)。3.2數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸 基帶（baseband）是指未經(jīng)調(diào)製變換的信號所占的頻帶。3.2.1基帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘g(shù)語1．文本消息（TextMessage） 文本消息是指字元序列，如“HOWAREYOU？”，“OK”，$9576219.38等。2．字元（Character） 字元是指某個字母表或符號集中的一個，如A，9和&等。3．比特流（BitStream） 比特流指二進(jìn)位數(shù)據(jù)“0”和“1”流，比特流就是基帶信號。4．碼元（Symbol） 數(shù)字資訊在一般情況下可以表示為一個數(shù)字序列：，簡記為{an}，是數(shù)字序列的基本單元，an稱為碼元，如圖3-5（b）所示。圖3-5比特流、碼元及帶通數(shù)字波形示意圖5．碼型 基帶數(shù)字信號是數(shù)字資訊的電脈衝表示，電脈衝的形式稱為碼型。通常把數(shù)字資訊的電脈衝表示過程稱為碼型編碼或碼型變換。在有線通道中傳輸?shù)幕鶐?shù)字信號又稱為線路傳輸碼型。由碼型還原成數(shù)字資訊則稱為解碼。3.2.2基帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)模型1．基帶信號的波形（1）帶寬不受限的脈衝波形 在帶寬不受限的情況下，即通道的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大於碼元傳輸速率時，採用的脈衝波形大多為矩形脈衝。（2）帶寬受限的脈衝波形 脈衝波形為矩形的基帶信號的功率譜是從零頻開始，一直到很高的頻率。2．基帶數(shù)字信號的一般表示式 一般地，令g1(t)代表二進(jìn)位數(shù)據(jù)符號的“0”，g2(t)代表二進(jìn)位數(shù)據(jù)符號的“1”，碼元的間隔為T。3．基帶數(shù)字信號的功率譜密度 功率譜密度反映了信號的功率隨頻率分佈的關(guān)係，也可以理解為信號的頻率分量對功率的貢獻(xiàn)。4．基帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)模型（1）波形形成的概念 所謂波形形成就是使數(shù)據(jù)傳輸既滿足可靠性的要求，也滿足有效性的要求的一種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。（2）基帶傳輸通道模型 如圖3-7所示為一基帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的模型。圖3-7基帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)模型3.2.3基帶傳輸無碼間干擾的傳輸波形1．理想低通濾波器的波形形成（1）理想低通濾波器的特點 所謂理想低通濾波器就是將濾波網(wǎng)路的某些特性理想化而定義的濾波網(wǎng)路，它的截止頻率為，傳遞函數(shù)為：（2）理想低通濾波器的沖激回應(yīng) 理論分析表明：一個沖激信號在t=0時經(jīng)過一個具有如圖3-9所示的傳輸特性的理想低通濾波器，就可以得到如圖3-10所示的沖激回應(yīng)波形，其數(shù)學(xué)運(yùn)算式為：圖3-9理想低通濾波器傳輸特性圖3-10理想低通的沖激回應(yīng)（3）無碼間干擾的概念 從圖3-10的回應(yīng)波形還發(fā)現(xiàn)：一個沖激信號經(jīng)過理想低通後，其脈衝被展寬，除了在t=t0處幅度最大，在其他時刻，雖然沒有信號輸入，但仍有輸出，這表明當(dāng)其他時刻有另外的脈衝信號輸入時，會受到當(dāng)前脈衝的影響。 對於一個碼元信號來說，其他碼元信號在其抽樣判決時刻的疊加值就稱為碼間干擾或碼間串?dāng)_。（4）奈奎斯特準(zhǔn)則 無碼間干擾的條件：若系統(tǒng)等效網(wǎng)路具有理想低通特性，且截止頻率為Fn時，則該系統(tǒng)中允許的最高碼元（符號）速率2Fn，這時系統(tǒng)輸出波形在峰值點上不會產(chǎn)生前後符號間的干擾。這一條件也稱為奈奎斯特準(zhǔn)則。2．具有滾降特性的低通濾波器的波形形成3．部分回應(yīng)形成系統(tǒng)（1）部分回應(yīng)波形的設(shè)計思想 由於沖激脈衝 的回應(yīng)是形如的 形式，它隨t的增加衰減較慢，因而使前導(dǎo)和後尾波動衰減慢，從而形成碼間干擾。（2）部分回應(yīng)形成系統(tǒng)的特點 這種系統(tǒng)允許存在一定的、受控制的符號間干擾（實際上是一種人為的、有規(guī)律的干擾），接收端可以消除它的影響而正確判決碼元，從而實現(xiàn)2波特/Hz的極限碼速。（3）第I類部分回應(yīng)編碼（採用預(yù)編碼/相關(guān)編碼方案） 將兩個在時間上錯開T的理想低通沖激回應(yīng)相加，作為基本傳輸信號，其運(yùn)算式為：圖3-14第I類部分回應(yīng)信號的波形和頻譜（4）部分回應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)編碼原理①發(fā)送端 將發(fā)送的二進(jìn)位信號用雙極性碼an表示，相關(guān)編碼的規(guī)則為：3.2.4數(shù)據(jù)序列的擾碼與解擾1．偽隨機(jī)序列 隨機(jī)雜訊首先是作為有損通信品質(zhì)的因素引起人們的重視的。但人們有時也希望得到隨機(jī)雜訊。2．m序列的產(chǎn)生和性質(zhì) 擾碼的原理基於序列的偽隨機(jī)性，所以首先要瞭解m序列的產(chǎn)生和性質(zhì)。m序列是最常用的一種偽隨機(jī)序列。（1）m序列發(fā)生器的電路模型 m級線性回饋移位寄存器的輸出序列是一個週期序列，其週期長短由移位寄存器的級數(shù)、線性回饋邏輯和初始狀態(tài)決定。（2）m級線性回饋移位寄存器抽頭的選取 要用m級移位寄存器來產(chǎn)生m序列，關(guān)鍵在於選擇哪幾級移位寄存器作為回饋。3．?dāng)_碼器與解擾器（1）擾碼的目的 擾碼器是利用產(chǎn)生m序列的移位寄存器使確定性的（特別是短週期的）數(shù)據(jù)序列隨機(jī)化（或者長週期的）的一種電路裝置。①避免交調(diào)的影響短週期的數(shù)字信號中包含頻率足夠高的單音，這種單音能和載波或調(diào)製信號發(fā)生交調(diào)，產(chǎn)生非線性產(chǎn)物而落到相鄰?fù)ǖ纼?nèi)，成為相鄰?fù)ǖ纼?nèi)傳輸信號的干擾。②為了在準(zhǔn)確的時間點上判定信號，在接收端和再生中繼器中都需要一個與發(fā)端完全同步的定時脈衝。 ③當(dāng)傳輸系統(tǒng)中具有時域均衡器時，擾碼器能改善數(shù)據(jù)信號的隨機(jī)性，從而改善自適應(yīng)均衡器所需抽頭增益調(diào)節(jié)資訊的提取，這樣就能保證均衡器總是處於最佳工作狀態(tài)。（2）擾碼器的基本原理與一般結(jié)構(gòu) ①基本原理 圖3-17給出一種擾碼器的原理圖，圖中經(jīng)過一次移位，在時間上延遲一個碼元時間，可以用算符D表示。圖3-17擾碼器與解擾器②一般結(jié)構(gòu)圖3-18給出基本擾碼器（圖3-18（a））和解擾器（圖3-18（b））的一般結(jié)構(gòu)。圖3-18擾碼器與解擾器的一般結(jié)構(gòu)3.3數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸3.3.1頻帶傳輸系統(tǒng)模型 頻帶傳輸系統(tǒng)中的調(diào)製技術(shù)，它可以分成兩種類型：一是利用模擬方法去實現(xiàn)數(shù)字調(diào)製；一是利用數(shù)字信號的離散值鍵控載波，從而實現(xiàn)調(diào)製。後一種技術(shù)又稱為鍵控法，例如對載波的振幅、相位和頻率進(jìn)行鍵控，可以獲得振幅鍵控、頻移鍵控和相移鍵控制調(diào)製方式。3.3.2典型的數(shù)字調(diào)製系統(tǒng) 數(shù)字調(diào)製技術(shù)的演變可以概括如下。

基於2ASK由二進(jìn)位向多進(jìn)制方向發(fā)展，產(chǎn)生了正交幅度調(diào)製（QAM）和星座調(diào)製（MQAM）。

基於2FSK向多進(jìn)制方向發(fā)展，產(chǎn)生了MFSK。

基於2PSK向多進(jìn)制方向發(fā)展，產(chǎn)生了QPSK，OQPSK，MPSK以及DPSK和DQPSK等。

為了進(jìn)一步改善移相中相位躍變帶來的頻譜擴(kuò)展與幅度上的變化，又引入了相位連續(xù)調(diào)製（CPM），其中，最為典型的有：最小頻移鍵控（MSK）、高斯型最小頻移鍵控（GMSK），以及性能更為優(yōu)良的平滑調(diào)頻（TFM）等。1．二進(jìn)位數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)（1）ASK調(diào)製系統(tǒng) ①ASK信號的產(chǎn)生 ②ASK信號的解調(diào) ③ASK信號的功率譜密度（2）FSK調(diào)製系統(tǒng) ①FSK信號的產(chǎn)生 ②FSK信號的解調(diào) FSK信號的解調(diào)方法很多，可以分為線性鑒頻法和分離濾波法兩大類。 相干解調(diào)

FSK信號的相干解調(diào)原理如圖3-26所示。假設(shè)頻率代表“1”，頻率代表“0”。 非相干解調(diào)

FSK信號的相干解調(diào)原理及產(chǎn)生的信號波形如圖3-27所示。圖3-27FSK信號的解調(diào)及波形③FSK信號的功率譜相位不連續(xù)的FSK信號可以看成是兩個ASK信號的疊加。因此，其功率譜是兩個ASK信號功率譜之和，如圖3-28所示。圖3-28FSK信號的功率譜（3）PSK調(diào)製系統(tǒng) 數(shù)字相移鍵控是利用載波的相位變化來傳送數(shù)字資訊的調(diào)製方式。相移鍵控可分為絕對相移鍵（PSK）和相對相移鍵控（DPSK）。所謂絕對相移鍵控是指利用載波的不同相位直接表示數(shù)據(jù)資訊；而相對相移鍵控是利用前後碼元載波相位的相對變化表示資訊。①PSK和DPSK信號的產(chǎn)生 PSK就是用載波的0相位表示“1”，用載波的

相位表示“0”。DPSK是利用相鄰碼元的載波相位的相對變化傳送數(shù)字資訊，即本碼元載波初相與前一碼元載波終相的相位差。②PSK和DPSK信號的解調(diào) PSK信號具有恒定的包絡(luò)，因而不能用包絡(luò)解調(diào)法解調(diào)，應(yīng)採用相干解調(diào)器解調(diào)。③PSK信號的功率譜 當(dāng)調(diào)製信號為雙極性NRZ數(shù)字序列時，PSK信號實際上是一種雙邊帶調(diào)幅信號，所以與ASK信號的帶寬相同。2．多進(jìn)制數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)（1）多進(jìn)制調(diào)製技術(shù)概述 二進(jìn)位數(shù)字調(diào)製的基帶數(shù)字信號只有兩個狀態(tài)即“1”，“0”或“+1”，“－1”。（2）4PSK和4DPSK 在數(shù)據(jù)通信中，為了提高資訊傳輸速率，可以用載波的一種相位代表一組二進(jìn)位信號碼元，也就是多進(jìn)制碼元。①4PSK與4DPSK信號的波形 對二進(jìn)位數(shù)字序列每兩位數(shù)字編為一組，每一載波相位代表兩個比特資訊，每個碼元稱為雙比特碼元。②4PSK信號的產(chǎn)生與解調(diào) 4PSK信號的產(chǎn)生如圖3-34所示，串行輸入的二進(jìn)位碼，每兩位分成一組，若前一位用A表示，後一位用B表示，經(jīng)串/並變換後變成寬度加倍的並行碼；再分別進(jìn)行極性變換，把單極性碼變?yōu)殡p極性碼；然後與載波相乘，形成正交的雙邊帶信號，經(jīng)加法器輸出形成4PSK信號。圖3-344PSK信號的產(chǎn)生③4DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào) 為了產(chǎn)生4DPSK信號，可在4PSK信號的基礎(chǔ)上加上一碼變換器來實現(xiàn)。（3）MQAM數(shù)字調(diào)製系統(tǒng) 前面主要討論的是三種最基本的數(shù)字調(diào)製方式。在現(xiàn)代通信中，需要解決的實際問題很多，僅僅採用這三種基本的數(shù)字調(diào)製方式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 恒包絡(luò)調(diào)製技術(shù)是指已調(diào)波的包絡(luò)保持恒定，已調(diào)波經(jīng)過發(fā)送帶限後，當(dāng)通過非線性部件時，只產(chǎn)生很小的頻譜擴(kuò)展。①Q(mào)AM信號的產(chǎn)生 在第2章中已經(jīng)介紹，QAM是用兩路獨(dú)立的基帶信號對兩個互相正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)製。②MQAM信號的解調(diào) MQAM信號採取正交相干解調(diào)的方法解調(diào)，其原理圖如圖3-39所示。解調(diào)器首先對接收到的MQAM信號進(jìn)行正交相干解調(diào)。圖3-39MQAM信號的解調(diào)原理圖③MQAM的星座圖和系統(tǒng)性能 目前，正交幅度調(diào)製正得到廣泛的應(yīng)用。它的星座圖常為矩形或十字形，如圖3-40所示。其中M=4，16，64，256時星座圖為矩形，而M=32，128時則為十字形。前者M(jìn)為2的偶次方，即每個符號攜帶偶數(shù)個比特資訊；後者為2的奇次方，每個符號攜帶奇數(shù)個比特資訊。圖3-40MQAM信號的星座圖3.3.3數(shù)據(jù)機(jī)（Modem） 數(shù)據(jù)機(jī)的英文“Modem”來自於調(diào)製器（Modulator）和解調(diào)器（Demodulator）的縮寫，世界上有些地方又稱它為數(shù)傳機(jī)（DataSet）。1．Modem的分類 為了適應(yīng)各種不同通道、不同速率的要求，有許多種不同類型的Modem。（1）按功能分類的Modem 就功能而言，數(shù)據(jù)機(jī)分為通用Modem及具有傳真功能的Modem。（2）按外形分類的Modem 就外形而言，Modem可分為外置式和內(nèi)置式。（3）按傳輸速率分類的Modem 數(shù)據(jù)機(jī)的傳輸速率是以bit/s（bps）為計算單位的，標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率為1200bit/s，2400bit/s，9600bit/s，14400bit/s，33600bit/s和56000bit/s等。（4）按操作模式分類的Modem 數(shù)據(jù)機(jī)的操作有同步和非同步兩種模式。（5）按數(shù)據(jù)壓縮及糾錯方法分類的Modem 數(shù)據(jù)機(jī)可以以數(shù)據(jù)糾錯的方法保證收到的數(shù)據(jù)正確無誤，同時通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮提高有效傳輸速率，其中最常用的是MNP5和V.42bis。（6）按傳輸介質(zhì)分類的Modem 按傳輸介質(zhì)分類，Modem可以分為有線Modem和無線Modem。2．Modem工作原理（1）Modem電路的基本結(jié)構(gòu) 圖3-44給出了同步Modem的調(diào)製-解調(diào)過程。圖3-44Modem的基本工作原理（2）Modem的工作過程 Modem通常有三種工作方式：掛機(jī)方式、通話方式和聯(lián)機(jī)方式。（3）Modem的功能 調(diào)製和解調(diào)只是Modem中的基本功能，它的主要功能還包括建立連接的能力，在發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備和終端設(shè)備之間建立同步交換和控制，改變音頻通道的能力，以及維修測試等功能。①建立連接 建立Modem之間的連接，可以通過人工撥號或自動呼叫裝置來啟動，在接收端同樣由人工完成，也可用自動應(yīng)答選擇裝置完成。②同步與非同步方式工作 Modem的工作方式必須和與它相連的終端設(shè)備的工作方式相一致，這是一條基本準(zhǔn)則。③

AT命令 AT命令是Hayes標(biāo)準(zhǔn)AT命令的簡稱。這種命令集將現(xiàn)有的通信標(biāo)準(zhǔn)翻譯成一種命令控制的格式。④均衡 在傳輸線路上，存在著許多種對數(shù)據(jù)傳輸有不利影響的特性，這些影響都使線路品質(zhì)下降。3．Modem標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)有兩個：貝爾數(shù)據(jù)機(jī)和ITU-T數(shù)據(jù)機(jī)。 目前高速M(fèi)odem的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議如下。（1）三種調(diào)製協(xié)議

V.32協(xié)議是9600bit/s高速M(fèi)odem的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)製協(xié)議。

V.32bis協(xié)議是14400bit/sModem的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)製協(xié)議，是V.32的增強(qiáng)版本，採用TCM調(diào)製方式使傳輸速率達(dá)到14400bit/s，與V.32相容，線路差時降到12000bit/s，9600bit/s，7200bit/s和4800bit/s。

V.34協(xié)議採用四維TCM編碼調(diào)製方式等和V8協(xié)商握手等先進(jìn)技術(shù)，使其傳輸速率達(dá)到28.8kbit/s。（2）差錯控制協(xié)議 差錯控制協(xié)議是為了保證傳輸正確而提供的協(xié)議，主要有兩個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MNP和V.42。（3）數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議 數(shù)據(jù)壓縮是高速M(fèi)odem的關(guān)鍵技術(shù)，數(shù)據(jù)壓縮有兩個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：V.42bis和MNP5。（4）通信軟體 對於智慧型Modem能提供很多高級功能，但要靠通信軟體完成。4．寬頻數(shù)據(jù)機(jī)簡介 目前Modem若以帶寬區(qū)分，則可以細(xì)分為窄帶Modem和寬頻Modem。窄帶Modem指的是帶寬在56kbit/s以下的Modem，也就是傳統(tǒng)的Modem。寬頻Modem則是指電纜線Modem（CableModem）和ADSLModem。（1）56K高速M(fèi)odem 56kbit/s高速M(fèi)odem是1997年才開始上市的撥號高速數(shù)據(jù)機(jī)，它的傳輸速率之所以能有高於傳統(tǒng)電話線路上33.6kbit/s的極限速率，是因為它採用了完全不同於33.6kbit/s的調(diào)製解調(diào)技術(shù)，其工件原理和使用要求與33.6kbit/s高速M(fèi)odem相比也有一定的區(qū)別。（2）電纜數(shù)據(jù)機(jī) 前面介紹的Modem主要是在電話線路上使用的，而電纜數(shù)據(jù)機(jī)（CableModem）主要在有線電視線路上使用的。（3）ADSLModem ADSL（非對稱數(shù)字用戶環(huán)路）是指現(xiàn)有的電話線上加裝ADSLModem（又稱為ATU-R），利用ADSL技術(shù)（詳細(xì)內(nèi)容見第9章），用戶可以在使用電話時，同時以高於一般Modem的速率接入Internet或進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，而且上網(wǎng)和打電話兩不誤。3.3.4數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的時鐘同步1．同步的概念 同步是通信系統(tǒng)中一個重要的問題，它是進(jìn)行資訊傳輸?shù)那疤帷?．位同步 位同步，又稱為比特同步（或碼元定時），它是數(shù)據(jù)通信中最基本也是最重要的一種同步。 通常，收發(fā)之間的位同步是通過雙方的位定時取得的。位定時的提供形式有三種方法。（1）專門設(shè)立位定時傳輸通道 這種方法在短距離傳輸以及利用PCM數(shù)字通道傳輸數(shù)據(jù)時較適用。（2）由數(shù)據(jù)電路設(shè)備（DCE）形成位定時 前面介紹過的Modem中，當(dāng)採用同步Modem時，通常由Modem形成位定時。（3）由數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）形成位定時 這種方法是利用起止位形成位定時或利用鎖相環(huán)法形成位定時兩種方法。前一種方法就是在前面介紹過的非同步傳輸方式。這種方法簡單，一般用於低速的數(shù)據(jù)通信中。3．幀同步 位同步的實質(zhì)是對接收信號碼元脈衝的達(dá)到時刻進(jìn)行估計的問題，而幀同步的任務(wù)是對接收的數(shù)據(jù)比特序列進(jìn)行正確的分組，它一般通過傳輸數(shù)據(jù)格式的特殊設(shè)計來完成的。（1）利用規(guī)定的字元建立幀同步 這種方式將幀中的數(shù)據(jù)塊當(dāng)作字元序列，所有的控制資訊也取字元形式。（2）利用規(guī)定的比特組合建立幀同步 將幀中的數(shù)據(jù)塊當(dāng)作是比特序列，這時幀的結(jié)構(gòu)如圖3-53所示。一個特殊的比特組合（如下）標(biāo)誌著一個幀的開始，同樣的標(biāo)誌還可以用作幀的結(jié)束標(biāo)誌。圖3-53規(guī)定比特組合建立幀同步的方法4．網(wǎng)同步 所謂網(wǎng)同步就是數(shù)字網(wǎng)中的各數(shù)字設(shè)備（又稱為網(wǎng)元）的時鐘的同步。（1）建立同步網(wǎng) 使網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點的時鐘頻率和相位都相同，實現(xiàn)這類網(wǎng)同步的主要方法有主從同步和相互同步。（2）建立獨(dú)立時鐘或準(zhǔn)時鐘 網(wǎng)內(nèi)各支路數(shù)據(jù)是非同步的，它們各自有自己獨(dú)立的時鐘。3.4數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸（DDN）3.4.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸概述1．什麼是DDN？ 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）是利用數(shù)字通道（如光纖、數(shù)字微波或衛(wèi)星等）傳輸數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。它的主要作用是向用戶提供永久性和半永久性連接的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸通道。它既可用於電腦之間的通信，也可用於傳送數(shù)位化傳真、數(shù)字話音、數(shù)字圖像信號或其他數(shù)位化信號。 所謂永久性連接的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸通道是指用戶間建立固定連接，傳輸速率不變的獨(dú)佔帶寬電路。2．DDN網(wǎng)的特點 DDN網(wǎng)有如下特點。（1）DDN網(wǎng)是同步數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)（2）傳輸速率高，網(wǎng)路時延?。?）全透明網(wǎng)3.4.2DDN網(wǎng)路結(jié)構(gòu)1．網(wǎng)路結(jié)構(gòu) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)一般由本地傳輸系統(tǒng)、複用/交叉連接系統(tǒng)、局間傳輸（中繼）系統(tǒng)、網(wǎng)同步系統(tǒng)和網(wǎng)路管理系統(tǒng)等部分組成，如圖3-54所示。主要設(shè)備有數(shù)字傳輸電路和相應(yīng)的數(shù)字交叉複用設(shè)備。圖3-54DDN網(wǎng)路結(jié)構(gòu)（1）本地傳輸系統(tǒng) 本地傳輸系統(tǒng)主要由用戶端設(shè)備和用戶環(huán)路組成。（2）複用/交叉連接設(shè)備 複用/交叉連接設(shè)備對數(shù)字電路進(jìn)行半固定交叉連接和子速率的複用，一般在DDN節(jié)點中設(shè)置。 ①2Mbit/s節(jié)點 ②接入節(jié)點 ③用戶節(jié)點（3）局間傳輸系統(tǒng) 局間傳輸（局間中繼）是由節(jié)點間的數(shù)字通道以及由各節(jié)點通過與數(shù)字通道的各種連接方式組成的網(wǎng)路拓?fù)洹＃?）網(wǎng)路管理系統(tǒng) 網(wǎng)路管理系統(tǒng)在網(wǎng)路管理中心（NMC）。（5）介面 ①中繼電路介面 ②用戶線介面 ③外時鐘介面 ④網(wǎng)管介面2．DDN的