第二章信息交換與傳輸技術(shù)基礎(chǔ)

2.1信息交換技術(shù)電路交換、報文交換和分組交換是目前信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中主要的交換技術(shù)。

2.1.1電路交換

電路交換的特點(diǎn)：（1）在進(jìn)行通信時必須先建立連接。（2）連接建立成功后，雙方就占用了某一電路（通路或信道），直到拆線為止。電路交換具有實(shí)時、雙向和交互性等優(yōu)點(diǎn)。

第二章信息交換與傳輸技術(shù)基礎(chǔ)2.1信息交換技術(shù)1

圖2-1電路交換圖2-1電路交換22.1.2報文交換

報文交換：報文作為一個整體，逐結(jié)點(diǎn)進(jìn)行存貯與轉(zhuǎn)發(fā)。報文交換主要應(yīng)用于電報通信，適于單向、非實(shí)時、低速信息傳輸和交換。2.1.2報文交換3

圖2-2報文交換圖2-2報文交換42.1.3分組交換分組交換屬于存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，它把信息分成若干個分組，按分組進(jìn)行傳送，到目的地再將分組重新裝成完整地報文。分組交換分為數(shù)據(jù)報（datagram)和虛電路（virtualcircuit）方式。

2.1.3分組交換51.數(shù)據(jù)報方式：在每個分組中攜帶詳細(xì)地目的地址，可以選擇不同路由傳送到目的終點(diǎn)。2.虛電路方式：在發(fā)送報文前先請求建立一條雙方用戶之間的虛電路，建立成功后，屬于同一報文的分組都沿該虛電路傳送。但是當(dāng)用戶沒有分組傳送時，虛電路可以供別的用戶使用。1.數(shù)據(jù)報方式：在每個分組中攜帶詳細(xì)地目6

圖2-3分組交換圖2-3分組交換72.2語音信號的數(shù)字話方法

目前的電話網(wǎng)主要傳送話音信號，話音信號的數(shù)字化技術(shù)主要采用脈沖編碼調(diào)制（PCM)。脈沖編碼調(diào)制：將模擬信號的抽樣量化值變成代碼的過程。包括三個過程：抽樣、量化、編碼。（1）抽樣：話音信號的頻率一般在300－3400Hz，根據(jù)抽樣定理，采樣頻率為8kHz。如圖2-4所示。

2.2語音信號的數(shù)字話方法8圖2-4模擬信號的抽樣圖2-4模擬信號的抽樣9（2）量化：為了解決線性量化時小信號音質(zhì)差的矛盾，采用不均勻量化，即小信號時量化間隔小，大信號時間隔大，如圖2-5所示。通常采用兩種對數(shù)形式的壓縮特性，我國采用A律。（2）量化：為了解決線性量化時小信號音質(zhì)10圖2-5壓擴(kuò)法基本原理圖2-5壓擴(kuò)法基本原理11

（3）編碼：采用非線性逐次反饋編碼。我國主要采用A律13折線8比特編碼。除了PCM外，語音信號的數(shù)字化方法還有增量調(diào)制、自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制。（3）編碼：采用非線性逐次反饋編碼。我國主12圖2-6PCM系統(tǒng)的構(gòu)成與原理圖圖2-6PCM系統(tǒng)的構(gòu)成與原理圖13

2.3信道共享與多路復(fù)用技術(shù)

（1）頻分復(fù)用（FDM,frequencedivisionmultiplex)頻分復(fù)用：主要用于模擬信號，將信道的可用頻帶分割成若干個互不重疊的頻段，每路基帶信號被調(diào)制在不同的載頻上，使其頻譜占用某一頻段，以實(shí)現(xiàn)多路相加的FDM信號在同一信道中傳輸。如圖2-7所示。

2.3信道共享與多路復(fù)用技術(shù)14圖2-7頻分多路復(fù)用圖2-7頻分多路復(fù)用15

（2）時分復(fù)用（TDM,timedivisionmultiplex)時分復(fù)用：多個用戶在不同的時間段（時隙）占用或共享信道。分為同步時分復(fù)用（STDM)和異步時分復(fù)用（ATDM)。同步時分復(fù)用：采用靜態(tài)分配，即將信道各時隙固定地分配給用戶。異步時分復(fù)用：采用動態(tài)分配，即按用戶的需要將信道時隙動態(tài)地分配給用戶。STDM的典型應(yīng)用時PCM基群復(fù)用。（2）時分復(fù)用（TDM,timedivisionmu16圖2-8時分多路復(fù)用圖2-8時分多路復(fù)用172.4數(shù)字信號的基帶傳輸技術(shù)

只進(jìn)行碼型變換而未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占據(jù)的頻帶與原數(shù)字脈沖的相同，一般從直流或低頻開始，因而稱為數(shù)字基帶信號。下面介紹幾種典型基帶信號的波形與特點(diǎn)。

2.4數(shù)字信號的基帶傳輸技術(shù)18

（1）差分碼差分碼又稱作相對碼，利用電平跳變或不跳變來表示數(shù)字1或0。這種碼型利用電平的相對關(guān)系來傳遞信息，可以解決數(shù)據(jù)通信中相位鍵控解調(diào)時相位模糊問題。如圖2-9所示。（1）差分碼19圖2-9差分碼的波形圖2-9差分碼的波形20

（2）曼徹斯特碼曼徹斯特碼（Manchester）又稱數(shù)字雙相碼或分相碼。它利用一個半占空對稱方波（如01）表示數(shù)據(jù)1，而用其反相波（如10）表示數(shù)據(jù)0。利用差分碼的概念和特點(diǎn)，可以構(gòu)成差分曼徹斯特碼。曼徹斯特碼不含有直流分量。如圖2-10所示（2）曼徹斯特碼21圖2-10曼徹斯特碼的波形圖2-10曼徹斯特碼的波形22

（3）傳號交替反轉(zhuǎn)碼傳號交替反轉(zhuǎn)碼(AMI,alternativemarkinversive)碼中，原輸入數(shù)據(jù)0變換為三電平中的0；數(shù)據(jù)1則交替地變換為＋1或－1電平。顯然，AMI碼不含有直流分量。（5）傳號反轉(zhuǎn)碼傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI,codedmarkinversion)碼與曼徹斯特碼類似，也是一種二電平碼。如圖2-11所示。

（3）傳號交替反轉(zhuǎn)碼23圖2-11CMI的波形圖2-11CMI的波形24

（6）三階高密度雙極性碼三階高密度雙極性碼（HDB3)碼是三電平碼，與AMI碼不同之處：HDB3碼流中的連0個數(shù)應(yīng)保證不多于3。當(dāng)出現(xiàn)4個連0時，就用特點(diǎn)碼組來替代。如圖2-12所示。（6）三階高密度雙極性碼25圖2-12AMI與HDB3碼的波形圖2-12AMI與HDB3碼的波形26

（7）密勒碼密勒碼（Miller）是數(shù)字雙相碼的一種變形，實(shí)際上是數(shù)字雙相碼經(jīng)觸發(fā)器后等到的波形。當(dāng)兩個1之間有一個0時，密勒碼中呈現(xiàn)最大寬度，即兩個碼元周期。如圖2-13所示。（7）密勒碼27圖2-13密勒碼的波形圖2-13密勒碼的波形282.5數(shù)字信號的載波傳輸技術(shù)在信息網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)中，除了基帶傳輸方式外，常常采用載波傳輸技術(shù)，即將數(shù)字或數(shù)據(jù)進(jìn)行載波調(diào)制，以調(diào)制信號方式傳送。典型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)如圖2-14所示。2.5數(shù)字信號的載波傳輸技術(shù)29圖2-14典型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)圖2-14典型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)30

（1）頻率鍵控（FSK）頻率鍵控以兩個不同的頻率來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的1和0，其波形調(diào)制如圖2-15所示。（1）頻率鍵控（FSK）31

圖2-15FSK信號的波形

圖2-15FSK信號的波形32

（2）差分相位鍵控（DPSK）多用4相和8相DPSK（記做4DPSK,8DPSK)。4DPSK分為A類調(diào)制方式和B類調(diào)制方式。8DPSK的相位如圖2-16所示。（2）差分相位鍵控（DPSK）33圖2-168DPSK的載波相移矢量圖圖2-168DPSK的載波相移矢量圖34

作業(yè)1.簡述常用的三種信息交換技術(shù)，它們有什么特點(diǎn)？2.什么是PCM？熟悉PCME1復(fù)幀的結(jié)構(gòu)。3.簡要說明FDM和TDM的原理。4.掌握差分碼、曼徹斯特碼、密勒碼等幾種常用碼的生成方法。作業(yè)35第二章信息交換與傳輸技術(shù)基礎(chǔ)

2.1信息交換技術(shù)電路交換、報文交換和分組交換是目前信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中主要的交換技術(shù)。

2.1.1電路交換

電路交換的特點(diǎn)：（1）在進(jìn)行通信時必須先建立連接。（2）連接建立成功后，雙方就占用了某一電路（通路或信道），直到拆線為止。電路交換具有實(shí)時、雙向和交互性等優(yōu)點(diǎn)。

第二章信息交換與傳輸技術(shù)基礎(chǔ)2.1信息交換技術(shù)36

圖2-1電路交換圖2-1電路交換372.1.2報文交換

報文交換：報文作為一個整體，逐結(jié)點(diǎn)進(jìn)行存貯與轉(zhuǎn)發(fā)。報文交換主要應(yīng)用于電報通信，適于單向、非實(shí)時、低速信息傳輸和交換。2.1.2報文交換38

圖2-2報文交換圖2-2報文交換392.1.3分組交換分組交換屬于存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，它把信息分成若干個分組，按分組進(jìn)行傳送，到目的地再將分組重新裝成完整地報文。分組交換分為數(shù)據(jù)報（datagram)和虛電路（virtualcircuit）方式。

2.1.3分組交換401.數(shù)據(jù)報方式：在每個分組中攜帶詳細(xì)地目的地址，可以選擇不同路由傳送到目的終點(diǎn)。2.虛電路方式：在發(fā)送報文前先請求建立一條雙方用戶之間的虛電路，建立成功后，屬于同一報文的分組都沿該虛電路傳送。但是當(dāng)用戶沒有分組傳送時，虛電路可以供別的用戶使用。1.數(shù)據(jù)報方式：在每個分組中攜帶詳細(xì)地目41

圖2-3分組交換圖2-3分組交換422.2語音信號的數(shù)字話方法

目前的電話網(wǎng)主要傳送話音信號，話音信號的數(shù)字化技術(shù)主要采用脈沖編碼調(diào)制（PCM)。脈沖編碼調(diào)制：將模擬信號的抽樣量化值變成代碼的過程。包括三個過程：抽樣、量化、編碼。（1）抽樣：話音信號的頻率一般在300－3400Hz，根據(jù)抽樣定理，采樣頻率為8kHz。如圖2-4所示。

2.2語音信號的數(shù)字話方法43圖2-4模擬信號的抽樣圖2-4模擬信號的抽樣44（2）量化：為了解決線性量化時小信號音質(zhì)差的矛盾，采用不均勻量化，即小信號時量化間隔小，大信號時間隔大，如圖2-5所示。通常采用兩種對數(shù)形式的壓縮特性，我國采用A律。（2）量化：為了解決線性量化時小信號音質(zhì)45圖2-5壓擴(kuò)法基本原理圖2-5壓擴(kuò)法基本原理46

（3）編碼：采用非線性逐次反饋編碼。我國主要采用A律13折線8比特編碼。除了PCM外，語音信號的數(shù)字化方法還有增量調(diào)制、自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制。（3）編碼：采用非線性逐次反饋編碼。我國主47圖2-6PCM系統(tǒng)的構(gòu)成與原理圖圖2-6PCM系統(tǒng)的構(gòu)成與原理圖48

2.3信道共享與多路復(fù)用技術(shù)

（1）頻分復(fù)用（FDM,frequencedivisionmultiplex)頻分復(fù)用：主要用于模擬信號，將信道的可用頻帶分割成若干個互不重疊的頻段，每路基帶信號被調(diào)制在不同的載頻上，使其頻譜占用某一頻段，以實(shí)現(xiàn)多路相加的FDM信號在同一信道中傳輸。如圖2-7所示。

2.3信道共享與多路復(fù)用技術(shù)49圖2-7頻分多路復(fù)用圖2-7頻分多路復(fù)用50

（2）時分復(fù)用（TDM,timedivisionmultiplex)時分復(fù)用：多個用戶在不同的時間段（時隙）占用或共享信道。分為同步時分復(fù)用（STDM)和異步時分復(fù)用（ATDM)。同步時分復(fù)用：采用靜態(tài)分配，即將信道各時隙固定地分配給用戶。異步時分復(fù)用：采用動態(tài)分配，即按用戶的需要將信道時隙動態(tài)地分配給用戶。STDM的典型應(yīng)用時PCM基群復(fù)用。（2）時分復(fù)用（TDM,timedivisionmu51圖2-8時分多路復(fù)用圖2-8時分多路復(fù)用522.4數(shù)字信號的基帶傳輸技術(shù)

只進(jìn)行碼型變換而未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占據(jù)的頻帶與原數(shù)字脈沖的相同，一般從直流或低頻開始，因而稱為數(shù)字基帶信號。下面介紹幾種典型基帶信號的波形與特點(diǎn)。

2.4數(shù)字信號的基帶傳輸技術(shù)53

（1）差分碼差分碼又稱作相對碼，利用電平跳變或不跳變來表示數(shù)字1或0。這種碼型利用電平的相對關(guān)系來傳遞信息，可以解決數(shù)據(jù)通信中相位鍵控解調(diào)時相位模糊問題。如圖2-9所示。（1）差分碼54圖2-9差分碼的波形圖2-9差分碼的波形55

（2）曼徹斯特碼曼徹斯特碼（Manchester）又稱數(shù)字雙相碼或分相碼。它利用一個半占空對稱方波（如01）表示數(shù)據(jù)1，而用其反相波（如10）表示數(shù)據(jù)0。利用差分碼的概念和特點(diǎn)，可以構(gòu)成差分曼徹斯特碼。曼徹斯特碼不含有直流分量。如圖2-10所示（2）曼徹斯特碼56圖2-10曼徹斯特碼的波形圖2-10曼徹斯特碼的波形57

（3）傳號交替反轉(zhuǎn)碼傳號交替反轉(zhuǎn)碼(AMI,alternativemarkinversive)碼中，原輸入數(shù)據(jù)0變換為三電平中的0；數(shù)據(jù)1則交替地變換為＋1或－1電平。顯然，AMI碼不含有直流分量。（5）傳號反轉(zhuǎn)碼傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI,codedmarkinversion)碼與曼徹斯特碼類似，也是一種二電平碼。如圖2-11所示。

（3）傳號交替反轉(zhuǎn)碼58圖2-11CMI的波形圖2-11CMI的波形59

（6）三階高密度雙極性碼三階高密度雙極性碼（HDB3)碼是三電平碼，與AMI碼不同之處：HDB3碼流中的連0個數(shù)應(yīng)保證不多于3。當(dāng)出現(xiàn)4個連0時，就用特點(diǎn)碼組來替代。如圖2-12所示。（6）三階高密度雙極性碼60圖2-12AMI與HDB3碼的波形圖2-12AMI與HDB3碼的波形61

（7）密勒碼密勒碼（Miller）是數(shù)字雙相碼的一種變形，實(shí)際上是數(shù)