第2章-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)課件

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1/14/20231本章內(nèi)容基本概念傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)通信接口數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)傳輸方式信道復(fù)用技術(shù)差錯控制及檢錯1/14/202322.1基本概念信息（Information）：是對事物運動狀態(tài)和特征的描述。數(shù)據(jù)（Data）：是傳遞（載荷）信息的實體。信號（Signal）：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在介質(zhì)中傳播。模擬信號、數(shù)字信號基帶（Baseband）、寬帶（Broadband）信息、數(shù)據(jù)和信號三者是緊密相關(guān)的。在計算機中，信息是用數(shù)據(jù)表示的并轉(zhuǎn)換成信號進(jìn)行傳送。1/14/20233信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）。比特（bit）：即一個二進(jìn)制位。比特率為每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)（即數(shù)據(jù)傳送速率）。碼元（Codecell）：時間軸上的一個信號編碼單元。t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖t同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始1/14/20234波特（Baud）：碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?。波特率為每秒傳送的碼元數(shù)（即信號傳送速率）。比特率、波特率和信號編碼級數(shù)的關(guān)系如下： Rbit=Rbaudlog2M上式中：M-信號的編碼級數(shù)，Rbit-比特率，Rbaud-波特率一個信號往往可以攜帶多個二進(jìn)制位，所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。換句話說，一個碼元中可以傳送多個比特。例如：當(dāng)波特率為9600時若M=2，數(shù)據(jù)傳輸率為9600b/s若M=16，數(shù)據(jù)傳輸率為38.4kb/s1/14/20235誤碼率：信道傳輸可靠性指標(biāo)，是一個概率值。P=NE/NN：傳輸?shù)目偽粩?shù)NE：傳錯的位數(shù)信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。例如：ASCII編碼、BCD編碼等1/14/20236數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法。例如：字符‘A’的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t1/14/20237帶寬（Bandwidth，BW）信道傳輸能力的度量。在傳統(tǒng)的通信工程中：BW≈fmax－fmin單位：赫茲（Hz）在計算機網(wǎng)絡(luò)中，一般用每秒允許傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)作為帶寬的計量單位。主要單位：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。例如：傳統(tǒng)以太網(wǎng)理論上每秒可以傳輸1千萬比特，它的帶寬為10Mb/s。1/14/20238時延（Delay）：信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時間。時延=處理時延+排隊時延+發(fā)送時延+傳播時延處理時延=對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和錯誤校驗所需的時間排隊時延=數(shù)據(jù)在中間結(jié)點等待轉(zhuǎn)發(fā)的延遲時間發(fā)送時延=數(shù)據(jù)位數(shù)/信道帶寬傳播時延=d/s

d:距離s:介質(zhì)中信號傳播速度(≈0.7c)1/14/20239時延帶寬乘積：某一信道所能容納的比特數(shù)。時延帶寬乘積=帶寬×傳播時延信道帶寬傳播時延例如，某信道的時延帶寬乘積為100萬比特，這意味著第一個比特到達(dá)目的端時，源端已發(fā)送了100萬比特。1/14/202310往返時延（Round-TripTime，RTT）：從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到接收端的確認(rèn)所經(jīng)歷的時間RTT≈2×傳播時延傳輸可靠性兩個含義：數(shù)據(jù)能正確送達(dá)數(shù)據(jù)能有序送達(dá)（當(dāng)采用分組交換時）1/14/202311數(shù)據(jù)通信的一般概念通信的三個要素：信源、信宿和信道噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)任何信道都不是完美無缺的，因此會對傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生干擾，稱為“噪聲”。外界：閃電、串?dāng)_、電氣設(shè)備內(nèi)部：介質(zhì)特性（衰減、延遲－與頻率有關(guān)）1/14/202312數(shù)字信號通過實際的信道失真不嚴(yán)重實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號波形輸出信號波形(失真不嚴(yán)重)失真嚴(yán)重輸入信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號波形(失真嚴(yán)重)1/14/202313信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸過程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過信道傳送到目的地信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸信息→數(shù)據(jù)→信號→在信道上傳輸→信號→數(shù)據(jù)→信息數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)解碼01000001‘A’01000001‘A’信道1/14/202314編碼：數(shù)據(jù)→適合傳輸?shù)臄?shù)字信號——便于同步、識別、糾錯調(diào)制：數(shù)字信號→適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形→數(shù)字信號解碼：數(shù)字信號→原始數(shù)據(jù)1/14/2023152.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸線路有線介質(zhì)、無線介質(zhì)傳輸設(shè)備調(diào)制解調(diào)器、中繼器、多路復(fù)用器、交換機等調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備也稱為DCE（DataCircuitEquipment）1/14/202316數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括：計算機、終端等分為：源系統(tǒng)（信源＋發(fā)送器）：發(fā)出數(shù)據(jù)的計算機目的系統(tǒng)（信宿＋接收器）：接收數(shù)據(jù)的計算機計算機、終端等設(shè)備也稱為DTE（DataTerminalEquipment）DCEDTEDTEDCE1/14/202317數(shù)據(jù)通信基本過程5個階段包含兩項內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程與打電話比較建立物理連接撥號，撥通對方建立邏輯連接互相確認(rèn)身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話斷開邏輯連接互相確認(rèn)要結(jié)束通話斷開物理連接雙方掛機1/14/2023182.2信道及其主要特征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。計算機網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。CATV（有線電視系統(tǒng)）、無線電廣播、電話撥號線路1/14/202319模擬信號和數(shù)字信號模擬信號時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值模擬信號能在數(shù)字信道上傳輸嗎？t1/14/202320數(shù)字信號時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號數(shù)字信號能在模擬信道上傳輸嗎？t1/14/202321周期信號和非周期信號周期信號信號由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。tTTTtTTT周期信號非周期信號tt1/14/202322數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信：在數(shù)字信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信：在模擬信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點抗噪聲（干擾）能力強可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量便于用計算機進(jìn)行處理易于加密、保密性強可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計算機通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。1/14/2023232.信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率Nyquist公式：用于無噪聲理想低通信道C=2Wlog2MC=數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/sW=帶寬，單位HzM=信號編碼級數(shù)奈奎斯特公式為估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率提供了依據(jù)。例如，話音級線路的帶寬約為3.1kHz，根據(jù)上式計算的信道最大數(shù)據(jù)傳輸率如右表所示：M最大數(shù)據(jù)率26200b/s412400b/s818600b/s1624800b/s3231000b/s1/14/202324非理想信道實際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗引起信號強度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。延遲會使接收端的信號產(chǎn)生畸變。噪聲會破壞信號，產(chǎn)生誤碼。例如：數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s時，持續(xù)時間0.01s的干擾會破壞約560個比特。1/14/2023251/14/202326香農(nóng)公式Shannon公式：用于有噪聲干擾信道C=Wlog2（1+S/N）

C:傳輸率，單位b/sW:帶寬，單位HzS/N:信噪比香農(nóng)給出了有噪聲信道的最大傳輸速率與帶寬的關(guān)系，因為實際信道不可能沒有噪聲，所以香農(nóng)定理比奈奎斯特定理更進(jìn)了一步。由于在實際使用中S和N的比值太大，故常取其分貝數(shù)（dB）。分貝數(shù)與信噪比的關(guān)系為：1/14/202327例如，當(dāng)S/N＝1000時，信噪比為30dB。這個公式與信號取的離散值的個數(shù)無關(guān)，也就是說無論用什么方法調(diào)制（或編碼），只要給定了信噪比，則單位時間內(nèi)最大的信息傳輸量就決定了。例如，信道帶寬為3000Hz，信噪比為30dB，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率為：1/14/202328Nyquist公式和Shannon公式的比較C=2Wlog2M用于理想信道（這樣的信道存在嗎？）數(shù)據(jù)傳輸率隨信號編碼級數(shù)增加而增加。C=Wlog2（1+S/N）用于有噪聲信道（實際的信道總是有噪聲?。o論信號編碼級數(shù)增加到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。1/14/2023292.2傳輸介質(zhì)要在網(wǎng)絡(luò)站點之間傳輸比特，就必須先找到一個在站點之間傳送信號的方法，也就是說必需建立有效的物理連接。傳輸介質(zhì)提供了這種最基本的連接。計算機網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸介質(zhì)有有線和無線兩大類。雙絞線、同軸電纜和光纖是常見的三種有線傳輸介質(zhì)。我們將討論這幾種建立物理連接的方法，同時還將介紹使用微波和衛(wèi)星傳送的無線通信技術(shù)。1/14/202330雙絞線雙絞線是由螺旋狀纏繞在一起的成對絕緣導(dǎo)線組成的。每對導(dǎo)線按照一定密度相互對絞，一根導(dǎo)線在傳輸信號時的電磁輻射會被另一根導(dǎo)線上的電磁輻射抵消，從而減少相互間的電磁干擾。由于雙絞線的價格便宜，并且安裝、維護(hù)方便，所以無論對于模擬信號還是數(shù)字信號，也無論對于廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)，雙絞線都是常用的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。1/14/202331絞合技術(shù)雙絞線是由粗約1mm的相互絕緣的一對銅導(dǎo)線絞合組成的，對稱均勻的絞扭可以減少線對之間的電磁干擾。絕緣材料使兩根線中的金屬導(dǎo)體不會因為互碰而導(dǎo)致電路短路。雙絞線可以用每單位長度導(dǎo)線上螺旋的數(shù)目來作為這種電纜的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)。螺旋的數(shù)目越多，就越有助于降低電容和減少串?dāng)_。串?dāng)_指相鄰導(dǎo)線對之間的相互電磁干擾。1/14/202332雙絞線的分類雙絞線通常被捆扎起來，并裹上保護(hù)層。按照保護(hù)層的區(qū)別，雙絞線分為屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線：1/14/202333非屏蔽雙絞線UTP非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，UTP）通常由不同顏色的（橙／綠／藍(lán)／棕）4對雙絞線組成，使用RJ-45連接器。1/14/202334屏蔽雙絞線STP屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair，STP）電纜外層由鋁箔包裹，價格相對較高，并且需要支持屏蔽功能的特殊連接器和適當(dāng)?shù)陌惭b技術(shù)，但是性能要高于相應(yīng)的非屏蔽雙絞線UTP。

內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣層箔屏蔽銅屏蔽外套1/14/202335綜合布線使用的雙絞線由于雙絞線價格便宜，安裝容易，適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線，所以得到了廣泛的使用。電子工業(yè)協(xié)會EIA定義了雙絞線電纜各種不同的型號雙絞線種類類型帶寬／Mb/s屏蔽雙絞線STP3類165類100非屏蔽雙絞線UTP3類164類205類100超5類1556類2501/14/202336同軸電纜同軸電纜是另一種常用的金屬導(dǎo)體傳輸介質(zhì)。同軸電纜的結(jié)構(gòu)由四個部分組成：1/14/202337同軸電纜的類型規(guī)格類型阻抗描述RG-58UThinwire50Ω固體實心銅線RG-58A/UThinwire50Ω絞合線RG-58C/UThinwire50ΩRG-58A/U的軍用版本RG-59CATV75Ω寬帶電纜，用于有線電視網(wǎng)RG-8Thickwire50Ω固體實心線RG-11Thickwire50Ω標(biāo)準(zhǔn)實心線RG-62Baseband93Ω用于ARCnet和IBM3270終端1/14/202338同軸電纜的用途同軸電纜通常采用基帶模式或?qū)拵Ｊ絺鬏斝畔ⅰＴ诨鶐Ｊ街?，電纜的帶寬完全用于單一的一個數(shù)據(jù)流。高帶寬容量，將允許電纜實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率的傳輸?；鶐Ъ夹g(shù)廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中，因為任何時刻局域網(wǎng)上都只有一個數(shù)據(jù)流。采用寬帶模式時，帶寬被劃分為幾個范圍。通常每一個頻率范圍都攜帶著各自的編碼信息，這樣就可以在一根電纜上同時傳輸多個數(shù)據(jù)流。為了合并及分離信號，必須在源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點處安裝特殊的設(shè)備。有線電視就是在單一電纜上傳輸多個信號（每個頻道一路信號）的一個例子。1/14/202339基帶同軸電纜在局域網(wǎng)中常用的基帶同軸電纜的特性阻抗為50Ω，有兩類：RG-8或RG-11的粗纜和RG-58細(xì)纜，應(yīng)用于最初的以太網(wǎng)物理層；粗纜以太網(wǎng)（10Base5） 應(yīng)用于最初的以太網(wǎng)，采用直徑約1cm的硬同軸電纜；使用刺入式收發(fā)器和AUI電纜組成總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)細(xì)纜以太網(wǎng)（10Base2） 細(xì)纜是在20世紀(jì)80年代用于以太網(wǎng)的最流行的傳輸介質(zhì)；BNC接頭，連接在T型連接器的兩端1/14/202340BNC連接器1/14/202341光纖光纖是由能傳送光波的超細(xì)光導(dǎo)纖維制成的。光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，由纖芯和包層構(gòu)成雙層同心圓柱體。1/14/202342光纖傳輸原理光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。纖芯-折射率高，玻璃包層-折射率低亮度調(diào)制：有光脈沖-1，無光脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD單向傳輸，雙向需兩根光纖應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接。1/14/202343多模光纖和單模光纖多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個光波波長多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播1/14/202344典型的光纜單芯光纜多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：纖芯——50um緩變型-MMF62.5um緩變型/增強型-MMF8.3um突變型-SMF包層——125um1/14/202345高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束1/14/202346實際使用的光纜分類分類方法光纜種類按所使用的光纖分類單模光纜、多模光纜、（階躍型、漸變型）按纜芯結(jié)構(gòu)劃分層絞式、骨架式、大束管式、帶式、單元式按外護(hù)套結(jié)構(gòu)分類無鎧裝、鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝按光纜中有無金屬分類有金屬光纜、無金屬光纜按維護(hù)方式分類充油光纜、充氣光纜按敷設(shè)方式分類直埋光纜、管道光纜、架空光纜、水底光纜按適用范圍分類中繼光纜、海底光纜、用戶光纜、局內(nèi)光纜、長途光纜1/14/202347網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)同軸電纜

同軸電纜由中心的一根導(dǎo)線和包圍在某外邊的圓筒狀導(dǎo)體組成

粗纜AUI（10Mbps、500m)細(xì)纜BNC（10Mbps、185m）

非屏蔽雙絞線UTP4對標(biāo)準(zhǔn)銅纜構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)：選用RJ45連接器

CATEGORY310MbpsCATEGORY5100Mbps屏蔽雙絞線STP屏蔽雙絞線是屏蔽技術(shù)和絞線技術(shù)的結(jié)合體，具有很強的抗電磁干擾，抗無線電干擾的能力。

光纜

采用光信號不受電磁干擾，傳輸距離長

1/14/202348無線信道無線傳輸介質(zhì)一般不是人為架設(shè)的介質(zhì)，而是自然界所存在的介質(zhì)，這種介質(zhì)就是廣義的無線介質(zhì)。在這些無線介質(zhì)中完成通信稱為無線通信。有許多無線介質(zhì)可以替換電纜：無線電波、紅外線信號以及微波等。因此，在使用電纜非常困難或者說根本不可能時，無線通信可以出色地代替電纜。但是使用無線通信的限制：同一介質(zhì)的其他信號、太陽黑子的運動、電離層變化和其他大氣干擾都會對通信信號形成干擾，從而會產(chǎn)生許多問題。1/14/202349無線電技術(shù)自然界的聲、熱、光、電、磁都可以在空間傳播，至今人類所認(rèn)識的紅外線、可見光、紫外線、x射線和γ射線，本質(zhì)上都是電磁波，只是其頻率和波長不同而已，這就是電磁波譜。人類可見光的頻率在4×1014Hz到7×1014Hz之間，其電磁波譜只占很小的一段頻域。較低頻域為紅外線，更高的頻域為紫外線、X射線、Υ射線。1/14/202350無線電波段劃分（部分）波段號頻率范圍（f）波長范圍（λ）波段名稱頻段名稱使用情況43～30kHz100～10km甚長波VLF甚低頻特殊通信，導(dǎo)航530～300kHz10～1km長波LF低頻天線很大，軍事應(yīng)用6300～3000kHz1000～100m中波MF中頻無線電廣播73～30MHz100～10m短波HF高頻短波無線電830～300MHz10～1m超短波VHF甚高頻甚高頻電視9300～3GHz10～1dm分米波UHF特高頻地方微波103～30GHz10～1cm厘米波SHF超高頻地方衛(wèi)星微波1130～300GHz10～1mm毫米波EHF極高頻實驗室點到點通信12300～3000GHz1～0.1mm絲米波至高頻1/14/202351無線電BS基站用戶計算機和終端BS基站覆蓋的無線電區(qū)域固定終端點（基站）和終端之間是無線鏈路F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的頻率1/14/202352微波技術(shù)微波通信系統(tǒng)可分為地面微波中繼系統(tǒng)和衛(wèi)星微波系統(tǒng)，兩者之間的功能相似，但通信能力有很大區(qū)別。1/14/202353地面微波系統(tǒng)地面微波系統(tǒng)由視距范圍內(nèi)的兩個相互對準(zhǔn)方向的拋物面天線組成，由于微波在空間是直線傳輸，而地球表面是個曲面，因此地面?zhèn)鬏數(shù)木嚯x受到限制，一般在50km左右。若采用100m的天線塔，則距離可增加到100km。1/14/202354地面微波中繼為實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，必須在一條無線通信信道的兩個終端之間建立若干個中繼站。中繼站把前一站送來的信號經(jīng)過放大后再傳送到下一站，這種傳遞不斷持續(xù)下去就可以實現(xiàn)視線被地表切斷的兩個站點間的傳輸。地球地面站之間的直視線路微波傳送塔1/14/202355衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信是利用衛(wèi)星上的微波天線接收地面發(fā)送站發(fā)送的信號，經(jīng)過放大后再轉(zhuǎn)發(fā)給地面接收站，通信衛(wèi)星可看作是懸在太空中的微波中繼站。地球地面站地面站商業(yè)衛(wèi)星通信波段波段上行頻段（GHz）下行頻段（GHz）L1.6465～1.661.545～1.5585C5.925～6.4253.7～4.2Ku14.0～14.511.7～12.2Ka27.5～30.517.7～21.71/14/202356地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用3個衛(wèi)星覆蓋全球36,000公里地球1/14/202357紅外線技術(shù)和激光技術(shù)紅外線傳輸用于短距離通信，如電視、錄象機等的遙控也可用于無線LAN缺點：不能穿透固體激光傳輸應(yīng)用：在屋頂用激光連接兩個建筑物的LAN缺點：不能穿透雨和濃霧，易受天氣影響1/14/202358移動通信手段無線通信系統(tǒng)：微波通信系統(tǒng)。頻率在100MHz-10GHz的信號叫做微波信號，它們對應(yīng)的信號波長為3m-3cm；蜂窩移動通信系統(tǒng)。多址接入方法主要是有：頻分多址接入FDMA，時分多址接入TDMA與碼分多址接入CDMA；衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。商用通信衛(wèi)星一般是被發(fā)射在赤道上方35900km的同步軌道上1/14/202359常用無線技術(shù)IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)微波、IrDA紅外線接口藍(lán)牙（Bluetooth，IEEE802.15）HomeRFIEEE802.11與DECT的結(jié)合DECT，DigitalEnhanceCordlessTelephone無線電話系統(tǒng)1/14/202360通信介質(zhì)的選擇保證最好的價格速率比：參考標(biāo)準(zhǔn)：費用距離傳輸速率（帶寬）信號干擾施工布線安全：（建筑規(guī)則、消防規(guī)則）1/14/2023612.3網(wǎng)絡(luò)通信接口接口分類：1.并行與串行接口并行接口：以并行的方式傳送信息的接口，每次都是將一個字節(jié)的所有位同時進(jìn)行傳送。串行接口：是接口與I/O設(shè)備之間以串行方式傳送數(shù)據(jù)，每一個字節(jié)是一位一位地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。1/14/2023622.同步和異步接口同步接口：是操作按照處理機控制的節(jié)拍進(jìn)行，在交換信息時與處理機的節(jié)拍同步。異步接口：操作不受處理機節(jié)拍控制，處理機與I/O設(shè)備之間交換信息，采用應(yīng)答方式。交換信息的設(shè)備分為：主控設(shè)備和從屬設(shè)備。主控設(shè)備：發(fā)出“請求”信號從屬設(shè)備：完成主控設(shè)備指定的操作，發(fā)出“回答”信號。1/14/2023633.可編程和不可編程接口可編程接口：是指它的功能和操作方式，可通過程序來改變或選擇。不可編程接口：功能和操作不能用程序來改變，可通過連線邏輯來實現(xiàn)。1/14/202364常見的通信接口1.RS-232-C接口：異步串行通信接口2.USB接口：通用串行總線，應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)3.IEEE1394：IEEE制定的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，兩種標(biāo)準(zhǔn)：IEEE1394a、IEEE1394b4.ISDN接口：ISDN的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口1/14/2023652.4數(shù)據(jù)編碼不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號：模擬信號數(shù)字信號信道：模擬信道數(shù)字信道1/14/202366模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)話音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制1/14/202367編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼1/14/202368調(diào)制與解調(diào)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制解調(diào)制1/14/2023691.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號常見的有兩類：不歸零碼和曼徹斯特編碼不歸零碼（NRZ，Non-ReturntoZero）二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；常用－5V表示0，＋5V表示1；缺點：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機制，傳輸時必須使用外同步。1/14/202370曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變：高→低的跳變代表0，低→高的跳變代表1每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號。這種編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。差分曼徹斯特編碼（Differential～）每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼元開始處有無跳變來表示0和1

，有跳變代表0，無跳變代表1。1/14/202371不同數(shù)字編碼的波形圖采樣脈沖采樣脈沖采樣脈沖(a)單極性不歸零碼(b)雙極性不歸零碼(c)單極性歸零碼(d)雙極性歸零碼(e)曼徹斯特編碼判決門限判決門限判決門限判決門限起始跳變有有有無無無無有二進(jìn)制數(shù)據(jù)：01101001跳變方向正負(fù)正正正負(fù)負(fù)負(fù)采樣脈沖采樣脈沖采樣脈沖(f)差分曼徹斯特編碼1/14/2023722.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。

載波信號S(t)=Acos(t+)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、初相位調(diào)制就是要使A、或隨數(shù)字基帶信號的變化而變化1/14/202373調(diào)制方法ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK1/14/2023743.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號1/14/202375PCM編碼模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。三個步驟：采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號稱為PCM信號（脈碼調(diào)制,PulseCodedModulation）。1/14/202376語音信號的數(shù)字化語音帶寬f<4kHz采樣時鐘頻率：8kHz（>2倍語音最大頻率）樣本量化級數(shù)：256級（8bit/每樣本）數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64kb/s每路PCM信號的速率=64kb/s模擬語音信號采樣時鐘PCM信號采樣電路量化和編碼數(shù)字化語音信號f<4kHzfs=8kHz1/14/202377PCM編碼過程舉例

語音信號011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號1/14/2023782.5數(shù)據(jù)傳輸方式單/雙工通信——單/雙向傳輸單工：數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）半雙工：數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時刻雙向傳輸（例：對講機）全雙工：數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（例：電話）需要具有兩條物理上獨立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向的信號傳輸。1/14/202379發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器單工方式：半雙工方式：全雙工方式：A站B站可同時不可同時1/14/202380基帶/頻帶/寬帶傳輸基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百MHZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號傳輸1/14/202381并行傳輸與串行傳輸數(shù)據(jù)通信設(shè)備11100111110011數(shù)據(jù)通信設(shè)備ASCII字符“S”1110011數(shù)據(jù)通信設(shè)備11100111110011數(shù)據(jù)通信設(shè)備ASCII字符“S”1110011（a）并行傳輸（b）串行傳輸1/14/202382數(shù)據(jù)同步方式目的是使接收端與發(fā)送端在時間基準(zhǔn)上一致：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結(jié)束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步1/14/202383位同步目的是使接收端接收的每一位信息都與發(fā)送端保持同步，2種同步方法：外同步——發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。1/14/202384字符同步常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要：1個起始位、5～8個數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個停止位采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”。起止式的優(yōu)缺點：頻率的漂移不會積累，每個字符開始時都會重新獲得同步；每兩個字符之間的間隔時間不固定；增加了輔助位，所以傳輸效率低；1/14/202385例如，采用1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、2個停止位時，其傳輸效率為8/11≈73％起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個字符時間邏輯“0”邏輯“1”1/14/202386幀同步目的：識別一個幀的起始和結(jié)束。幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊面向字符的——以同步字符（SYN，16H）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗和0–nbit8bit8bit8-32m1/14/2023872.6信道復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：多個信息源共享一個公共信道為何要復(fù)用？——提高線路利用率適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時類比：公共運輸系統(tǒng)（鐵路、海運、航空）DEMUX復(fù)用器分路器共享信道MUX信源信宿1/14/2023881.復(fù)用方法頻分復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸時分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按時間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途1/14/202389頻分復(fù)用FDM原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。CH2CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號復(fù)用器1/14/202390波分復(fù)用WDM原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖棱柱/衍射光柵1/14/202391時分復(fù)用TDM原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時隙號1231D3D2D1時間片12時間片2D1時隙D2復(fù)用器t1/14/202392由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復(fù)用也稱為同步時分復(fù)用。一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。時分復(fù)用的典型例子：PCM信號的傳輸把多個話路的PCM語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送每個時隙承載一路PCM信號1/14/202393統(tǒng)計（異步）TDM——STDMTDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費。STDM：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間片1時間片2同步TDM帶寬浪費A1B1B2時間片1時間片2統(tǒng)計TDM可用帶寬C21/14/202394碼分復(fù)用CDM原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列編碼（任意兩個地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被疊加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。地址碼序列兩兩相互正交：碼序列A、B，應(yīng)滿足AB=0，AB'=0，AA=1，AA'=-1其中為內(nèi)積運算。在無線移動通信中應(yīng)用廣泛。1/14/2023952.數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶。最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換為什么要采用交換技術(shù)？節(jié)省線路投資，提高線路利用率。實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換和分組交換。1/14/202396電路交換在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程?？梢允钦嬲奈锢砭€路，也可以是一個復(fù)用信道。特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。——稱為“面向連接的”（典型例子：電話）過程：建立連接→通信→釋放連接1/14/202397優(yōu)缺點：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；無糾錯機制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計算機通信：因為計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到10%。例如：建立連接的時間為0.5秒，計算機以1Mb/s的速率發(fā)送10k字節(jié)。線路利用率＝？1/14/202398電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換電路交換也能在多路復(fù)用信道上實現(xiàn)在物理線路的某個信道上建立連接1/14/202399報文交換以報文為單位進(jìn)行“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先存儲，待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲-轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰結(jié)點傳輸報文時建立結(jié)點間的連接?！Q為“無連接的”（典型例子：電報）整個報文（Message）作為一個整體一起發(fā)送。1/14/2023100優(yōu)缺點：沒有建立和拆除連接所需的等待時間；線路利用率高；傳輸可靠性較高；報文大小不一，造成存儲管理復(fù)雜；大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，且對存儲容量要求較高；出錯后整個報文全部重發(fā)。比較：下載時若無斷點續(xù)傳功能，一旦出錯你會怎樣做？1/14/2023101分組交換（包交換）將報文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路——也是“無連接的”。有強大的糾錯機制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。1/14/2023102優(yōu)缺點：對轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組——速度快；轉(zhuǎn)發(fā)延時小——適用于交互式通信；某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組——效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。需要分割報文和重組報文，增加了端站點的負(fù)擔(dān)。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式1/14/2023103數(shù)據(jù)報方式（Datagram）各分組獨立地確定路由（傳輸路徑）不能保證分組按序到達(dá)，所以目的站點需要按分組編號重新排序和組裝分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達(dá)1/14/2023104虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預(yù)先建立一條邏輯連接——虛電路虛電路是由其路徑上的所有交換機中的路由表定義的類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車:分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車站:節(jié)點）“西安－北京”這條線路可以看成是一條虛路徑也需要三個過程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除建立虛電路時，交換機將預(yù)留傳輸時所需的所有資源虛電路的路由在建立時確定，傳輸數(shù)據(jù)時則不再需要數(shù)據(jù)傳輸時只需指定虛電路號，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)——“數(shù)字管道”1/14/2023105虛電路方式的特點提供的是“面向連接”的服務(wù)但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個鏈路段——與鐵路系統(tǒng)類比！可以看成是采用了電路交換思想的分組交換能夠保證分組按序到達(dá)永久虛電路PVC和交換虛電路SVC1/14/2023106分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)1/14/2023107三種交換方式的事件順序呼叫請求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD尋路延遲線路交換分組1分組2分組3ABCD分組交換分組4t報文ABCD排隊延遲報文交換1/14/20231082.7差錯控制與檢錯什么是差錯控制？在通信過程