第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)-計算機網(wǎng)絡(luò)課件

第2章數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識本章內(nèi)容數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本概念傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)差錯控制數(shù)據(jù)通信性能指標12.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源點：源點設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。終點：終點設(shè)備從接收器獲取傳送來的信息。傳輸系統(tǒng)可以是簡單的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備噪聲源點發(fā)送器信道接收器終點源系統(tǒng)目的系統(tǒng)2數(shù)據(jù)通信過程5個階段包含兩項內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程建立物理連接

建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路

數(shù)據(jù)傳輸

雙方確認通信結(jié)束，斷開邏輯連接

斷開物理連接

32.2基本概念數(shù)據(jù)與信號信道通信方式傳輸方式同步方式42.2.1數(shù)據(jù)與信號信息（Information）待傳輸?shù)膬?nèi)容，如聲音、圖片。數(shù)據(jù)（Data）信息的表示形式，是傳遞（攜帶）信息的載體，有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)之分。信號（Signal）是數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砹勘硎拘问剑ㄍǔ殡娋幋a），數(shù)據(jù)通過信號的形式在介質(zhì)中傳播，有模擬信號和數(shù)字信號之分。信息→數(shù)據(jù)→信號→在信道上傳輸→信號→數(shù)據(jù)→信息信道5模擬信號表示數(shù)據(jù)的特征參量連續(xù)，包含無窮多個信號值數(shù)字信號表示數(shù)據(jù)的特征參量離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二進制信號ta）模擬信號tb）數(shù)字信號6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)（如語音信號）tTTTtTTT周期信號非周期信號tt7不同類型的數(shù)據(jù)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)字數(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8模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語音放大,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字數(shù)字數(shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制9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)制高頻信號調(diào)制：將低頻的數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)變換為高頻已調(diào)信號，以適合傳輸?shù)男问?，按頻率、幅度、相位調(diào)制。解調(diào)：將高頻已調(diào)信號變換為低頻的數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。101011Tb001ttt模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制11tOg()A2t2t_twG()wO低頻數(shù)字信號頻譜12高頻已調(diào)信號頻譜fO13信源編碼：將模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號表示的方法。例如PCM編碼。數(shù)字編碼（數(shù)字信號編碼或信道編碼）：將數(shù)字數(shù)據(jù)用數(shù)字信號表示的方法，使信號適合信道的傳輸，便于同步識別、糾錯等。解碼：編碼的逆過程。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142.2.2信道信道（Channel）：傳送信息的通道。數(shù)字信道：以數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)的信道。計算機網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進行數(shù)據(jù)傳輸模擬信道：以模擬信號傳輸數(shù)據(jù)的信道。模擬電視、無線電廣播、電話撥號線路15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16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)量便于用計算機進行處理易于加密、保密性強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)。172.2.3通信方式單工 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，一般采用4線制，分別用于不同方向的信號傳輸。18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19基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號（基帶信號）直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制成高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2.2.4傳輸方式20tOg()A2t2t_twG()wO數(shù)字信號頻譜（基帶）數(shù)字語音信號頻帶為64kHz21數(shù)字調(diào)制1011Tb001ttt22高頻已調(diào)信號頻譜（頻帶）fO23寬帶傳輸First-levelMUX1212?-Second-levelMUX125?-Third-levelMUX1210?-BasicGroupSuperGroupMasterGroup(a)04kHzf(b)12111098765432160kHz108kHz48kHzBasicGroupA(LSB)121110987654321196kHz148kHzBasicGroupB(USB)(c)12121212121111112345SuperGroup2(LSB)312kHz552kHz12121212121111112345SuperGroup2(USB)300kHz60kHz(d

)VoiceChannel北美多路載波電話系統(tǒng)24同步的目的：使接收端嚴格按發(fā)送端的時間基準(包括開始時間、位邊界、重復(fù)頻率等)接收數(shù)據(jù)。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2.2.5同步方式25同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始

●同步脈沖也可位于碼元的中部t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖t26110010001110ttttt110010000110t27目的：使接收端與發(fā)送端的每一位數(shù)據(jù)保持同步，識別碼位的邊界。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。

位同步28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)編碼信號中提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。

位同步00111010029目的：找到正確的字符邊界，識別完整的字符。起止式（異步式）：每個字符按照獨立的整體進行發(fā)送，字符間隔時間可變。采用這種異步式同步方式的通信也稱“異步通信”。1個起始位，5～8個數(shù)據(jù)位，1、1.5或2個停止位。起止式的優(yōu)缺點：每個字符開始時都會重新獲得同步，頻率的漂移不會積累。增加了輔助位，且每兩個字符之間的間隔時間不固定，所以傳輸效率低。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”字符同步30同步式：字符成組進行發(fā)送，字符間無間隔時間。發(fā)送每組字符前，先發(fā)送由一個或多個字符組成的同步字符，收到接收端的同步確認信號后，開始發(fā)送第一個字符，直到結(jié)束字符。傳輸效率高。字符同步31目的：識別一個幀的起始和結(jié)束（邊界）

幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息的一定大小和格式的數(shù)據(jù)塊。面向字符的幀——以同步字符（SYN，16H）來標識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀。面向比特的幀——以特殊位序列（7EH，即01111110）來標識一個幀的開始，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~nbit8bit8bit8~32m7EH7EH幀同步322.3傳輸介質(zhì)金屬導(dǎo)體雙絞線、同軸電纜(粗、細)光纖無線介質(zhì)微波、衛(wèi)星、紅外線33同軸電纜（CoaxialCable，CC）計算機網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜阻抗50，應(yīng)用于總線型局域網(wǎng)（以太網(wǎng)），10Mb/s，1000m，以被雙絞線或光纖所替代。寬帶同軸電纜：

阻抗75，屏蔽層用鋁箔纏繞而成，應(yīng)用于有線電視，500MHz，100km?？闺姶泡椛淠芰?。銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護套34雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根4對、25對、1800對典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭優(yōu)缺點：

成本低組裝密度高、節(jié)省空間

安裝容易連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)（2對）、計算機局域網(wǎng)（2、4對）內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套35屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，安裝困難雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛36光纖（OpticalFiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸（幾十公里甚至上百公里）抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價格較高需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：石英玻璃

（高純玻璃）37包層，折射率低纖芯，折射率高纖芯——8-100um石英玻璃絲包層——125um多層反射玻璃纖維纖芯加包層總直徑不到0.2mm折射角大于入射角折射角入射角38光纖傳輸原理——光的反射光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時，折射角大于入射角。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：有光脈沖為1，無光脈沖為0。單向傳輸，雙向需兩根光纖光源：波長850nm/1300nm/1500nm衰減較小的3個波段。應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接39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不產(chǎn)生反射40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41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42無線介質(zhì)（信號在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波攜帶信息優(yōu)缺點：無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾反射，為障礙物所阻隔43微波通信主要是直線傳播通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：50～100km，100m高天線可達100km地球地面站之間的直視線路

微波傳送塔44采用地球同步衛(wèi)星作為中繼器的微波通信與地面站相對固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（≈270ms）應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784km地球45電磁波波譜λ=c/f（c為自由空間的光速c＝3×108m／s）4647激光傳輸將激光束調(diào)制成光脈沖傳輸數(shù)據(jù)特點：激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕竊聽受天氣影響，如有霧時能見度低只能在短距離通信中使用48紅外線通信 紅外線傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng)，信號不能穿越墻壁。特點：紅外通信的設(shè)備相對便宜，可獲得較高的帶寬傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響。49短波通信直線傳播頻率比微波低，通信距離和帶寬比微波小基站與終端之間通信采用無線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站用戶計算機和終端50常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價格應(yīng)用雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s模擬:10km數(shù)字:500m較好低模擬/數(shù)字信號傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數(shù)字信號75Ω同軸電纜寬帶≤450MHz100km較好較低模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻光纖基帶40Gb/s20km以上很好較高遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶4～6GHz幾百km好中等遠程通信衛(wèi)星寬帶1～10GHz18000km很好高遠程通信512.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼（信道編碼）使數(shù)字數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼使數(shù)字數(shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼（信源編碼）使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸522.4.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼不歸零碼（Non-ReturntoZero，NRZ）二進制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；常用－5V表示1，＋5V表示0；缺點：單極性時存在直流分量，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。532.4.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼曼徹斯特編碼（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1，低→高的跳變代表0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）。542.4.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterCoding，DMC）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。每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。既是接收的信號電平完全反向，也不影響正確接收，抗干擾能力強。55三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時鐘NRZManchester差分Manchester562.4.2數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼數(shù)字ModulatorDemodulator數(shù)字模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制器解調(diào)器高頻信號572.4.2數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼三種常用的數(shù)字調(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58ASK：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100110100010ASKFSKPSK59幅移鍵控ASK602.4.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼模擬數(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。PCM編碼：采樣：按一定間隔對語音信號進行采樣，模擬信號經(jīng)抽樣轉(zhuǎn)換為時間上離散的模擬信號。量化：用有限種類的電平來近似地表示模擬采樣值，把每個樣本舍入到最接近的量化級別上，得到時間上、幅度上都離散的數(shù)字信號。編碼：用一定位數(shù)的二進制碼組來表示量化值。編碼后的信號稱為PCM信號（PulseCodedModulation，脈碼調(diào)制）。612.4.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼奈奎斯特采樣定理：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。62PCM編碼過程

語音信號011100011011001100PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號63PCM編碼采用非均勻量化：量化間隔不相等的量化，使小信號時的量化誤差減小，提高小信號量化信噪比。0tX(t)ab64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（8b/每樣本）數(shù)據(jù)率：8000次/s×8b=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=8kHz652.5多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：多個信息源共享一個公共信道，提高線路利用率DEMUX復(fù)用器分用器共享信道MUX信源信宿66復(fù)用的基本思想：把共享信道用某種方法劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。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)時分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按時間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途67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行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號f復(fù)用器68頻分復(fù)用(FDM，即Frequency-DivisionMultiplexing)：信道的可用頻帶被分成若干互不重疊的頻段，每路信號占據(jù)其中一個頻段，接收端用適當(dāng)?shù)臑V波器將它們分割開來，分別解調(diào)接收，在頻率上是各路信號是不重疊的；但在時間上是重疊在一起的。f69頻分復(fù)用FDM無主載波調(diào)制LPF1調(diào)制BPF1信道LPFn調(diào)制BPFn...BPF1解調(diào)LPF1BPFnLPFn...解調(diào)70First-levelMUX1212?-Second-levelMUX125?-Third-levelMUX1210?-BasicGroupSuperGroupMasterGroup(a)04kHzf(b)12111098765432160kHz108kHz48kHzBasicGroupA(LSB)121110987654321196kHz148kHzBasicGroupB(USB)(c)12121212121111112345SuperGroup1(LSB)312kHz552kHz12121212121111112345SuperGroup2(USB)300kHz60kHz(d

)VoiceChannel北美多路載波電話系統(tǒng)71時分復(fù)用TDM原理：把信號采樣周期分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進行傳輸。各路信號頻率重疊，時間不重疊。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時間周期12時間周期2D1時隙D2復(fù)用器t7273由于每路用戶數(shù)據(jù)總是使用每個時間周期的固定時隙，用戶時隙與時間周期同步，所以這種時分復(fù)用也稱為同步時分復(fù)用。一個時間周期內(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7475E1-幀格式0121631時間片125ms=32時隙，2.048Mb/s幀同步信令30路數(shù)字語音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）+2路控制用戶話路用戶話路151776時分復(fù)用標準T-標準（北美、日本）E-標準（歐洲、中國、南美）E1（一次群）標準每125us為一個時間片，每時間片分為32個通道（時隙）。每個時隙可容納8b。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30個通道用于傳輸30個PCM話音數(shù)據(jù)。E1速率=（32x8b）/125us=2.048Mb/s對E1進一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到E5等高次群。E5可承載7680個話路，數(shù)據(jù)率約為565Mb/s。7778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，時隙數(shù)小于用戶數(shù)。用戶占用的時隙不是周期地出現(xiàn)，所以這種時分復(fù)用也稱為異步時分復(fù)用必須有用戶的地址信息。79ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間周期1時間周期2同步TDM帶寬浪費A1B1B2時間周期1時間周期2統(tǒng)計TDM可用帶寬C280波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：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81碼分復(fù)用CDM又稱碼分多址訪問CDMA原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列進行調(diào)制（任意兩個地址碼序列相互正交），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)。地址碼序列必須兩兩相互正交：內(nèi)積為零碼序列A、B，應(yīng)滿足AB=0，AB'=0，AA=1，AA'=-1其中為內(nèi)積運算，代碼1由+1表示，0由-1表示。地址碼序列為偽隨機序列，一般取64或128位82A:00011011B:00101110A:-1-1-1+1+1-1+1+1B:-1-1+1-1+1+1+1-1內(nèi)積：+1+1-1-1+1-1+1-1對應(yīng)位相乘后相加/地址位數(shù)83假設(shè)發(fā)射的都是代碼“1”A+B，(A+B

)A=1，

(A+B

)B=1假設(shè)發(fā)射的是代碼“1”和代碼“0”A+B’，(A+B’

)A=1，

(A+B’

)B=-1書上的圖錯誤84擴頻調(diào)制：已調(diào)信號帶寬是數(shù)據(jù)信號帶寬的m倍852.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？兩個終端之間沒有直接連接線路，通過中間節(jié)點的連接實現(xiàn)通信。動態(tài)（臨時）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行連接。用戶掛機后則斷開該線路，該線路又可分配給其他用戶。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。86兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。

875部電話機兩兩相連，需10對電線。N部電話機兩兩相連，需N(N–1)/2對電線。當(dāng)電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。

88當(dāng)電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)?！?/p>

交換機892.6.1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”交換（典型例子：電話）過程：建立連接→通信→釋放連接優(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，實時性好。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%。90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912.6.2報文交換報文：包含一個完整數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)塊，而不是數(shù)據(jù)的一部分，如一篇新聞稿。報文交換：以報文為單位由中間節(jié)點進行“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”的交換技術(shù)在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先存儲下來，待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)（每級都有路由選擇），直到目的地。又稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點傳輸報文時建立節(jié)點間的連接?！Q為“無連接的”交換（典型例子：電報）922.6.2報文交換優(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，有差錯控制和路由選擇；實時性差；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)，影響傳輸效率。應(yīng)用少，由分組交換所取代。932.6.3分組交換（包交換）將報文分割成若干個較小的數(shù)據(jù)塊（分組Packet）進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。目的節(jié)點按分組編號重組報文。優(yōu)缺點：對轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的存儲要求較低；轉(zhuǎn)發(fā)延時?。荒硞€分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組，效率高；需要分割報文和重組報文，增加了端站點的負擔(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94數(shù)據(jù)報方式（Datagram）各分組獨立地確定路由（路徑），每個分組都必須包含目的站點地址。不能保證分組按序到達，目的站點需要按分組編號重新排序和組裝報文。是“無連接的”的交換。數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡(luò)95虛電路方式（VirtualCircuit）虛電路交換：通信前預(yù)先建立一條邏輯連接，發(fā)送的所有分組依次通過連接到達目的地。連接由若干條物理鏈路組成，通信的用戶不是自始至終占用該連接，而是與其它用戶共享該連接。也需要三個過程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除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)。提供的是“面向連接”的交換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?？梢钥闯墒遣捎昧穗娐方粨Q思想的分組交換能夠保證分組按序到達96分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)97三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982.7差錯控制什么是差錯控制？在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進行糾正為何要進行差錯控制？不存在理想的信道→傳輸總會出錯產(chǎn)生差錯的原因：信號衰減和熱噪聲；信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；信號反射，串?dāng)_；沖擊噪聲，閃電、大功率電動機的啟停等。99差錯控制的基本方法：

在所傳送的數(shù)字信號（信息編碼）中按一定規(guī)律人為地加入一定的多余碼元（冗余碼元，對信息來說是多余的，它不代表信息），稱為監(jiān)督碼元，監(jiān)督碼和信息碼之間有一定的編碼監(jiān)督關(guān)系。這樣，在接收端就可以利用這種監(jiān)督關(guān)系來檢測、糾正錯誤。2.7.2差錯控制方法100實際采用的3種差錯控制技術(shù)自動請求重發(fā)（AutomaticRepeatreQuest,ARQ）：也叫檢錯反饋重發(fā)，若發(fā)送端發(fā)出能夠檢查錯誤的編碼，接收端收到信號后經(jīng)檢驗如果發(fā)現(xiàn)傳輸中有錯誤，則通過反向信道把這一判斷結(jié)果反饋給發(fā)送端；發(fā)送端把前面發(fā)出的信息重新傳送一次，直到接收端認為已正確地收到信息為止。2.7.2差錯控制方法101實際采用的3種差錯控制技術(shù)前向糾錯（FEC-ForwardErrorControl,FEC）：發(fā)送端經(jīng)編碼后發(fā)出能夠糾正錯誤的碼，接收端收到這些碼組后，通過譯碼能自動發(fā)現(xiàn)并糾正傳輸中的錯誤。前向糾錯方式不需要反饋信道，特別適合于只能提供單向信道的場合（單工）。由于能自動糾錯，不要求檢錯重發(fā)，因而延時小、實時性好。2.7.2差錯控制方法102實際采用的3種差錯控制技術(shù)混合方式Hybrid（FEC-ARQ）：是自動請求重發(fā)方式和前向糾錯方式的結(jié)合。在這種系統(tǒng)中接收端不但有糾正錯誤的能力，而且對超出糾錯能力的錯誤有檢查錯誤的能力。遇到后一種情況時，通過反饋信道要求發(fā)送端重發(fā)一次。2.7.2差錯控制方法103發(fā)送端接收端能夠發(fā)現(xiàn)錯誤的編碼應(yīng)答信號發(fā)送端接收端能夠糾正錯誤的編碼發(fā)送端接收端能夠發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤的編碼應(yīng)答信號104奇偶校驗（ParityChecking）在原始數(shù)據(jù)字節(jié)（信息編碼）的最高位（或最低位）增加一個奇偶校驗位，使字節(jié)中1的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）。只能檢測出奇數(shù)個位錯，偶數(shù)個位錯則不能檢出。2.7.3常見的檢錯碼105對偶數(shù)監(jiān)督碼，使整個碼組中“l(fā)”碼的個數(shù)為偶數(shù)。對奇數(shù)監(jiān)督碼，使整個碼組中“l(fā)”碼的個數(shù)為奇數(shù)。106行列監(jiān)督碼（二維奇偶監(jiān)督碼,垂直水平奇偶監(jiān)督碼）：

110010100000100001101001111000011100111000001010101010111000111100行列都進行奇偶監(jiān)督107循環(huán)冗余校驗（CyclicRedundancyCheck,CRC）差錯檢測原理：

收發(fā)雙方約定一個生成多項式G(x)，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計算出CRC校驗和并把它加在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用G(x)去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯。校驗和是16位或32位的二進制位串。CRC校驗的關(guān)鍵是如何計算校驗和。108如110001，可表示成多項式x5+x4+1為了便于計算，常用碼多項式表示碼字。長度為n的碼字，其碼多項式(n-1次，以降冪順序排列)為：模2除法(除2取余)，相當(dāng)于異或運算。109CRC校驗和的計算將k位信息碼構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為0或1的多項式如110001，k=6，可表示成多項式K(x)=x5+x4+1若G(x)為r階，則在信息碼后面添加r個0，成為k+r位碼，相應(yīng)多項式為：xrK(x)

按模2除法用xrK(x)除以G(x)：商Q(x)，余R(x)即：xrK(x)=G(x)Q(x)+R(x)按模2加法把xrK(x)與余數(shù)R(x)相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗和的多項式T(x)：即：T(x)=xrK(x)+R(x)實際上，T(x)=xrK(x)+R(x)=[G(x)Q(x)+R(x)]+R(x)=G(x)Q(x)(模2運算)

所以，若接收的T(x)正確，則它肯定能被G(x)除盡。110如信息位串為1101011011，生成多項式是10011，r=4表示成多項式G(x)=x4+x+1

對應(yīng)位串為11010110110000110101101100001001110011100111100001010100110000101101001110100100111110異或運算余數(shù)為1110實際傳送的帶校驗和的位串為11010110111110111常用的生成多項式G(x)：CRC16=x16+x15+x2+1CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1112校驗和差錯檢測方法發(fā)送方算法將待發(fā)送的字符串分成若干16位的位串，每個位串看成一個二進制數(shù)。將IP、ICMP、TCP或UDP協(xié)議的PDU（ProtocolDataUnit）首部中的校驗和字段設(shè)置為0，該字段也參與校驗和運算。對這些16位的二進制數(shù)進行1的補碼和（one’scomplementsum）運算，累加的結(jié)果再取反作為校驗和，并放置到PDU的校驗和字段中。接收方算法將接收的16位二進制按發(fā)送方的同樣方法進行1的補碼和運算，包括校驗和字段、累加的結(jié)果再取反。這樣，其結(jié)果為0，表明傳輸正確；否則，表明傳輸有差錯。1131001110000011011010100101011010010000000000000100011110101011100000101100010010111011100001001100010001111011001進2求反1101110000100110求和發(fā)送方算法初值1的補碼和運算：帶循環(huán)進位的加法，最高位進位進到最低位。逢二進一，逢四進二。114接收方算法100111000001101101010010101101001101110001100001進2求反1101110000100110求和1111111111111101000000000000000011111111111111111152.8數(shù)據(jù)通信性能指標時延與時延帶寬積誤碼率與誤比特率信息傳輸速率與碼元傳輸速率信道的最大傳輸速率1162.8.3信息傳輸速率與碼元傳輸速率信息傳輸速率比特（bit）：即一個二進制位。信息傳輸速率：即比特率，為每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)，單位為比特/秒（bps，b/s）。碼元傳輸速率碼元（CodeCell）：一個編碼單元，與進制數(shù)無關(guān)。碼元傳輸速率：即波特率，為每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特（baud，B）。

117如果碼元進制數(shù)為M（M為2的整數(shù)次冪），則C=B×

log2