1第2章數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本概念傳輸介質(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)控制數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)22.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通信的三個(gè)要素：信源、信宿和信道源系統(tǒng)源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過(guò)發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來(lái)的信息。傳輸系統(tǒng)可以是簡(jiǎn)單的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)3數(shù)據(jù)通信的基本過(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)傳輸互相通話斷開(kāi)邏輯連接互相確認(rèn)要結(jié)束通話斷開(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。42.2基本概念數(shù)據(jù)與信號(hào)信道通信方式傳輸方式同步方式52.2.1數(shù)據(jù)與信號(hào)數(shù)據(jù)（Data）傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。例如：01000001。信息（Information）數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。例如：A。信號(hào)（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式在介質(zhì)中傳播。例如：用高低電平分別代表1、0。6模擬信號(hào)時(shí)間上連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)信號(hào)值數(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)ta）模擬信號(hào)tb）數(shù)字信號(hào)7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)tt8信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法（信息→數(shù)據(jù)）例如：ASCII編碼、BCD編碼等，字符“A”的ASCII編碼為01000001數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法（數(shù)據(jù)→信號(hào)）例如：字符“A”的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t9信息通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過(guò)信道傳送到目的地信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸編碼：數(shù)據(jù)→適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)——便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò)調(diào)制：數(shù)字信號(hào)→適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形→數(shù)字信號(hào)解碼：數(shù)字信號(hào)→原始數(shù)據(jù)信息→數(shù)據(jù)→信號(hào)→在信道上傳輸→信號(hào)→數(shù)據(jù)→信息數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信息編碼信息解碼10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11模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語(yǔ)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12編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼13調(diào)制與解調(diào)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制解調(diào)制142.2.2信道信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）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)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)線電廣播、電話撥號(hào)線路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)電話線撥號(hào)上網(wǎng)。162.2.3通信方式單工 數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無(wú)線電廣播）半雙工 數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏敚荒茉谕粫r(shí)刻雙向傳輸（例：對(duì)講機(jī)）全雙工 數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話）需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。17發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器單工方式：半雙工方式：全雙工方式：A站B站可同時(shí)不可同時(shí)18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。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百M(fèi)HZ的模擬信號(hào)后再以頻分復(fù)用方式傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號(hào)傳輸2.2.4傳輸方式19同步的因素：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開(kāi)始，什么時(shí)候結(jié)束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(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2.2.5同步方式20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t21（一）位同步目的：使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致1.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。2.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。22目的：找到正確的字符邊界1.起止式（異步式）：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)停止位采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”起止式的優(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％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”（二）字符同步232.同步式：字符沒(méi)有任何附加位而連續(xù)地發(fā)送，每組字符必須由一個(gè)或多個(gè)確定地同步字符SYN（例如：16H）領(lǐng)先，接收端用檢測(cè)同步字符的模式獲得同步。24目的：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1.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2.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)和0~nbit8bit8bit8~32m7EH7EH（三）幀同步25（三）幀同步目的：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1.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2.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)和0~nbit8bit8bit8~32m7EH7EH262.3傳輸介質(zhì)金屬導(dǎo)體雙絞線、同軸電纜(粗、細(xì))光纖無(wú)線介質(zhì)無(wú)線電、微波、衛(wèi)星、紅外線271、同軸電纜（CoaxialCable，CC）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜阻抗50，有粗同軸和細(xì)同軸兩種應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s，500m/185m銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套282、雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根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：電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套29屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線外無(wú)任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛常用的雙絞線：5類(lèi)（CAT5，最高100Mb/s，用于100M\10M網(wǎng)絡(luò)）超5類(lèi)（CAT5e，最高1000Mb/s，用于百兆網(wǎng)絡(luò)）6類(lèi)（CAT6，用于千兆網(wǎng)絡(luò)）超6類(lèi)（CAT6e，用于萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)）7EH30雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn)色彩標(biāo)記和連接方法：注：HUB-HUB，標(biāo)準(zhǔn)端口間用交叉線；級(jí)連端口間用直通線線對(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568A-568B直通線568A-568A計(jì)算機(jī)路由器集線器交換機(jī)直通交叉（同一框中）314、光纖（OpticalFiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點(diǎn)：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價(jià)格較高需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：塑料二氧化硅（高純玻璃）32光纖傳輸原理——光的反射光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時(shí)會(huì)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(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。纖芯——折射率高，玻璃包層——折射率低亮度調(diào)制：有光脈沖-1，無(wú)光脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測(cè)光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測(cè)器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器1）多模光纖（MMF）332）單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個(gè)光波波長(zhǎng)激光器光檢波器單束光線沿直線傳播34特點(diǎn)：光纖是單向傳輸，雙向需兩根光纖應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接35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——50um緩變型-MMF62.5um緩變型/增強(qiáng)型-MMF8.3um突變型-SMF

包層——125um36高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束375、無(wú)線介質(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)線電、地面微波通信衛(wèi)星紅外線381）微波通信通過(guò)地面站之間接力傳送接力站之間距離：50～100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔392）地球同步衛(wèi)星與地面站相對(duì)固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（≈270ms）廣播式傳輸應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長(zhǎng)途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784km地球403）激光傳輸將激光束調(diào)制成光脈沖傳輸數(shù)據(jù)特點(diǎn)：激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕偷聽(tīng)受天氣影響只能在短距離通信中使用414）紅無(wú)線通信 紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個(gè)房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng)特點(diǎn)：紅外通信的設(shè)備相對(duì)便宜，可獲得較高的帶寬傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響425）短波通信基站與終端之間通信采用無(wú)線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無(wú)線電區(qū)域BS基站

用戶計(jì)算機(jī)和終端43常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(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442.4數(shù)據(jù)編碼數(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)字信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸451.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼不歸零碼（Non-ReturntoZero，NRZ）舉例二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來(lái)表示；常用－5V表示1，＋5V表示0；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。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0，低→高的跳變代表1優(yōu)點(diǎn)：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（DifferentialManchesterCoding，DMC）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。46三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時(shí)鐘NRZManchester差分ManchesterBACK472.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK

（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）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：幅度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48ASK：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：用載波的起始相位是否變化表示0（不變）和1（變化）00110100010ASKFSKPSK493.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼采樣定理：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)。要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語(yǔ)音信號(hào)，模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。PCM編碼：舉例

1）采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣

2）量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上

3）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)稱為PCM信號(hào)（PulseCodedModulation，脈碼調(diào)制）。50PCM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)BACK51語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化語(yǔ)音帶寬f<4kHz采樣時(shí)鐘頻率：8kHz（>2倍語(yǔ)音最大頻率）樣本量化級(jí)數(shù)：256級(jí)（8b/每樣本）數(shù)據(jù)率：8000次/s×8b=64kb/s每路PCM信號(hào)的速率=64kb/s模擬語(yǔ)音信號(hào)采樣時(shí)鐘PCM信號(hào)采樣電路量化和編碼

數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)f<4kHzfs=8kHz522.5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53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

1）頻分復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)

2）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

3）波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）按波長(zhǎng)劃分不同的信道，用于光纖傳輸

4）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541、頻分復(fù)用FDM工作過(guò)程原理：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552、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t56(1)同步時(shí)分復(fù)用

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)用也稱為同步時(shí)分復(fù)用。一個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。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E1-幀格式每個(gè)時(shí)隙承載一路PCM信號(hào)57(2)統(tǒng)計(jì)（異步）TDM——STDM同步TDM的缺點(diǎn)：某用戶無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。STDM：用戶不固定占用某個(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C258時(shí)分復(fù)用——數(shù)字載波復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)T-標(biāo)準(zhǔn)（北美、日本）E-標(biāo)準(zhǔn)（歐洲、中國(guó)、南美）E1（一次群）標(biāo)準(zhǔn)每125us為一個(gè)時(shí)間片，每時(shí)間片分為32個(gè)通道（時(shí)隙）。每個(gè)時(shí)隙可容納8b。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30個(gè)通道用于傳輸30個(gè)PCM話音數(shù)據(jù)。E1速率=（32x8b）/125us=2.048Mb/s對(duì)E1進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到E5等高次群。E5可承載7680個(gè)話路，數(shù)據(jù)率約為565Mb/s。新的TDM標(biāo)準(zhǔn)是同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）和ITU-T的同步數(shù)字系列（SDH）。常用的線路速率為（近似值）155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s和10Gb/s。59E1-幀格式E1線路也可以用于計(jì)算機(jī)通信0121631時(shí)間片125ms=32時(shí)隙，2.048Mb/s幀同步信令30路數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）+2路控制用戶話路用戶話路1517返回603、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。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614、碼分復(fù)用CDM原理：每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列進(jìn)行編碼（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被迭加，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)。地址碼序列必須兩兩相互正交：碼序列A、B，應(yīng)滿足

AB=0，AB'=0，AA=1，AA'=-1

其中為內(nèi)積運(yùn)算。在無(wú)線移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛。622.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。例如：電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開(kāi)該線路，該線路又可分配給其他用戶。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)省線路投資，提高線路利用率。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。631、電路交換定義：在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專用線路的過(guò)程?？梢允钦嬲奈锢砭€路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路?！Q為“面向連接的”（典型例子：電話）過(guò)程：建立連接→通信→釋放連接641、電路交換（續(xù)）優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無(wú)糾錯(cuò)機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小。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0.5s，計(jì)算機(jī)以1Mb/s的速率發(fā)送10KB。線路利用率＝？65電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn)在物理線路的某個(gè)信道上建立連接662、報(bào)文交換定義：以報(bào)文為單位進(jìn)行“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。在交換過(guò)程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來(lái)，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)稱為存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)。特點(diǎn)：傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接。——稱為“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。672、報(bào)文交換（續(xù)）優(yōu)缺點(diǎn)：沒(méi)有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間；線路利用率高；傳輸可靠性較高；報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。類(lèi)比：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？683、分組交換（包交換）定義：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)。特點(diǎn)：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。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693、分組交換（續(xù)）優(yōu)缺點(diǎn)：對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)節(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)延時(shí)小——適用于交互式通信；某個(gè)分組出錯(cuò)可以僅重發(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)。701）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)712）虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預(yù)先建立一條邏輯連接——虛電路虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的邏輯連接類(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)）

“西安－北京”這條線路可以看成是一條虛路徑也需要三個(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722）虛電路方式（續(xù)）特點(diǎn)：

a)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”

b)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)分類(lèi)：永久虛電路PVC和交換虛電路SVC73分組通過(guò)預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)74三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75各種交換方式762.7差錯(cuò)控制什么是差錯(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。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、大功率電動(dòng)機(jī)的啟停等。77差錯(cuò)控制的基本方法：接收方進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。1、差錯(cuò)控制編碼：檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼糾錯(cuò)碼在計(jì)算機(jī)通信中很少使用782、差錯(cuò)控制技術(shù)

1）自動(dòng)請(qǐng)求重傳（AutomaticRepeatRequest,ARQ）

a)停等ARQ每發(fā)送一幀就需要一個(gè)應(yīng)答幀只重傳剛才出錯(cuò)的幀幀編號(hào)只需0和1即可

b)Go-back-NARQ每發(fā)送N幀需要一個(gè)應(yīng)答幀需重傳前面（N-i+1）幀（0≤i≤N）幀編號(hào)從0到N-1

c)

選擇重傳ARQ每發(fā)送N幀需要一個(gè)應(yīng)答幀只重傳出錯(cuò)的幀

2）前向糾錯(cuò)（FEC-ForwardErrorControl,FEC）

3）混合方式Hybrid（FEC-ARQ）793、檢錯(cuò)碼1）奇偶校驗(yàn)（ParityChecking）可以在兩個(gè)級(jí)別上實(shí)現(xiàn)：

a)在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。

例如：1100010增加偶校驗(yàn)位后為11100010

若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯(cuò)誤。

b)在通信過(guò)程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時(shí)增加奇偶校驗(yàn)位。特點(diǎn)：只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)位錯(cuò)，偶數(shù)個(gè)位錯(cuò)則不能檢出。802）循環(huán)冗余校驗(yàn)（CyclicRedundancyCheck,CRC）差錯(cuò)檢測(cè)原理：

收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計(jì)算出CRC校驗(yàn)和并把它加在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用G(x)去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。校驗(yàn)和是16位或32位的二進(jìn)制位串。CRC校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何計(jì)算校驗(yàn)和。81CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力：可檢出所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；可檢出所有單位/雙位錯(cuò)；可檢出所有≤G(x)長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)。常用的生成多項(xiàng)式G(x)：CRC16=x16+x15+x2+1CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1822.8數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)時(shí)延與時(shí)延帶寬積誤碼率與誤比特率信息傳輸速率與碼元傳輸速率信道的最大傳輸速率83一、時(shí)延與時(shí)延帶寬積時(shí)延：一個(gè)數(shù)據(jù)塊（幀、分組、報(bào)文段等）從鏈路或網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間?？倳r(shí)延＝發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延發(fā)送時(shí)延發(fā)送時(shí)間＝數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度/信息傳輸速率傳播時(shí)延傳播時(shí)延＝信道長(zhǎng)度/電磁波在信道上的傳播速率轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延84帶寬（BandWidth，BW）：信道傳輸能力的度量。在傳統(tǒng)的通信工程中：

BW≈fmax－fmin

單位：赫茲（Hz）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中：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一千萬(wàn)比特，它的帶寬為10Mb/s。85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86二、誤碼率與誤比特率誤碼率：Pc是指?jìng)鬏數(shù)拇a元被傳錯(cuò)的概率

Pc＝傳錯(cuò)的碼元數(shù)?傳輸?shù)拇a元總數(shù)誤比特率：Pb是指?jìng)鬏數(shù)谋忍乇粋麇e(cuò)的概率

Pb＝傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)?傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)87三、信息傳輸速率與碼元傳輸速率信息傳輸速率比特（bit）：即一個(gè)二進(jìn)制位。信息傳輸速率：是指每秒傳輸?shù)木幋a前的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二進(jìn)制