數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)-1

1第2章數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)基本概念信道傳輸介質(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(cuò)控制及檢錯(cuò)22.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(xiàn)路有線(xiàn)介質(zhì)、無(wú)線(xiàn)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(jī)等調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備也稱(chēng)為DCE（DataCommunicationEquipment）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)、終端等又分為：源系統(tǒng)（信源＋發(fā)送器）：發(fā)出數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)目的系統(tǒng)（信宿＋接收器）：接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)、終端等設(shè)備也稱(chēng)為DTE（DataTerminalEquipment）DCEDTEDTEDCE33、數(shù)據(jù)通信基本過(guò)程5個(gè)階段包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過(guò)程與打電話(huà)比較建立物理連接撥號(hào)，撥通對(duì)方建立邏輯連接互相確認(rèn)身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話(huà)斷開(kāi)邏輯連接互相確認(rèn)要結(jié)束通話(huà)斷開(kāi)物理連接雙方掛機(jī)*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個(gè)階段。44、數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)

（1）傳輸速率（數(shù)據(jù)通信速率）：傳輸率是指數(shù)據(jù)在信道中傳輸?shù)乃俣?。?shù)據(jù)通信速率分為兩種：碼元速率和信息速率。碼元速率RB：每秒傳送的碼元數(shù)，單位為波特/秒（Baud/s），又稱(chēng)為波特率；信息速率Rb：每秒中傳送的信息量，單位為比特/秒（bit/s），又稱(chēng)為比特率；消息速率Rm：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所傳送消息的數(shù)量。5碼元速率和信息速率波特（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(hào)傳送速率）。比特率、波特率和信號(hào)編碼級(jí)數(shù)的關(guān)系如下：Rb=RBlog2M上式中：M-信號(hào)的編碼級(jí)數(shù)，Rb-比特率，RB波特率6（2）差錯(cuò)率

誤碼率和誤比特率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的重要參數(shù)。誤碼率是指碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，誤比特率是指在傳輸中出錯(cuò)比特的概率。7（2）差錯(cuò)率

（續(xù)）

在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，電話(huà)線(xiàn)路在300～2400bps傳輸速率時(shí)，平均誤碼率在10-2～10-6之間，在4800～9600bps傳輸速率時(shí)平均誤碼率在10-2～10-4之間。而計(jì)算機(jī)通信的平均誤碼率要求低于10-9。因此，普通通信信道如不采取差錯(cuò)控制技術(shù)是不能滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)通信要求的。8（3）信道帶寬與信道容量

信道帶寬（Bandwidth，BW）是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的頻率范圍，通常稱(chēng)為信道的通頻帶。BW≈fmax－fmin單位：赫茲（Hz）信道帶寬是由信道的物理特性所決定的，例如，電話(huà)線(xiàn)路的頻率范圍在300～3400Hz，則它的帶寬300～3400Hz。在計(jì)算機(jī)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(jì)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(wàn)比特，它的帶寬為10Mb/s。9（3）信道帶寬與信道容量（續(xù)）

信道容量是衡量一個(gè)信道傳輸數(shù)字信號(hào)的重要參數(shù)。信道容量是指單位時(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)，用每秒比特?cái)?shù)（bps）表示。當(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)速率超過(guò)信道的最大信號(hào)速率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生失真。10時(shí)延（Delay）：信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。時(shí)延=處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延+發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延時(shí)延帶寬乘積：某一信道所能容納的比特?cái)?shù)。時(shí)延帶寬乘積=帶寬×傳播時(shí)延例如，某信道的時(shí)延帶寬乘積為100萬(wàn)比特，這意味著第一個(gè)比特到達(dá)目的端時(shí)，源端已發(fā)送了100萬(wàn)比特。信道帶寬傳播時(shí)延管道體積=時(shí)延帶寬乘積（4）時(shí)延

11往返時(shí)延（Round-TripTime，RTT）：從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開(kāi)始，到發(fā)送端收到接收端的確認(rèn)所經(jīng)歷的時(shí)間RTT≈2×傳播時(shí)延（4）時(shí)延（續(xù)）12模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)時(shí)間上連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)信號(hào)值模擬信號(hào)能在數(shù)字信道上傳輸嗎？數(shù)字信號(hào)時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見(jiàn)的是二值信號(hào)數(shù)字信號(hào)能在模擬信道上傳輸嗎？ta）模擬信號(hào)tb）數(shù)字信號(hào)2.2信道及其主要特征13周期信號(hào)和非周期信號(hào)周期信號(hào)信號(hào)由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號(hào)信號(hào)沒(méi)有固定的模式和波形循環(huán)（如語(yǔ)音的音波信號(hào)）。tTTTtTTT周期信號(hào)非周期信號(hào)tt141.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(hào)）傳輸數(shù)據(jù)的信道。計(jì)算機(jī)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)當(dāng)利用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)不需要進(jìn)行變換，通常需要進(jìn)行數(shù)字編碼。模擬信道：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。CATV、無(wú)線(xiàn)電廣播、電話(huà)撥號(hào)線(xiàn)路如果利用模擬信道傳送數(shù)字信號(hào)，則必須經(jīng)過(guò)數(shù)字與模擬信號(hào)之間的變換（D/A變換器）。調(diào)制解調(diào)器就是完成這種變換的。15數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實(shí)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(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理易于加密、保密性強(qiáng)可以傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計(jì)算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通信，如通過(guò)電話(huà)線(xiàn)撥號(hào)上網(wǎng)。162.信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率Nyquist公式：用于無(wú)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(hào)編碼級(jí)數(shù)M最大數(shù)據(jù)率

26200b/s412400b/s818600b/s1624800b/s3231000b/sNyquist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(huà)音級(jí)線(xiàn)路的帶寬約為3.1kHz，根據(jù)上式計(jì)算的信道最大數(shù)據(jù)傳輸率如右表所示17非理想信道實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗引起信號(hào)強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。延遲會(huì)使接收端的信號(hào)產(chǎn)生畸變。噪聲會(huì)破壞信號(hào)，產(chǎn)生誤碼。例如：數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s時(shí)，持續(xù)時(shí)間0.01s的干擾會(huì)破壞約560個(gè)比特。18Shannon公式：用于有噪聲干擾信道信噪比的單位也可用分貝(dB)表示：S/NdB=10log10

S/N所以，若S/NdB=30dB

，則S/N=1000。C=Wlog2（1+S/N）

C:傳輸率，單位b/sW:帶寬，單位HzS/N:信噪比例：信道帶寬W=3.1kHz，S/N=2000，則

C=3100×log2（1+2000）≈34kb/s

即該信道上的最大數(shù)據(jù)傳輸率不會(huì)大于34kb/s。193.通信網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)的連接方式點(diǎn)-點(diǎn)連接交換連接集線(xiàn)式連接中心站集中器交換機(jī)主站次站次站次站分支連接204.數(shù)據(jù)傳輸方式（1）信道的通信方式：?jiǎn)喂ねㄐ?、半雙工通信、雙工通信單工：數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無(wú)線(xiàn)電廣播和電視）數(shù)據(jù)信號(hào)僅沿一個(gè)方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時(shí)候都不能改變信號(hào)傳送方向。必須附有一條控制信道傳送確認(rèn)信號(hào)或請(qǐng)求重發(fā)信號(hào)。發(fā)送器接收器21半雙工通信：數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸信號(hào)可以沿兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送，即兩個(gè)方向的傳輸只能交替進(jìn)行，而不能同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)改變傳輸方向時(shí)，要通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)行切換。半雙工信道適合于會(huì)話(huà)式通信，比如公安系統(tǒng)使用的“對(duì)講機(jī)”和軍隊(duì)使用的“步話(huà)機(jī)”。半雙工方式在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中適用于終端與終端之間的會(huì)話(huà)式通信。發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器不可同時(shí)22發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器A站B站可同時(shí)全雙工：數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話(huà)）需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線(xiàn)路；或者需要具有一條物理線(xiàn)路上的兩個(gè)信道，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。23（2）數(shù)據(jù)的傳輸方式：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(hào)直接在信道上傳送。就數(shù)字信號(hào)而言，它是一個(gè)離散的方波，“0”代表低（或高）電平，“1”代表高（或低）電平傳輸媒體的整個(gè)帶寬都被基帶信號(hào)占用，雙向地傳輸信息例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）24數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)后再傳送，到達(dá)接收端時(shí)再把音頻信號(hào)解調(diào)成原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。因此，在采用頻帶傳輸方式時(shí)，要求發(fā)送端和接收端都要安裝調(diào)制器和解調(diào)器。在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時(shí)，經(jīng)常借助于電話(huà)線(xiàn)路，此時(shí)就需要利用頻帶傳輸方式。利用頻帶傳輸，不僅解決了利用電話(huà)系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號(hào)的問(wèn)題，而且可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，以提高傳輸信道的利用率。例如：通過(guò)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)頻帶傳輸25把信號(hào)調(diào)制成頻帶為0~幾百M(fèi)Hz的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。采用75Ω的CATV電視同軸電纜或光纖作為傳輸媒體。使用時(shí)通常將整個(gè)帶寬劃分為若干個(gè)子頻帶，分別用這些子頻帶來(lái)傳送音頻信號(hào)、視頻信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)。例如：閉路電視的信號(hào)傳輸、使用CableModem上網(wǎng)、ADSL寬帶傳輸26同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何時(shí)開(kāi)始

●同步脈沖也可位于碼元的中部●一個(gè)碼元也可有多個(gè)同步脈沖相對(duì)應(yīng)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(hào)同步脈沖t同步：指接收端按照發(fā)送端發(fā)送的每個(gè)碼元的起止時(shí)刻和重復(fù)頻率來(lái)接收數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)同步方式27目的是使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致。數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步（3）數(shù)據(jù)同步方式（續(xù)）28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(hào)，接收方用接收到的同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。自同步——通過(guò)特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。29字符同步：找到正確的字符邊界。常用的為異步式（起止式）。在這種方式中，每個(gè)字符的傳輸需要：1個(gè)起始位、5～8個(gè)數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個(gè)停止位例如，采用1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、2個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為8/11≈73％采用這種同步方式的通信也稱(chēng)“異步通信”。異步式的優(yōu)缺點(diǎn)：頻率的漂移不會(huì)積累，每個(gè)字符開(kāi)始時(shí)都會(huì)重新獲得同步；每?jī)蓚€(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定；增加了輔助位，所以傳輸效率低，適合于低速通信；起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個(gè)字符時(shí)間邏輯“0”邏輯“1”30同步制：字符不需要附加起始位和停止位而連續(xù)發(fā)送。在發(fā)送一組字符之前先發(fā)送一個(gè)同步字符SYN（以01101000表示），用于接收端進(jìn)行同步檢測(cè)，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入同步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個(gè)字符。發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符來(lái)標(biāo)識(shí)整個(gè)發(fā)送過(guò)程的結(jié)束同步式的優(yōu)缺點(diǎn)：由于發(fā)送方和接收方將整個(gè)字符組作為一個(gè)單位傳送，且附加位又非常少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。一般用在高速傳輸?shù)據(jù)的系統(tǒng)中，比如計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。31幀同步：識(shí)別一個(gè)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(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開(kāi)始，適用于數(shù)據(jù)為字符類(lèi)型的幀面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開(kāi)始，適用于任意數(shù)據(jù)類(lèi)型的幀幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗(yàn)碼0–nbit8bit8bit8-32m7EH7EH322.3傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)

傳輸距離：傳輸介質(zhì)的最大傳輸距離抗干擾性：防止噪聲與電磁干擾的能力帶寬：信道所能傳送信號(hào)的頻率寬度衰減性：信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減程度性?xún)r(jià)比：性?xún)r(jià)比高為好傳輸介質(zhì)的分類(lèi)：有線(xiàn)：雙絞線(xiàn)、同軸電纜(粗、細(xì))光纖無(wú)線(xiàn)無(wú)線(xiàn)電、微波、衛(wèi)星、紅外線(xiàn)33雙絞線(xiàn)（TwistPair，TP）--螺旋絞合的雙導(dǎo)線(xiàn)--每根4對(duì)、25對(duì)、1800對(duì)--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優(yōu)缺點(diǎn)：成本低組裝密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線(xiàn)系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話(huà)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線(xiàn)絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套34屏蔽雙絞線(xiàn)(STP)非屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線(xiàn)外無(wú)任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛35非屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)分類(lèi)（按傳輸質(zhì)量）：l類(lèi)UTP：主要用于電話(huà)連接，通常不用于數(shù)據(jù)傳輸。2類(lèi)UTP：通常用在程控交換機(jī)和告警系統(tǒng)。ISDN和T1/E1數(shù)據(jù)傳輸也可以采用2類(lèi)電纜，2類(lèi)線(xiàn)的最高帶寬為1MHz。3類(lèi)UTP：又稱(chēng)為聲音級(jí)電纜，是一類(lèi)廣泛安裝的雙絞線(xiàn)。3類(lèi)UTP的阻抗為100歐姆，最高帶寬為16MHz，適合于10Mbps雙絞線(xiàn)以太網(wǎng)和4Mbps令牌環(huán)網(wǎng)的安裝，也能運(yùn)行16Mbps的令牌環(huán)網(wǎng)。4類(lèi)UTP：最大帶寬為20MHz，其它特性與3類(lèi)UTP完全一樣，能更穩(wěn)定的運(yùn)行16Mbps令牌環(huán)網(wǎng)。5類(lèi)UTP：又稱(chēng)為數(shù)據(jù)級(jí)電纜，質(zhì)量最好。它的帶寬為100MHz，能夠運(yùn)行100Mbps以太網(wǎng)和FDDI，5類(lèi)UTP的阻抗為100歐姆。5類(lèi)UTP目前已被廣泛的應(yīng)用。6類(lèi)UTP ：是一種新型的電纜，最大帶寬可以達(dá)到1000MHz，適用于低成本的高速以太網(wǎng)的骨干線(xiàn)路。36雙絞線(xiàn)的連接標(biāo)準(zhǔn)色彩標(biāo)記和連接方法：線(xiàn)對(duì)色彩碼1白藍(lán)，藍(lán)2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線(xiàn)直連線(xiàn)EIA-568AEIA-568B交叉線(xiàn)：交換機(jī)-交換機(jī)、PC-PC、HUB-HUB(標(biāo)準(zhǔn)、級(jí)連端口)直連線(xiàn)：PC/路由器-交換機(jī)/HUB37同軸電纜(CoaxialCable)同軸電纜是由繞同一軸線(xiàn)的兩個(gè)導(dǎo)體所組成，即內(nèi)導(dǎo)體（銅芯導(dǎo)線(xiàn)）和外導(dǎo)體(屏蔽層)。同軸電纜具有較高的帶寬和極好的抗干擾特性。同軸電纜的規(guī)格是指電纜粗細(xì)程度的度量，按射頻級(jí)測(cè)量單位（RG）來(lái)度量，RG越高，銅芯導(dǎo)線(xiàn)越細(xì)，RG越低，銅芯導(dǎo)線(xiàn)越粗。38常用同軸電纜的型號(hào)和應(yīng)用如下：阻抗為50歐姆的粗纜RG-8或RG-11，用于粗纜以太網(wǎng)；阻抗為50歐姆的細(xì)纜RG-58A/U或C/U，用于細(xì)纜以太網(wǎng)；阻抗為75歐姆的電纜RG-59，用于有線(xiàn)電視CATV。應(yīng)用：總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s同軸電纜(CoaxialCable)（續(xù)）39單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個(gè)光波波長(zhǎng)多模光纖(MMF)多束光線(xiàn)以不同的反射角傳播發(fā)光二極管包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光二極管光檢波器單束光線(xiàn)沿直線(xiàn)傳播光纖（OpticalFiber）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常見(jiàn)規(guī)格：纖芯——50μm緩變型-MMF62.5μ

m緩變型/增強(qiáng)型-MMF8.3μ

m突變型-SMF

包層——125μ

m41無(wú)線(xiàn)介質(zhì)（信號(hào)在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波或光波攜帶信息優(yōu)缺點(diǎn)：無(wú)需物理連接適用于長(zhǎng)距離或不便布線(xiàn)的場(chǎng)合易受干擾反射，為障礙物所阻隔主要類(lèi)型：無(wú)線(xiàn)電地面微波通信衛(wèi)星紅外線(xiàn)42無(wú)線(xiàn)電基站與終端之間通信采用無(wú)線(xiàn)鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動(dòng)通信、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無(wú)線(xiàn)電區(qū)域BS基站

用戶(hù)計(jì)算機(jī)和終端43地面微波通過(guò)地面站之間接力傳送接力站之間距離：10-100km速率：每信道45Mb/s使用的頻率范圍：2GHz~40GHz地球地面站之間的直視線(xiàn)路微波中繼站44地球同步衛(wèi)星與地面站相對(duì)固定位置使用3顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（≈270ms）易于實(shí)現(xiàn)廣播通信和多址通信；應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長(zhǎng)途電話(huà)專(zhuān)用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784公里地球45缺點(diǎn)：通信費(fèi)用高，延時(shí)較大；1GHz以下噪聲很多;10GHz以上雨衰較大；波段頻率（GHz）下行（GHz）上行（GHz）主要問(wèn)題C4/63.7~4.25.925~6.425地面上的干擾Ku12/1411.7~12.214.0~14.5降雨Ka19/2917.7~21.727.5~30.5降雨；設(shè)備價(jià)格貴46紅外線(xiàn)和毫米波光波傳輸應(yīng)用：在短距離內(nèi)連接兩個(gè)通信設(shè)備；缺點(diǎn)：不能穿透雨和濃霧，易受天氣影響；特點(diǎn)：用于短距離通信，如電視、錄象機(jī)等的遙控；缺點(diǎn)：不能穿透固體；47常用傳輸介質(zhì)的比較（p43表2.1）傳輸介質(zhì)傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價(jià)格應(yīng)用雙絞線(xiàn)寬帶基帶≤1Gb/s模擬:10km數(shù)字:500m較好低模擬/數(shù)字信號(hào)傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數(shù)字信號(hào)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(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶4-6GHz幾百km好中等遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星寬帶1-10GHz18000km很好高遠(yuǎn)程通信482.4數(shù)據(jù)編碼不同類(lèi)型的信號(hào)在不同類(lèi)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(hào)：模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)信道：模擬信道數(shù)字信道49模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)話(huà)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(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制501.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)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(hào)常見(jiàn)的有：不歸零碼、曼徹斯特編碼、差分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(lái)表示；如：用－5V表示0，＋5V表示1；缺點(diǎn)：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(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。51曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個(gè)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(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)。這種編碼也稱(chēng)為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。差分曼徹斯特編碼（Differential～）每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼元開(kāi)始處有無(wú)跳變來(lái)表示0和1

，有跳變代表0，無(wú)跳變代表1。52三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時(shí)鐘NRZManchester差分Manchester532.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原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。

載波信號(hào)S(t)=Acos(

t+

)

S(t)的參量包括：振幅A、頻率

、初相位

調(diào)制就是要使A、或隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控法ASK（AmplitudeShiftKeying，也稱(chēng)為調(diào)幅）頻移鍵控法FSK（FrequencyShiftKeying，也稱(chēng)為調(diào)頻）相移鍵控法PSK（PhaseShiftKeying，也稱(chēng)為調(diào)相）54ASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK553.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話(huà)語(yǔ)音信號(hào)典型的是PCM編碼，包括三個(gè)步驟：采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣采樣定理：如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。56量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號(hào)稱(chēng)為PCM信號(hào)（脈碼調(diào)制,PulseCodedModulation）。57PCM編碼過(guò)程舉例

語(yǔ)音信號(hào)011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號(hào)（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號(hào)582.5多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道為何要復(fù)用？——提高線(xiàn)路利用率適用場(chǎng)合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí)類(lèi)比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX信源信宿59復(fù)用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)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)波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長(zhǎng)劃分不同的信道，用于光纖傳輸時(shí)分復(fù)用TDM

（TimeDivisionMultiplexing）按時(shí)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60頻分復(fù)用FDM原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)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。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號(hào)f復(fù)用器61波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)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62時(shí)分復(fù)用TDM原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)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(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時(shí)隙號(hào)1231D3D2D1時(shí)間片12時(shí)間片2D1時(shí)隙D2復(fù)用器t63由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱(chēng)為同步時(shí)分復(fù)用（STDM）。一個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱(chēng)為幀。時(shí)分復(fù)用的典型例子：PCM信號(hào)的傳輸把多個(gè)話(huà)路的PCM語(yǔ)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(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送每個(gè)時(shí)隙承載一路PCM信號(hào)64統(tǒng)計(jì)（異步）TDM——ATDMSTDM的缺點(diǎn)：某用戶(hù)無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶(hù)也不能占用該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。ATDM：用戶(hù)不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2時(shí)間片1時(shí)間片2同步TDM帶寬浪費(fèi)A1B1B2時(shí)間片1時(shí)間片2統(tǒng)計(jì)TDM可用帶寬C265碼分復(fù)用CDM*原理：每個(gè)用戶(hù)把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列編碼（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交）。不同用戶(hù)發(fā)送的信號(hào)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(hào)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(mǎn)足

A

B=0，A

B'=0，A

A=1，A

A'=-1

其中

為內(nèi)積運(yùn)算。在無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛。662.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線(xiàn)路資源。例如，電話(huà)交換機(jī)在用戶(hù)呼叫時(shí)為用戶(hù)選擇一條可用的線(xiàn)路進(jìn)行接續(xù)。用戶(hù)掛機(jī)后則斷開(kāi)該線(xiàn)路，該線(xiàn)路又可分配給其它用戶(hù)。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(xiàn)路投資，提高線(xiàn)路利用率。實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報(bào)文交換和分組交換。67在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專(zhuān)用線(xiàn)路的過(guò)程。可以是真正的物理線(xiàn)路：電話(huà)網(wǎng)絡(luò)中的電路交換電路交換67電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn)在物理線(xiàn)路的某個(gè)信道上建立連接68特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。——稱(chēng)為“面向連接的”（典型例子：電話(huà)）過(guò)程：建立連接→通信→釋放連接電路交換（續(xù)）6970優(yōu)點(diǎn)：建立連接后，傳輸延遲小；適用于實(shí)時(shí)大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；一旦建立連接就獨(dú)占線(xiàn)路，線(xiàn)路利用率低；無(wú)糾錯(cuò)機(jī)制。對(duì)通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。例如：建立連接的時(shí)間為0.5秒，計(jì)算機(jī)以1Mb/s的速率發(fā)送10k字節(jié)。線(xiàn)路利用率＝？71以報(bào)文為單位進(jìn)行“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。報(bào)文：需要發(fā)送的整個(gè)數(shù)據(jù)塊。由報(bào)頭、正文和報(bào)尾組成，報(bào)頭中有報(bào)文號(hào)、源地址和目標(biāo)地址。在交換過(guò)程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱(chēng)為存儲(chǔ)-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(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立結(jié)點(diǎn)間的連接。——稱(chēng)為“無(wú)連接的”（典型例子：電報(bào)）整個(gè)報(bào)文（Message）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。報(bào)文交換72優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間；線(xiàn)路利用率高；傳輸可靠性較高；缺點(diǎn)：報(bào)文大小不一，對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)延過(guò)長(zhǎng)；出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。比較：下載時(shí)若無(wú)斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯(cuò)你會(huì)怎樣做？不適用于交互式通信。報(bào)文交換（續(xù)）73將報(bào)文分割成若干個(gè)大小相等的分組（Packet）進(jìn)行存儲(chǔ)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(wú)連接的”。有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。優(yōu)缺點(diǎn)：對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)要求較低，可以用內(nèi)存來(lái)緩沖分組——速度快；轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延小——適用于交互式通信；某個(gè)分組出錯(cuò)可以?xún)H重發(fā)出錯(cuò)的分組——效率高；各分組可通過(guò)不同路徑傳輸，容錯(cuò)性好。需要分割報(bào)文和重組報(bào)文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式分組交換（包交換）74數(shù)據(jù)報(bào)方式（Datagram）各分組獨(dú)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(diǎn)需要按分組編號(hào)重新排序和組裝數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證分組按序到達(dá)分組可能通過(guò)多個(gè)路徑穿越網(wǎng)絡(luò)75虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預(yù)先建立一條邏輯連接——虛電路也需要三個(gè)過(guò)程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除建立虛電路時(shí)，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時(shí)所需的所有資源虛電路的路由在建立時(shí)確定，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)則不再需要數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需指定虛電路號(hào)，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)——“數(shù)字管道”分組是否需要帶目的地址、源地址等信息？76虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的類(lèi)比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車(chē):分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車(chē)站:節(jié)點(diǎn)）“煙臺(tái)－西安”這條線(xiàn)路可以看成是一條虛路徑提供的是“面向連接”的服務(wù)但卻沒(méi)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(gè)鏈路段——與鐵路系統(tǒng)類(lèi)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SVC77三種交換方式的事件順序呼叫請(qǐng)求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD尋路延遲電路交換分組1分組2分組3ABCD分組交換分組4t報(bào)文ABCD排隊(duì)延遲報(bào)文交換78快速分組交換包括：幀中繼FR和異步傳輸模式ATM。FR：以幀為單位進(jìn)行交換，運(yùn)行在數(shù)據(jù)鏈路層。ATM：以信元為單位進(jìn)行交換，信元：固定長(zhǎng)度為53B的分組。運(yùn)行在數(shù)據(jù)鏈路層。792.7差錯(cuò)控制與檢錯(cuò)什么是差錯(cuò)？產(chǎn)生差錯(cuò)的原因：信號(hào)衰減和熱噪聲信道的電氣特性引起信號(hào)幅度、頻率、相位的畸變；信號(hào)反射，串?dāng)_；沖擊噪聲，閃電、大功率電機(jī)的啟停等。什么是差錯(cuò)控制？在通信過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)差錯(cuò)并進(jìn)行糾正為何要進(jìn)行差錯(cuò)控制？不存在理想的信道→傳輸總會(huì)出錯(cuò)與語(yǔ)音、圖像傳輸不同，計(jì)算機(jī)通信要求極低的差錯(cuò)率。80數(shù)據(jù)通信中的實(shí)際情況81差錯(cuò)的控制

在數(shù)據(jù)通信中，原發(fā)送信息，不具備抗干擾性能，如果引入冗余度后，就可以使新的碼組具有一定的抗干擾能力。例如，兩位二進(jìn)制構(gòu)成四種碼組00、01、10、11，無(wú)法檢錯(cuò)，而使用三位二進(jìn)制，有用碼組為000、011、101和110；目前差錯(cuò)控制常采用冗余編碼方案，檢測(cè)和糾正信息傳輸中產(chǎn)生的錯(cuò)誤。冗余編碼思想就是：把要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)按照所使用的某種差錯(cuò)編碼規(guī)則加上控制碼（冗余碼），當(dāng)信息到達(dá)接收端后，再按照相應(yīng)的校驗(yàn)規(guī)則檢驗(yàn)收到的信息