通信原理與通信技術（第五版）（張衛(wèi)鋼）第7-12章 第9章 數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

1講授：張衛(wèi)鋼通信原理與通信技術2024.8TEXTBOOK選用教材23微信公眾號09數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)4問題：（1）隨著計算機和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，“數(shù)據(jù)通信”應運而生。什么是“數(shù)據(jù)通信”？它與模擬通信、數(shù)字通信有何異同點？（2）多用戶間的通信就構成了通信網(wǎng)，那么，什么是“通信網(wǎng)”？與之相關的知識有哪些？CONTENT目錄通信網(wǎng)現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術通信網(wǎng)的發(fā)展歷程9.29.39.49.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)5結語9.56數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.1數(shù)據(jù)通信的概念（1）從本質上講，

數(shù)據(jù)是客觀事物屬性的記錄表示。通常由數(shù)量有限的符號集構成，比如文字、阿拉伯數(shù)字、英文26個字母等。（2）從通信技術上看，

數(shù)據(jù)是消息的一種表現(xiàn)形式，是信息的一種形式載體。（3）從計算機技術上看，

數(shù)據(jù)是指能夠由計算機或數(shù)字終端設備進行處理并以某種方式編制成二進制碼（M進制碼）的數(shù)字、字母和符號的集合。7數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.1數(shù)據(jù)通信的概念數(shù)據(jù)信號：攜帶0、1數(shù)據(jù)并具有兩個或多個狀態(tài)的電脈沖序列。數(shù)據(jù)的理論形式是0、1碼序列，物理形式是二態(tài)或多態(tài)電脈沖串。據(jù)此，可定義：根據(jù)通信的定義，結合數(shù)據(jù)信號的概念，可定義：數(shù)據(jù)通信：通信雙方（或多方）按照一定協(xié)議（或規(guī)程），以數(shù)字（基帶

或調制）信號為數(shù)據(jù)載體，完成信息傳輸?shù)倪^程或方法。通信協(xié)議：通信雙方為了有效和可靠地傳輸信息而制定的必須共同遵守的規(guī)則。協(xié)議包括交換信息的格式、含義、過程中的連接和信息交換節(jié)拍等。簡言之，數(shù)據(jù)通信就是用數(shù)字信號傳輸信息數(shù)據(jù)的過程或方法。8數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.1數(shù)據(jù)通信的概念

對于數(shù)據(jù)通信而言，最重要的協(xié)議應該是信息編、譯碼協(xié)議。最早的信息編碼實例或二進制的起源可能就是《周易》記載的伏羲八卦圖了，見圖9-2（a）。我們的先人用符號“─”和“--”表示“陽”和“陰”兩個元素，即“太極生二儀”；再用兩組陰陽符號構成四種組合，即“二儀生四象”；最后，用三組陰陽符號的八種不同組合構成八卦圖，即“四象生八卦”，并對“二儀”“四象”“八卦”賦予不同含義（信息編碼）。顯然，若用數(shù)據(jù)“1”替代“─”，“0”替代“--”，則“二儀”“四象”“八卦”分別可用1位、2位、3位二進制數(shù)表示，形成二進制碼的八卦信息編碼協(xié)議。不僅如此，八卦圖還代表了早期中國的哲學思想，影響涉及中醫(yī)、武術、音樂、數(shù)學等方面，是博大精深中國文化的重要組成部分。9數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.1數(shù)據(jù)通信的概念

最早的數(shù)據(jù)通信實例可以追溯到1837年莫爾斯發(fā)明的電報系統(tǒng)。莫爾斯將0~9十個數(shù)字、A~Z二十六個字母和常用標點符號用短電流脈沖（俗稱“點”，短音，念作“滴”）和長電流脈沖（俗稱“劃”，長音，念作“答”）的不同組合表示，即進行信息（數(shù)據(jù)）編碼，從而實現(xiàn)了“數(shù)據(jù)通信”。莫爾斯碼見圖9-2（c）（圖中未列出常用符號）。顯然，只要將莫爾斯碼中的符號“點”、“劃”用數(shù)據(jù)“0”、“1”代替，摩爾斯碼就變成了我們熟悉的二進制碼編碼協(xié)議。可見，莫爾斯碼與八卦碼有“異曲同工”之妙。在計算機技術中，常見的信息編碼協(xié)議是將常用的128個字符用一組7位二進制碼表示，形成的ASCII編碼表。圖9-2（b）給出二、十、十六進制ASCII編碼（部分）。10數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.1數(shù)據(jù)通信的概念11數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.1數(shù)據(jù)通信的概念數(shù)據(jù)通信與計算機密不可分，無論是大、中、小型機、PC機還是嵌入式系統(tǒng)，在它們內部或它們之間或它們與外部設備的連接中都存在著數(shù)據(jù)通信。因此，可以說數(shù)據(jù)通信是人與計算機或計算機與計算機之間的以數(shù)據(jù)信號進行的信息交換過程或方法，其標志是通信雙方至少有一方是計算機類數(shù)字設備。簡言之，數(shù)據(jù)通信也就是計算機通信。12數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點數(shù)據(jù)通信是基于模擬通信和數(shù)字通信技術發(fā)展起來的，三者之間有以下主要異同點。（1）信號定義不盡相同。模擬信號和數(shù)字信號是按照信號的表現(xiàn)形式定義的，而數(shù)據(jù)信號是根據(jù)攜帶消息的形式定義的。數(shù)據(jù)信號與模擬信號和數(shù)字信號不是一個范疇。（2）信號波形不盡相同。模擬信號是連續(xù)波形，數(shù)字和數(shù)據(jù)信號都是由計算機類終端設備產(chǎn)生的二進制脈沖序列。（3）信號攜帶信息方法不盡相同。模擬信號自帶模擬信息，信號與信息不可分離，比如話筒輸出的聲音信號、攝像機輸出的影像信號等；用于數(shù)字通信的數(shù)字信號攜帶的是經(jīng)A/D轉換后的離散信息，如數(shù)字化的聲音信號和影像信號等；用于數(shù)據(jù)通信的數(shù)字信號，也就是數(shù)據(jù)信號需要按照編碼協(xié)議人為賦予離散信息，如數(shù)字化的聲音、影像、圖片、數(shù)字、符號和字母等信息，即“數(shù)據(jù)”。13數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點（4）信號強調內容不盡相同。數(shù)字信號強調信號外在變化形式，數(shù)據(jù)信號強調信號內涵消息形式，數(shù)字信號可認為是去掉信息內涵的數(shù)據(jù)信號。若用一列火車類比一個數(shù)字信號的話，那么一列客車/貨車就是一個數(shù)據(jù)信號。模擬信號“不分內外”，波形即信息。（5）信號傳輸方法不盡相同。模擬系統(tǒng)是“放大”信號，而數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)則是“再生”信號。若把以“放大”為主的信道稱為模擬信道，把以“再生”為主的信道稱為數(shù)字信道的話，那么，模擬通信系統(tǒng)就是以模擬信道傳輸模擬消息的系統(tǒng)，數(shù)字或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)就是以數(shù)字信道（有時還會有部分模擬信道）傳輸模擬消息或數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。其信號與信息可分離，比如數(shù)據(jù)信號10110010可表示一個10進制數(shù)，也可代表一個字母，類似于一種載運工具可以裝載不同的貨物；而同一信息也可用不同的信號攜帶，比如“火警”電話，中國是“119”，新加坡是“995”，巴基斯坦是“16”，類似于一種貨物可以被裝載到不同的載運工具上。顯然，數(shù)據(jù)信號具有多義性。14數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點（6）通信任務不盡相同。因模擬信號本身就是需要傳輸?shù)男畔?，所以，模擬通信系統(tǒng)只要盡量不失真地將信號從信源傳送到信宿即可完成通信任務。從傳輸角度上看，信宿接收的信號就是信源發(fā)出的信號，只不過有不同程度的變形（失真）；信號在傳輸過程中不能停頓，只有因電波傳輸而帶來的時延（可忽略）。因此，模擬通信是實時通信。

數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖菙y帶A/D轉換信息的數(shù)字信號，與模擬系統(tǒng)相似，數(shù)字系統(tǒng)只要盡量按正確狀態(tài)將數(shù)字信號從信源傳送到信宿，再經(jīng)D/A轉換，即可完成通信任務。信號在傳輸過程中一般也不停頓、不需要轉換協(xié)議。數(shù)字通信也可認為是實時通信。15數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖菙y帶編碼信息的數(shù)字信號，因此，數(shù)據(jù)系統(tǒng)只完成數(shù)字信號的正確傳輸還不夠，還必須正確完成信息傳輸，即需要準確完成信源編/譯碼協(xié)議和各種傳輸協(xié)議的轉換。因此，數(shù)據(jù)通信過程會有信號和信息的處理時延，需要轉換協(xié)議，實時性較差。

模擬通信注重信號波形變化對通信質量的影響，以信噪比和系統(tǒng)帶寬為主要性能指標；數(shù)字通信注重信號狀態(tài)變化對通信質量的影響，以誤碼/信率和系統(tǒng)帶寬為主要性能指標；數(shù)據(jù)通信注重通信過程中各種協(xié)議的轉換問題，也以誤碼/信率和系統(tǒng)帶寬為主要性能指標。

模擬通信和數(shù)字通信強調信號傳輸，研究對象是信號、電路和傳輸介質；而數(shù)據(jù)通信則強調信息傳輸，研究對象主要是各種協(xié)議。（7）實現(xiàn)條件不盡相同。模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)基本上由純硬件實現(xiàn)；而數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)則必須由硬件和軟件（協(xié)議及相關程序）共同實現(xiàn)。16數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點在了解了三種通信技術/系統(tǒng)的7大異同點之后，我們再詳細討論數(shù)據(jù)通信的特點。（1）數(shù)據(jù)通信過程可以分為上、下兩個層面：下層是信號傳輸層，即由硬件和傳輸介質構成的傳輸系統(tǒng)或網(wǎng)絡，負責信號傳輸；上層是信息傳輸層，即置于傳輸系統(tǒng)中或網(wǎng)絡節(jié)點和終端上的通信協(xié)議，負責信息傳輸。圖9-3給出了數(shù)據(jù)通信過程示意圖。17數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點需要作如下說明：①信號傳輸層和信息傳輸層還可細化，比如OSI模型分七層、TCP/IP模型分四層。②通信協(xié)議可分為兩類。一類是負責信息傳輸?shù)膮f(xié)議，主要是編/譯碼協(xié)議；另一類是負責信號傳輸?shù)膮f(xié)議，主要是信號的物理特性、幀格式，差錯控制、路由等協(xié)議。OSI模型中的下三層協(xié)議基本上都是信號傳輸協(xié)議，上三層基本上都是信息傳輸協(xié)議。理解數(shù)據(jù)通信過程可分為信號和信息傳輸兩個層面的概念，對學習“計算機網(wǎng)絡”知識大有裨益，因為該課程的主要內容就是討論各種協(xié)議?？梢哉f，“計算機網(wǎng)絡”課程以介紹“信息傳輸”為己任，而信息的載體——信號傳輸則是“通信原理”課程的專利。（2）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在通信過程中有兩個顯著特點，一是在信息傳輸層面上的“化整為零”處理方法。二是在信號傳輸層面上的“存儲-轉發(fā)”處理方法。18數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點

從信息傳輸角度上看，發(fā)信端要對信息作“化整為零”處理，即將欲傳輸?shù)娜啃畔⒎指畛扇舾蓚€“子信息”，形成若干個小“信息包”（分割打包），這類似于在貨運站將一批蘋果分裝在若干個集裝箱內或在郵局把一本書拆開分裝在若干個信封里。由于每個信息包“體積”較小，傳輸起來更方便、靈活、快捷。而這正是數(shù)據(jù)通信的精髓所在。

這些信息包可以沿一條事先選定的鏈路依次傳到收信端（面向連接的服務），也可以經(jīng)過不同鏈路分別到達收信端（面向非連接的服務）。收信端根據(jù)每個信息包上的原始拆分信息將各信息包重新整理，“組裝還原”成原始信息，從而完成一次信息傳輸過程。我愛你Iloveyou翻譯器19數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點

從信號傳輸角度上看，系統(tǒng)不但需要對信號進行物理加工處理（放大、整形、解析、再生、復用等），還需要對不同的協(xié)議進行轉換，因此，信號在每個傳輸節(jié)點都會有或多或少的停頓。正是這個“停頓”不但使數(shù)據(jù)通信達不到模擬通信那樣的實時性（盡管現(xiàn)在網(wǎng)絡可以提供視頻點播、電視會議等實時業(yè)務，但它們不是模擬通信的那種“真實時”，只是時延較小可以忽略罷了），而且還需要在每個節(jié)點上將數(shù)據(jù)“暫存”起來，等完成各種處理后再轉發(fā)出去，從而形成了“存儲轉發(fā)”的信號傳輸特點，見圖9-4（a）。因此，可用“分割打包—存儲轉發(fā)—封裝還原”三個步驟描述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸信號的全過程。

可見，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與公路（鐵路）運輸和郵政系統(tǒng)非常相似。貨物/信紙可類比數(shù)據(jù)；集裝箱/信封或包裹可類比數(shù)據(jù)包；貨運站/郵局可類比節(jié)點；分揀、編組可類比解析、復用；貨車進站、出站可類比存儲、轉發(fā)。20數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點21數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點（3）數(shù)據(jù)通信與數(shù)字通信盡管是兩個不同概念，但在信號傳輸層面有許多共同之處，比如調制、信道編碼、差錯控制、同步、多路復用、存儲轉發(fā)、再生中繼等，顯然數(shù)據(jù)通信是以數(shù)字通信為基礎的。而在信息傳輸層面，數(shù)據(jù)通信過程通常存在更為復雜的協(xié)議轉換問題，因此，可以說具有信息協(xié)議轉換的數(shù)字通信就是數(shù)據(jù)通信。兩者的關系見圖9-4（b）。從宏觀上看，三種通信系統(tǒng)在信號傳輸方面的主要區(qū)別可用圖9-5說明。若用交通概念解釋的話，可認為模擬和數(shù)字通信就是先設計、建設路網(wǎng)和設計、制造車輛，然后保證車輛可以準確、可靠、高效、完好地到達路網(wǎng)中的任何一個目的地；而數(shù)據(jù)通信則是基于已有的路網(wǎng)和車輛，制訂和落實貨物運輸?shù)母鞣N方案（協(xié)議），比如選擇運輸路線、怎樣上下貨、如何轉運等，從而保證貨物可以準確、可靠、高效、完好地到達路網(wǎng)中的任何一個目的地。

三種通信的應用實例分別是普通電話（模擬）、數(shù)字電話（數(shù)字）和IP電話（數(shù)據(jù)）。所謂“IP電話”是一種利用互聯(lián)網(wǎng)進行話音傳輸?shù)募夹g，也稱為網(wǎng)絡電話。目前大家經(jīng)常使用的微信和QQ音視頻通話與IP電話原理相似，也是基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信實例。22數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點23總之，數(shù)據(jù)通信（系統(tǒng)）最重要的特點可用圖9-6描述并概括為：“分割打包”——“存儲轉發(fā)”——“協(xié)議轉換”——“封裝還原”。而計算機在其中的作用主要體現(xiàn)在“協(xié)議轉換”上。因此，從宏觀上看，可以認為數(shù)字通信負責信號傳輸，計算機負責信息（數(shù)據(jù)）傳輸。數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.2數(shù)據(jù)通信與模擬通信和數(shù)字通信的異同點24數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.3數(shù)據(jù)通信的特點數(shù)據(jù)通信主要有以下特點：（1）數(shù)據(jù)通信業(yè)務擁有比其他通信業(yè)務更為復雜、嚴格的通信協(xié)議。（2）數(shù)據(jù)通信業(yè)務比音視頻業(yè)務的實時性要求要低，可采用存-儲轉發(fā)方式傳輸信號。（3）數(shù)據(jù)通信業(yè)務比音視頻業(yè)務的差錯率要求要高，必須采用嚴格的差錯控制措施。（4）數(shù)據(jù)通信是進程間的通信，可在無人參與的情況下自動進行。25數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1數(shù)據(jù)通信與傳統(tǒng)的話音通信相比，有以下主要特點：（1）以計算機為主。通常是人（通過終端設備）與計算機或計算機與計算機的通信。（2）傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息通常由計算機或數(shù)字終端設備產(chǎn)生、加工和處理。（3）為了進行信息傳遞，要有嚴格的通信協(xié)議，對信息傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性要求高。（4）通信速度較高，可以同時處理大量數(shù)據(jù)。（5）數(shù)據(jù)呼叫（一次完整的通信過程）具有突發(fā)性和持續(xù)時間短的特點。（6）可采用存儲-轉發(fā)方式工作，且一般多采用這種方式。（7）必須采用差錯控制措施。9.1.3數(shù)據(jù)通信的特點

目前，數(shù)據(jù)通信在各行各業(yè)已經(jīng)發(fā)揮著越來越重要的作用且應用廣泛，如電子郵件、氣象預報、異地會診、遠程教育、智能交通、金融結算、股票交易、網(wǎng)絡游戲、電子商務、辦公自動化、農(nóng)田耕作、軍事打擊、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等。26數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由7個部分構成，它們是：（1）信源數(shù)據(jù)終端設備DTE（DataTerminalEquipment）；（2）信源數(shù)據(jù)終端設備和數(shù)據(jù)通信設備之間的接口；（3）信源的數(shù)據(jù)通信設備DCE（DataCommunicationEquipment）；（4）信源與信宿之間的傳輸信道（狹義信道）；（5）信宿的數(shù)據(jù)通信設備DCE；（6）信宿數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設備（DCE）之間的接口；（7）信宿數(shù)據(jù)終端設備（DTE）。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：以數(shù)字信號傳輸信息數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。27數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1DTE是顯示器、電傳打字機、個人計算機、打印機、主機的前端處理機或者能發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的其他設備；DCE對于模擬信道可以是調制解調器，對于數(shù)據(jù)信道可以是數(shù)據(jù)服務單元DSU；傳輸信道可以是電纜、雙絞線或光纖等；從形式上看，接口由DTE和DCE內部的輸入輸出電路以及連接它們的連接器和電纜組成。從功能上看，接口還應包含相應的協(xié)議標準，比如RS-232C接口除了規(guī)定計算機內部的輸入/輸出電路、D形插頭/插座和電纜參數(shù)外，還有相應的通信協(xié)議。9.1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)28數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.5數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術性能指標。（1）帶寬。帶寬有信道帶寬和信號帶寬之分。一個信道（廣義信道）能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就叫該信道的帶寬。對信號而言，信號所占據(jù)的頻率范圍就是信號的帶寬。（2）信號傳播速度。信號傳播速度是指信號在信道上每秒前進的距離，單位是m／s。由于我們所用的通信信號都是以電磁波的形式出現(xiàn)，所以其傳播速度約等于（3）數(shù)據(jù)傳輸速率（比特率）。數(shù)據(jù)傳輸速率是指每秒能夠傳輸多少位數(shù)據(jù)，單位是bps，它和第1章中的信息傳輸速率是一致的。（4）最大傳輸速率。信道數(shù)據(jù)傳輸速率的上限叫做最大傳輸速率，也就是信道容量。。29數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1（5）碼元傳輸速率（波特率）。波特率一般小于等于比特率。（6）吞吐量。吞吐量是信道在單位時間內成功傳輸?shù)男畔⒘?。單位為bps。（7）利用率。利用率是吞吐量和最大數(shù)據(jù)傳輸速率之比。（8）延遲。延遲指從發(fā)信端發(fā)送第一位數(shù)據(jù)開始，到收信端成功地收到最后一位數(shù)據(jù)為止，所經(jīng)歷的時間。它又主要分為傳輸延遲、傳播延遲兩種。（9）抖動。延遲的實時變化叫做抖動（Jitter）。（10）差錯率（包括比特差錯率、碼元差錯率、分組差錯率）。差錯率是衡量通信系統(tǒng)可靠性的重要指標，在數(shù)據(jù)通信中常見的是比特差錯率和分組差錯率。9.1.5數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標30數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1

可以通過對一個信道的描述說明上述概念：有一條帶寬3000Hz的信道，最大傳輸速率可以達到30Kbps，實際速率為28.8Kbps；信號的波特率為2400bps；其吞吐量為14Kbps，所以利用率約等于50%；延遲約為100ms；由于環(huán)境穩(wěn)定，所以抖動很小，可忽略不計。9.1.5數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標31數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.6同步同步：使通信雙方或多方在相應的通信操作上保持步調一致的過程或方法。

同步是保證通信系統(tǒng)有序、準確、可靠地傳輸或交換信息的前提。同步模塊性能的好壞將直接影響通信系統(tǒng)的通信質量。因此，同步技術是實現(xiàn)數(shù)字/數(shù)據(jù)通信的關鍵所在。

在通信過程中保持同步的主要目的有二：（1）正確解調原始信號。例如，對2PSK、DSB、SSB等信號進行相干（同步）解調時，都需要在收信端產(chǎn)生一個同步載波（本地載波）。注意：這里的同步指收信端要產(chǎn)生一個與發(fā)信端載波同頻、同相的載波（本地載波）。

可以用一個交通實例類比同步解調過程。比如一列客運火車在中途過站時不停頓，而是飛馳而過，那么如何使乘客下車呢？可以在中途站也開出一輛同向同速的接客火車與運客火車并行，乘客即可轉移到接客車上，然后接客火車停下來，從而完成下客任務。如果失步，解調將無法完成，通信任務也就失敗了。329.1.6同步數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1（2）正確接收碼元、碼字和數(shù)據(jù)幀（包）。在數(shù)字/數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（無論是基帶還是調制系統(tǒng)）的接收機中，因為接收的信號都是數(shù)字信號（多是具有高、低電平的碼元序列），所以都需要利用一個位定時脈沖序列對接收到的碼元序列進行抽樣判決，實現(xiàn)“位同步”，保證接收序列與發(fā)送序列在時間上的一致性；在位同步基礎上，還需要進行群（幀）同步，以正確區(qū)分每一碼字、群（幀）的起止時刻，保證數(shù)據(jù)的正確性和完整性；此外，在有多個用戶的通信網(wǎng)內，還必須實現(xiàn)網(wǎng)同步，以保證網(wǎng)內各用戶之間可靠地進行數(shù)據(jù)傳輸和交換。簡言之，同步的目的就是要保證通信過程的準確無誤。如果失步，攜帶在數(shù)字信號中的信息將無法正確解讀。339.1.6同步數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1

在通信系統(tǒng)中，主要有以下幾種同步方法。（1）載波同步：指相干解調器獲取本地載波的過程或方法，又稱為“載波提取”。主要有外同步和自同步兩種實現(xiàn)方法。

外同步法：由發(fā)信端發(fā)送專門的同步信號（也稱為導頻信號），收信端把這個導頻信號提取出來作為同步信號。

自同步法：收信端從接收信號中直接提取同步信號或信息的方法。與外同步法相比，自同步是比較理想的同步方法，因為它不需要發(fā)信端額外發(fā)送導頻信號，即可以把發(fā)送功率和帶寬全部分配給有用信號的傳輸。

這種方法需要在接收端設置一個載波恢復或提取電路，利用硬件從接收信號中提取載波。比如在ASK、PSK、FSK解調中所使用的平方環(huán)和科斯塔斯環(huán)等。349.1.6同步數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1（2）位同步：指數(shù)字系統(tǒng)收信端獲取碼元定時脈沖序列的過程或方法，又稱為“位定時”或“碼元同步”。數(shù)字信號的基本構成是“位”或“碼元”。為正確恢復發(fā)信端發(fā)送的碼元序列，收信端需要知道每個碼元的起止時刻，以便在恰當?shù)臅r刻對碼元進行抽樣判決。這就要求收信端必須產(chǎn)生一個位定時脈沖序列（頻率和相位與發(fā)送碼元的一致）才能正確恢復碼元序列。（3）群同步：指收信端產(chǎn)生與發(fā)信端的數(shù)據(jù)組、幀或群的起止時刻相一致的定時脈沖序列的過程或方法。群同步是字（符）同步、分路同步和幀同步的統(tǒng)稱。359.1.6同步數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1

在數(shù)字通信中，信息碼（數(shù)據(jù)）是以“分組”“幀”或“包”的形式傳輸?shù)?，即信碼流（攜帶信息的二進制脈沖序列）是被組織成一個個包含規(guī)定比特數(shù)的脈沖群進行傳輸?shù)?。因此，在接收這些數(shù)字信息時，必須知道每個群的起止時刻，否則，收信端就無法正確恢復信息。例如，在PCM30/32電話系統(tǒng)中，各路信碼都安排在指定的時隙內傳送（形成幀結構）并且周期性地在TS0（同步時隙）插入一組特殊比特作為每幀的起止標記，收信端若能識別出這一標志，就可實現(xiàn)幀同步。

若用交通類比的話，位同步相當于正確識別每節(jié)車皮（車廂），不能把發(fā)送的第二節(jié)車皮，在接收站判為第三節(jié)。群同步是對多列火車的正確識別，對連續(xù)發(fā)送出的4列火車，接收站就必須準確判斷或識別出這4列火車各自的頭部和尾部，不能出現(xiàn)混淆，即不能把前一列車的后面幾節(jié)車皮和后一列車的前面幾節(jié)判斷成一列火車或根本識別不出來。

比如，你站在鐵路邊上，能正確數(shù)出剛才過去的一列火車有幾個車皮，就實現(xiàn)了位同步。正確數(shù)出頭尾相連幾列火車的列數(shù)，就實現(xiàn)了群同步。369.1.6同步數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1（4）網(wǎng)同步：指在通信網(wǎng)中保證多用戶之間通信過程“步調一致”的過程或方法。

有了位同步和群同步，即可保證“點到點”數(shù)字基帶通信過程的準確可靠。而獲得了載波同步、位同步和群同步之后，“點到點”數(shù)字調制通信過程就可以有序、準確、可靠地進行了。但對于“多點到多點”的信息交換過程，即“網(wǎng)通信”而言，還必須實現(xiàn)網(wǎng)同步才能保證通信過程的準確和可靠。

具體地說，網(wǎng)同步是指通信網(wǎng)的時鐘同步。一個數(shù)字通信網(wǎng)由許多交換局、復接設備、連接線路和終端機構成。為了保證各種不同數(shù)碼率的數(shù)據(jù)流在同一通信網(wǎng)中進行正確的交換、復接、傳輸和接收，就必須使網(wǎng)內各節(jié)點的時鐘頻率與相位相互協(xié)調一致。

網(wǎng)同步可認為是全國鐵路網(wǎng)必須統(tǒng)一時間、統(tǒng)一調度，這樣才不至于出現(xiàn)鐵路閑置問題或撞車事故。379.1.6同步數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1

雖然同步信號本身不包含人們所要傳送的信息，但只有收、發(fā)信兩端建立了同步機制后才能開始傳送信息。如果出現(xiàn)同步誤差或失步，就會導致通信系統(tǒng)性能下降或通信中斷。因此，同步系統(tǒng)應具有比信息傳輸系統(tǒng)更高的可靠性和質量指標才行，比如同步誤差要小、相位抖動要小、同步建立時間要短和同步保持時間要長等。

同步任務的完成要基于同步信息或信號的產(chǎn)生和獲取。發(fā)信端要設法將同步信息或信號直接發(fā)送或添加到欲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號中去，而收信端則要設法接收或從接收到的數(shù)據(jù)信號中提取同步信息或信號。因此，同步技術的關鍵是產(chǎn)生、傳輸和提取同步信號或信息。同步的本質是“同時”！38數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.7數(shù)據(jù)通信方式串行通信：將數(shù)字基帶信號按碼元出現(xiàn)順序依次沿一條信道傳輸?shù)倪^程或方法。

其優(yōu)點是只需一條信道，通信線路簡單、成本低廉，一般用于較長距離的通信，比如工控領域利用計算機串口進行的數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制。缺點是傳輸速度較慢，為解決收、發(fā)雙方的碼組或字符同步問題，需要采取同步措施。并行通信：將數(shù)字基帶信號按碼元個數(shù)分成n路（通常n為一個字長），

同時從n條信道傳輸?shù)倪^程或方法。其優(yōu)點是傳輸速率快且不需要外加同步措施就可實現(xiàn)碼字或字符同步。缺點是需多條信道、通信線路復雜、成本較高。1．串行通信2．并行通信39數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.7數(shù)據(jù)通信方式

并行通信多用于短距離通信，比如計算機與打印機之間通過并行通信口的通信。

目前，生活中已經(jīng)很難見到并行通信的應用了，并行通信更多地出現(xiàn)在計算機類設備內部。生活中常見的是串行通信應用，比如大家熟悉的USB通信。注意：“字節(jié)”與“碼字”在形式上一樣，都是若干位二進制數(shù)據(jù)串，比如，“10011010”可以是一個字節(jié)也可以是一個碼字。但在概念上不同，字節(jié)是描述計算機技術性能的術語，而碼字是描述編碼結構的術語。40數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.13．異步串行通信與同步串行通信

串行通信時，數(shù)據(jù)是逐位從信源傳到信宿，通常由若干個數(shù)據(jù)位組成一個字符，位與位之間、字符與字符之間沒有停頓（沒有時間間隙），這就給信宿在區(qū)分、確認字符時帶來很大的困難，即信宿雖然收到了一大串數(shù)據(jù)，但不知它們多少位是一個字符或哪幾位是一個字符，因此，這串數(shù)據(jù)對信宿來說毫無意義。為了解決這個問題，信源與信宿之間在通信時必須同步，也就是必須讓信宿知道多少位數(shù)據(jù)是一個字符或一個字符何時開始何時結束。

在實際通信中有一個控制過程（發(fā)生在網(wǎng)絡7層協(xié)議中的數(shù)據(jù)鏈路層）叫數(shù)據(jù)鏈路控制可實現(xiàn)兩點間的同步。該控制過程要求通信硬件或軟件給數(shù)據(jù)（位、字節(jié)、報文）加上同步信息，使得通信雙方的硬件時鐘保持一致，從而保證信宿正確地識別信源發(fā)過來的信息。9.1.7數(shù)據(jù)通信方式41數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1根據(jù)同步信息添加方法的不同，串行通信可分成異步串行通信和同步串行通信兩種。

一個字符由若干數(shù)據(jù)位（碼元）組成，在異步串行通信中一般以一個字符為一個數(shù)據(jù)傳輸單位，而所謂的同步信息也是幾個數(shù)據(jù)位，把一個數(shù)據(jù)傳輸單位（一個字符）的數(shù)據(jù)位與同步信息的數(shù)據(jù)位結合起來就構成一個數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀有自己的格式稱為幀格式，通常由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位四部分組成。

要想成功地進行異步通信，除了收、發(fā)端采用相同的數(shù)據(jù)幀格式外，還必須統(tǒng)一傳輸速率。計算機通信中常采用的典型速率有：300、600、1200、2400、4800、9600bps等。9.1.7數(shù)據(jù)通信方式

異步串行通信：同步信息由硬件加在每一個字符上并形成數(shù)據(jù)幀的串行通信。異步通信是一種面向字符的傳輸方式，其主要優(yōu)點是簡單、可靠、經(jīng)濟，常用于計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸（比如RS-232C、USB串行通信）。其主要缺點是速率較低。

42數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1

與異步通信不同，同步通信不是對每個字符單獨同步，而是以數(shù)據(jù)塊為傳輸單位并對其進行同步。每個數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部都要附加一個特殊的字符或比特序列，以標志數(shù)據(jù)塊的開始與結束。所謂數(shù)據(jù)塊就是一批字符或二進制位串組成的數(shù)據(jù)。圖9-6（b）是其數(shù)據(jù)幀格式。

同步通信可分為面向字符和面向位流兩種傳輸方式。在面向字符的方式中，每個數(shù)據(jù)塊的頭部用一個或多個同步字符SYN來表示數(shù)據(jù)塊的開始；而尾部用另一個字符ETX代表數(shù)據(jù)塊的結束。在面向位流的傳輸方式中，每個數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部都用一個特殊的比特序列（如01111110）來標記數(shù)據(jù)塊的開始與結束。

同步通信的特點是開銷少、效率高，適合于較高速率的數(shù)據(jù)傳輸；缺點是整個數(shù)據(jù)塊一旦有一位誤傳，就必須重傳整個數(shù)據(jù)塊。9.1.7數(shù)據(jù)通信方式同步串行通信：同步信息加在數(shù)據(jù)塊上并形成傳輸單位的串行通信。43數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.19.1.7數(shù)據(jù)通信方式44數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.1簡言之，開銷就是非信息碼的碼元集合。比如上述的“起始位”、“校驗位”和“停止位”等。9.1.7數(shù)據(jù)通信方式

注意：“字符”具有兩個含義，一個是只包含數(shù)據(jù)位（消息）的數(shù)據(jù)段，比如電報碼的五位字符、ASCII碼的七位字符和漢字碼的八位字符等；另一個是除數(shù)據(jù)位之外還包括起始位、停止位、校驗位等開銷碼在內的數(shù)據(jù)段，也就是異步通信中的一個傳輸單位或數(shù)據(jù)幀。開銷碼：為保證信息碼可靠準確傳輸而附加的其他功能碼元的集合。

一般地說，“幀”是一個或多個字符及開銷的一種碼元排列，主要用于描述一個數(shù)據(jù)傳輸單元中消息及開銷碼的構成形式。45通信網(wǎng)9.29.2.1通信網(wǎng)及其體系結構通信網(wǎng)：由多個通信終端、傳輸設備、交換設備、傳輸介質和信令或協(xié)議

構成的可實現(xiàn)各終端之間信息傳輸?shù)南到y(tǒng)。根據(jù)不同標準，通信網(wǎng)有多種分類。

（1）按業(yè)務類型可分為電話通信網(wǎng)（如PSTN、移動通信網(wǎng)等）、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)（如X.25、互聯(lián)網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)FR等）和廣播電視網(wǎng)等。

（2）按空間距離可分為廣域網(wǎng)WAN、城域網(wǎng)MAN、局域網(wǎng)LAN和個域網(wǎng)PAN。

（3）按信號傳輸方式可分為模擬通信網(wǎng)和數(shù)字（數(shù)據(jù)）通信網(wǎng)。

（4）按運營方式可分為公用通信網(wǎng)和專用通信網(wǎng)。顯然，點到點通信是通信網(wǎng)的基礎，通信網(wǎng)是多個互相連接的點到點通信支路的集合。46通信網(wǎng)9.29.2.1通信網(wǎng)及其體系結構

目前，傳統(tǒng)電話網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和以互聯(lián)網(wǎng)為代表的數(shù)據(jù)網(wǎng)正以不可逆轉之勢向著“三網(wǎng)合一”的目標演進，形成以數(shù)據(jù)通信為時代特征、無所不能的現(xiàn)代通信網(wǎng)。因此，可認為：現(xiàn)代通信網(wǎng)是指一種能夠提供各種人們所需通信服務的全球通信網(wǎng)絡。

現(xiàn)代通信網(wǎng)要能夠傳輸聲音、圖像、影像、文字、數(shù)字、符號等信息，通信范圍可覆蓋全球。顯然，互聯(lián)網(wǎng)技術是現(xiàn)代通信網(wǎng)的核心技術。（1）從信號傳輸技術上看，現(xiàn)代通信網(wǎng)主要由光纖通信、衛(wèi)星通信和無線電通信技術支撐。（2）從信號傳輸方法上看，現(xiàn)代通信網(wǎng)的基本手段是分割打包、存儲轉發(fā)、分組交換、路由尋址、封裝還原。47通信網(wǎng)9.29.2.1通信網(wǎng)及其體系結構

計算機網(wǎng)絡可認為是由資源子網(wǎng)（由各種計算機終端組成）和通信子網(wǎng)（由傳輸介質和各種通信設備組成）共同組成的一種數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，如圖9-11所示。

參照OSI七層網(wǎng)絡模型，可把通信網(wǎng)從下到上依次分為傳輸網(wǎng)、業(yè)務網(wǎng)和應用層三個層次，見圖9-12。其中，應用層表示各種信息應用；業(yè)務網(wǎng)表示傳送各種信息的業(yè)務網(wǎng)；傳輸網(wǎng)表示支持業(yè)務網(wǎng)的傳送手段和基礎設施；支撐網(wǎng)包括信令網(wǎng)、同步網(wǎng)和電信管理網(wǎng)，承擔三個層面的支持工作，提供保證網(wǎng)絡有效正常運行的各種控制和管理能力。

隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)代通信網(wǎng)和支撐技術還會出現(xiàn)變化，如增加控制層等功能層。而網(wǎng)絡分層的變化將主要體現(xiàn)在應用層面和業(yè)務層面上，網(wǎng)絡的基礎層即傳輸網(wǎng)將保持相對穩(wěn)定。48通信網(wǎng)9.29.2.2通信網(wǎng)拓撲結構拓撲結構：通信網(wǎng)中各終端和節(jié)點設備與傳輸介質相互連接而構成的幾何圖形。通信網(wǎng)的拓撲結構分為總線型、環(huán)型、星型、樹型、網(wǎng)狀型、網(wǎng)孔型和復合型7種，如圖9-13所示。49通信網(wǎng)9.2表9-2常用的網(wǎng)絡拓撲結構特性拓撲結構特性適用場合總線型具有良好的擴充性和可靠性，利于分布式控制，總線的故障將會對系統(tǒng)產(chǎn)生重要的影響。局域網(wǎng)星型便于擴充，利于集中式控制，中心節(jié)點的故障將會對系統(tǒng)產(chǎn)生致命的影響。局域網(wǎng)環(huán)型利于分布式控制和實時通信，介質訪問控制方法簡單，環(huán)路故障將會對系統(tǒng)產(chǎn)生致命的影響。局域網(wǎng)和城域網(wǎng)樹型具有良好的擴充性和可靠性，利于分布式控制，通信路徑選擇算法的好壞將直接影響通信的性能。廣域網(wǎng)網(wǎng)狀型可靠性高、靈活性大，利于分布式控制，管理復雜。廣域網(wǎng)復合型經(jīng)濟性好、穩(wěn)定性好廣域網(wǎng)9.2.2通信網(wǎng)拓撲結構從概念和結構上看，通信網(wǎng)的拓撲結構與計算機網(wǎng)絡拓撲基本上是一樣的。

顯然，每種拓撲結構各有千秋，在實際應用中，應該根據(jù)環(huán)境、條件、介質、要求和技術的不同選擇合適的拓撲結構。509.2.3通信網(wǎng)服務質量通信網(wǎng)9.2對通信網(wǎng)的服務質量一般用可訪問性、透明性和可靠性這三個方面的性能來衡量。

可靠性是指整個通信網(wǎng)連續(xù)、不間斷地穩(wěn)定運行的能力，它一般由組成通信網(wǎng)的各系統(tǒng)、設備、部件等的可靠性來確定。網(wǎng)絡可靠性設計不是追求絕對可靠，而是在一定的經(jīng)濟性、合理性前提下，滿足業(yè)務服務質量要求即可。

可訪問性是指網(wǎng)絡保證合法用戶隨時能夠快速、有保證地接入到網(wǎng)絡以獲得信息服務，并在規(guī)定的時延內傳遞信息的能力。它反映了網(wǎng)絡保證有效通信的能力。

透明性是指網(wǎng)絡保證用戶業(yè)務信息準確、無差錯傳送的能力。它反映了網(wǎng)絡保證用戶信息具有可靠傳輸質量的能力。實際中常用用戶滿意度和信號的傳輸質量來評定。51通信網(wǎng)9.2可靠性指標主要有以下幾種：（1）失效率：系統(tǒng)在單位時間內發(fā)生故障的概率，一般用表示。（2）平均故障間隔時間(MTBF)：相鄰兩個故障發(fā)生的間隔時間的平均值，MTBF＝1/。（3）平均修復時間(MTTR)：修復一個故障的平均處理時間，表示修復率，MTTR=1/。（4）系統(tǒng)不可利用度(U)：在規(guī)定的時間和條件內，系統(tǒng)喪失規(guī)定功能的概率。9.2.3通信網(wǎng)服務質量52通信網(wǎng)9.2對于我們熟悉的電話通信網(wǎng)，可以從以下三個方面定義服務質量要求。（1）接續(xù)質量：它反映的是電話網(wǎng)接續(xù)用戶通話的速度和難易程度，通常用接續(xù)損失(呼叫損失率，簡稱呼損)和接續(xù)時延來度量。（2）傳輸質量：它反映的是電話網(wǎng)傳輸話音信號的準確程度，通常用響度、清晰度、逼真度這三個指標來衡量。實際中對上述三個指標一般由用戶主觀來評定。

（3）穩(wěn)定性質量：它反映電話網(wǎng)的可靠性，主要指標與上述一般通信網(wǎng)的可靠性指標相同，如平均故障間隔時間、平均修復時間、系統(tǒng)不可利用度等。數(shù)據(jù)網(wǎng)的服務質量與前面所述的“數(shù)據(jù)通信的主要性能指標”基本相同，不再贅述。9.2.3通信網(wǎng)服務質量53通信網(wǎng)9.29.2.4網(wǎng)絡服務性能保障機制在網(wǎng)絡運行中時常要面對以下問題：（1）數(shù)據(jù)傳輸中的差錯和丟失（2）網(wǎng)絡擁塞（3）交換節(jié)點和物理線路故障（1）差錯控制：差錯控制機制負責將信源端和信宿端之間傳送的數(shù)據(jù)所發(fā)生的丟失和損壞恢復過來。通?？刂茩C制包括差錯檢測和差錯校正兩部分。（2）擁塞控制：擁塞一般發(fā)生在網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量開始接近網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)處理能力時。擁塞控制的目標是將網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)量控制在一定水平之下，否則，網(wǎng)絡性能就會急劇惡化?！熬W(wǎng)絡擁塞”可以類比為“交通擁堵”。（3）路由選擇：該技術可幫助信號繞開發(fā)生故障或擁塞的節(jié)點，從而提高通信可靠性。（4）流量控制：流量控制是一種使目的端通信實體可以調節(jié)信源端通信實體發(fā)出的數(shù)據(jù)流量的協(xié)議機制，可以調節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)量和速率。“路由選擇”可以類比“交通指揮”和“路徑誘導”。目前網(wǎng)絡采用的服務性能保障機制主要有四類。54通信網(wǎng)9.29.2.4網(wǎng)絡服務性能保障機制

在電話通信網(wǎng)中，網(wǎng)絡體系結構保證通話雙方工作在同步方式下，并以恒定的速率交換數(shù)據(jù)，因而無需再提供流量控制機制。而在分組數(shù)據(jù)網(wǎng)中，必須進行流量控制，其原因是：①在信宿端必須對每個收到的分組頭部進行一定的協(xié)議處理，因為收發(fā)雙方工作在異步方式下，信源端可能試圖以比信宿端處理速度更快的速度發(fā)送分組。②信宿端也可能將收到的分組先緩存起來，然后重新在另一個I/O端口進行轉發(fā)，此時它可能需要限制進入的流量以便與轉發(fā)端口的流量相匹配。

與差錯控制一樣，流量控制也可以在多個協(xié)議層面實現(xiàn)。55現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術9.39.3.1應用層技術1.應用層業(yè)務

在現(xiàn)代通信網(wǎng)中，不管采用何種傳送網(wǎng)結構及業(yè)務網(wǎng)承載，最終目的是要為用戶提供各類通信服務，滿足他們對不同業(yè)務服務質量的需求。因此，應用層業(yè)務是直接面向用戶的，主要包括模擬與數(shù)字視音頻業(yè)務（如普通電話、智能網(wǎng)、IP電話、廣播電視業(yè)務等），數(shù)據(jù)通信業(yè)務（如網(wǎng)絡商務、電子郵件）和多媒體通信業(yè)務（如分配型業(yè)務和交互型業(yè)務）等。2.終端技術

終端設備是用戶與通信網(wǎng)之間的接口，具有3項主要功能：①完成信源或信宿信息與信號之間的相互轉換。②將信號與信道相匹配。③完成信令的產(chǎn)生和識別，即用來產(chǎn)生和識別網(wǎng)內所需的信令，以完成一系列控制功能或操作。56現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術9.3

終端技術主要包括以下幾種：

（1）音頻終端技術。音頻終端是通信系統(tǒng)中應用最為廣泛的一類通信終端，它可以是普通電話交換網(wǎng)絡PSTN中的普通模擬電話機、錄音電話機、投幣電話機、磁卡電話機、IC卡電話機，也可以是ISDN網(wǎng)絡中的數(shù)字電話機，以及移動通信網(wǎng)中的無線手機。（2）圖形圖像終端技術。圖形圖像終端，如傳真機，它是把紙介質所記錄的文字、圖表、照片等信息，通過光電掃描方法變?yōu)殡娦盘枺?jīng)公共電話交換網(wǎng)絡傳輸后，在接收端以硬拷貝的方式得到與發(fā)端相同（或相類似）的紙介質信息。

（3）視頻終端技術：視頻終端，如各種電視攝像機、多媒體計算機用攝像頭、視頻監(jiān)視器以及計算機顯示器等。

（4）數(shù)據(jù)終端技術。數(shù)據(jù)終端，如調制解調器、ISDN終端設備、多媒體計算機終端、機頂盒、可視電話終端等。9.3.1應用層技術57現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術9.39.3.2業(yè)務網(wǎng)技術

在傳送網(wǎng)的節(jié)點上安裝不同類型的節(jié)點設備，就形成不同類型的業(yè)務網(wǎng)。業(yè)務節(jié)點設備主要包括各種交換機（電路交換、X.25、以太網(wǎng)、幀中繼、ATM等交換機）、路由器和數(shù)字交叉連接設備（DXC）等。DXC既可作為通信基礎網(wǎng)的節(jié)點設備，也可以作為DDN和各種非撥號專網(wǎng)的業(yè)務節(jié)點設備。

交換設備是構成業(yè)務網(wǎng)的核心要素，其基本功能是完成接入交換節(jié)點鏈路的匯集、轉接、接續(xù)和分配，實現(xiàn)一個呼叫終端（用戶）和它所要求的另一個或多個用戶終端之間的路由選擇和連接。交換設備的交換方式可以分為兩大類：電路交換方式和分組交換方式。業(yè)務網(wǎng)：向用戶提供電話、電報、傳真、數(shù)據(jù)、圖像等電信業(yè)務的網(wǎng)絡。58現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術9.31.電話網(wǎng)與電路交換技術

兩部電話之間的通信只需用一對導線將兩部話機直接相連即可。若有成千上萬部電話需要互相通話，就需要將每一部話機通過一對用戶線連到交換機上。交換機根據(jù)用戶信號（摘機、掛機、撥號等）自動進行話路的接通與拆除。通常，一個城市需建立多個電話分局，分局間使用局間中繼線互連。與用戶線不同，中繼線是由各用戶共用的。分局數(shù)量太多時，就需要建立匯接局，匯接局與所屬分局以星型連接，匯接局間是全互連的。分局間通話需經(jīng)匯接局轉接。為了使不同城市用戶能互相通話，城市內還需建立長話局，長話局與市話分局（或市話匯接局）間以長市中繼線相連。不同城市的長話局、長話匯接局間用長途中繼線相連。9.3.2業(yè)務網(wǎng)技術59現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術9.32.數(shù)據(jù)網(wǎng)與分組交換技術

公共數(shù)據(jù)網(wǎng)指X.25分組交換網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)（FR）、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、智能網(wǎng)（IN）、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）、異步轉移模式（ATM）網(wǎng)等根據(jù)數(shù)據(jù)通信的突發(fā)性和允許一定時延的特點，采用存儲-轉發(fā)分組（包）交換技術的通信網(wǎng)。為了改變目前多種數(shù)據(jù)網(wǎng)并存的復雜局面，人們正試圖用以TCP／IP協(xié)議為核心的互聯(lián)網(wǎng)（Internet或IP網(wǎng)）一統(tǒng)天下。

3.智能網(wǎng)技術

智能網(wǎng)依靠先進的信令技術和大型集中數(shù)據(jù)庫技術，將網(wǎng)絡的交換與控制功能相分離，把電話網(wǎng)中原來位于各個端局交換機中的網(wǎng)絡智能集中到了業(yè)務控制點的大型計算機上，而原有的交換機僅完成基本的接續(xù)功能。未來的功能強大的智能網(wǎng)可配備有完善的業(yè)務生成環(huán)境，客戶可以根據(jù)自己的特殊需要定義自己的個人業(yè)務。這對電信業(yè)的發(fā)展無疑是一次革命。9.3.2業(yè)務網(wǎng)技術60現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術9.34.移動通信網(wǎng)技術

所謂移動通信是指通信雙方或至少有一方是在運動中的信息交換過程。例如，固定點與移動體（汽車、輪船、飛機）之間，移動體與移動體之間、人與人或人與移動體之間的通信，都屬于移動通信。顯然，移動通信必須使用無線信道，即靠無線電波傳送信息。

移動通信網(wǎng)依靠先進的移動通信技術可為用戶提供靈活的移動業(yè)務，如：蜂窩公用陸地移動通信、集群調度移動通信、無繩電話、無線電尋呼、衛(wèi)星移動通信等系統(tǒng)。9.3.2業(yè)務網(wǎng)技術61

傳輸網(wǎng)：主要完成傳輸線路調度、故障切換、業(yè)務分離等任務的網(wǎng)絡?，F(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術9.39.3.3傳輸網(wǎng)技術傳輸網(wǎng)（傳送網(wǎng)）包括傳輸介質、傳輸系統(tǒng)和傳輸節(jié)點設備三部分。（1）傳輸系統(tǒng)：包括傳輸設備和復用設備。基帶信號一般不能直接在傳輸介質上傳輸，需要利用傳輸設備轉換為適合在傳輸介質上傳輸?shù)男盘枴?/p>

傳輸設備主要有微波收發(fā)信機、衛(wèi)星地面站收發(fā)信機和光端機等。為了提高信道利用率，需要用頻分復用（波分復用）、時分復用或碼分復用設備將多路信號進行復用傳輸。（2）傳輸節(jié)點設備：包括配線架、電分插復用器ADM、電交叉連接器DXC、光分插復用器OADM和光交叉連接器OXC等。（3）傳輸介質：主要是銅線、光纖和傳輸無線電波的大氣空間。

另外，不同類型的業(yè)務節(jié)點可以使用一個公共的用戶接入網(wǎng)實現(xiàn)由業(yè)務節(jié)點到用戶駐地網(wǎng)的信息傳送。因此，可將接入網(wǎng)看成傳輸網(wǎng)的一個組成部分。62現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術9.39.3.4支撐網(wǎng)技術支撐網(wǎng)內部傳送的是相應的控制和檢測信號。支撐網(wǎng)包括信令網(wǎng)、同步網(wǎng)和電信管理網(wǎng)。（1）信令網(wǎng)技術：在采用公共信道信令系統(tǒng)之后，除原有的用戶業(yè)務之外，還有一個起支撐作用的、專門傳送信令的網(wǎng)絡——信令網(wǎng)。信令網(wǎng)的功能是實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點間（包括交換局、網(wǎng)絡管理中心等）信令的傳輸和轉接。（2）同步網(wǎng)技術：實現(xiàn)數(shù)字傳輸后，在數(shù)字交換局之間、數(shù)字交換局和傳輸設備之間均需要實現(xiàn)信號時鐘的同步。同步網(wǎng)的功能就是實現(xiàn)這些設備之間的信號時鐘同步。（3）電信管理網(wǎng)技術：電信管理網(wǎng)是為提高全網(wǎng)質量和充分利用網(wǎng)絡設備而設置的。網(wǎng)絡管理是實時或準實時地監(jiān)視電信網(wǎng)絡的運行，必要時采取控制措施，以達到任何情況下，最大限度地使用網(wǎng)絡中一切可以利用的設備，使盡可能多的通信業(yè)務得以實現(xiàn)。支撐網(wǎng)：能使業(yè)務網(wǎng)正常運行、增強功能、提供全網(wǎng)服務質量和滿足用戶要求的網(wǎng)絡。63通信網(wǎng)的發(fā)展歷程9.4

若將1878年第一臺交換機投入使用作為通信網(wǎng)發(fā)展起點的話，那么它已經(jīng)有了近140年的歷史。這期間由于交換技術、信令技術、傳輸技術、業(yè)務實現(xiàn)方式的發(fā)展和變化，通信網(wǎng)大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。

第一階段（1880～1970年），是典型的模