第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)15

第一章重點(diǎn)內(nèi)容：掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念掌握因特網(wǎng)“2/3/2”特點(diǎn)掌握因特網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與端到端原則掌握協(xié)議與服務(wù)的概念掌握網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容掌握分組交換網(wǎng)的性能指標(biāo)第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)教學(xué)提示教學(xué)目的理解信息比特在傳輸媒體上和結(jié)點(diǎn)之間移動的過程，熟悉數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的技術(shù)原理和標(biāo)準(zhǔn)重要知識點(diǎn)編碼和復(fù)用分組交換接入網(wǎng)學(xué)習(xí)方法理解概念，關(guān)注重點(diǎn)

數(shù)據(jù)通信技術(shù)與物理層數(shù)據(jù)通信技術(shù)：奠定了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的分組比特經(jīng)傳輸媒體流動的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)物理層：定義了計算機(jī)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的接口及通信系統(tǒng)所使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第2章：內(nèi)容提要2.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.2傳輸媒體2.3編碼和復(fù)用2.4交換技術(shù)2.5數(shù)字傳輸技術(shù)2.6接入網(wǎng)2.7物理層概述2.8小結(jié)通信系統(tǒng)的一般模型通信目的：用電信手段傳遞報文中的信息通信系統(tǒng)作用：將信息從信源發(fā)送到一或多個信宿將各種信息轉(zhuǎn)化成原始電信號生成適合在信道中傳輸?shù)男盘枌⑿盘杺魉偷叫潘薜奈锢韨鬏斆襟w從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號傳送信息的目的地，將電信號還原一個通信系統(tǒng)可以劃分成三部分：源系統(tǒng)（源點(diǎn)、發(fā)送器）、傳輸系統(tǒng)和目的系統(tǒng)（接收器、終點(diǎn)）。傳輸系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號正文正文源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機(jī)用交換技術(shù)降低網(wǎng)絡(luò)成本終端i復(fù)合了發(fā)送方(信源)和接收方(信宿)的功能因特網(wǎng)終端若是智能的，就可稱為端系統(tǒng)或主機(jī)大型通信系統(tǒng)中,單一信道就演變?yōu)閺?fù)雜的交換網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的術(shù)語數(shù)據(jù)：傳遞信息的實(shí)體，信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信號：數(shù)據(jù)的電氣或電磁表現(xiàn)，數(shù)據(jù)以信號的形式傳播。

數(shù)字的：取值僅允許為有限的幾個離散數(shù)值。

數(shù)字信號與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬的：連續(xù)變化的。

模擬信號與模擬數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)通信及其性質(zhì)數(shù)據(jù)通信及其性質(zhì)信號的參量取值是不可數(shù)的，無窮的稱為模擬信號（連續(xù)信號）。信號的參量取值是可數(shù)的，有限的稱為數(shù)字信號（離散信號）。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以轉(zhuǎn)換成模擬信號或數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。就會有4種組合。模擬數(shù)據(jù)-模擬信號模擬數(shù)據(jù)-數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)-模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)-數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號也可以互相轉(zhuǎn)換。調(diào)制——把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程。解調(diào)——把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程。利用數(shù)字信號傳輸信息的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)且噪聲不積累、傳輸差錯可控、易處理變換存儲、易于集成和易加密處理

數(shù)字信號的基本單位為碼元。問題：什么是碼元？碼元碼元(code)——在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。如在使用二進(jìn)制編碼時，只有兩種不同的碼元，一種代表0狀態(tài)，一種代表1狀態(tài)。碼元攜帶的信息量由碼元取的離散值個數(shù)決定。

問題：單位時間內(nèi)能夠傳輸多少碼元？任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及受到多種干擾。

碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘杺鬏數(shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識

失真不嚴(yán)重失真嚴(yán)重實(shí)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)輸入信號波形實(shí)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)信道能夠通過的頻率范圍在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜模駝t就會出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。

1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。奈奎斯特(Nyquist)公式最高碼元傳輸速率=2WBaudBaud是波特，是碼元傳輸速率的單位，1波特為每秒傳送1個碼元。任何實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)傳輸速率受到奈奎斯特(Nyquist)公式限制：

M為信號狀態(tài)數(shù)量，W為信道帶寬一個例子3kHz帶寬電話信道用調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)字信號，受奈氏公式限制，最多發(fā)送2W=6000個碼元若信號狀態(tài)數(shù)量M=2，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為6kbps若M=4，每個碼元攜帶2比特信息，最大容量為12kbps要提高信道傳輸速率，必須設(shè)法提高每碼元攜帶的比特信息量，即多元制調(diào)制香農(nóng)(Shannon)公式問題：是否可以通過不斷提高信號狀態(tài)數(shù)量M來增加信道容量呢？香農(nóng)公式指出信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為

C=Wlog2(1+S/N)bps其中：W為信道帶寬(以Hz為單位)；S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率不高于信道的極限信息傳輸速率，就可能找到某種辦法實(shí)現(xiàn)無差錯的傳輸。傳輸模式(通信雙方信息交換方式)—數(shù)據(jù)流動的方向?

單向通信：數(shù)據(jù)單向傳輸（無線電廣播）?

雙向交替通信：數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但不能在同一時刻雙向傳輸（對講機(jī)）?

雙向同時通信：數(shù)據(jù)可同時雙向傳輸（電話）

1）鏈路具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；

2）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號傳輸。通信方式信道與電路信道：表示向某一個方向傳送信息的媒體。模擬信道與數(shù)字信道電路：往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。信道上傳送的信號:基帶信號：就是將數(shù)字信號1或0直接用兩種電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。寬帶信號：就是將基帶信號進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號。通信方式第2章：內(nèi)容提要2.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.2傳輸媒體2.3編碼和復(fù)用2.4交換技術(shù)2.5數(shù)字傳輸技術(shù)2.6接入網(wǎng)2.7物理層概述2.8小結(jié)1分類導(dǎo)向傳輸媒體——電磁波被導(dǎo)向沿著固體媒體傳播如：雙絞線，同軸電纜，光纖等非導(dǎo)向傳輸媒體——電磁波沿著自由空間傳播如：無線電波，微波，紅外等雙絞線是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線——兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，用規(guī)則的方法絞合起來(降低信號干擾)。導(dǎo)向傳輸媒體——雙絞線屏蔽雙絞線(STP)

非屏蔽雙絞線(UTP)

ShieldedTwistedPairUnshiededTwistedPair以鋁箔屏蔽以減少電磁干擾和串音，適合于配電房附近等區(qū)域布線。雙絞線外沒有任何附加屏蔽，適合于無干擾源區(qū)域布線。雙絞線既可用于傳輸模擬信號，又可用于傳輸數(shù)字信號。美國的電氣工業(yè)協(xié)會/電信工業(yè)協(xié)會（EIA/TIA）制定標(biāo)準(zhǔn)來評估非屏蔽雙絞線，分為多個等級，每個等級的傳輸速率和應(yīng)用環(huán)境不同：第一類線：主要用于傳輸語音（一類標(biāo)準(zhǔn)主要用于八十年代初之前的電話線纜），不用于數(shù)據(jù)傳輸。其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)4Mbps。第二類線：傳輸頻率為1MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，常見于使用4Mbps規(guī)范令牌傳遞協(xié)議的舊的令牌網(wǎng)。第三類線：該電纜的傳輸頻率為16MHz,用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10base-T。第四類線：該類電纜的傳輸頻率為20MHz,用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和10base-T/100base-T。第五類線：該類電纜增加了繞線密度,外套一種高質(zhì)量的絕緣材料,傳輸頻率為100MHz,用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100base-T和10base-T網(wǎng)絡(luò)。超五類線：超5類具有衰減小，串?dāng)_少，并且具有更高的衰減與串?dāng)_的比值（ACR）和信噪比（StructuralReturnLoss）、更小的時延誤差，性能得到很大提高。超5類線主要用于千兆位以太網(wǎng)（1000Mbps）。六類線：該類電纜的傳輸頻率為1MHz～250MHz，六類布線系統(tǒng)在200MHz時綜合衰減串?dāng)_比（PS-ACR）應(yīng)該有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬，最大速度可達(dá)到1000Mbps，能滿足千兆位以太網(wǎng)需求。雙絞線的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝，普通UTP較便宜有一定的傳輸速率總體造價降低對電磁干擾比較敏感(b)Category5UTP(a)Category3UTP雙絞線的使用：雙絞線一般用于星型網(wǎng)的布線連接，兩端安裝有RJ-45頭，就是經(jīng)常用的“水晶頭”。連接網(wǎng)卡與集線器，最大網(wǎng)線長度為100米，如果要加大網(wǎng)絡(luò)的范圍，在兩段雙絞線之間可安裝中繼器，最多可安裝4個中繼器，如安裝4個中繼器連5個網(wǎng)段，最大傳輸范圍可達(dá)500米。

雙絞線的使用：傳輸數(shù)據(jù)時，雙絞線使用的只有八根線芯中的4根，用于雙向傳輸（全雙工）。根據(jù)連接兩端的網(wǎng)絡(luò)端口不同，有直通線、交叉線及rollover三種：直通線主要用于不同的兩個端口，比如網(wǎng)卡-交換機(jī)；交叉線用于連接相同的兩個端口，如網(wǎng)卡-網(wǎng)卡；rollover線主要被用于使用RJ45轉(zhuǎn)換器連接交換機(jī)或者路由器的控制端口。

同軸電纜——指有兩個同心導(dǎo)體，而導(dǎo)體和屏蔽層又共用同一軸心的電纜。同軸電纜以單根銅導(dǎo)線為內(nèi)芯（電纜銅芯），外裹一層絕緣材料（絕緣層），外覆密集網(wǎng)狀導(dǎo)體（銅網(wǎng)），最外面是一層保護(hù)性塑料（外絕緣層）。

金屬屏蔽層能將磁場反射回中心導(dǎo)體，同時也使中心導(dǎo)體免受外界干擾，故同軸電纜比雙絞線具有更高的帶寬和更好的噪聲抑制特性，廣泛用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)。

導(dǎo)向傳輸媒體（續(xù)）兩種廣泛使用的同軸電纜：基帶同軸電纜一條電纜只用于一個信道，直接傳輸數(shù)字信號，阻抗為50Ω，基帶同軸電纜的最大距離限制在幾公里；可分為兩類：

粗纜和細(xì)纜。寬帶同軸電纜

寬帶同軸電纜傳輸模擬信號，阻抗為75Ω，寬帶電纜的最大距離可以達(dá)幾十公里。

光纖——是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。

導(dǎo)向傳輸媒體（續(xù)）光纖傳輸原理——利用了光的全反射

光從一種介質(zhì)入射到另一種介質(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。

光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低

利用光纖傳遞光脈沖來進(jìn)行通信，有光脈沖相當(dāng)與1，沒有光脈沖相當(dāng)與0。

光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測器 光源:發(fā)光二極管/激光二極管 介質(zhì):光纖 光檢測器:光電二極管PIN/雪崩二極管APD

單向傳輸，雙向需兩根光纖光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷洳ＡХ馓姿芰贤馓撞Ａ?nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼38多模光纖與單模光纖通過光纖傳輸?shù)拿恳粭l光束被稱作一個模。單模光纖在給定的工作波長上只能傳輸一路信號，它的纖芯直徑很小，8μm~10μm。傳輸頻帶寬，傳輸容量大，距離遠(yuǎn)，一般由激光作光源,多用于遠(yuǎn)程通信。

多模光纖在多個給定的工作波長上，能以多個模式（多路信號）同時傳輸?shù)墓饫w，它的纖芯直徑比單模光纖粗，15μm~50μm。一般由二極管發(fā)光,多用于網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)。與單模光纖相比，多模光纖的傳輸性能較差。

輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖

光纖的傳輸：光纖的數(shù)據(jù)傳輸：由光發(fā)送機(jī)產(chǎn)生光束，將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枺侔压庑盘枌?dǎo)入光纖，在光纖的另一端由光接收機(jī)接收光纖上傳輸來的光信號，并將它轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)解碼后再處理。光纖的傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速度快，是局域網(wǎng)中傳輸介質(zhì)的姣姣者。不過光纖的安裝和連接需由專業(yè)技術(shù)人員完成。

光纖中傳輸?shù)氖枪馐捎诠馐皇芡饨珉姶鸥蓴_與影響，而且本身也不向外輻射信號，加上提供極寬的頻帶且功率損耗小，所以光纖具有傳輸距離長（多模光纖有2公里以上，單模光纖則有上百公里，如海底通訊光纜）、傳輸率高（可達(dá)數(shù)千Mbps）、保密性強(qiáng)（不會受到電子監(jiān)聽）等優(yōu)點(diǎn)，適用于高速局域網(wǎng)，遠(yuǎn)距離的信息傳輸以及主干網(wǎng)連接。

光纖熔接機(jī)42關(guān)于光纜光纜由一束光導(dǎo)纖維，以及防護(hù)性填充物組成。按照用法不同分為：室外光纜和室內(nèi)光纜。室外光纜用于建筑群間布線和遠(yuǎn)程通信布線。室內(nèi)光纜主要用于室內(nèi)布線。非導(dǎo)向傳輸媒體

非導(dǎo)向傳輸媒體是利用電磁信號可以在自由空間中傳播的特性傳播信息，也可以稱其為無線介質(zhì)。無線電波，微波，紅外線等無線介質(zhì)。無線電波通信主要是利用地面發(fā)射的無線電波通過電離層的反射，或是電離層和地面的多次反射而達(dá)到接收端的一種無線通信方式。微波在空間主要是直線傳播。地面微波接力通信發(fā)送方和接收方之間沒有大的障礙。衛(wèi)星微波通信利用地面上的天線，指向地球同步衛(wèi)星，它的傳輸跨越陸地和海洋，距離遠(yuǎn)，傳播時延大。地面微波接力兩個地面站之間傳送距離：50-100km地球地面站之間的直視線路微波傳送塔衛(wèi)星微波通信36000公里地球與地面站相對固定位置使用3個衛(wèi)星覆蓋全球適合與廣播傳播時延較大衛(wèi)星傳輸作為微波接力傳輸?shù)囊环N特殊形式，憑其無線通信的特點(diǎn)和優(yōu)勢，在軍用、民用、科研等領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用。目前在商用衛(wèi)星通信方面用得比較廣泛的是語音通信和電視傳輸，數(shù)據(jù)傳輸所占的比例非常小。隨著Internet的迅速擴(kuò)大和信息量的急劇增加，衛(wèi)星傳輸在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域也得到越來越廣泛的應(yīng)用。

紅外線是一種波長較長的光波，具有熱感功能，應(yīng)用于近距離無線傳輸。無需布線，安裝紅外線收發(fā)設(shè)備；方向性強(qiáng)，不能穿透墻壁或是大型物體，要求收發(fā)方可見；對天氣特別敏感；常用在移動設(shè)備間相互通信的場合。藍(lán)牙（Bluetooth），或稱為藍(lán)芽，是一種無線傳送協(xié)議，最初由愛立信創(chuàng)制，后來由藍(lán)牙特別興趣組（愛立信、諾基亞、IBM、東芝及Intel）訂定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙技術(shù)實(shí)際上是一種短距離無線通信技術(shù)，利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機(jī)等移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化以上這些設(shè)備與Internet之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍(lán)牙的傳輸距離在1mW發(fā)射功率時約為10米，若加大功率至100mW則可達(dá)到50至100米。當(dāng)業(yè)務(wù)量減小或停止時，藍(lán)牙設(shè)備可以進(jìn)入低功率工作模式。Wi-Fi，是一種可以將個人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無線方式互相連接的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用無線連接來取代傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)到計算機(jī)間的實(shí)際線路，通常是使用一部AccessPoint（AP）和計算機(jī)上的一片無線網(wǎng)卡，使用2.4GHz的頻率。一部AccessPoint可以服務(wù)多個聯(lián)機(jī)，但是必須分享11M的帶寬。無線局域網(wǎng)PC-PC無線局域網(wǎng)PC-LAN常用傳輸媒體的比較課前回顧：數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信的一些概念通信方式傳輸媒體導(dǎo)向傳輸媒體非導(dǎo)向傳輸媒體第2章：內(nèi)容提要2.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.2傳輸媒體2.3編碼和復(fù)用2.4交換技術(shù)2.5數(shù)字傳輸技術(shù)2.6接入網(wǎng)2.7物理層概述2.8小結(jié)為何要編碼？承載比特的信號在兩個端系統(tǒng)適配器(也稱網(wǎng)卡)之間的傳輸媒體上傳輸為使信道有效傳輸和接收結(jié)點(diǎn)有效識別，先要將比特編碼為信號，再傳輸涉及技術(shù)：檢測信號時鐘同步和編碼效率數(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)字信道不同類型的數(shù)據(jù)在不同類型的信道上傳輸有4種組合，每一種相應(yīng)地需要進(jìn)行不同的編碼處理。EncoderDecoderModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)字或模擬數(shù)字信號模擬信號g(t)m(t)px(t)s(t)g(t)m(t)數(shù)字或模擬數(shù)字或模擬P—調(diào)制參數(shù)編碼調(diào)制編碼和調(diào)制用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

不歸零制(NRZ，Non-ReturntoZero，NRZ)

二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示。常常用－5V表示1，＋5V表示0。缺點(diǎn):發(fā)送方和接收方必須有時鐘同步；若信號中“0”或“1”連續(xù)出現(xiàn)，導(dǎo)致基線漂移。不歸零反轉(zhuǎn)(Non-ReturntoZeroInverted，NRZI)曼徹斯特編碼(Manchestercode)

用電壓的變化表示0和1。

規(guī)定在電壓每個碼元的中間發(fā)生跳變：

1——高→低的跳變，0——低→高的跳變∵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，使接收端的時鐘與發(fā)送設(shè)備的時鐘保持一致?！嗦鼜厮固鼐幋a也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。它具有自同步機(jī)制，無需外同步信號。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬，編碼效率為50%。

4B5B編碼是把一定數(shù)量（4bit）0或1變成另外一定數(shù)量（5bit）的0或1。其思想是在比特流中插入額外的bit以減少出現(xiàn)一連串的0或1的數(shù)量，目的就是為了避免直流分量，并能增加控制信息。4B5B編碼是將原來的4bit（能表示16種信息）轉(zhuǎn)換成5bit（能表示32種信息），其中的16種對應(yīng)于原4bit時的16種，另8種表示控制，剩下8種不用。具體的電平實(shí)現(xiàn)，再用某種信號編碼：如不歸零反轉(zhuǎn)編碼。4B5B編碼的效率為80%。2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼

三種常用的調(diào)制技術(shù)：

1）幅移鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying)，調(diào)幅

2）頻移鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)，調(diào)頻

3）相移鍵控PSK(PhaseShiftKeying)，調(diào)相

基本原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。

載波S(t)=Acos(t+)S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、相位調(diào)制就是要使這三個參量隨數(shù)字基帶信號的變化而變化ASK：用載波的兩個不同振幅表示0(0v)和1(+5v)FSK：用載波的兩個不同頻率表示0(1.2KHz)和1(2.4KHz)PSK：用載波的起始相位的變化表示0(同相)和1(反相)ASK調(diào)幅FSK調(diào)頻PSK調(diào)相001101000103.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼奈奎斯特定理（采樣定理）：

如果連續(xù)變化的模擬信號最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對其采樣，則采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個步驟：

1）采樣——按一定間隔記錄語音信號的狀態(tài)，稱之為樣本

2）量化——對每個樣本舍入到量化級別上

3）編碼——對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼模擬話音采樣時鐘PAM信號PCM信號采樣電路量化和編碼

數(shù)字化聲音--話音信道帶寬<4KHz--采樣時鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)--量化級數(shù)：256級(8位二進(jìn)制碼表示)--數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64Kb/s

編碼后的信號稱為PCM（PulseCodedModulation）信號（脈碼調(diào)制信號）PCM轉(zhuǎn)換過程舉例

3.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100

原始信號

PCM脈沖（有量化誤差）011100011011001100PCM輸出?復(fù)用——多個信息源共享一個公共信道

DEMUX多路復(fù)用器多路分離器共享信道MUX復(fù)用類型WDM(波分復(fù)用)TDM(時分復(fù)用)CDM(碼分復(fù)用)FDM(頻分復(fù)用)1.頻分復(fù)用FrequencyDivisionMultiplexing原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每個用戶占用一個頻率通道。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶。適用于模擬信號傳輸

頻率時間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率52.波分復(fù)用WaveDivisionMultiplexingF2F1F3

光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖采用無源設(shè)備，更可靠棱柱/衍射光柵波分復(fù)用即光的頻分復(fù)用，原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每個用戶占用一個波長范圍來進(jìn)行傳輸。3.時分復(fù)用TimeDivisionMultiplexing原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個通道（時隙），每個用戶占用一個通道傳輸數(shù)據(jù)。

A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后數(shù)據(jù)時隙1234D3D2D1適用于數(shù)字信號傳輸

時間片時分復(fù)用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復(fù)用頻率時間CDCDCDAAAABBBBCD在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復(fù)用頻率時間BDBDBDAAAABCCCCD在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復(fù)用頻率時間BCBCBCAAAABCDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀4.碼分復(fù)用CDM

常用的名詞是碼分多址CDMA

(CodeDivisionMultipleAccess)。每一個用戶可以在同樣的時間內(nèi)使用同樣的頻率進(jìn)行通信。CDMA為每個節(jié)點(diǎn)分配一個唯一的正交碼作為該用戶的地址碼。在發(fā)送結(jié)點(diǎn)，發(fā)送的碼元用該正交碼進(jìn)行編碼，使信號的帶寬得到極大的擴(kuò)展。在接收節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展的信號可以用與發(fā)送結(jié)點(diǎn)相同的正交碼進(jìn)行解碼，得到原始的碼元。

信號擴(kuò)展后，發(fā)送的信號有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。且由于使用了不同的正交碼，各結(jié)點(diǎn)之間不會互相干擾。在CDMA中，每一個比特時間劃分為m比特序列，稱為碼片(chip),m值通常為64或128。碼片序列(chipsequence)

每個站被指派一個惟一的mbit碼片序列。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼

例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時，就發(fā)送序列00011011發(fā)送比特0時，就發(fā)送序列11100100S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)

S站要發(fā)送信息的數(shù)據(jù)率為nb/s,S站實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)率為mnb/s。CDMA的重要特點(diǎn)每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。碼片序列的正交關(guān)系

令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduct)都是0：碼片序列的正交關(guān)系舉例令向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T為(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和T的各分量值代入前式就可看出這兩個碼片序列是不是正交的。任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是＋1

。一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1。

正交關(guān)系的另一個重要特性

CDMA的工作原理

S站的碼片序列S110ttttttm

個碼片tS站發(fā)送的信號SxT站發(fā)送的信號Tx總的發(fā)送信號Sx+Tx規(guī)格化內(nèi)積S

Sx規(guī)格化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端3G與4G？課外討論第2章：內(nèi)容提要2.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.2傳輸媒體2.3編碼和復(fù)用2.4交換技術(shù)2.5數(shù)字傳輸技術(shù)2.6接入網(wǎng)2.7物理層概述2.8小結(jié)871.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程網(wǎng)絡(luò)的交換技術(shù)在這里，“交換”(switching)的含義是：轉(zhuǎn)接——把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的交換技術(shù)主要包括：電路交換、報文交換、分組交換。88電路交換的主要特點(diǎn)兩部電話機(jī)只需要用一對電線就能夠互相連接起來。5部電話機(jī)兩兩相連，需10對電線。N部電話機(jī)兩兩相連，需N(N

–1)/2對電線。當(dāng)電話機(jī)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(jī)數(shù)的平方成正比。

89使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時，就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)?！?/p>

交換機(jī)90電路交換舉例A和B通話經(jīng)過四個交換機(jī)通話在A到B的連接上進(jìn)行((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA91電路交換舉例C和D通話只經(jīng)過一個本地交換機(jī)通話在C到D的連接上進(jìn)行((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA92電路交換的特點(diǎn)電路交換必定是面向連接的。電路交換的三個階段：建立連接通信釋放連接主要優(yōu)缺點(diǎn)：1.傳輸數(shù)據(jù)時延小，實(shí)時性強(qiáng)，順序傳送數(shù)據(jù)等2.需要建立連接，獨(dú)占鏈路等3.由于計算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性，這導(dǎo)致通信線路的利用率很低93報文交換ADCB發(fā)送報文傳輸?shù)却?發(fā)送傳輸?shù)却?發(fā)送傳輸94報文交換的特點(diǎn)特點(diǎn):1.無呼叫建立和專用通路2.存儲-轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)主要優(yōu)缺點(diǎn)：1.不需要建立連接，不獨(dú)占鏈路等2.轉(zhuǎn)發(fā)時延長，實(shí)時性差3.報文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復(fù)雜。4.出錯后整個報文全部重發(fā)95報文分組交換在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸96分組交換97分組交換的特點(diǎn)特點(diǎn):1.無呼叫建立和專用通路2.存儲-轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)3.將數(shù)據(jù)分成有大小限制的分組后發(fā)送主要優(yōu)缺點(diǎn)：1.高效，靈活，迅速，可靠2.排隊時延問題，額外開銷等98分組交換網(wǎng)的示意圖H1A

互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！結(jié)點(diǎn)交換機(jī)主機(jī)99注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A

互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發(fā)送分組結(jié)點(diǎn)交換機(jī)主機(jī)在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)