五、通信技術(shù)教材

1、5、通信技術(shù)本章概要 1、數(shù)據(jù)通信基礎技術(shù)：包括信道特征、數(shù)字編碼、調(diào)制與解調(diào) 2、傳輸與交換技術(shù)：包括復用技術(shù)、差錯控制技術(shù)基本概念 1、模擬信號、數(shù)字信號 2、波特率、比特率、碼元 碼元攜帶信息量n=2 N 3、頻譜與帶寬、信道容量 4、傳輸模式與通信模式尼奎斯特定理 基于有限帶寬無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 最大數(shù)據(jù)速率=2W（2）N（W是帶寬，N是碼元也即是離散值） 香農(nóng)公式（考慮噪聲）計算結(jié)果與尼奎斯特定理結(jié)果無可比性 W（2）（1+S/N） DB=10S/N編碼和傳輸 數(shù)據(jù)必須經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號或模擬信號（4中編碼方式） 數(shù)-數(shù) 數(shù)-模 模-數(shù) （數(shù)字信號傳輸） 模-模（模擬信

2、號傳輸）編碼類型 二進制數(shù)字信息在傳輸過程中可采用不同的代碼，這些代碼的抗噪性和定時能力各不相同。最基本的有單極性碼，極性碼，雙極性碼，歸零碼，雙相碼6種1、單極性碼（正電壓表示0，零電壓表示1），極性碼就是使用了正負兩個電壓。雙極性碼則使用了正負電壓和零電壓（典型是交替反轉(zhuǎn)碼AMI，零電壓代表0,1則使電壓在正負之間交替反轉(zhuǎn)） 直流分量和同步問題，必須依賴時鐘同步信號）2、歸零性編碼（指的是編碼信號量是否回歸零電壓，指碼元中間的信號回歸到0電壓） 非歸零編碼（nrz）（指的是不回歸0電壓，而是當1時電壓反轉(zhuǎn)，0時不翻轉(zhuǎn)）也稱 為差分機制3、雙相碼（通過不同方向的電壓翻轉(zhuǎn)（低到高代表0，高到低

3、代表1），這樣不僅可以 提高抗干擾性，還可以實現(xiàn)自同步，它也是曼徹施特編碼的基礎）曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼1、曼徹斯特編碼是一種雙相碼，用低到高電壓代表0，高到低代表1，它可以實現(xiàn)自同步，常用于以太網(wǎng)2、差分曼徹斯特編碼是在曼徹斯特編碼的基礎上添加了翻轉(zhuǎn)特性，遇0翻轉(zhuǎn)，遇1不變，常用于令牌環(huán)網(wǎng)。因為使用曼碼和差分曼碼時要求兩次電壓變化表示1bit，所以編碼效率只有50%3、4B/5B編碼每次對4位數(shù)據(jù)進行編碼，將其轉(zhuǎn)為5位符號，效率80%，應用在100base-FX，100base-TX，F(xiàn)DDI4、8B/10B編碼每次對8位數(shù)據(jù)編碼將其轉(zhuǎn)為10位符號，效率80%，千兆以太網(wǎng)2、調(diào)制技術(shù)

4、ASK（幅度鍵控）-用恒定的載波振幅值表示一個數(shù)（1），無載波表示0，實現(xiàn)簡單，但抗干擾性差，效率低（典型速率為1200b/s）FSK（頻移鍵控）-由載波fc（中間頻率）附近的兩個頻率f1，f2分別表示0,1抗干擾性較ASK有提升，但占用帶寬大PSK（相移鍵控）-用載波的相位偏移表示數(shù)值。抗干擾性最好，而且相位的變化可以作為定時信息來同步時鐘DPSK（差分相移鍵控）-利用調(diào)制信號前后碼元之間載波相對相位的變化來傳遞信息 QAM（正交調(diào)幅）-結(jié)合ASK和PSK兩種技術(shù)最常用的是PCM（脈沖編碼調(diào)制）3、傳輸交換與差錯控制技術(shù)數(shù)據(jù)通信方式：按傳輸方向分為單工，半雙工，雙工 按同步方式分為：1、異步

5、傳輸，即將各個字符分開傳輸，字 符間加上起止位同步信息，而且通常還加上校驗信息，適合 長距離傳輸。2、同步傳輸，即順序的連續(xù)傳輸，通常在傳輸 前同步，然后在傳輸時雙方以同一頻率工作，這種通信方式 適合短距離高速數(shù)據(jù)訪問，如磁盤訪問交換方式：1、電路交換，無傳輸延遲，適合大量數(shù)據(jù)傳輸和實時通信，傳輸 時間=鏈路建立時間+鏈路延遲時間+數(shù)據(jù)傳輸時間 2、報文交換，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，線路利用率高，但傳輸延遲大。 傳輸時間=（鏈路延時時間+中間節(jié)點延遲時間+報文傳送時間） *報文數(shù) 3、分組交換，有數(shù)據(jù)報方式，虛電路方式，信元交換方式傳輸時間=（鏈路延時時間+中間節(jié)點延遲時間+報文傳送時間）*分組數(shù)或

6、信元數(shù)4、復用技術(shù)復用技術(shù)：包括FDM，TDM，WDM復用技術(shù)特點與描述典型應用FDM在一條傳輸介質(zhì)上使用不同頻率的模擬載波信號進行傳輸，每個載波信號形成一個不重疊，相互隔離的頻帶，接收端通過濾波器來分離信號無線電廣播CATV寬帶局域網(wǎng)模擬載波系統(tǒng) TDM同步TDM-每個子通道安裝時間片輪流占用帶寬，但每個傳輸時間劃分為固定大小的周期，信道利用率低T1/E1等數(shù)字載波系統(tǒng)ISDNSonet/Sdh（同步光纖網(wǎng)絡統(tǒng)計TDM-固定大小的周期可以根據(jù)子通道的需求動態(tài)分配ATMWDM利用不同波長的光波承載不同的子通道用于光纖通信TDM計算題公式1、忽略網(wǎng)絡中的控制開銷、忽略網(wǎng)絡中的控制開銷公式如下：信

7、道（單位一般為個）公式如下：信道（單位一般為個）*時分多路每個分路的帶寬（時分多路每個分路的帶寬（kb/s)=帶帶寬（寬（kb/s)例題如下：例題如下：1、10個個9.6kb/s的信息按時分多路復用在一條線路上傳輸，如果忽略控的信息按時分多路復用在一條線路上傳輸，如果忽略控制開銷，在同步制開銷，在同步TDM情況下，復用線路的帶寬應該是：情況下，復用線路的帶寬應該是：10*9.6kb/s=96kb/s.2、即存在、即存在N%的時間在忙、另控制開銷為的時間在忙、另控制開銷為N%。公式如下：信道（單位一般為個）公式如下：信道（單位一般為個）*時分多路每個分路的帶寬（時分多路每個分路的帶寬（kb/s)

8、*N%的時間在忙的時間在忙/(1-N%控制開銷）括號內(nèi)的結(jié)果也有時候，直接被稱為利用控制開銷）括號內(nèi)的結(jié)果也有時候，直接被稱為利用率。率。2、10個個9.6kb/s的信息按時分多路復用在一條線路上傳輸，假定每個信的信息按時分多路復用在一條線路上傳輸，假定每個信道只有道只有30%在忙，利用線路的控制開銷為在忙，利用線路的控制開銷為10%，在同步，在同步TDM情況下，復用線情況下，復用線路的帶寬應該是：路的帶寬應該是：10*9.6kb/s*30%/(1-10%)=32kb/s。3、8個個128kb/s的信道通過統(tǒng)計時分復用到一條主干線路上，如果該線的信道通過統(tǒng)計時分復用到一條主干線路上，如果該線路

9、的利用率為路的利用率為90%，則其帶寬應該是：，則其帶寬應該是：8*128kb/s/0.9=1024kb/s/0.9=1137.775、流量控制技術(shù)流量控制技術(shù)是用來限制發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)流量，使其不要超過接收方的接收處理速率，接收方一般都會有一個緩沖區(qū)，先把數(shù)據(jù)緩存，然后處理。常用的流量控制協(xié)議有停等協(xié)議和滑動窗口協(xié)議1、停等協(xié)議：最簡單的流控協(xié)議，指如果發(fā)送方必須等待收到接收方的確認消息后才會發(fā)送。發(fā)送方發(fā)從發(fā)送消息到收到應答則 T=2tp（tp為傳播延遲）+tf（發(fā)送一幀的時間） 線路利用率=tf/(2tp+tf)=1/(2a+1) 線路傳播延遲tp=d（距離）/v(傳播速度） 傳播一幀的

10、時間tf=L（幀長度）/R（數(shù)據(jù)速率）2、滑動窗口協(xié)議：允許發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀而不用等待，通過調(diào)整窗口大小實現(xiàn)流量控制 線路利用率=w（窗口大?。? tf/(2tp+tf)=1/(2a+1)6、差錯控制技術(shù)兩種差錯編碼方式： 檢錯碼-只能讓接收方判斷數(shù)據(jù)是否有錯，但無法確認錯誤位置（奇偶校 驗碼，CRC碼） 糾錯碼-不僅能判斷是否有錯，還能糾正錯誤。（海明碼）1、奇偶校驗碼通過增加一位校驗位來使編碼中1的各數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或者偶數(shù)（偶校驗）。分為水平奇偶校驗，垂直奇偶校驗，水平垂直奇偶校驗。2、海明碼 一個編碼系統(tǒng)中兩個合法編碼之間不同的二進制位數(shù)叫這兩個碼子的海明 距離，也叫碼距（d）。整個編

11、碼系統(tǒng)中任意兩個碼字的最小距離就是海明 距離。 d位海明距離可以發(fā)現(xiàn)d-1位錯，糾（d-1）/2位錯海明碼計算要采用海明碼糾錯，需要按以下步驟來進行：計算校驗位數(shù)確定校驗碼位置確定校驗碼實現(xiàn)校驗和糾錯。下面來具體介紹這幾個步驟 1、計算校驗位數(shù)：n=m+r n為數(shù)據(jù)總長度，m是有效數(shù)據(jù)位數(shù)，r是校驗位數(shù) 為糾正單個錯誤必須有2n=(n+1)2m2、確定校驗碼位置： 2n 4位校驗碼分別在20， 21， 22， 233、確定校驗碼：每個校驗碼都代表代碼字中特定位數(shù)的奇偶性。第i位校驗碼從當前位開始，每次連續(xù)校驗i（這里是數(shù)值i，不是第i位，下同）位后再跳過i位，然后再連續(xù)校驗i位，再跳過i位，以

12、此類推。最后根據(jù)所采用的是奇校驗，還是偶校驗即可得出第i位校驗碼的值 。如p2是第二位，則連續(xù)校驗2,3位，跳過2位校驗6,7位依次類推4、實現(xiàn)校驗和糾錯：CRC校驗其根本思想就是先在要發(fā)送的幀后面附加一個數(shù)（這個就是用來校驗的校驗碼，但要注意，這里的數(shù)也是二進制序列的，下同），生成一個新幀發(fā)送給接收端。當然，這個附加的數(shù)不是隨意的，它要使所生成的新幀能與發(fā)送端和接收端共同選定的某個特定數(shù)整除（注意，這里不是直接采用二進制除法，而是采用一種稱之為“模2除法”）。到達接收端后，再把接收到的新幀除以（同樣采用“模2除法”）這個選定的除數(shù)。因為在發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前就已通過附加一個數(shù)，做了“去余”處理（也就已經(jīng)能整除了），所以結(jié)果應該是沒有余數(shù)。如果有余數(shù)，則表明該幀在傳輸過程中出現(xiàn)了差錯。 （1）先選擇（可以隨機選擇，也可按標準選擇，具體在后面介紹）一個用于在接收端進行校驗時，對接收的幀進行除法運算的除數(shù)（是二進制比較特串，通常是以多項方式表示，所以CRC又稱多項式編碼方法，這個多項式也稱之為“生成多項式”）。 （2）看所選定的除數(shù)二進制位數(shù)（假設為k位），然后在要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀（假設為m位）后面加上k-1位“0”，然后以這個加了k-1個“0“的新幀（一共是m+k-1位）以“模2除法”方式除以上面這個除數(shù)，所得到的余數(shù)（也是二進制的比特串）就