第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2課件

2.2.3模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸采用脈沖編碼調(diào)制PCM（pulsecodemodulation）技術(shù)，此技術(shù)以采樣定理為基礎(chǔ)采樣定理：如果在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)，以有效信號(hào)f(t）最高頻率的二倍對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣，則這些采樣值中包含了全部原始信號(hào)信息轉(zhuǎn)換的過(guò)程：采樣，量化，編碼

量化：將幅值劃分為n個(gè)量化級(jí)，將采樣得到的數(shù)值用取整或四色五入等方法歸到某個(gè)臨近的整數(shù)值

編碼：用一定的二進(jìn)制數(shù)字表示量化后的幅值采樣、量化、編碼語(yǔ)音信道語(yǔ)音數(shù)據(jù)的最高頻率通常為3400HZ,一般語(yǔ)音提供帶寬4KHZ,根據(jù)Nyquist定理,采樣頻率8000次/秒足以捕獲所有的信息即每次采樣125us對(duì)于每個(gè)采樣值還需要用一個(gè)二進(jìn)制代碼表示,二進(jìn)制代碼的位數(shù)表示了采樣值的量化精度。在主干上,每一路的語(yǔ)音信號(hào)通常采用8位二進(jìn)制代碼來(lái)表示一個(gè)采樣值,那么對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行PCM編碼后要求的數(shù)據(jù)傳輸速率為64Kbps2.2.4基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸基帶傳輸:由信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)。比如將數(shù)值數(shù)據(jù)0、1直接用兩種不同的電壓表示后送到線(xiàn)路上去傳輸局域網(wǎng)采用基帶傳輸方式頻帶帶傳輸:將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成模擬信號(hào),進(jìn)行傳輸寬帶傳輸:很多的頻帶傳輸放在一條物理介質(zhì)上采用頻分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸就是寬帶傳輸有線(xiàn)電視網(wǎng):帶寬可達(dá)750MHZ。有線(xiàn)通上網(wǎng)就需要解決雙向傳輸?shù)膯?wèn)題,混合光纖HFC（頻段54～550MHZ是電視信號(hào),550～750MHZ是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)2.2.5異步通信和同步通信在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信中，一個(gè)最基本的要求就是發(fā)送端和接收端之間以某種方式保持位同步，接收端必須對(duì)所接收的數(shù)據(jù)流中的每一位進(jìn)行正確的采樣，才能保證數(shù)據(jù)接收的正確性接收器和發(fā)送器要做的事情1.識(shí)別各數(shù)據(jù)位每個(gè)時(shí)鐘的起止時(shí)刻,它也必須知道每個(gè)位的持續(xù)時(shí)間,以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻對(duì)傳輸線(xiàn)采樣,讀出每個(gè)bit。（位同步）2.接收器的時(shí)鐘與發(fā)送器保持相同的頻率，以保證單位時(shí)間讀取的信號(hào)單元數(shù)相同，也即保證傳輸信號(hào)的準(zhǔn)確性同步問(wèn)題細(xì)解當(dāng)發(fā)送器與接收器的時(shí)鐘不完全一致準(zhǔn)確時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。假如偏移一個(gè)百分點(diǎn)(接收器的時(shí)鐘比發(fā)送器的快或慢1%),則第一次采樣將偏離位中央(位中央分別距位起始及位終止處0.5ms)0.01位時(shí)間(0.01ms)。在50次或更多次的采樣后,接收器將因在不正確的位時(shí)間采樣而出現(xiàn)錯(cuò)誤(500.01=0.5ms)。對(duì)較小的定時(shí)誤差,這種差錯(cuò)可能會(huì)推遲出現(xiàn),但只要發(fā)送器發(fā)送一個(gè)足夠長(zhǎng)的位串并且發(fā)送器和接收器之間沒(méi)有同步機(jī)制,接收器與發(fā)送器就有可能出現(xiàn)失去同步。在數(shù)字通信中,發(fā)送器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息,可能是每次發(fā)送一個(gè)字符,又可能是每次發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀（大的數(shù)據(jù)塊）同步通信同步通信：發(fā)送方和接收方的采樣時(shí)鐘是同一個(gè)，在相同的數(shù)據(jù)傳送速率下，發(fā)送端和接受端的通信頻率保持嚴(yán)格同步1.外同步：接收端的同步信號(hào)事先由發(fā)送端送來(lái)；（應(yīng)用：短距離的高速傳輸中，該時(shí)鐘信號(hào)可由專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘線(xiàn)路傳輸）2.自同步：從數(shù)據(jù)信號(hào)波形中提取同步信號(hào)的方法－曼徹斯特編碼（應(yīng)用：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用同步傳輸方式時(shí)，常將時(shí)鐘同步信號(hào)植入數(shù)據(jù)信號(hào)幀中，以實(shí)現(xiàn)接收器與發(fā)送器的時(shí)鐘同步）傳輸單位不是以單個(gè)字符作為單位，而是以一串?dāng)?shù)據(jù)傳輸根據(jù)同步通信規(guī)程，同步通信又分為面向字符的同步通信和面向bit流的同步通信面向字符的同步通信如何界定字符塊的開(kāi)始和結(jié)束呢？數(shù)據(jù)塊由字符組成并以特殊的字符作為開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)志，數(shù)據(jù)塊前加一個(gè)或兩個(gè)同步字符SYN用于數(shù)據(jù)塊的同步傳遞的是ASCII可顯示字符，字符集可采用ASCII或EBCDIC中不用的字符（比如控制字符），每個(gè)字符無(wú)需起始位和停止位典型的面向字符的同步通信規(guī)程BISYNC必須商議的參數(shù)：波特率，字符長(zhǎng)度，奇偶校驗(yàn)面向位流的同步通信在面向bit流的同步通信中,每個(gè)數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部用一個(gè)或多個(gè)特殊的比特序列（01111110）來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束,數(shù)據(jù)塊將作為比特流處理,而不作為字符流處理(透明傳輸,位插入法）典型的面向位流的同步通信規(guī)程是高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC和同步數(shù)據(jù)鏈路控制SDLC規(guī)程雙方約定的參數(shù):傳輸速率,CRC生成多項(xiàng)式2.2.5串行通信和并行通信串行通信:以位為單位以時(shí)間為序并行通信:以字符為單位以時(shí)間為序典型的串行接口RS-232C是計(jì)算機(jī)或終端與modem間接口的物理層協(xié)議，物理層協(xié)議是定義了接口的機(jī)械、電氣、功能和過(guò)程特性EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（Recommededstandard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B.RS232A計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備稱(chēng)為DTE（dataterminalequipment)調(diào)制解調(diào)器DCE(datacircuit-terminatingequipment)RS232C標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械特性:1)25針D型插座及相關(guān)的長(zhǎng)、寬、高2)25PIN9PIN3)DTE端為maleDCE端為female電氣特性:邏輯0:＋12V,邏輯1:－12V最大傳輸距離15m最大傳輸速率<20Kbps功能和過(guò)程特性:發(fā)送數(shù)據(jù)前如何交互計(jì)算機(jī)與modem連接計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)的連接并行接口打印機(jī)采用25針的并行接口,2號(hào)到9號(hào)是用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的2.3多路復(fù)用無(wú)論是廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng),傳輸介質(zhì)的帶寬都會(huì)大于傳輸單一信號(hào)所需要的帶寬,為了有效利用傳輸系統(tǒng),通常采用多路復(fù)用技術(shù)來(lái)同時(shí)攜帶多路信號(hào)來(lái)高效率地使用傳輸介質(zhì)多路復(fù)用類(lèi)型2.3.1頻分多路復(fù)用通信線(xiàn)路的帶寬>單路信號(hào)帶寬,各路信號(hào)使用互不重疊的頻率范圍各路信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制,并且在各載波頻率之間留有一定的間隔使得各路信號(hào)帶寬不相互重疊,那么這些信號(hào)可以同時(shí)在介質(zhì)上傳輸（有線(xiàn)電視信號(hào)的傳輸）例:三級(jí)語(yǔ)音級(jí)的電話(huà)信道,每條語(yǔ)音級(jí)信道的有用帶寬限制在3100HZ左右,復(fù)用時(shí),為每條信道分配4000HZ,相互之間隔離（隔離帶900HZ)FDM（微觀(guān)）FDM(宏觀(guān)）2.3.2時(shí)分多路復(fù)用TDM每個(gè)信號(hào)按時(shí)間先后輪流交替使用單一信道,宏觀(guān)同時(shí)進(jìn)行,微觀(guān)并行。對(duì)單一信道的交替使用可以按位、字節(jié)或塊等單位來(lái)進(jìn)行一幀＝幀起始符＋信道1字符＋信道2字符＋…..＋信道n字符分類(lèi):同步時(shí)分多路復(fù)用STDM方法:復(fù)用器為每路分配固定的時(shí)間片,時(shí)間片組成幀（一個(gè)完整循環(huán)）

缺點(diǎn):如果某個(gè)信道無(wú)數(shù)據(jù),將造成信道資源的浪費(fèi)異步時(shí)分多路復(fù)用ATDM時(shí)間片是按需動(dòng)態(tài)分配目的:提高信道的利用率方法:復(fù)用器動(dòng)態(tài)為每路分配時(shí)間每個(gè)周期將時(shí)間片依次分配給有信息的信道在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元中必須包含地址信息,以便尋址目的節(jié)點(diǎn)異步時(shí)分多路復(fù)用示例每個(gè)時(shí)間片都攜帶信道號(hào),增加了額外開(kāi)銷(xiāo)（假設(shè)每幀3個(gè)時(shí)間片）總結(jié):傳輸介質(zhì)與信道關(guān)系（多對(duì)多）2.4數(shù)據(jù)交換當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)中間節(jié)點(diǎn),中間節(jié)點(diǎn)如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分類(lèi):電路交換,報(bào)文交換,分組交換2.4.1電路交換缺點(diǎn):1）用于建立連接的呼叫時(shí)間大大長(zhǎng)于數(shù)據(jù)傳送時(shí)間2）通信帶寬不能充分利用,效率低優(yōu)點(diǎn):實(shí)時(shí)性好,比較適用于信息量大、長(zhǎng)報(bào)文,經(jīng)常使用的固定用戶(hù)之間的通信。2.4.2報(bào)文交換(messageswitching)將用戶(hù)的報(bào)文存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中。當(dāng)所需要的輸出電路空閑時(shí),再將該報(bào)文發(fā)向接收交換機(jī)或終端,它以“存儲(chǔ)——轉(zhuǎn)發(fā)”方式在網(wǎng)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。缺點(diǎn):以報(bào)文為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā),網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延大,且占用大量的交換節(jié)點(diǎn)的緩存,不能滿(mǎn)足對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的用戶(hù)。適用范圍:報(bào)文交換適用于傳輸?shù)膱?bào)文較短、實(shí)時(shí)性要求較低的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)之間的通信,如公用電報(bào)網(wǎng)目前報(bào)文交換已不再使用。2.6.3分組交換(packetswitching)分組交換在線(xiàn)路上采用動(dòng)態(tài)復(fù)用技術(shù)傳送按一定長(zhǎng)度分割為許多小段的數(shù)據(jù)——分組（規(guī)定了最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度）。每個(gè)分組標(biāo)識(shí)后,在一條物理線(xiàn)路上采用動(dòng)態(tài)復(fù)用的技術(shù),同時(shí)傳送多個(gè)數(shù)據(jù)分組。把來(lái)自用戶(hù)發(fā)端的數(shù)據(jù)暫存在交換機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi),接著在網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)。到達(dá)接收端,再去掉分組頭將各數(shù)據(jù)字段按順序重新裝配成完整的報(bào)文。分組交換特點(diǎn):分組交換比電路交換的電路利用率高,比報(bào)文交換的傳輸時(shí)延小,交互性好。（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常使用）

虛電路交換將電路交換與分組交換結(jié)合虛電路連接的建立傳輸方發(fā)