高速公路通信系統(tǒng)概論

高速公路通信系統(tǒng)概論第一頁，共271頁。教材1.教材：《高速公路通信收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成與進(jìn)展》

作者：陳啟美，金凌，王從俠出版單位：

國防工業(yè)出版社

2.參考教材：《高速公路通信系統(tǒng)理論及應(yīng)用》作者：趙祥模，關(guān)可，靳引利出版單位：

電子工業(yè)出版社

3.參考教材：《高速公路機(jī)電系統(tǒng)新技術(shù)及應(yīng)用》作者：張智勇，朱立偉出版單位：人民交通出版社4.參考教材：《高速公路通信》作者：郭元術(shù)出版單位：人民教育出版社第二頁，共271頁。課程的主要內(nèi)容第一章緒論第二章通信系統(tǒng)的基本理論

第三章高速公路數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)第四章信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)第五章高速公路程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)第六章

高速公路數(shù)字光纖通信系統(tǒng)

第七章

高速公路特有的通信系統(tǒng)

第三頁，共271頁。第一章緒論1.1簡介

1.2高速公路中的通信系統(tǒng)1.3高速公路中的收費(fèi)系統(tǒng)1.4高速公路中的監(jiān)控系統(tǒng)1.5ITS框架及通信、收費(fèi)和監(jiān)控系統(tǒng)的地位第四頁，共271頁。1.1簡介要致富、先修路！經(jīng)濟(jì)要騰飛，公路是先行！愛護(hù)村村致富路促進(jìn)戶戶奔小康！幾條標(biāo)語：幾個(gè)數(shù)字：1929-1923年德國科隆-波恩高速公路第一條高速公路1937年美國第一條高速公路加利福尼亞，目前有9萬公里1963年日本第一條高速公路名神高速公路1988年第一條高速公路上海-嘉定高速公路1999年突破1萬公里，躍居世界第四位；2000年達(dá)到1.6萬公里，躍居世界第三；2001年達(dá)到1.9萬公里，躍居世界第二；2004年8月底突破了3萬公里，比世界第三的加拿大多出近一倍。第五頁，共271頁。

高速公路是專供汽車分向、分車道行駛并全部控制出入、全部采用立體交叉的公路的干線公路。它是國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物，是衡量一個(gè)國家公路交通運(yùn)輸和汽車工業(yè)現(xiàn)代化水準(zhǔn)的重要標(biāo)志。公路交通運(yùn)輸是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性、服務(wù)性產(chǎn)業(yè)，是合理配置資源、提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量和效率的重要基礎(chǔ)。它具有“高速、高效、安全、舒適”等特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：

1.行車速度快2.通行能力大3.運(yùn)輸效率高4.行車安全舒適

高速公路的特點(diǎn)第六頁，共271頁。鑒于以上特點(diǎn)，高速公路在各國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位和作用：

1.支撐經(jīng)濟(jì)化發(fā)展2.推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，改善了人民生活質(zhì)量，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展3.改善公共服務(wù)，增強(qiáng)了運(yùn)輸可靠性和安全性。4.服務(wù)可持續(xù)發(fā)展，改善了運(yùn)輸效率和效益。降低了能源消耗，加強(qiáng)了環(huán)境保護(hù)。高速公路的作用第七頁，共271頁。通信系統(tǒng)收費(fèi)系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)隧道安全保障供配電系統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)高速公路的組成照明系統(tǒng)第八頁，共271頁。1.2高速公路中的通信系統(tǒng)

高速公路通信系統(tǒng)是高速公路現(xiàn)代化管理的重要支撐系統(tǒng)，它要準(zhǔn)確及時(shí)的傳輸監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的話音、數(shù)據(jù)和圖像等信息，保持高速公路各管理部門之間業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)通訊的暢通，并要為高速公路內(nèi)部各部門和外界建立必要的聯(lián)系；同時(shí)高速公路通信系統(tǒng)作為交通專用通信網(wǎng)的重要組成部分，是交通信息的主要傳輸載體，為各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及會(huì)議電視系統(tǒng)提供傳輸通道。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，高速公路通信技術(shù)也從簡單的無線對(duì)講系統(tǒng)發(fā)展到800MHz無線集群系統(tǒng)，第九頁，共271頁。從小容量微波通信發(fā)展到SDH系列數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)，從單純的電話業(yè)務(wù)發(fā)展到包括話音、數(shù)據(jù)和圖像等多種信息的綜合通信，并從模擬通信向數(shù)字通信演變，開始組建先進(jìn)的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字(B-ISDN)通信系統(tǒng)。

近年來，我國的高速公路發(fā)展非常迅速，高速公路網(wǎng)正在逐步形成。高速公路通信系統(tǒng)已開始從單條路的內(nèi)部通信向路網(wǎng)環(huán)境的廣域通信轉(zhuǎn)變，高速公路各現(xiàn)場監(jiān)控站有大量監(jiān)測數(shù)據(jù)需要及時(shí)傳送給監(jiān)控中心；各個(gè)收費(fèi)站也有大批數(shù)據(jù)文件要定時(shí)傳送給收費(fèi)中心，這些傳輸任務(wù)都由通信系統(tǒng)承擔(dān)。因此為了保證通信的高可靠性，高速公路辟有專用的通信網(wǎng)絡(luò)。第十頁，共271頁。1.3高速公路中的收費(fèi)系統(tǒng)開放式封閉式收費(fèi)方式收費(fèi)中心管理系統(tǒng)收費(fèi)站管理系統(tǒng)車道收費(fèi)系統(tǒng)收費(fèi)系統(tǒng)中心第十一頁，共271頁。1.4高速公路中的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控中心信息采集子系統(tǒng)信息提供子系統(tǒng)車輛檢測器、氣象檢測器、緊急電話和巡邏車。交通標(biāo)志、標(biāo)線和信號(hào)等，是交通監(jiān)控管理為汽車用戶服務(wù)的主要形式。監(jiān)控中心是高速公路全線路監(jiān)控系統(tǒng)的最高層即控制中心，主要負(fù)責(zé)全線路范圍內(nèi)交通情況的監(jiān)視和控制。數(shù)據(jù)傳輸?shù)谑?，?71頁。通信系統(tǒng)收費(fèi)系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)第十三頁，共271頁。ITS1.5ITS框架及通信、收費(fèi)和監(jiān)控系統(tǒng)的地位

通信系統(tǒng)收費(fèi)系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)ITS的核心和基礎(chǔ)是交通信息化，ITS系統(tǒng)是通信、收費(fèi)和監(jiān)控系統(tǒng)在交通網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展，而后者是前者的重要支撐

智能交通系統(tǒng)（ITS：IntelligentTransportationSystem）：是以先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效的運(yùn)用與整個(gè)運(yùn)輸管理體系，使人、車、路密切地配合、和諧地統(tǒng)一，從而建立起一種在大范圍內(nèi)全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和高效的運(yùn)輸綜合管理系統(tǒng)。第十四頁，共271頁。通信技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖像語音壓縮編碼數(shù)據(jù)采集處理網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)信息顯示技術(shù)圖像處理模式識(shí)別計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)交通控制技術(shù)數(shù)據(jù)加密信息安全電源技術(shù)防雷接地遙感遙測其他技術(shù)所涉及的技術(shù)領(lǐng)域通信、收費(fèi)和監(jiān)控系統(tǒng)所涉及的技術(shù)領(lǐng)域第十五頁，共271頁。第二章通信系統(tǒng)的基本理論

2.1通信系統(tǒng)概述2.2通信系統(tǒng)的模型2.3通信系統(tǒng)分類與通信方式第十六頁，共271頁。2.1通信系統(tǒng)概述通信(Communication)：就是信息的傳遞，是指由一地向另一地進(jìn)行信息的傳輸與交換。

古代，人們通過驛站、飛鴿傳書、烽火報(bào)警、符號(hào)、身體語言、眼神、觸碰等方式進(jìn)行信息傳遞。今天，人們通過文字、書信、電報(bào)、電話、手機(jī)、廣播、電視、郵件、聊天工具、互聯(lián)網(wǎng)等來進(jìn)行消息傳遞或信息交流。隨著科學(xué)水平的飛速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了無線電、固定電話、移動(dòng)電話、互聯(lián)網(wǎng)甚至視頻電話等各種通信方式。消息、信息、何信號(hào)之間的關(guān)系？第十七頁，共271頁。因此，通信的根本目的在于傳輸含有信息的消息?！巴ㄐ拧币簿褪恰靶畔鬏敗被颉跋鬏敗薄Ｄ壳暗耐ㄐ旁絹碓揭蕾?yán)谩半姟眮韨鬟f消息的電通信方式。由于電通信迅速、準(zhǔn)確、可靠且不受時(shí)間、地點(diǎn)、距離的限制，因而得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。如今，在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及“通信”這一術(shù)語時(shí)，一般是指“電通信”。第十八頁，共271頁。通信發(fā)展簡史第十九頁，共271頁。第二十頁，共271頁。2.2通信系統(tǒng)的模型

不管通信媒體的構(gòu)成情況如何，是簡單的電話通信系統(tǒng)，或是復(fù)雜的其他信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它們的目的均是為了通信，為了傳送信息。理論上，為了將通信媒體系統(tǒng)帶共性的問題進(jìn)行一般化的討論，可采用如圖2.1所示的通信系統(tǒng)模型。圖2.1第二十一頁，共271頁。信源是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，稱之為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。前者屬于模擬信源，輸出的是模擬信號(hào)；后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。

轉(zhuǎn)換所謂轉(zhuǎn)換是將表達(dá)消息的感覺媒體（通常是一些非電物理量）通過顯示媒體轉(zhuǎn)換為電物理量（電流、電壓）。例如，電話機(jī)的送話器（顯示媒體）將發(fā)話人的聲壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)變化的電流；電視攝像機(jī)將圖像景物的光感，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)變化的電壓等，都是通信中的轉(zhuǎn)換過程。第二十二頁，共271頁。發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)來說，發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼與信道編碼。信道是指傳輸信號(hào)的物理媒質(zhì)。在無線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。有線和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對(duì)象的不同，需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。第二十三頁，共271頁。噪聲源不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。噪聲的來源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。第二十四頁，共271頁。信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)，其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。根據(jù)研究的對(duì)象以及所關(guān)注的問題不同，圖2.1模型中的各小方框的內(nèi)容和作用將有所不同，因而相應(yīng)有不同形式的更具體的通信模型。今后的討論就是圍繞著通信系統(tǒng)的模型而展開的。第二十五頁，共271頁。2.3通信系統(tǒng)分類與通信方式2.3.1通信系統(tǒng)的分類2.3.2通信方式

第二十六頁，共271頁。2.3.1通信系統(tǒng)分類

1．按通信業(yè)務(wù)分類

按通信業(yè)務(wù)分，通信系統(tǒng)有話務(wù)通信和非話務(wù)通信。電話業(yè)務(wù)在電信領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位，它屬于人與人之間的通信。近年來，非話務(wù)通信發(fā)展迅速，非話務(wù)通信主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、計(jì)算機(jī)通信、數(shù)據(jù)庫檢索、電子信箱、電子數(shù)據(jù)交換、傳真存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、可視圖文及會(huì)議電視、圖像通信等。由于電話通信最為發(fā)達(dá)，因而其他通信常常借助于公共的電話通信系統(tǒng)進(jìn)行。未來的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)中各種用途的消息都能在一個(gè)統(tǒng)一的通信網(wǎng)中傳輸。此外，還有遙測、遙控、遙信和遙調(diào)等控制通信業(yè)務(wù)。第二十七頁，共271頁。2．按調(diào)制方式分類根據(jù)是否采用調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸?；鶐鬏斒菍⑽唇?jīng)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，如音頻市內(nèi)電話。頻帶傳輸是對(duì)各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q。調(diào)制方式很多，例如，用數(shù)據(jù)信號(hào)控制振蕩波的振幅，就是“調(diào)幅”、控制振蕩波的頻率，就是“調(diào)頻”，控制振蕩波的相位，就是“調(diào)相”。被調(diào)制的振蕩波，稱為“載波信號(hào)”，或稱“已調(diào)波信號(hào)”。3．按信號(hào)特征分類按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。第二十八頁，共271頁。圖2.2

模擬通信系統(tǒng)模型噪聲干擾源已調(diào)信號(hào)輸入顯示媒體信源消息信道調(diào)制器模擬基帶信號(hào)已調(diào)信號(hào)信宿輸出顯示媒體解調(diào)器模擬基帶信號(hào)消息第二十九頁，共271頁。調(diào)制調(diào)制是通信系統(tǒng)工作的核心，信號(hào)之所以載有消息是通過“調(diào)制”加工處理后而獲得的。將與消息作相應(yīng)變化的電壓或電流，對(duì)發(fā)信機(jī)中的“被調(diào)制部件（例如，調(diào)制器）”電振蕩或光振蕩波的參數(shù)進(jìn)行控制，就可以達(dá)到調(diào)制的目的，例如，控制振蕩波的振幅，就是“調(diào)幅”、控制振蕩波的頻率，就是“調(diào)頻”控制振蕩波的相位，就是“調(diào)相”。被調(diào)制的振蕩波，稱為、“載波信號(hào)”，或稱“已調(diào)波信號(hào)”。調(diào)制的主要作用是將經(jīng)轉(zhuǎn)換獲得的電信號(hào)（例如，話音信號(hào)）的“頻譜”在發(fā)信機(jī)中進(jìn)行“搬移”，將它搬移到某個(gè)“載頻（即載波的頻率）”附近的頻帶內(nèi)。這樣做，至少可以達(dá)到以下兩個(gè)目的：第三十頁，共271頁。（1）利用高載頻率電磁波向大氣空間“強(qiáng)”的輻射能力，以滿足無線電通信的需要。根據(jù)電磁場理論的觀點(diǎn)，低頻（率）信號(hào)（例如，話音信號(hào)和視頻信號(hào)），雖然可視為電磁波，但不具備強(qiáng)的輻射能力，它們通常只能在傳輸線（例如，電纜線、雙線傳輸線）引導(dǎo)下傳輸。因此，低頻信號(hào)要以無線電方式和以大氣空間為傳輸媒體進(jìn)行通信，必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)制處理，將它的頻譜搬移到某個(gè)高載頻附近的頻率范圍內(nèi)。實(shí)際中，這需要根據(jù)傳輸?shù)摹安ǎl）段”而定。例如，給定傳輸波段是微波波段，就需要將低頻信號(hào)的頻譜搬移到微波頻段上去。

（2）可以實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）以滿足多路通信的要求。通常，送往通道傳輸?shù)男盘?hào)，其頻帶寬度（簡稱“帶寬”）遠(yuǎn)小于信道可能提供的帶寬。第三十一頁，共271頁。因此，如果不采用多路復(fù)用的方法，而僅將一個(gè)信號(hào)送往信道傳輸，將對(duì)信道帶寬造成極大的浪費(fèi)。以電話通信為例，每個(gè)用戶的話音信號(hào)所占的帶寬為0.3～3.4kHz，如果將這帶寬不足4kHz的話音信號(hào)送往信道中傳輸，將對(duì)信道的帶寬能力造成極大的浪費(fèi)。例如，1970年同軸電纜的帶寬能力就可以做到100MHZ，如果用如此寬的寬帶信道傳送帶寬僅為3.1kHz的一個(gè)用戶電話，簡直浪費(fèi)驚人。因此，為了充分利用傳輸信道的帶寬能力，必須采用多路復(fù)用。對(duì)于“模擬信號(hào)”通信而言，是將每個(gè)用戶的話音信號(hào)頻譜利用調(diào)制方法，將它們搬移到高低不同的載頻附近，令載頻按高低秩序排隊(duì)，以組成多個(gè)用戶的“多路信號(hào)”。這種復(fù)用方式，稱為“頻分復(fù)用（FDM）”。第三十二頁，共271頁。圖2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型第三十三頁，共271頁。i.信源編碼與譯碼信源編碼的作用之一是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說的數(shù)據(jù)壓縮。作用之二是，當(dāng)信息源給出的是模擬語音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。ii.信道編碼與譯碼數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會(huì)引起差錯(cuò)。為了減小差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)可靠通信。第三十四頁，共271頁。iii.加密與解密在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場合，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來信息。iv.數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。第三十五頁，共271頁。v.同步與數(shù)字復(fù)接同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。同步是使收發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致。數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時(shí)分復(fù)用基本原理把若干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速的數(shù)字信號(hào)，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。需要說明的是，圖2.3是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般化模型，實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包括圖2.3中的所有環(huán)節(jié)，如在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，數(shù)字基帶信號(hào)無需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)。第三十六頁，共271頁。4．按傳輸媒質(zhì)分類按傳輸媒質(zhì)分，通信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)兩大類。有線通信是用導(dǎo)線（如架空明線、同軸電纜、光導(dǎo)纖維、波導(dǎo)等）作為傳輸媒質(zhì)完成通信的，如市內(nèi)電話、有線電視、海底電纜通信等。無線通信是依靠電磁波在空間傳播達(dá)到傳遞消息的目的的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。5．按工作波段分類按通信設(shè)備的工作頻率不同可分為長波通信、中波通信、短波通信、遠(yuǎn)紅外線通信等。第三十七頁，共271頁。通信中工作頻率和工作波長可互換：第三十八頁，共271頁。第三十九頁，共271頁。6．按信號(hào)復(fù)用方式分類傳輸多路信號(hào)有三種復(fù)用方式，即頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用。頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍；時(shí)分復(fù)用是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間；碼分復(fù)用是用正交的脈沖序列分別攜帶不同信號(hào)。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用，隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)的應(yīng)用愈來愈廣泛，碼分復(fù)用主要用于空間通信的擴(kuò)頻通信中。第四十頁，共271頁。7.按收信者是否運(yùn)動(dòng)分通信還可按收信者是否運(yùn)動(dòng)分為移動(dòng)通信和固定通信。移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息交換。由于移動(dòng)通信具有建網(wǎng)快、投資少、機(jī)動(dòng)靈活，它使用戶能隨時(shí)隨地快速可靠地進(jìn)行信息傳遞，因此，移動(dòng)通信已被列為現(xiàn)代通信中的三大新興通信方式之一。另外，通信還有其它一些分類方法，如按用戶類型可分為公用通信和專用通信等。第四十一頁，共271頁。2.3.2通信方式圖2.4單工、半雙工和全雙工通信方式示意圖(a)單工；(b)半雙工；(c)全雙工1．按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。第四十二頁，共271頁。

單工通信，是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，因此只占用一個(gè)信道，如圖2.4(a)所示。廣播、遙測、遙控、無線尋呼等就是單工通信方式的例子。

半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式，如圖2.4(b)所示。例如，使用同一載頻的對(duì)講機(jī)，收發(fā)報(bào)機(jī)以及問詢、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信都是半雙工通信方式。

全雙工通信，是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道，如圖2.4(c)所示。普通電話、手機(jī)都是最常見的全雙工通信方式，計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。第四十三頁，共271頁。2．按數(shù)字信號(hào)排列順序分在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號(hào)代碼排列的順序可分為并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸是將代表信息的數(shù)字序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸，如圖2.5（a）所示。并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸時(shí)間，但需要傳輸信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。串行傳輸是數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸，如圖2.5(b)所示。通常，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。

除了點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信外，還有點(diǎn)與多點(diǎn)、多點(diǎn)與多點(diǎn)之間的通信，多點(diǎn)間的通信屬于網(wǎng)絡(luò)通信。顯然，網(wǎng)通信的基礎(chǔ)仍是點(diǎn)與點(diǎn)的通信。

第四十四頁，共271頁。

圖2.5并行和串行通信方式示意圖(a)并行傳輸；(b)串行傳輸?shù)谒氖屙?，?71頁。3按照串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘控制方式

按照串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘控制方式可以分為異步通信和同步通信。異步通信指的是以字符為單位的，字符與字符間的傳送是完全異步的。異步通信的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)：啟始位(一個(gè)低電平“0”位，宣布開始傳送新的字符)數(shù)據(jù)位(一般為7-8位，所傳送字符的代碼)奇偶位(是為了檢驗(yàn)錯(cuò)誤而增加的一個(gè)校驗(yàn)位。又有奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn))停止位(又稱為空閑位，是一個(gè)高電平“1”。同步通信是面向一批字符塊或數(shù)據(jù)塊，同步傳輸是以固定的時(shí)鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的，因此在一個(gè)串行數(shù)據(jù)流中，各信號(hào)碼元之間的相對(duì)位置是固定的(即同步)。第四十六頁，共271頁。4從一個(gè)通信實(shí)體到其他通信實(shí)體之間同時(shí)建立通信關(guān)系的情況分廣播式(發(fā)送者將信號(hào)發(fā)送到通信群體中所以接收者所在的位置，并不理會(huì)接收者的情況。如電臺(tái)、電視等。點(diǎn)-點(diǎn)通信(僅發(fā)生在兩個(gè)通信實(shí)體之間,這是通信中最經(jīng)常發(fā)生的情況，如兩個(gè)人通電話，兩臺(tái)PC之間交流信息。)點(diǎn)-多點(diǎn)通信(一個(gè)實(shí)體與多個(gè)實(shí)體同時(shí)進(jìn)行通信，比較適合于協(xié)同工作，如視頻會(huì)議等。)第四十七頁，共271頁。5.按通信網(wǎng)絡(luò)形式分圖2.6按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式(a)兩點(diǎn)間直通方式；(b)分支方式；(c)交換方式第四十八頁，共271頁。第三章高速公路數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的研究內(nèi)容3.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

3.4公路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特點(diǎn)第四十九頁，共271頁。數(shù)據(jù)通信也稱計(jì)算機(jī)通信，是現(xiàn)代信息技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分。它是計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物．是把通信技術(shù)中的信息傳輸、交換同計(jì)算機(jī)技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理、加工及存儲(chǔ)有機(jī)結(jié)合而形成的一種通信方式。3.1.1

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)的輸入和輸出都是數(shù)據(jù)信號(hào)，因此數(shù)據(jù)通信是電子計(jì)算機(jī)和通信相結(jié)合而產(chǎn)生的一種通信方式。數(shù)據(jù)通信可定義為“用通信線路(包括通信設(shè)備)將遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與主計(jì)算機(jī)連接起來進(jìn)行信息處理”，以實(shí)現(xiàn)硬件、軟件和信息資源共享。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第五十頁，共271頁。3.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)通信的基本構(gòu)成如圖3-1所示。按功能劃分，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)中心、終端設(shè)備以及數(shù)據(jù)鏈路三個(gè)子系統(tǒng)組成。

圖3.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成第五十一頁，共271頁。1.計(jì)算機(jī)中心計(jì)算機(jī)中心子系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與處理，其內(nèi)部包括三部分。第一部分是通信控制器，其首要任務(wù)是使數(shù)據(jù)終端計(jì)算和處理數(shù)據(jù)的速率與通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)的速率相匹配，同時(shí)完成數(shù)據(jù)信號(hào)的串/并或并/串轉(zhuǎn)換。第二部分是中央處理裝置，主要用于收集和處理由數(shù)據(jù)終端傳來的數(shù)據(jù)。第三部分是存儲(chǔ)器，主存儲(chǔ)器用于存放處理數(shù)據(jù)所需要的程序，輔助存儲(chǔ)器(如磁帶、磁盤等)則用于臨時(shí)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。2.數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE：DataTerminalEquipment）數(shù)據(jù)終端設(shè)備的作用是將來自信道的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)，或者相反，根據(jù)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的不同，有多種類型的終端設(shè)備。典型終端設(shè)備有鍵盤、打印機(jī)、傳真機(jī)和顯示器等。第五十二頁，共271頁。3.數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路的功能是把多臺(tái)數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)中心連接起來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其組成包括傳輸信道和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE：DataCircuit-TerminatingEquipment或DataCommunicationsEquipment)兩部分。如果傳輸信道屬于模擬信道，DCE的作用就是把DTE送來的數(shù)據(jù)信號(hào)變換為模擬信號(hào)再送往信道。或者反過來把信道送來的模擬信號(hào)變換成數(shù)據(jù)信號(hào)再送到DTE。如果信道是數(shù)字的，則DCE的作用就是實(shí)現(xiàn)信號(hào)碼型與電平的變換、信道特性的均衡、定時(shí)供給等。第五十三頁，共271頁。3.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的研究內(nèi)容3.2.1信道3.2.2通信接口技術(shù)3.2.3數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)3.2.4差錯(cuò)控制3.2.5數(shù)據(jù)交換和通信協(xié)議3.2.6ATM交換3.2.7多路復(fù)用技術(shù)3.2.8同步數(shù)字傳輸網(wǎng)3.2.9同步3.2.10接入網(wǎng)3.2.11IP交換技術(shù)3.2.12綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)第五十四頁，共271頁。信道（Channel）：通俗地說，是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通路。狹義的講，信道是指由有線或無線電線路提供的信號(hào)通路。信道的作用是傳輸信號(hào)，同時(shí)又給信號(hào)加以限制和損害。廣義的講，信道除包括傳輸媒質(zhì)外，還包括有關(guān)的變換裝置(如:發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等等）。它的引入主要是從研究信息傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā)。有線電信道光纖信道有線信道無線信道微波衛(wèi)星信道廣義信道狹義信道調(diào)制信道編碼信道恒參信道隨參信道有記憶信道無記憶信道3.2.1信道第五十五頁，共271頁。圖3.2調(diào)制信道和編碼信道調(diào)制信道和編碼信道第五十六頁，共271頁。

調(diào)制信道：調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的部分。從調(diào)制和解調(diào)的角度來看，調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有變換裝置及傳輸媒質(zhì)，不論其過程如何，只不過是對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行某種變換。調(diào)制信道是為研究調(diào)制與解調(diào)問題所建立的一種廣義信道，它所關(guān)心的是調(diào)制信道輸入信號(hào)形式和已調(diào)信號(hào)通過調(diào)制信道后的最終結(jié)果，對(duì)于調(diào)制信道內(nèi)部的變換過程并不關(guān)心。因此，調(diào)制信道可以用具有一定輸入、輸出關(guān)系的方框來表示。通過對(duì)調(diào)制信道進(jìn)行大量的分析研究，發(fā)現(xiàn)它具有如下共性：調(diào)制信道第五十七頁，共271頁。有一對(duì)(或多對(duì))輸入端和一對(duì)(或多對(duì))輸出端；絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足疊加原理；信號(hào)通過信道具有一定的遲延時(shí)間，而且它還會(huì)受到(固定的或時(shí)變的)損耗；即使沒有信號(hào)輸入，在信道的輸出端仍有一定的功率輸出。噪聲第五十八頁，共271頁。根據(jù)以上幾條性質(zhì)，調(diào)制信道可以用一個(gè)二端口(或多端口)線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)來表示，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)便稱為調(diào)制信道模型，如圖二端口的調(diào)制信道模型，其輸出與輸入的關(guān)系有：第五十九頁，共271頁。式中，ei(t)為輸入的已調(diào)信號(hào)；eo(t)為調(diào)制信道對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)輸出波形；n(t)為加性噪聲，與ei(t)相互獨(dú)立。f［ei(t)］反映了信道特性，f［ei(t)］可以表示為信道單位沖激響應(yīng)k(t)與輸入信號(hào)的卷積，即eo(t)=k(t)*ｅi(t)+n(t)

或e(ω)=k(ω)ｅi(ω)其中，k(ω)依賴于信道特性。對(duì)于信號(hào)來說，k(ω)可看成是乘性干擾。如果我們了解k(t)與n(t)的特性，就能知道信道對(duì)信號(hào)的具體影響。加性干擾乘性干擾第六十頁，共271頁。通常信道特性k(t)是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，它可能包括各種線性失真、非線性失真、衰落等。同時(shí)由于信道的遲延特性和損耗特性隨時(shí)間作隨機(jī)變化，故k(t)往往只能用隨機(jī)過程來描述。根據(jù)信道傳輸函數(shù)k(ω)的時(shí)變特性的不同，信道可以分為兩大類：

恒定參量信道——信道傳輸特性k(ω)基本不隨時(shí)間變化的信道，即信道對(duì)信號(hào)的影響是固定的或變化極為緩慢的。架空明線和電纜、中長波地波傳播、超短波及微波視距傳播、人造衛(wèi)星中繼、光導(dǎo)纖維以及光波視距傳播等信道是恒參信道。恒參信道和隨參信道第六十一頁，共271頁。隨機(jī)參量信道——信道傳輸特性k(ω)隨時(shí)間隨機(jī)快變化的信道，這類信道稱為隨參信道。常見的隨參信道有陸地移動(dòng)信道、短波電離層反射信道、超短波流星余跡散射信道、超短波及微波對(duì)流層散射信道、超短波電離層散射以及超短波超視距繞射等信道。多徑傳播第六十二頁，共271頁。編碼信道：包括調(diào)制信道、調(diào)制器和解調(diào)器，它與調(diào)制信道模型有明顯的不同，是一種數(shù)字信道或離散信道。編碼信道輸入是離散的時(shí)間信號(hào)，輸出也是離散的時(shí)間信號(hào)，對(duì)信號(hào)的影響則是將輸入數(shù)字序列變成另一種輸出數(shù)字序列。由于信道噪聲或其他因素的影響，將導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤。由于編碼信道傳輸?shù)氖蔷幋a后的數(shù)字信號(hào)，所以我們關(guān)心的是數(shù)字信號(hào)經(jīng)信道傳輸后的差錯(cuò)情況，即誤碼特性，所以編碼信道的模型用數(shù)字轉(zhuǎn)移概率來表示。編碼信道第六十三頁，共271頁。分為有記憶編碼信道和無記憶編碼信道。假設(shè)解調(diào)器每個(gè)輸出碼元的差錯(cuò)發(fā)生是相互獨(dú)立的，即一碼元的差錯(cuò)與其前后碼元是否發(fā)生差錯(cuò)無關(guān)，信道是無記憶的。二進(jìn)制編碼信道模型第六十四頁，共271頁。

P(0)、P(1)——分別是發(fā)送“0”符號(hào)和“1”符號(hào)的先驗(yàn)概率。

P(0/0)、P(1/1)——正確轉(zhuǎn)移概率。

P(1/0)、P(0/1)——錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率。與信道噪聲有關(guān)

輸出的總的錯(cuò)誤概率為

Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)在上圖所示的編碼信道模型中，由于信道噪聲或其他因素影響導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，因此這種信道是無記憶編碼信道。根據(jù)無記憶編碼信道的性質(zhì)可以得到第六十五頁，共271頁。

P(0/0)+P(1/0)=1P(1/1)+P(0/1)=1

由二進(jìn)制無記憶編碼信道模型，可以容易地推廣到多進(jìn)制無記憶編碼信道模型。設(shè)編碼信道輸入M元符號(hào)，即X={x0,x1,…,xM-1}編碼信道輸出N元符號(hào)為

Y={y0,y1,…,yN-1}如果信道是無記憶的，則表征信道輸入、輸出特性的轉(zhuǎn)移概率為多進(jìn)制無記憶編碼信道模型第六十六頁，共271頁。P(yj/xi)=P(Y=yj/X=xi)

上式表示發(fā)送xi條件下接收出現(xiàn)yj的概率，也即是將xi轉(zhuǎn)移為yj的概率。如果編碼信道是有記憶的，即信道噪聲或其他因素影響導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤是不獨(dú)立的，則編碼信道模型要比上圖所示的模型復(fù)雜得多，信道轉(zhuǎn)移概率表示式也將變得很復(fù)雜。第六十七頁，共271頁。明線對(duì)稱電纜（雙絞線）同軸電纜有線電信道第六十八頁，共271頁。光纖信道以光導(dǎo)纖維(光纖)為傳輸媒質(zhì)、光波為載波的光纖信道?；鶐щ娦盘?hào)（原始電信號(hào)）光調(diào)制器基帶處理光纖線路光檢測器光源基帶處理基帶電信號(hào)（還原電信號(hào)）載波信號(hào)傳輸容量極大、損耗低、頻帶寬、線徑細(xì)、重量輕、可彎曲半徑小、不怕腐蝕、節(jié)省有色金屬、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。第六十九頁，共271頁。微波中繼信道定義：工作頻率在超短波和微波波段時(shí)，電磁波基本上沿視線傳播，通信距離依靠中繼方式延伸的無線電線路；相鄰中繼站間距離一般在40～50km；適用場合：長途干線、移動(dòng)通信網(wǎng)及某些數(shù)據(jù)收集(如水文、氣象數(shù)據(jù)的測報(bào))系統(tǒng)中；組成：終端站、中繼站及各站間的電波傳播路徑；特點(diǎn)：傳輸容量大、發(fā)射功率小、通信穩(wěn)定可靠，以及和同軸電纜相比，可以節(jié)省有色金屬等優(yōu)點(diǎn)。第七十頁，共271頁。第七十一頁，共271頁。衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道是利用人造衛(wèi)星作為中繼站構(gòu)成的通信信道，衛(wèi)星中繼信道與微波中繼信道都是利用微波信號(hào)在自由空間直線傳播的特點(diǎn)。微波中繼信道是由地面建立的端站和中繼站組成。衛(wèi)星中繼信道是以衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器作為中繼站與接收、發(fā)送地球站之間構(gòu)成。若衛(wèi)星運(yùn)行軌道在赤道平面，離地面高度為35780km時(shí)，繞地球運(yùn)行一周的時(shí)間恰為24小時(shí)，與地球自轉(zhuǎn)同步，這種衛(wèi)星稱為靜止衛(wèi)星。不在靜止軌道運(yùn)行的衛(wèi)星稱為移動(dòng)衛(wèi)星。若以靜止衛(wèi)星作為中繼站，采用三個(gè)相差120°的靜止通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球的絕大部分地域(兩極盲區(qū)除外)，如下圖所示。若采用中、低軌道移動(dòng)衛(wèi)星，則需要多顆衛(wèi)星覆蓋地球。所需衛(wèi)星的個(gè)數(shù)與衛(wèi)星軌道高度有關(guān)，軌道越低所需衛(wèi)星數(shù)越多。第七十二頁，共271頁。第七十三頁，共271頁。目前衛(wèi)星中繼信道主要工作頻段有：L頻段(1.5/1.6GHz)、C頻段(4/6GHz)、Ku頻段(12/14GHz)、Ka頻段(20/30GHz)。

衛(wèi)星中繼信道的主要特點(diǎn)是：覆蓋區(qū)域大、通信容量大、傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、傳輸距離遠(yuǎn)、通信成本與通信距離無關(guān)、地球站需要有大功率發(fā)射機(jī)、低噪聲接收機(jī)和高增益天線；另外，由于衛(wèi)星軌道離地面較遠(yuǎn)信號(hào)衰減大，電波往返所需要的時(shí)間較長。對(duì)于靜止衛(wèi)星，由地球站至通信衛(wèi)星，再回到地球站的一次往返需要0.26s左右，傳輸話音信號(hào)時(shí)會(huì)感覺明顯的延遲效應(yīng)。目前衛(wèi)星中繼信道主要用來傳輸多路電話、電視和數(shù)據(jù)。第七十四頁，共271頁。3.2.2通信接口技術(shù)DTEDCEDTEDCE通信網(wǎng)DTE和DCE接口框圖DTE（DataTerminalEquipment）數(shù)據(jù)終端設(shè)備，它們是數(shù)據(jù)的源或目的或既是源又是目的，例如數(shù)據(jù)輸入／輸出設(shè)備、通信處理機(jī)或計(jì)算機(jī)。DTE具有根據(jù)協(xié)議控制數(shù)據(jù)通信的功能。DCE（DataCircuit-TerminatingEquipment或DataCommunicationsEquipment）數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備或數(shù)據(jù)通信設(shè)備，是解決通信傳輸問題的通信設(shè)備，通常指調(diào)制解調(diào)器，多路復(fù)用器或數(shù)字設(shè)備。第七十五頁，共271頁。

接口是DTE與DCE之間的界面，為了使不同廠家的產(chǎn)品能夠互換或互連，DTE與DCE在插接方式、引線分配、電氣特性及應(yīng)答關(guān)系上均應(yīng)符合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這一套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范就是DTE/DCE的接口標(biāo)準(zhǔn)(或稱接口協(xié)議)?；ミB的設(shè)備在接口的標(biāo)準(zhǔn)上必須一致。

EIA(ElectronicIndustryAssociation)美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)

CCITT(ConsultativeCommitteeInternationalonTelegraphandTelephone)國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)

ISO(InternationalStandardsOrganization)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)

電氣和電子工程師協(xié)會(huì)第七十六頁，共271頁。接口特性機(jī)械特性（MechanicalCharacteristics）：接口中所使用接線器的形狀、引腳數(shù)、引線排列、固定裝置和鎖定裝置作出詳細(xì)規(guī)定。

電氣特性（ElectricalCharacteristics）：規(guī)定了DTE/DCE之間多條信號(hào)線的電氣連接及有關(guān)電路特性，通常包括發(fā)送器和接收器的電路特性（發(fā)送電平、發(fā)送器的輸出阻抗、接收器的輸入阻抗、平衡特性等）負(fù)載要求、信號(hào)速率及連接距離等。

DTE/DCE接口的電氣連接有非平衡方式、差動(dòng)接收的非平衡方式和平衡方式3種連接方式。第七十七頁，共271頁。第七十八頁，共271頁。

功能特性（FunctionalCharacteristics）：反映了數(shù)據(jù)傳輸方式及兩者通信間的握手關(guān)系，主要是對(duì)各接口信號(hào)線作出確切的功能定義并確定相互間的操作關(guān)系。接口電路按期功能可以分為四類：數(shù)據(jù)信號(hào)電路（數(shù)據(jù)線、地址線）、控制信號(hào)電路（讀寫控制信號(hào)）、定時(shí)信號(hào)電路（時(shí)鐘）、公共信號(hào)電路（共地）。

過程特性（ProceduralCharacteristics）：也叫規(guī)程特性，他是功能特性進(jìn)一步具體細(xì)節(jié)的描述，反映了各接口線之間的相互關(guān)系、動(dòng)作次序以及維護(hù)測試等方面的內(nèi)容。規(guī)定了接口個(gè)信號(hào)線之間相互關(guān)系、動(dòng)作順序、維護(hù)測試操作等。第七十九頁，共271頁。1.單極性不歸零波形信號(hào)脈沖的零電平和正電平分別對(duì)應(yīng)著二進(jìn)制代碼0和1，其特點(diǎn)是極性單一，有直流分量，脈沖之間無間隔。另外位同步信息包含在電平的轉(zhuǎn)換之中，當(dāng)出現(xiàn)連0序列時(shí)沒有位同步信息。3.2.3數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸

數(shù)字基帶信號(hào)(以下簡稱為基帶信號(hào))的類型有很多，常見的有矩形脈沖、三角波、高斯脈沖等。最常用的是矩形脈沖，因?yàn)榫匦蚊}沖易于形成和變換，下面就以矩形脈沖為例介紹幾種最常見的基帶信號(hào)波形。第八十頁，共271頁。2.單極性歸零波形有電脈沖寬度小于碼元寬度，每個(gè)有電脈沖在小于碼元長度內(nèi)總要回到零電平，所以稱為歸零波形。單極性歸零波形可以直接提取定時(shí)信息。第八十一頁，共271頁。3.雙極性不歸零波形脈沖的正、負(fù)電平分別對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制代碼1、0，當(dāng)0、1符號(hào)等可能出現(xiàn)時(shí)無直流分量。這樣，恢復(fù)信號(hào)的判決電平為零值，因而不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強(qiáng)。第八十二頁，共271頁。4.雙極性歸零波形每個(gè)碼元內(nèi)的脈沖都回到零點(diǎn)平，即相鄰脈沖之間必定留有零電位的間隔。有利于同步脈沖的提取。第八十三頁，共271頁。1_．曼徹斯特碼（雙相碼）每個(gè)碼元用兩個(gè)連續(xù)且極性相反的脈沖來表示，如用“正+負(fù)”脈沖表示1，用“負(fù)+正”脈沖表示0。該跳變既代表時(shí)鐘，也代表數(shù)字信號(hào)的取值，即用2個(gè)比特表示1個(gè)二元碼元，是一類所謂的1B2B碼。直流分量被完全消除；在連續(xù)1和連續(xù)0都有碼元間隔，有利提取同步信號(hào)。曼徹斯特編碼在需要時(shí)（如連續(xù)多個(gè)0或1）將在某位的開始邊界進(jìn)行一次跳變，為傳輸下一為作準(zhǔn)備，該跳變既不代表時(shí)鐘，也不代表信號(hào)。碼型第八十四頁，共271頁。1_．差分曼徹斯特碼是改進(jìn)的曼徹斯特編碼，其特點(diǎn)是位中心的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，用每位開始時(shí)有無跳變表示數(shù)據(jù)，有跳變時(shí)表示“0”，無跳變時(shí)表示“1”，微分曼徹斯特編碼在每一位的中間必有一次跳變，該跳變僅代表時(shí)鐘，不代表信號(hào)，而在位的開始是否有跳變才代表信號(hào)。上述兩種編碼的特點(diǎn)是：每一位時(shí)間間隔的中間有一次信號(hào)跳變。接收端可以利用這一跳變與發(fā)送端保持同步。由于時(shí)鐘與數(shù)據(jù)均包含于信號(hào)數(shù)據(jù)流中，所以這種編碼被稱為自同步編碼。差分雙相碼用于解決信道相位反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的接收困難。第八十五頁，共271頁。第八十六頁，共271頁。2．交替極性碼（AMI碼）將單極性歸零碼的1碼元交替用正、負(fù)脈沖來表示，其編碼規(guī)則是將二進(jìn)制消息代碼“1”(傳號(hào))交替地變換為傳輸碼的“+1”和“-1”，而“0”(空號(hào))保持不變。比如當(dāng)前用正脈沖表示1，則下一個(gè)1用負(fù)脈沖表示。AMI碼也稱為傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼、雙極碼、平衡對(duì)稱碼、偽三元碼等。第八十七頁，共271頁。優(yōu)點(diǎn)：由于+1與-1交替，不含直流成分，高、低頻分量少，能量集中在頻率為1/2碼速處。位定時(shí)頻率分量雖然為0，但只要將基帶信號(hào)經(jīng)全波整流便可提取位定時(shí)信號(hào)。此外，編譯碼電路簡單，便于利用傳號(hào)極性交替規(guī)律觀察誤碼情況。缺點(diǎn)：當(dāng)原信碼出現(xiàn)連“0”串時(shí)，信號(hào)的電平長時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。解決連“0”碼問題的有效方法之一是采用HDB3碼。第八十八頁，共271頁。3．三階高密度雙極性碼（HDB3碼）在當(dāng)信碼的連0個(gè)數(shù)不超過3時(shí)，仍按AMI碼的規(guī)則編，即傳號(hào)極性交替；連0個(gè)數(shù)超過3時(shí)，則將第4個(gè)0改為非0脈沖，記為+V或-V，稱之為破壞脈沖。相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn)；為了便于識(shí)別，V碼的極性應(yīng)與其前一個(gè)非0脈沖的極性相同，否則，將四連0的第一個(gè)0更改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為+B或-B；破壞脈沖之后的傳號(hào)碼極性也要交替。第八十九頁，共271頁。原代碼：1000010000110000l1AMI碼：-10000+10000-1+10000-1+1HDB3碼-1000-V+100+V-1+1-B00-V+1-1其中的±V脈沖和±B脈沖與±1脈沖波形相同，用V或B符號(hào)的目的是為了示意是將原信碼的“0”變換成“1”碼。雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡單。第九十頁，共271頁。5．CMI碼（CodedMarkInversion）是一類1B2B碼。用“負(fù)+正”脈沖（編碼01）表示0，用“負(fù)+負(fù)”脈沖（00）或“正+正”脈沖（11）表示1。規(guī)定相鄰的碼元1（中間可能有0將它們隔開）須由交替反轉(zhuǎn)的00或11表示。CMI具有雙相碼的優(yōu)點(diǎn)，且不怕信道相位反轉(zhuǎn)。是CCITT推薦的PCM接口碼型。6．Miller碼Miller碼也稱延遲調(diào)制碼，是一類1B2B碼。用碼元周期中點(diǎn)出現(xiàn)跳變表示1，否則表示0。但當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)0時(shí)，規(guī)定一個(gè)0碼元的下一個(gè)0碼元的周期前沿出現(xiàn)跳變。Miller碼脈沖寬度最大為兩個(gè)碼元，最小為一個(gè)碼元，可用于誤碼檢測。第九十一頁，共271頁。(b)密勒碼；(c)CMI碼第九十二頁，共271頁。3.2.4差錯(cuò)控制在通信系統(tǒng)中，由于存在信道噪聲干擾和碼間干擾等原因，不可避免的造成傳輸差錯(cuò)。實(shí)際中為了減少傳輸差錯(cuò)，通常采用兩種基本的差錯(cuò)控制方法：

改善線路質(zhì)量：采用高質(zhì)量的傳輸信道

差錯(cuò)檢測與糾正：對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行抗干擾編碼，并以此來檢測和校正傳輸中的差錯(cuò)。差錯(cuò)控制編碼的基本思想是通過對(duì)信息碼元序列做某種變換，使原來彼此相互獨(dú)立、沒有關(guān)聯(lián)的信息碼元序列，產(chǎn)生某種規(guī)律性或相關(guān)性，從而可以在接收端根據(jù)這種規(guī)律性來檢查以致糾正傳輸序列中的差錯(cuò)。差錯(cuò)控制編碼能有效減少噪聲干擾，但影響了傳輸效率。第九十三頁，共271頁。差錯(cuò)控制編碼的分類誤碼控制的不同功能檢錯(cuò)碼僅具備識(shí)別錯(cuò)碼功能而無糾正錯(cuò)碼功能糾錯(cuò)碼不僅具備識(shí)別錯(cuò)碼功能，同時(shí)具備糾正錯(cuò)碼功能糾刪碼不僅具備識(shí)別錯(cuò)碼和糾正錯(cuò)碼的功能，而且當(dāng)錯(cuò)碼超過糾正范圍時(shí)可把無法糾錯(cuò)的信息刪除。信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系線形碼兩者呈線性關(guān)系，即滿足一組線性方程式非線性碼兩者關(guān)系不能用線性方程式來描述信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的約束方式分組碼編碼后的碼元序列每n位分為一組，其中包括k位信息碼元和r位附加監(jiān)督碼元，即n=k+r，每組的監(jiān)督碼元僅與本組信息碼元有關(guān)，而與其他組的信息碼元無關(guān)卷積碼雖然編碼后碼元序列也劃分為碼組，但每組的監(jiān)督碼元不但與本組的信息碼元有關(guān)，而且與前面碼組的信息碼元也有約束關(guān)系。信息碼元在編碼后是否保持原來的形式不變系統(tǒng)碼編碼后的信息碼元序列保持原樣不變非系統(tǒng)碼信息碼元會(huì)改變其原有的信號(hào)序列糾正錯(cuò)誤的類型不同糾正隨即錯(cuò)誤碼主要用于產(chǎn)生獨(dú)立的局部誤碼的信道糾正突發(fā)錯(cuò)誤碼主要用于產(chǎn)生大面積的連續(xù)誤碼的情況第九十四頁，共271頁。第九十五頁，共271頁。差錯(cuò)控制方式---前向糾錯(cuò)系統(tǒng)在前向糾錯(cuò)(FEC)系統(tǒng)中，發(fā)信端將信息碼經(jīng)信道編碼后變成能夠糾正錯(cuò)誤的碼，然后通過信道發(fā)送出去；收信端收到這些碼組后，根據(jù)與發(fā)信端約定好的編碼規(guī)則，通過譯碼能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并糾正因傳輸帶來的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。前向糾錯(cuò)方式只要求單向信道，因此特別適合于只能提供單向信道的場合，同時(shí)也適合一點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的廣播方式。因?yàn)椴恍枰獙?duì)發(fā)信端反饋信息，所以接收信號(hào)的延時(shí)小、實(shí)時(shí)性好。這種糾錯(cuò)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜、成本高，且糾錯(cuò)能力愈強(qiáng)，編譯碼設(shè)備就愈復(fù)雜。第九十六頁，共271頁。

自動(dòng)檢錯(cuò)重發(fā)(ARQ)系統(tǒng)的發(fā)信端將信息碼編成能夠檢錯(cuò)的碼組發(fā)送到信道，收信端收到一個(gè)碼組后進(jìn)行檢驗(yàn)，將檢驗(yàn)結(jié)果（有誤碼或者無誤碼）通過反向信道反饋給發(fā)信端作為對(duì)發(fā)信端的一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。發(fā)信端根據(jù)收到的應(yīng)答信號(hào)做出是繼續(xù)發(fā)送新的數(shù)據(jù)還是把出錯(cuò)的數(shù)據(jù)重發(fā)的判斷。檢錯(cuò)重發(fā)系統(tǒng)根據(jù)工作方式又可分為三種，即停發(fā)等候重發(fā)系統(tǒng)、返回重發(fā)系統(tǒng)和選擇重發(fā)系統(tǒng).自動(dòng)檢錯(cuò)重發(fā)系統(tǒng)停發(fā)等候重發(fā)系統(tǒng)返回重發(fā)系統(tǒng)選擇重發(fā)系統(tǒng)第九十七頁，共271頁。發(fā)信端在t=0時(shí)刻將碼組1發(fā)給收信端，然后停止發(fā)送，等待收信端的應(yīng)答信號(hào)。收信端收到該碼組并檢驗(yàn)后，將應(yīng)答信號(hào)ACK發(fā)回發(fā)信端，發(fā)信端確認(rèn)碼組1無錯(cuò)，就將碼組2發(fā)送出來；收信端對(duì)碼組2進(jìn)行檢驗(yàn)后，收信端判斷該碼組有錯(cuò)并以NAK信號(hào)告知發(fā)信端，發(fā)信端將碼組2重新發(fā)送一次，收信端第二次收到碼組2經(jīng)檢驗(yàn)后無錯(cuò)，即可通過ACK信號(hào)告訴發(fā)信端無錯(cuò)，發(fā)信端接著發(fā)送碼組3……從上述過程中可見，發(fā)信端由于要等收信端的應(yīng)答信號(hào)，發(fā)送過程是間歇式的，因此數(shù)據(jù)傳輸效率不高。但由于該系統(tǒng)原理簡單，在計(jì)算機(jī)通信中仍然得到應(yīng)用。----停發(fā)等候重發(fā)系統(tǒng)第九十八頁，共271頁。在這種系統(tǒng)中發(fā)信端不停頓地發(fā)送信息碼組，不再等候ACK信號(hào)，如果收信端發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并發(fā)回NAK信號(hào)，則發(fā)信端從下一個(gè)碼組開始重發(fā)前一段N個(gè)碼組，N的大小取決于信號(hào)傳輸和處理所造成的延時(shí)，也就是發(fā)信端從發(fā)錯(cuò)誤碼組開始，到收到NAK信號(hào)為止所發(fā)出的碼組個(gè)數(shù)，圖中N=5。收信端收到碼組2有錯(cuò)。發(fā)信端在碼組6后重發(fā)碼組2、3、4、5、6，收信端重新接收。這種返回重發(fā)系統(tǒng)的傳輸效率比停發(fā)等候系統(tǒng)有很大改進(jìn)，在很多數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中得到應(yīng)用。----返回重發(fā)系統(tǒng)第九十九頁，共271頁。選擇重發(fā)系統(tǒng)的工作過程：這種重發(fā)系統(tǒng)也是連續(xù)不斷地發(fā)送碼組，收信端檢測到錯(cuò)誤后發(fā)回NAK信號(hào)，但是發(fā)信端不是重發(fā)前N個(gè)碼組，而是只重發(fā)有錯(cuò)誤的那一組。圖中顯示發(fā)信端只重發(fā)收信端檢出有錯(cuò)的碼組2，對(duì)其它碼組不再重發(fā)。收信端對(duì)已認(rèn)可的碼組，從緩沖存儲(chǔ)器讀出時(shí)重新排序，恢復(fù)出正常的碼組序列。顯然，選擇重發(fā)系統(tǒng)傳輸效率最高，但價(jià)格也最貴，因?yàn)樗筝^為復(fù)雜的控制，在收、發(fā)兩端都要求有數(shù)據(jù)緩存器。----選擇重發(fā)系統(tǒng)第一百頁，共271頁?；旌霞m錯(cuò)方式是前向糾錯(cuò)方式和檢錯(cuò)重發(fā)方式的結(jié)合。在傳輸碼數(shù)較少時(shí),可自動(dòng)糾正錯(cuò)誤,在錯(cuò)碼較多時(shí),可以自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)。他的通信可靠性好,傳輸效率高,但傳輸設(shè)備也相應(yīng)比較復(fù)雜,也需要雙向信道場合中使用。

在實(shí)際通信系統(tǒng)中，差錯(cuò)控制方式的選擇，要視具體情況而定?？梢愿鶕?jù)信源性質(zhì)，信息傳輸特點(diǎn)，信道干擾種類、對(duì)實(shí)時(shí)性、誤碼率的要求以及有無雙向信道等因素而合適的選擇差錯(cuò)控制方式?；旌霞m錯(cuò)方式第一百零一頁，共271頁。常見的抗干擾碼1奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼是數(shù)據(jù)通信中最常見的一種簡單檢錯(cuò)碼，其編碼規(guī)則是：把信息碼先分組，形成多個(gè)許用碼組，在每一個(gè)許用碼組最后（最低位）加上一位監(jiān)督碼元即可。加上監(jiān)督碼元后使該碼組中1的數(shù)目為奇數(shù)的編碼稱為奇校驗(yàn)碼，為偶數(shù)的編碼稱為偶校驗(yàn)碼。根據(jù)編碼分類，可知奇偶校驗(yàn)碼屬于一種檢錯(cuò)、線性、分組系統(tǒng)碼。根據(jù)奇偶校驗(yàn)的規(guī)則我們可以看到，當(dāng)碼組中的誤碼為偶數(shù)時(shí)，校驗(yàn)失效。比如有兩位發(fā)生錯(cuò)誤，會(huì)有這樣幾種情況：00變成11、11變成00、01變成10、10變成01，可見無論哪種情況出現(xiàn)都不會(huì)改變碼組的奇偶性，偶校驗(yàn)碼中1的個(gè)數(shù)仍為偶數(shù)，奇校驗(yàn)碼中1的個(gè)數(shù)仍為奇數(shù)。因此，簡單的奇偶校驗(yàn)碼只能檢測出奇數(shù)個(gè)位發(fā)生錯(cuò)誤的碼組。偶數(shù)-奇數(shù)=奇數(shù)奇數(shù)-奇數(shù)=偶數(shù)偶數(shù)-偶數(shù)=偶數(shù)奇數(shù)-偶數(shù)=奇數(shù)第一百零二頁，共271頁。2水平奇偶校驗(yàn)碼為克服上述簡單奇偶校驗(yàn)碼檢錯(cuò)能力不高且不能檢測突發(fā)錯(cuò)誤的缺點(diǎn)，我們可以將經(jīng)過簡單奇偶校驗(yàn)編碼的碼組按行排列成方陣，每一行是一個(gè)碼組，若有n個(gè)碼組則方陣就有n行。比如，有經(jīng)過奇偶校驗(yàn)編碼的7個(gè)碼組01011011001、01010100100、00110000110、11000111001、00111111110、00010011111、11101100001排成方陣共有7行（見下表）。如果傳輸時(shí)按碼組逐行傳輸?shù)脑?，則與簡單奇偶校驗(yàn)碼沒有區(qū)別。但若發(fā)信端按列進(jìn)行傳輸，收信端按列接收后再按行還原成發(fā)信端的方陣，然后按行進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，則糾錯(cuò)情況就會(huì)發(fā)生變化。觀察該表可見，因?yàn)槭侵鹆邪l(fā)送，在一列中不管出現(xiàn)幾個(gè)誤碼（偶數(shù)個(gè)或奇數(shù)個(gè)），對(duì)應(yīng)在每一行都只是一位誤碼，所以都可以通過水平奇偶校驗(yàn)檢驗(yàn)出來；第一百零三頁，共271頁。但對(duì)于每一行（一個(gè)碼組）而言仍然只能檢出所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤。與簡單奇偶校驗(yàn)編碼相比，這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以檢出所有長度小于行數(shù)（碼組數(shù)）的突發(fā)錯(cuò)誤。第一百零四頁，共271頁。2二維奇偶校驗(yàn)碼二維奇偶校驗(yàn)碼又稱水平-垂直奇偶校驗(yàn)碼或方陣碼。經(jīng)奇偶校驗(yàn)后的若干碼子排列成矩陣，每個(gè)碼子構(gòu)成一行，然后再按列的方向增加垂直校驗(yàn)位，就構(gòu)成了二維奇偶校驗(yàn)碼。二維奇偶校驗(yàn)碼在發(fā)送時(shí)仍按列發(fā)送，收信端順序接收后仍還原成原方陣形式。二維奇偶校驗(yàn)碼比一維奇偶校驗(yàn)碼多了個(gè)列校驗(yàn)，因此，其檢錯(cuò)能力有所提高。除了檢出行中的所有奇數(shù)個(gè)誤碼及長度不大于行數(shù)的突發(fā)性錯(cuò)誤外，還可檢出列中的所有奇數(shù)個(gè)誤碼及長度不大于列數(shù)的突發(fā)性錯(cuò)誤。同時(shí)還能檢出碼組中大多數(shù)出現(xiàn)偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤的情況，比如，在碼組1中頭兩位發(fā)生錯(cuò)誤，從01變成10，則第1列的1就變成3個(gè)，第2列的1也變成3個(gè)，而兩列的校驗(yàn)碼元都是0，所以可以查出這兩列有錯(cuò)誤。也就是說，碼組中出現(xiàn)了2位（偶數(shù)位）誤碼，但具體是哪一個(gè)碼組（那一行）出現(xiàn)誤碼還無法判斷。第一百零五頁，共271頁。第一百零六頁，共271頁。3線性分組碼線性分組碼的概念：將信息序列劃分為等長（k位）的序列段，在每一信息段后附加r位監(jiān)督碼元，且監(jiān)督碼元與信息碼元之間構(gòu)成線性關(guān)系，即他們之間可由線性方程來聯(lián)系，這樣構(gòu)成的抗干擾編碼成為線性分組碼。顯然線性分組碼是分組碼，也是線性碼。簡單地說，將信息碼進(jìn)行分組，然后為每組信息碼附加若干位監(jiān)督碼元的編碼方法得到的碼集合稱為分組碼。線性分組碼有兩個(gè)重要性質(zhì)：一個(gè)是封閉性，即任意兩個(gè)許用碼組（代表信息的碼組）之模2和仍為一許用碼組；另一個(gè)是碼組的最小碼距等于非零碼的最小碼重。第一百零七頁，共271頁。4循環(huán)碼循環(huán)碼是線性分組碼的一個(gè)重要分支。循環(huán)碼有許多特殊的代數(shù)性質(zhì)，基于這些性質(zhì)，循環(huán)碼有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，而且其編碼和譯碼電路很容易用移位寄存器實(shí)現(xiàn)，因而在FEC系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。循環(huán)碼可定義為：對(duì)于一個(gè)（n，k）線性碼C，若其中的任一碼組向左或向右循環(huán)移動(dòng)任意位后仍是C中的一個(gè)碼組，則稱C是一個(gè)循環(huán)碼。循環(huán)碼是一種分組碼，前k位為信息碼元，后m位為監(jiān)督碼元。它除了具有線性分組碼的封閉性之外，還具有一個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)即循環(huán)性。循環(huán)性指的是任一許用碼組經(jīng)過循環(huán)移位后所得到的碼組仍為一許用碼組。第一百零八頁，共271頁。碼組信息位監(jiān)督位碼組信息位監(jiān)督位編號(hào)a6a5a4a3a2a1a0編號(hào)a6a5a4a3a2a1a00000000041001011100101115101110020101110611001013011100171110010第一百零九頁，共271頁。4卷積編碼卷積編碼又稱連環(huán)碼。它是一種非分組糾錯(cuò)碼，他和分組碼有明顯的區(qū)別。在（n，k）線形分組碼中，本組r=n-k個(gè)監(jiān)督碼元僅與本組k個(gè)信息元有關(guān)，而與其它各組無關(guān)。也就是說，分組碼編碼器本身沒有記憶性。卷積碼則不同，每個(gè)（n，k）碼段（也稱子碼，通常較短）內(nèi)的n個(gè)碼元不僅與該碼段內(nèi)的信息元k有關(guān)，而且與前面m段里的信息源有關(guān)。m為編碼器存儲(chǔ)器數(shù)，卷積碼常用符號(hào)（n，k，m）表示，其編碼效率為k/n。典型的卷積碼一般選的n和k（n<k）值較小,存儲(chǔ)器m可取較大值（m<10），這樣可以獲得極簡單又高性能的信道編碼。第一百一十頁，共271頁。3.2.5數(shù)據(jù)交換和通信協(xié)議對(duì)于實(shí)際的通信系統(tǒng)，無論電話還是數(shù)據(jù)通信，都需要再多點(diǎn)之間進(jìn)行通信，從而構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)的通信，只要在通信雙方之間建立一個(gè)連接即可。而對(duì)于點(diǎn)到多點(diǎn)或多點(diǎn)到多點(diǎn)的通信（也就是具有多個(gè)通信終端），最直接的方法就是讓所有通信方兩兩相連，如右圖所示。這樣的連接方式稱為全互連式。全互連式存在以下缺點(diǎn)：第一百一十一頁，共271頁。（1）當(dāng)存在N個(gè)終端時(shí)需要N（N-1）/2條連線，連線數(shù)量隨終端數(shù)的平方而增加，通常稱為N2問題。（2）當(dāng)這些終端分別位于相距很遠(yuǎn)的地方時(shí)，相互間的連接需要大量的長途線路。（3）每個(gè)終端都有N-1根連線與其它終端相接，因而每個(gè)終端都需要N-1個(gè)線路接口。（4）增加第N+1個(gè)終端時(shí)，必須增設(shè)N條線路。顯然，全互連式成本較高，連接復(fù)雜，僅適合于終端數(shù)目較少、地理位置相對(duì)集中且可靠性要求很高的場合。第一百一十二頁，共271頁。對(duì)于終端用戶數(shù)量較多，分布范圍較廣的情況，最好的連接方法是在用戶分布密集中心處安裝一個(gè)設(shè)備，把每個(gè)用戶終端設(shè)備（比如電話機(jī)）分別用專用的線路（電話線）連接到這個(gè)設(shè)備上，如右圖所示。當(dāng)任意兩個(gè)用戶之間要進(jìn)行通信時(shí)，該設(shè)備就把連接這兩個(gè)用戶的開關(guān)接點(diǎn)合上，將這兩個(gè)用戶的通信線路接通。當(dāng)兩個(gè)用戶通信完畢，再把相應(yīng)的開關(guān)接點(diǎn)斷開，兩個(gè)用戶間的連線也就隨之切斷。這樣，第一百一十三頁，共271頁。對(duì)N個(gè)用戶只需要N對(duì)連線，即N條線路就可以滿足要求，線路的投資費(fèi)用大大降低。這種能夠完成任意兩個(gè)用戶之間通信線路連接與斷開作用的設(shè)備稱為交換設(shè)備或交換機(jī)。引入交換設(shè)備后，交換設(shè)備就和連接在其上的用戶終端設(shè)備以及它們之間的傳輸線路構(gòu)成了最簡單的通信網(wǎng)，并可由多個(gè)交換設(shè)備構(gòu)成實(shí)用的大型通信網(wǎng)，如下圖所示。處于通信網(wǎng)中的任何一臺(tái)交換設(shè)備都可以稱為一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)。第一百一十四頁，共271頁。信息在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過若干個(gè)交換節(jié)點(diǎn)，完成從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的傳輸這種節(jié)點(diǎn)對(duì)信息的轉(zhuǎn)發(fā)方式就稱為交換方式。所謂交換就是指各通信終端之間（比如計(jì)算機(jī)之間，電話機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與電話機(jī)之間等）為交換信息所采用的一種利用交換設(shè)備進(jìn)行連接的工作方式。交換方式電路交換信息交換報(bào)文交換分組交換快速分組交換數(shù)據(jù)報(bào)虛電路幀中繼信源中繼第一百一十五頁，共271頁。

線路交換（也叫電路交換）是在信息（數(shù)據(jù)）的發(fā)送端和接收端之間，直接建立一條臨時(shí)通路，供通信雙方專用，其它用戶不能再占用，直到雙方通信完畢才能拆除。其特點(diǎn)是直接由物理鏈路連通，沒有其它用戶干擾、沒有非傳輸時(shí)延；缺點(diǎn)是通路建立時(shí)間較長，線路利用率不高（也就是長途電話費(fèi)用高的原因）。該方式適合大數(shù)據(jù)量的信息傳輸。線路交換第一百一十六頁，共271頁。

線路交換分三個(gè)階段：（1）線路建立階段（呼叫建立階段）：該階段的任務(wù)是在欲進(jìn)行通信的雙方之間，各節(jié)點(diǎn)（電話局）通過線路交換設(shè)備，建立一條僅供通信雙方使用的臨時(shí)專用物理通路。（2）數(shù)據(jù)傳輸階段：通信雙方的具體通信過程（數(shù)據(jù)交換）在這個(gè)階段進(jìn)行。（3）線路拆除階段：通信完畢后，必須拆除這個(gè)臨時(shí)通道，以釋放線路資源供其它通信方使用。如下圖（a）所示，節(jié)點(diǎn)B、D、E為A、F兩點(diǎn)提供一條直接通路。下圖（b）給出了線路交換的線路建立和數(shù)據(jù)傳輸過程。第一百一十七頁，共271頁。第一百一十八頁，共271頁。線路交換主要有采用模擬式交換器的空分線路交換和采用數(shù)字式交換機(jī)的時(shí)分線路交換兩種方式。

空分線路交換是傳統(tǒng)的交換方式，采用所謂的空間交換，即通過物理信道的轉(zhuǎn)接來完成交換方式，各條線路都是客觀存在的，交換的過程是相應(yīng)物理信道的連接和斷開。完成空分交換的設(shè)備是空分接續(xù)器，或稱交換矩陣。其過程是：主叫用戶A呼叫（撥號(hào)）接收端B，由接收器接收號(hào)碼進(jìn)行分析，根據(jù)譯碼結(jié)果去控制交換裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電子開關(guān)、繼電器等），接通到被叫用戶的一條物理鏈路，然后由接收端發(fā)回一個(gè)呼叫接收信號(hào)給主叫方，或者交換裝置確定被叫已接通，由交換裝置給主叫用戶發(fā)一個(gè)呼叫接收信號(hào)（一般為振鈴信號(hào)），這時(shí)，主叫A就可向被叫B發(fā)送數(shù)據(jù)直至結(jié)束，由交換機(jī)釋放該通信鏈路。第一百一十九頁，共271頁。

時(shí)分線路交換方式采用的是時(shí)分多路復(fù)用原理。在一條公用的通信線路上，接有多個(gè)終端，各用戶終端按一定的時(shí)間間隔輪流接通與終端相連的線路，被接通的線路使用公用線路進(jìn)行通信，從而大大提高了線路利用率。此時(shí)用戶信號(hào)的傳輸在時(shí)間上是不連續(xù)的，但只要取樣速率足夠高，各用戶就可以正常進(jìn)行通信。時(shí)分電路交換是按照一定的時(shí)間片來輪流接通各用戶進(jìn)行信息交換的，因此，要求利用這種交換方式的通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒁彩前磿r(shí)間的長短分組傳輸?shù)摹＿@樣，在每一個(gè)接通時(shí)間內(nèi)可傳輸一個(gè)或幾個(gè)分組，因此他的信息傳輸過程是不連續(xù)的。第一百二十頁，共271頁。

小結(jié)：電路交換是一種預(yù)先分配線路資源的交換方式。在呼叫建立過程中，一部分線路資源就被分配給需要進(jìn)行通信的一對(duì)用戶固定使用（在時(shí)分電路交換系統(tǒng)中這一對(duì)用戶將占用固定的時(shí)隙，時(shí)隙也可以看作是線路資源）。此后，這對(duì)用戶一直占用該線路，并可以進(jìn)行基本上無延遲的信息傳輸，直到拆線為止，這一特點(diǎn)特別適合于電話通信，對(duì)于有時(shí)實(shí)性要求的數(shù)據(jù)通信，也希望采用電路交換方式。通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換設(shè)備不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不能改變數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且不具備差錯(cuò)控制能力。第一百二十一頁，共271頁。報(bào)文交換不像線路交換那樣需要建立專用通道。它的原理是，信源將欲傳輸?shù)男畔⒔M成一個(gè)數(shù)據(jù)包，我們稱作報(bào)文。該報(bào)文上寫有信宿的地址。這樣的數(shù)據(jù)包送上網(wǎng)絡(luò)后，每個(gè)接收到的節(jié)點(diǎn)都先將它存在該節(jié)點(diǎn)處，然后按信宿的地址，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的具體傳輸情況，等待空閑的路由將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。經(jīng)過這樣的多次存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)，直至信宿，完成一次數(shù)據(jù)傳輸。

報(bào)文交換

存儲(chǔ)---轉(zhuǎn)發(fā)的基本概念：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（storeandforwardexchanging）方式與線路交換方式的主要區(qū)別表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個(gè)數(shù)據(jù)單元（報(bào)文或報(bào)文分組）進(jìn)入通信子網(wǎng)；通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)是通信控制處理機(jī)，它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯(cuò)校驗(yàn)、存儲(chǔ)、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。第一百二十二頁，共271頁。第一百二十三頁，共271頁。

報(bào)文交換的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)報(bào)文是以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式通過交換機(jī)。由于交換機(jī)輸入和輸出的信息速率、編碼格式等不同，因此，很容易實(shí)現(xiàn)各種類型終端之間的相互通信。(2)在報(bào)文交換過程中不需要建立專用通路，沒有電路持續(xù)過程（保持連通狀態(tài)），來自不同用戶的報(bào)文可以在一條線路上以報(bào)文為單位進(jìn)行多路復(fù)用，線路可以以其最高的傳輸能力工作，大大地提高了線路的利用率。(3)用戶不需要叫通對(duì)方就可以發(fā)送報(bào)文，并可以節(jié)省通信終端操作人員的時(shí)間。如果需要，同一報(bào)文可以由交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到許多不同的收發(fā)地點(diǎn)，即實(shí)現(xiàn)同報(bào)文的通信（或廣播功能）。第一百二十四頁，共271頁。

報(bào)文交換的主要缺點(diǎn)：(1)由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)在收到來自不同方向的報(bào)文后，都要將報(bào)文先排隊(duì)，尋找到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，因此，信息通過節(jié)點(diǎn)交換（或路由）時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延大，而且時(shí)延的變化也大，不利于實(shí)時(shí)通信。(2)交換機(jī)需要存儲(chǔ)用戶發(fā)送的報(bào)文，因?yàn)橛械膱?bào)文可能很長，所以要求交換機(jī)要有高速處理能力和大的存儲(chǔ)容量，一般要求配備大容量的磁盤和磁帶存儲(chǔ)器，導(dǎo)致交換機(jī)的設(shè)備比較龐大，費(fèi)用較高。(3)報(bào)文交換不適合進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸或交互式通信。第一百二十五頁，共271頁。(4)報(bào)文交換一般只適用于公眾電報(bào)和電子信箱業(yè)務(wù)。(5)由于報(bào)文交換在本質(zhì)上是一種主—從結(jié)構(gòu)方式，所有的信息都流入、流出交換機(jī)，若交換機(jī)發(fā)生故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都會(huì)癱瘓。因此許多系統(tǒng)都需要備份交換機(jī)，一個(gè)發(fā)生故障，另一個(gè)代它工作。同時(shí)，該系統(tǒng)的中心布局形式，造成所有信息流都要流經(jīng)中心交換機(jī)，交換機(jī)本身就成了潛在的瓶頸，會(huì)造成響應(yīng)時(shí)間長、吞吐量下降。第一百二十六頁，共271頁。分組交換

線路交換不利于實(shí)現(xiàn)不同類型的數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的相互通信，報(bào)文交換信息傳輸時(shí)延又太長，無法滿足許多數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，分組交換技術(shù)較好地解決了這些矛盾。

分組交換類似于報(bào)文交換，其主要差別在于：分組交換是數(shù)據(jù)量有限的報(bào)文交換。在報(bào)文交換中，我們對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小沒有限制，比如你要傳輸一篇文章，不管這篇文章有多長，它就是一個(gè)數(shù)據(jù)包，報(bào)文交換把它一次性傳送出去（可見報(bào)文交換要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須具有足夠大的存儲(chǔ)空間）。而在分組交換中，要限制一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小，即要把一個(gè)大數(shù)據(jù)包分成若干個(gè)小數(shù)據(jù)包（俗稱打包），每個(gè)小數(shù)據(jù)包的長度是固定的，典型值是一千位到幾千位，然后再按報(bào)文交換的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為區(qū)分這兩種交換方式，把小數(shù)據(jù)包（即分組交換中的數(shù)據(jù)傳輸單位）稱為分組（Packet）。第一百二十七頁，共271頁。分組交換方式可以分為：提供數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的分組交換（數(shù)據(jù)報(bào)：Datagram）提供虛電路服務(wù)的分組交換（虛電路：VirtualCircuit,VC）

數(shù)據(jù)報(bào)——該方式非常像報(bào)文交換，是一種無連接型（Connectionless）的服務(wù)。每個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸路徑與時(shí)間完全由網(wǎng)絡(luò)的具體情況而隨機(jī)確定。因此，會(huì)出現(xiàn)信宿收到的分組順序與信源發(fā)送時(shí)的不一樣，先發(fā)的可能后到，而后發(fā)的卻有可能先到。這就要求信宿有對(duì)分組重新排序的能力，具有這種功能的設(shè)備叫分組拆裝設(shè)備(PAD，PacketAssemblyandDisassemblyDevice），通信雙方各有一個(gè)。數(shù)據(jù)報(bào)要求每個(gè)