計算機網(wǎng)絡技術第四講課件

計算機網(wǎng)絡技術聊城大學環(huán)境與規(guī)劃學院2007年1月第四講計算機網(wǎng)絡技術聊城大學環(huán)境與規(guī)劃學院第四講1.3傳輸技術1.3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1.3.2通信的基本模式1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.3.4差錯檢測與控制1.3.5流量控制與滑動窗口協(xié)議1.3.6信道的多路復用技術1.3傳輸技術1.3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道。模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配2.數(shù)據(jù)信號的表示(1)時域表示法：就是把信號的幅值表示成時間函數(shù)。

tta)模擬信號b)數(shù)字信號模擬信號：時間上連續(xù)，包含無窮多個值數(shù)字信號：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的預定值§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配2.數(shù)據(jù)信號的表示(1)1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配典型的模擬信號是如（a）圖所示的正弦波信號。（b）圖為二進制數(shù)字信號，二者皆為周期信號。§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配典型的模擬信1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配(2)頻譜表示法：就是把信號的幅值表示成頻率的函數(shù)。這是基于傅里葉分析的一種方法。傅里葉分析表明，基頻為f的任意周期函數(shù)g(t)都可以由（無限個）正弦函數(shù)和余弦函數(shù)合成，即

g(t)=1/2C+∑ansin(2πnft)+∑bncos(2πnft)式中，f稱為基頻，C是常數(shù)，an、bn是第n次諧波的幅值，n=1的分量波成為基波?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配(2)頻譜表示法：g(t)1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配為了能夠既簡單又清楚的表示一個信號函數(shù)包含哪些頻率分量以及各分量所占比重，可以采用頻譜圖的方法。頻譜圖是由一系列按頻率高低排列起來的線段組成的，線段的長度表示各次諧波的振幅（幅值）?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配為了能夠既簡單又清楚1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配(2)頻譜表示法-周期性方波信號的頻譜§1.3傳輸技術0tgt

(t)(a)1t/2-t/20w2p/

t-2p/

t(b)F(w)g(t)=4/π[sinωt+1/3(sin3ωt)+1/5(sin5ωt)+…]1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配(2)頻譜表示法-周期性方1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配周期性方波信號的時域表示與頻譜表示§1.3傳輸技術-T2t-02tT2T1tf(t)0Fntπ2tπ4tπ4-tπ2-w（a）時域表示（b）頻譜表示1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配周期性方波信號的時域表示與頻1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配3.數(shù)據(jù)信號分析對一個持續(xù)時間有限的數(shù)據(jù)信號進行傅里葉分析，分析出它的諧波組成。這里帶寬的概念不是指絕對帶寬（一個信號的頻率范圍），而是指信號大部分能量都集中在某一段頻帶之中，稱為信號的有效帶寬，簡稱帶寬。用這種方法，可以看出一種信號的頻率范圍——帶寬以及每一個頻率分量（諧波）的信號能量的大小。§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配3.數(shù)據(jù)信號分析1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配3.數(shù)據(jù)信號分析基帶信號廣義層次概念中等層次概念狹義層次概念頻帶信號寬帶信號§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配3.數(shù)據(jù)信號分析基帶信號§1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配4.信道的主要性能參數(shù)實際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。a）衰減b）延遲c）噪聲

§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配4.信道的主要性能參數(shù)1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（1）傳輸速率：它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的重要指標，有兩種表示方法。

波特率B=1/T(Baud)

式中T——信號碼元的寬度，單位為s。波特率，也稱信號傳輸速率、碼元速率、調(diào)制速率、或傳碼率?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（1）傳輸速率：它是衡量數(shù)據(jù)1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配

比特率R=(1/T)log2M(b/s)式中:T——一個數(shù)字脈沖信號的寬度(全寬碼)或重復周期(歸零碼)，單位為秒(s)；M——一個碼元所取的離散值個數(shù)。通常M=2K，K為二進制信息的位數(shù)，K=log2M。M=4時，R=2/T，表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復頻率。比特率也稱為數(shù)據(jù)傳輸速率或傳信率?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配比特率§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配比特率R與波特率B有如下關系：R=Blog2M(b/s)或B=R/log2M(Baud)

調(diào)制方式、波特率、比特率的關系表波特率(Baud)

1200120016002400調(diào)制方式

調(diào)頻四相調(diào)制八相調(diào)制十六相調(diào)制

(M=2)(M=4)

(M=8)

(M=16)比特率(b/s)

1200240048009600比特率與波特率的關系§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配比特率R與波特率B有1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（2）信道帶寬

信道允許通過的信號頻率范圍，即可傳送的信號最高頻率與最低頻率之差，被稱為信道的通頻帶寬，亦即信道帶寬，單位為Hz。信道對信號的限制會導致失真，限制信號的傳輸速率，增加信號識別難度?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（2）信道帶寬1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（2）信道帶寬-寬帶

§1.3傳輸技術

寬帶是指比音頻帶寬更寬的頻帶（速度在1.54Mb/s），它包括大部分電磁波頻譜。利用寬帶進行的傳輸稱為寬帶傳輸。

寬帶傳輸系統(tǒng)可以是模擬或數(shù)字傳輸系統(tǒng)，它能夠在同一信道上進行數(shù)字信息和模擬信息傳輸。寬帶傳輸系統(tǒng)可容納全部廣播信號，并可進行高速數(shù)據(jù)傳輸。1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（2）信道帶寬-寬帶1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配寬帶網(wǎng)的優(yōu)點：傳輸速率高。相對費用低。高速連接使得視頻點播，遠程教育，網(wǎng)上娛樂等深層次應用稱為可能，極大地豐富了互聯(lián)網(wǎng)的應用?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配寬帶網(wǎng)的優(yōu)點：§1.3傳輸1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配M最大數(shù)據(jù)率(C)26kbps412kbps818kbps1624kbpsSmax=2Wlog2MSmax:傳輸率，b/s或bpsW:帶寬，Hz；2W:采樣頻率M:信號電平級數(shù)例如：話音級線路(3kHz)的信道容量計算，如右圖所示。Nyquist公式：用于理想低通信道（3）信道容量§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配M1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配Shannon公式：有限帶寬高斯噪聲干擾信道C=Wlog2(1+S/N)式中，C=傳輸率，單位b/s，W=有限帶寬無噪聲信道的帶寬，單位Hz，S為信道上數(shù)據(jù)信號的平均功率，N為信道內(nèi)部的噪聲功率，S/N為信噪比?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配Shannon公式：有限帶寬1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配例：信道帶寬W=3KHz，S/N=2000，則C=3000*log2(1+2000)≈30Kb/s即該信道上的最大數(shù)據(jù)傳輸率不會大于30Kb/sS/NdB信噪比（dB分貝）的定義S/NdB=10log10S/N§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配例：信道帶寬W=3KHz，S1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配Nyquist公式和Shannon公式的比較Smax=2Wlog2M數(shù)據(jù)傳輸率Smax隨信號編碼級數(shù)增加而增加。C=Wlog2(1+S/N)無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達到的最高傳輸速率。噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配Nyquist公式和Shan1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（4）信道的誤碼率誤碼率是指信道傳輸信號的出錯率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標。誤碼率公式為：

P=Ne/N式中Ne——其中出錯的位數(shù)；N——傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總數(shù)。誤碼率=收信誤碼數(shù)/傳輸?shù)娜看a元數(shù)§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（4）信道的誤碼率誤1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配5.數(shù)字信號的模擬調(diào)制

調(diào)制：就是利用基帶信號對模擬載波信號的某些參量進行控制，使這些參量隨基帶信號的變化而變化的過程。解調(diào)：調(diào)制的逆過程(把從信道上接受到的模擬信號變換為數(shù)字數(shù)據(jù))。調(diào)制后的信號叫已調(diào)信號，它包含了調(diào)制信號的所有信息。§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配5.數(shù)字信號的模擬調(diào)制調(diào)制1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配5.數(shù)字信號的模擬調(diào)制

設載波信號為正弦交流信號u(t)＝umsin(t+)。此處A是幅度，是角頻率，是相位。ASK（幅移鍵控）：用幅值的正弦載波信號來分別表示數(shù)字“1”和“0”。例如，用正弦表示1，零幅值表示0。就是利用基帶脈沖信號對模擬載波信號的幅度進行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化，頻率和相位均不變。其實現(xiàn)方法有：乘法器和鍵控開關。ASK技術簡單，實現(xiàn)容易，但抗干擾能力較差?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配5.數(shù)字信號的模擬調(diào)制設載1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配5.數(shù)字信號的模擬調(diào)制

FSK(頻移鍵控)：利用基帶脈沖信號對模擬載波信號的頻率進行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化(通過改變載波信號的角頻率來表示數(shù)字信號中的“1”和“0”)，幅度和相位均不變。FSK由鍵控方法實現(xiàn)，利用數(shù)字信號控制開關對兩個不同的獨立載波頻率源進行選通。FSK技術較簡單，實現(xiàn)較容易，抗干擾能力較強。是目前較常用的調(diào)制方法。§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配5.數(shù)字信號的模擬調(diào)制FS1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配5.數(shù)字信號的模擬調(diào)制

PSK(相移鍵控)：利用基帶脈沖信號對模擬載波信號的相位進行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化(通過改變載波信號的相位值來表示數(shù)字信號中的“1”和“0”)，幅度和頻率均不變。相移鍵控又有絕對相移鍵控和相對相移鍵控，在模擬通信中，為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，常采用多相調(diào)制方法?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配5.數(shù)字信號的模擬調(diào)制PS本課到此結束!THANKYOUVERYMUCH！本課到此結束!THANKYOUVERYMUCH！計算機網(wǎng)絡技術聊城大學環(huán)境與規(guī)劃學院2007年1月第四講計算機網(wǎng)絡技術聊城大學環(huán)境與規(guī)劃學院第四講1.3傳輸技術1.3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1.3.2通信的基本模式1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.3.4差錯檢測與控制1.3.5流量控制與滑動窗口協(xié)議1.3.6信道的多路復用技術1.3傳輸技術1.3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道。模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配2.數(shù)據(jù)信號的表示(1)時域表示法：就是把信號的幅值表示成時間函數(shù)。

tta)模擬信號b)數(shù)字信號模擬信號：時間上連續(xù)，包含無窮多個值數(shù)字信號：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的預定值§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配2.數(shù)據(jù)信號的表示(1)1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配典型的模擬信號是如（a）圖所示的正弦波信號。（b）圖為二進制數(shù)字信號，二者皆為周期信號。§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配典型的模擬信1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配(2)頻譜表示法：就是把信號的幅值表示成頻率的函數(shù)。這是基于傅里葉分析的一種方法。傅里葉分析表明，基頻為f的任意周期函數(shù)g(t)都可以由（無限個）正弦函數(shù)和余弦函數(shù)合成，即

g(t)=1/2C+∑ansin(2πnft)+∑bncos(2πnft)式中，f稱為基頻，C是常數(shù)，an、bn是第n次諧波的幅值，n=1的分量波成為基波?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配(2)頻譜表示法：g(t)1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配為了能夠既簡單又清楚的表示一個信號函數(shù)包含哪些頻率分量以及各分量所占比重，可以采用頻譜圖的方法。頻譜圖是由一系列按頻率高低排列起來的線段組成的，線段的長度表示各次諧波的振幅（幅值）?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配為了能夠既簡單又清楚1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配(2)頻譜表示法-周期性方波信號的頻譜§1.3傳輸技術0tgt

(t)(a)1t/2-t/20w2p/

t-2p/

t(b)F(w)g(t)=4/π[sinωt+1/3(sin3ωt)+1/5(sin5ωt)+…]1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配(2)頻譜表示法-周期性方1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配周期性方波信號的時域表示與頻譜表示§1.3傳輸技術-T2t-02tT2T1tf(t)0Fntπ2tπ4tπ4-tπ2-w（a）時域表示（b）頻譜表示1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配周期性方波信號的時域表示與頻1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配3.數(shù)據(jù)信號分析對一個持續(xù)時間有限的數(shù)據(jù)信號進行傅里葉分析，分析出它的諧波組成。這里帶寬的概念不是指絕對帶寬（一個信號的頻率范圍），而是指信號大部分能量都集中在某一段頻帶之中，稱為信號的有效帶寬，簡稱帶寬。用這種方法，可以看出一種信號的頻率范圍——帶寬以及每一個頻率分量（諧波）的信號能量的大小?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配3.數(shù)據(jù)信號分析1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配3.數(shù)據(jù)信號分析基帶信號廣義層次概念中等層次概念狹義層次概念頻帶信號寬帶信號§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配3.數(shù)據(jù)信號分析基帶信號§1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配4.信道的主要性能參數(shù)實際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。a）衰減b）延遲c）噪聲

§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配4.信道的主要性能參數(shù)1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（1）傳輸速率：它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的重要指標，有兩種表示方法。

波特率B=1/T(Baud)

式中T——信號碼元的寬度，單位為s。波特率，也稱信號傳輸速率、碼元速率、調(diào)制速率、或傳碼率。§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（1）傳輸速率：它是衡量數(shù)據(jù)1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配

比特率R=(1/T)log2M(b/s)式中:T——一個數(shù)字脈沖信號的寬度(全寬碼)或重復周期(歸零碼)，單位為秒(s)；M——一個碼元所取的離散值個數(shù)。通常M=2K，K為二進制信息的位數(shù)，K=log2M。M=4時，R=2/T，表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復頻率。比特率也稱為數(shù)據(jù)傳輸速率或傳信率。§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配比特率§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配比特率R與波特率B有如下關系：R=Blog2M(b/s)或B=R/log2M(Baud)

調(diào)制方式、波特率、比特率的關系表波特率(Baud)

1200120016002400調(diào)制方式

調(diào)頻四相調(diào)制八相調(diào)制十六相調(diào)制

(M=2)(M=4)

(M=8)

(M=16)比特率(b/s)

1200240048009600比特率與波特率的關系§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配比特率R與波特率B有1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（2）信道帶寬

信道允許通過的信號頻率范圍，即可傳送的信號最高頻率與最低頻率之差，被稱為信道的通頻帶寬，亦即信道帶寬，單位為Hz。信道對信號的限制會導致失真，限制信號的傳輸速率，增加信號識別難度?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（2）信道帶寬1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（2）信道帶寬-寬帶

§1.3傳輸技術

寬帶是指比音頻帶寬更寬的頻帶（速度在1.54Mb/s），它包括大部分電磁波頻譜。利用寬帶進行的傳輸稱為寬帶傳輸。

寬帶傳輸系統(tǒng)可以是模擬或數(shù)字傳輸系統(tǒng)，它能夠在同一信道上進行數(shù)字信息和模擬信息傳輸。寬帶傳輸系統(tǒng)可容納全部廣播信號，并可進行高速數(shù)據(jù)傳輸。1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（2）信道帶寬-寬帶1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配寬帶網(wǎng)的優(yōu)點：傳輸速率高。相對費用低。高速連接使得視頻點播，遠程教育，網(wǎng)上娛樂等深層次應用稱為可能，極大地豐富了互聯(lián)網(wǎng)的應用?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配寬帶網(wǎng)的優(yōu)點：§1.3傳輸1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配M最大數(shù)據(jù)率(C)26kbps412kbps818kbps1624kbpsSmax=2Wlog2MSmax:傳輸率，b/s或bpsW:帶寬，Hz；2W:采樣頻率M:信號電平級數(shù)例如：話音級線路(3kHz)的信道容量計算，如右圖所示。Nyquist公式：用于理想低通信道（3）信道容量§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配M1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配Shannon公式：有限帶寬高斯噪聲干擾信道C=Wlog2(1+S/N)式中，C=傳輸率，單位b/s，W=有限帶寬無噪聲信道的帶寬，單位Hz，S為信道上數(shù)據(jù)信號的平均功率，N為信道內(nèi)部的噪聲功率，S/N為信噪比?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配Shannon公式：有限帶寬1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配例：信道帶寬W=3KHz，S/N=2000，則C=3000*log2(1+2000)≈30Kb/s即該信道上的最大數(shù)據(jù)傳輸率不會大于30Kb/sS/NdB信噪比（dB分貝）的定義S/NdB=10log10S/N§1.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配例：信道帶寬W=3KHz，S1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配Nyquist公式和Shannon公式的比較Smax=2Wlog2M數(shù)據(jù)傳輸率Smax隨信號編碼級數(shù)增加而增加。C=Wlog2(1+S/N)無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達到的最高傳輸速率。噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加?！?.3傳輸技術1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配Nyquist公式和Shan1.3.3數(shù)據(jù)信號與信道的匹配（4）信道的誤碼率誤碼率是指信道傳輸信號的出錯率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標。誤碼率公式為：