第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與物理層主講人：?jiǎn)挝唬褐貞c大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2008年3月目錄2-1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2-2物理層2-1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2-1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2-1.2通信信道及其主要特性2-1.3數(shù)據(jù)編碼2-1.4多路復(fù)用技術(shù)2-1.5差錯(cuò)控制技術(shù)2-1.6數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)2-1.7模擬傳輸系統(tǒng)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)實(shí)例2-1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1、定義

(1)數(shù)據(jù)通信主要研究計(jì)算機(jī)中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理的理論、方法與技術(shù)

(2)數(shù)據(jù)通信=計(jì)算機(jī)(數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ))+通信技術(shù)(數(shù)據(jù)傳輸)(3)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)

(4)是繼電報(bào)、電話之后的又一重要通信方式。烽火通信電通信：電報(bào)(1844，莫爾斯)、電話(1876，貝爾)、

PCM(脈沖編碼調(diào)制通信,1937,AlecReeves)---數(shù)據(jù)通信的標(biāo)志.

光通信(高錕，1966)2、數(shù)據(jù)、信息、信號(hào)

(1)數(shù)據(jù)Data

數(shù)據(jù)是客觀事物的符號(hào)表示。對(duì)計(jì)算機(jī)而言，數(shù)據(jù)是指所有能輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)處理的符號(hào)的總稱。很多不能被計(jì)算機(jī)直接處理的數(shù)據(jù)通過(guò)編碼轉(zhuǎn)換可被計(jì)算機(jī)處理。

(2)

信息information

信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和含義，是數(shù)據(jù)的解釋。數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，信息是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，是有語(yǔ)義結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。信息是由數(shù)據(jù)加工而成的

(3)信號(hào)signal

信號(hào)是數(shù)據(jù)的編碼表示。在數(shù)據(jù)通信中，信號(hào)一般泛指電信號(hào)。2-1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念(續(xù)1)3、模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)是指取值連續(xù)的數(shù)據(jù)。如電壓。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是指取離散值的數(shù)據(jù)。如整數(shù)

4、模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)

模擬信號(hào)是指隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，在通信中，一般用這種信號(hào)的某種參量（如振幅、頻率、相位）來(lái)表示要傳遞的數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)是只取有限值（或狀態(tài)）的信號(hào)，在通信中，是以某一瞬間的狀態(tài)來(lái)表示傳送的信息。2-1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念(續(xù)2)5、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

2-1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念(續(xù)3)

(1)數(shù)據(jù)通信:實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞的通信

(2)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng):能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)

(3)特點(diǎn)：

1)用途：計(jì)算機(jī)間、設(shè)備間；

2)協(xié)議：數(shù)據(jù)通信的雙方遵循某種通信協(xié)議；

3)突發(fā)性：滿足突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸要求；

4)要求高可靠性、高效率、高通信能力；

5)滿足不同應(yīng)用需要：不同對(duì)象間的通信：終端--計(jì)算機(jī)間、計(jì)算機(jī)間、設(shè)備間。滿足不同用戶需要：如個(gè)人用戶、企業(yè)用戶等的需要；滿足不同業(yè)務(wù)應(yīng)用：如文本交換、音頻視頻通信、實(shí)時(shí)通信等6、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

(1)基本模型2-1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念(續(xù)4)信源系統(tǒng)（發(fā)送端）傳輸系統(tǒng)(傳輸網(wǎng)絡(luò))目的系統(tǒng)（接收端）(2)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型2-1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念(續(xù)5)2-1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念(續(xù)6)源系統(tǒng)

1)源點(diǎn)(信源、源站)：產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù);如PC機(jī)

2)發(fā)送器：把源點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變成能在傳輸系統(tǒng)中的信號(hào)，并發(fā)送傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)把信號(hào)從源端傳送到目的端;通常需要處理傳輸差錯(cuò)目的系統(tǒng)

1)接收器：把來(lái)自傳輸系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成終點(diǎn)(目的設(shè)備)能處理的信息

2)

終點(diǎn)(信宿、目的站)：獲取接收器傳來(lái)的信息，是調(diào)制的逆過(guò)程。1、基本概念

(1)信道

通信信道指信號(hào)從發(fā)送端到接收端之間進(jìn)行傳輸?shù)耐?。它又稱為傳輸信道，簡(jiǎn)稱為信道。

(2)模擬信道、模擬通信和模擬通信系統(tǒng)

以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道稱為模擬信道。特點(diǎn)：(1)易受噪聲干擾；

(2)衰減嚴(yán)重；

(3)用放大器處理信號(hào)衰減，信號(hào)和噪聲都會(huì)被放大；

(4)模擬傳輸適于遠(yuǎn)程傳輸

2-1.2通信信道及其主要特性(3)數(shù)字信道、數(shù)字通信和數(shù)字通信系統(tǒng)

以數(shù)字脈沖形式傳輸數(shù)據(jù)的信道稱為數(shù)字信道，這種通信方式稱為數(shù)字通信，相應(yīng)的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。

特點(diǎn)：

(1)誤碼率低，通信質(zhì)量好。

(2)適合綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用，能將數(shù)字、聲音、電視、傳真和視頻電話等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用復(fù)合在一個(gè)信道上傳輸，能充分有效地利用設(shè)備

(3)在已有的線路上采用數(shù)字通信方式，可獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸率

(4)采用大規(guī)模集成電路，數(shù)字傳輸及設(shè)備將比模擬設(shè)備更便宜

(5)數(shù)字傳輸更易于加密，有利于信息安全

2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)1)2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)2)分類方式類別備注介質(zhì)有線信道無(wú)限信道電話線、同軸電纜、雙絞線、光纖。。。微波、無(wú)線電、衛(wèi)星。。。復(fù)用方式頻分復(fù)用信道時(shí)分復(fù)用信道波分、碼分適于模擬數(shù)據(jù)通信模擬、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)均可數(shù)據(jù)類別模擬信道數(shù)字信道電話線雙絞線使用方式專用信道、租用信道公用信道、交換信道

共享方式點(diǎn)-點(diǎn)信道共享信道

2、信道分類3、信道數(shù)據(jù)傳輸模式

(1)用模擬信道傳輸模擬數(shù)據(jù)---------載波、調(diào)制2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)3)調(diào)制器模擬信道解調(diào)器模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)模擬信號(hào)信源信宿2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)4)(2)用模擬信道傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)---------調(diào)制調(diào)制器模擬信道解調(diào)器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)模擬信號(hào)信源信宿2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)5)(3)用數(shù)字信道傳輸模擬數(shù)據(jù)---------采樣A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信道A/D轉(zhuǎn)換模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)信源信宿2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)6)(4)用數(shù)字信道傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)---------編碼數(shù)字信號(hào)數(shù)字信道數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解碼器信號(hào)編碼器信源信宿4、信道連接方式

(1)點(diǎn)-點(diǎn)連接方式2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)7)中心節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)中心節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)交換設(shè)備終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)點(diǎn)---點(diǎn)直接連接點(diǎn)---點(diǎn)交換連接2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)8)中心節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)

(2)分支連接方式集中控制模

分布式控制低速線路低速線路中心節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)復(fù)用/集中設(shè)備高速線路圖2-11信道復(fù)用連接方式2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)9)

(3)復(fù)用連接方式5、信道通信方式2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)10)控制信息數(shù)據(jù)信道發(fā)送端接收端(1)單工通信方式無(wú)線電廣播通信

(無(wú)確認(rèn)機(jī)制)(2)半雙工通信方式信道發(fā)送端接收端發(fā)送端接收端控制信息數(shù)據(jù)2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)11)信道發(fā)送端接收端發(fā)送端接收端控制信息數(shù)據(jù)信道控制信息數(shù)據(jù)(3)全雙工通信方式2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)12)(4)串行通信方式11000101發(fā)送端10100011接收端101000112-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)13)(5)并行通信方式11發(fā)送端10100011接收端10100011011010101011116、數(shù)據(jù)傳輸方式

(1)基帶傳輸

1)基帶信號(hào)包含或不包含直流分量的低通型頻譜信號(hào)，其頻率分量的最高頻率與最低頻率之比遠(yuǎn)大于12)基帶基帶信號(hào)所占用的頻帶稱為基本頻帶，簡(jiǎn)稱基帶

3)基帶傳輸、基帶傳輸系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)輸出的信號(hào)就是典型的基帶信號(hào)；高低電平來(lái)表示二進(jìn)制的‘0’、‘1’

信號(hào);

Ethernet曼切斯特編碼(同軸電纜)2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)14)

(2)頻帶傳輸指在發(fā)送端把數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，在接收端再把收到的音頻信號(hào)解調(diào)變成原有的數(shù)字信號(hào)，這種傳輸就稱為頻帶傳輸。頻帶傳輸實(shí)際上是利用電話系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號(hào)的一種方式。

(3)寬帶傳輸指信道的頻帶較寬，一般在0Mhz～300Mhz之間。在實(shí)際應(yīng)用中，該頻帶常被化分為若干子頻帶，這些子頻帶可以分別傳送數(shù)字信號(hào)、音頻信號(hào)、視頻信號(hào)，從而可以利用寬帶傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音、文字、視頻的一體化傳輸。寬帶傳輸?shù)牡湫屠邮请娨晳?yīng)用。2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)15)7、數(shù)據(jù)同步方式

(1)同步

接收端按照發(fā)送端發(fā)送碼元的頻率和起止時(shí)間來(lái)接收數(shù)據(jù)。接收端需要校正其基準(zhǔn)時(shí)間和接收頻率。

(2)同步的方式

位同步（物理層）字符同步（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層）幀同步（數(shù)據(jù)鏈路層)2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)16)

(3)位同步指接收端在接受每一位數(shù)據(jù)時(shí)都與發(fā)送端在起止時(shí)間和頻率上與發(fā)送端保持一致。位同步的方式

外同步自同步2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)17)

1)外同步在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先向接收端發(fā)出一串同步信號(hào)，接受端根據(jù)所接收到的同步信號(hào)的頻率，調(diào)整接收頻率和時(shí)序；使得接收端與發(fā)送端在時(shí)間上和頻率上保持同步

。2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)18)發(fā)送站同步信號(hào)數(shù)據(jù)接收站接收到的同步信號(hào)

2)自同步自同步法與外同步法所達(dá)到的目的是一樣的，不同支持在于，在自同步法中，接收端所需的定時(shí)（同步）信號(hào)是從發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)中自動(dòng)提取的，發(fā)送端不在額外發(fā)送同步信號(hào)。

如Ethernet中所使用的曼切斯特編碼就能實(shí)現(xiàn)自同步

2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)19)

(4)字符同步

指按字符單位進(jìn)行的同步。位同步僅能識(shí)別各個(gè)位，而不能識(shí)別由若干位組成的字符，這在實(shí)際通信中顯然是不能完全滿足要求的。如（b1b2…b8）(b1b2…b8)(b1…),如被接收端劃分為（…b1）(b2…b8b1)(b2…b8b1)，則沒(méi)有達(dá)到同步。

字符同步的方式同步制式字符同步異步制式字符同步2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)20)

1)同步制式字符同步

首先，發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)字符塊時(shí)，發(fā)送若干同步字符SYN（一個(gè)或多個(gè)），接收端用檢測(cè)同步字符SYN的方式獲得與發(fā)送端的同步。然后，使用反向信道通知發(fā)送方，發(fā)送方開始發(fā)送數(shù)據(jù)，直至出現(xiàn)結(jié)束字符（同步字符）2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)21)

2)異步制式字符同步

A起止式字符同步方式。

B每個(gè)字符獨(dú)立傳送，字符間的間隔時(shí)不固定的。

C發(fā)送端可在任意時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)到接收端。

字符內(nèi)同步、字符間異步

適合終端與計(jì)算機(jī)間的通信

實(shí)現(xiàn)方式：在這種方式中，每個(gè)字符都是獨(dú)立識(shí)別的。

發(fā)送信息(一個(gè)字符)=起止位+字符+結(jié)束位起止位：一般位1位，結(jié)束位：一般為1位，1.5位，2位

字符：5位、7位2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)22)ASCII字符空閑線路空閑線路停止脈沖=1起始脈沖=02-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)23)異步制式字符的實(shí)現(xiàn)2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)24)

(5)幀同步

含義：在字符同步的基礎(chǔ)上，必須將線路上的數(shù)據(jù)流劃分為報(bào)文分組或比特組（幀）。實(shí)現(xiàn)這種劃分的方式，就稱為幀同步。

辦法：主要是在幀的開始和結(jié)束加上開始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志。如HDLC幀同步采用的開始和結(jié)束標(biāo)志均為‘01111110’，接收端檢測(cè)到該標(biāo)志時(shí)，就認(rèn)為一個(gè)幀開始了或結(jié)束了。當(dāng)然，除上述方法外，還有別的方法可以保證幀同步

2-1.2通信信道及其主要特性(續(xù)25)

1、含義所謂數(shù)據(jù)編碼即是把一種形式的數(shù)據(jù)用另一種形式的數(shù)據(jù)來(lái)表示。在數(shù)據(jù)通信中，編碼通常是指用不同的電信號(hào)(或其他信號(hào))來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)或其他信號(hào)如何用信號(hào)表示0、1

2、方式

(1)模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼：采樣---量化---編碼

(2)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬編碼：調(diào)制

(3)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼2-1.3信道數(shù)據(jù)編碼3、PCM方式（1）采樣使用電子設(shè)備利用采樣定理采出模擬信號(hào)的值。（2）量化將模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間軸上的離散值。是分級(jí)過(guò)程。若采用8位二進(jìn)制編碼，可分為28=256個(gè)量化級(jí)。（3）編碼將離散值編成一定位數(shù)的二進(jìn)制碼。

最開始用在電話系統(tǒng)中傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)2-1.3信道數(shù)據(jù)編碼(續(xù)1)0.11≈0.10.10.32≈0.30.28≈0.30.72≈0.71.16≈1.11.48≈1.51.21≈1.20.51.01.52-1.3信道數(shù)據(jù)編碼(續(xù)2)原始的模擬電話信號(hào)取樣后的脈沖信號(hào)2-1.3信道數(shù)據(jù)編碼(續(xù)3)1111110000010011011110110011編碼結(jié)果4、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼

(1)振幅調(diào)幅：載波的振幅隨輸入信號(hào)而變化。對(duì)數(shù)字信號(hào)：“0”對(duì)應(yīng)于無(wú)載波，“1”對(duì)應(yīng)于有載波。對(duì)數(shù)字信號(hào)的調(diào)幅稱為移幅鍵控(ASK)或數(shù)字調(diào)幅

(2)頻率調(diào)頻：載波的頻率隨輸入信號(hào)而變化。對(duì)數(shù)字信號(hào)：“0”對(duì)應(yīng)于頻率f0，“1”對(duì)應(yīng)于頻率f1。對(duì)數(shù)字信號(hào)的調(diào)頻又稱移頻鍵控(FSK)，或數(shù)字調(diào)頻2-1.3信道數(shù)據(jù)編碼(續(xù)4)

(3)相位

載波的初相位隨輸入信號(hào)而變化。對(duì)數(shù)字信號(hào)：例如二相調(diào)制，“0”初相對(duì)應(yīng)于00

，“1”初相對(duì)應(yīng)于1800

。對(duì)數(shù)字信號(hào)的調(diào)相稱為移相鍵控(PSK)或數(shù)字調(diào)相2-1.3信道數(shù)據(jù)編碼(續(xù)5)2-1.3信道數(shù)據(jù)編碼(續(xù)6)基帶信號(hào)振幅鍵控移頻鍵控移相鍵控0011105、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼2-1.3信道數(shù)據(jù)編碼(續(xù)7)1)單極性脈沖編碼(開關(guān)信號(hào))

0:零電平(無(wú)信號(hào))

1:正(負(fù))極性的脈沖信號(hào)1010101011010101012)雙極性信號(hào)編碼

0:負(fù)極性的脈沖信號(hào)

1:正極性的脈沖信號(hào)脈沖寬度:碼元寬度(信號(hào)持續(xù)時(shí)間)1101010103)曼切斯特編碼

0:半個(gè)碼元的負(fù)脈沖、半個(gè)碼元的正脈沖

1:半個(gè)碼元的正脈沖、半個(gè)碼元的負(fù)脈沖

特點(diǎn)：*無(wú)任何直流分量*自同步

2-1.3信道數(shù)據(jù)編碼(續(xù)8)3)差分曼切斯特編碼

0:半個(gè)碼元的負(fù)脈沖、半個(gè)碼元的正脈沖（0變化，差分化）

1:半個(gè)碼元的正脈沖、半個(gè)碼元的負(fù)脈沖（1不變化）1101010102-1.3信道數(shù)據(jù)編碼(續(xù)9)1、多路復(fù)用技術(shù)種類多路信號(hào)互不干擾地在同一信道中傳輸?shù)姆绞?/p>

(1)頻分復(fù)用技術(shù)

(2)時(shí)分復(fù)用技術(shù)

(3)波分復(fù)用技術(shù)

(4)碼分復(fù)用技術(shù)2-1.4多路復(fù)用技術(shù)2-1.4多路復(fù)用技術(shù)(續(xù)1)信道n信道1介質(zhì)頻寬f特點(diǎn)：

1)隔離帶:防干擾

2)信道寬度>信號(hào)寬度語(yǔ)音信號(hào)的頻譜為300Hz~3400Hz，因而，分配給每條語(yǔ)音話路4k的帶寬

2、頻分復(fù)用（FrequencyDivisionMultiplexing）

當(dāng)信道帶寬大于各路信號(hào)的總帶寬時(shí)，可以將信道分割成若干個(gè)子信道，各個(gè)子信道間要留一個(gè)寬度（保護(hù)帶）每個(gè)子信道用來(lái)傳輸一路信號(hào)，這就是頻分多路復(fù)用。

3、時(shí)分復(fù)用技術(shù)TDM(TimeDivisionMultiplexing)

當(dāng)信道能達(dá)到的位傳輸速率大于各路信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸速率總和時(shí)，可以將信道的時(shí)間分割為一個(gè)個(gè)的時(shí)間片，按照一定規(guī)則將這些時(shí)間片分配給各路信號(hào)源，每一信號(hào)源只能在自己的時(shí)間片內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行傳輸。

這就是時(shí)分多路復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing,TDM)1）同步時(shí)分復(fù)用

2）異步時(shí)分復(fù)用2-1.4多路復(fù)用技術(shù)(續(xù)2)1)同步時(shí)分復(fù)用2-1.4多路復(fù)用技術(shù)(續(xù)3)用戶2用戶n用戶1用戶2用戶n用戶1tnt2t1Tmtnt2t1T1…多路復(fù)用器多路復(fù)用器Tm：幀ti：時(shí)隙同步時(shí)分復(fù)用

2)異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)2-1.4多路復(fù)用技術(shù)(續(xù)4)公用線路緩沖器隊(duì)列D2D1C2B3B1A1A3T3T2終端A終端B終端C終端DT1周期B3A3D2C2A1B1D14、波分復(fù)用技術(shù)所謂波分復(fù)用是指在一根光纖上不只是傳送一個(gè)光載波，而是同時(shí)傳送多個(gè)波長(zhǎng)不同的光載波

1)能夠復(fù)用多少個(gè)波長(zhǎng)，與相鄰兩波長(zhǎng)之間的間隔有關(guān).

間隔越小，復(fù)用的波長(zhǎng)個(gè)數(shù)就越多。

2)WDM:相鄰兩峰值波長(zhǎng)的間隔為５０ｎｍ～１００ｎｍ

(2路)3)DWDM:相鄰兩峰值波長(zhǎng)間隔為１ｎｍ～１０ｎｍ

(80路)2-1.4多路復(fù)用技術(shù)(續(xù)5)棱柱/衍射光柵F2光譜F3F1F1共享光纖采用無(wú)源設(shè)備,更可靠F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖1光纖32-1.4多路復(fù)用技術(shù)(續(xù)6)5、碼分復(fù)用技術(shù)(碼分多址CDMA)

在CDMA通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來(lái)區(qū)分。

在CDMA中，每個(gè)比特時(shí)間又再分成m個(gè)碼片，每個(gè)站分配一個(gè)唯一的m比特碼序列，當(dāng)某個(gè)站欲發(fā)送“1”時(shí)，它在信道中發(fā)送它的碼序列，當(dāng)欲發(fā)送“0”時(shí)，它就發(fā)送它的碼序列的反碼2-1.4多路復(fù)用技術(shù)(續(xù)7)特點(diǎn)：

1)在CDMA中：不同用戶需要不同的碼片序列；

2)碼片序列不同且要求正交；

3)任何一個(gè)碼片向量的規(guī)格化內(nèi)積為14)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積為-15)碼片序列的實(shí)現(xiàn)電信號(hào)：擴(kuò)頻信號(hào)光信號(hào)：光碼分復(fù)用技術(shù)2-1.4多路復(fù)用技術(shù)(續(xù)8)S=(-1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,+1)T=(-1,-1,+1,-1,+1,+1,+1,-1)2-1.4多路復(fù)用技術(shù)(續(xù)9)用戶收到的信號(hào)是S+T，即疊加信號(hào)示例：2-1.5.1差錯(cuò)控制技術(shù)概述2-1.5.2海明碼2-1.5.3CRC校驗(yàn)碼2-1.5差錯(cuò)控制技術(shù)1、含義在數(shù)據(jù)通信中，接收端收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實(shí)際發(fā)出的數(shù)據(jù)不一致，這種現(xiàn)象稱為差錯(cuò)。2、差錯(cuò)表現(xiàn)形式

A.

數(shù)據(jù)丟失：通信過(guò)程中發(fā)生了數(shù)據(jù)丟失(對(duì)方不知道)B.

數(shù)據(jù)出錯(cuò)：比特值出錯(cuò)(對(duì)方很難判定)

比特值發(fā)生了變化，如0變?yōu)?、1變?yōu)?。2-1.5.1差錯(cuò)控制技術(shù)概述3、原因

(1)信號(hào)衰減，相位失真引起的差錯(cuò)；

(2)噪聲干擾引起的差錯(cuò)

1)熱噪聲：帶電粒子在導(dǎo)電媒介中的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的

2)脈沖噪聲：是由突發(fā)的離散脈沖引起的(雷電、電火花等引起)

(3)回波干擾引起的差錯(cuò)阻抗不匹配，傳輸信號(hào)會(huì)在端點(diǎn)反射

(4)線路間的串?dāng)_電磁耦合2-1.5.1差錯(cuò)控制技術(shù)概述(續(xù)1)對(duì)任何介質(zhì)，信號(hào)傳輸都不能達(dá)到100%4、差錯(cuò)控制指對(duì)傳輸中的差錯(cuò)進(jìn)行控制的方法

(1)反饋糾錯(cuò)ARQ

接收端發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，要求發(fā)送端重傳。ARQ

前提：發(fā)送的信息本省具有檢錯(cuò)能力

(2)前向糾錯(cuò)FEC:自動(dòng)糾錯(cuò)

接收端發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并糾正錯(cuò)誤，檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力一樣強(qiáng)。前提：發(fā)送的信息本省能檢錯(cuò)，并能指出錯(cuò)誤所在位置

(3)混合糾錯(cuò)HEC

反饋就錯(cuò)+前向糾錯(cuò)糾錯(cuò)能力沒(méi)有檢錯(cuò)能力強(qiáng)。2-1.5.1差錯(cuò)控制技術(shù)概述(續(xù)2)5、差錯(cuò)控制碼

差錯(cuò)控制的核心：檢錯(cuò)技術(shù)(檢錯(cuò)碼)、糾錯(cuò)技術(shù)(糾錯(cuò)碼)

(1)檢錯(cuò)碼

(2)糾錯(cuò)碼有各種檢錯(cuò)碼糾錯(cuò)碼，常用的有線性檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼CRC6、檢錯(cuò)基本思想發(fā)送：信息s+冗余信息s；

冗余信息s=f(信息)(開銷的一部分)

接收：冗余信息r=f(信息r)

判定：冗余信息r=冗余信息s？2-1.5.1差錯(cuò)控制技術(shù)概述(續(xù)3)7、線性分組碼將信息序列劃分為等長(zhǎng)(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)督碼元于信息碼元之間構(gòu)成線性關(guān)系，即它們之間可由線性方程來(lái)聯(lián)系。這樣構(gòu)成的抗干擾編碼稱為線性分組碼在線性分組碼中，碼字的前半部分是未作任何改變的原始碼元，后半部分是監(jiān)督碼元線性分組碼是利用代數(shù)關(guān)系構(gòu)造的，它建立在近世代數(shù)的基礎(chǔ)上，因此又是一種代數(shù)碼信息位k信息位K監(jiān)督位r線性分組碼的一般構(gòu)成2-1.5.1差錯(cuò)控制技術(shù)概述(續(xù)4)2-1.5.2海明碼

1、對(duì)偶數(shù)監(jiān)督碼

an-1⊕an-2⊕…a0=0a0為監(jiān)督位

1有偶數(shù)個(gè),結(jié)果為0,正確;1為奇數(shù)個(gè),結(jié)果為1,錯(cuò)誤

等價(jià)于：

s=an-1⊕an-2⊕…a0稱為效正子

s=0:無(wú)錯(cuò)；

s=1:有錯(cuò)特點(diǎn)：

s指出了有無(wú)錯(cuò)誤；但不能確定錯(cuò)誤的位置2、若有r個(gè)校正子指出正確沒(méi)有錯(cuò)誤要用去1個(gè)狀態(tài)；最多能指出2r-1個(gè)錯(cuò)誤位置

r個(gè)校正子有2r個(gè)狀態(tài)

故有：

2r-1≧n(n=k+r)k≦2r-r-1

2-1.5.2海明碼(續(xù)1)3、海明碼在一個(gè)字節(jié)內(nèi)，能糾錯(cuò)一位的編碼

k=4;r≧3;k=5;r≧4;

海明碼就是k=4,r=3，能糾錯(cuò)一位的糾錯(cuò)碼

a6a5a4a3a2a1a02-1.5.2海明碼(續(xù)2)2-1.5.2海明碼(續(xù)3)s1=a6⊕a5⊕a4⊕a2s2=a6⊕a5⊕a1⊕a3s3=a6⊕a4⊕a3⊕a0對(duì)S1,a6、a5、a4、a2發(fā)生錯(cuò)誤，則S1就會(huì)為12-1.5.2海明碼(續(xù)4)編碼(傳輸)時(shí)，應(yīng)保證校正子為0即有：

0=a6⊕a5⊕a4⊕a20=a6⊕a5⊕a1⊕a30=a6⊕a4⊕a3⊕a02-1.5.2海明碼(續(xù)5)則有：

a2

=a6⊕a5⊕a4

a1=a6⊕a5⊕a1

a0=a6⊕a4⊕a32-1.5.2海明碼(續(xù)6)2-1.5.2海明碼(續(xù)7)1、循環(huán)碼的特點(diǎn)

(1)循環(huán)碼是一種特殊的線性分組碼

(2)具有一般的線性碼的特性，還具有循環(huán)性

(3)它的理論基礎(chǔ)：近世代數(shù)

(4)檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力都很強(qiáng)

(5)運(yùn)算簡(jiǎn)單1957年由Prange（普蘭奇）提出2-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC2、循環(huán)性若an-1an-2…a1a0是一個(gè)碼組則：

an-2…a1a0an-1

an-3…a0an-1an-2

…..a0a1….

an-2an-1

都是碼組2-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)1)3、碼多項(xiàng)式

(1)定義為方便計(jì)算，把碼組用碼多項(xiàng)式來(lái)表示碼組長(zhǎng)度為n的A=(an-1an-2…a1a0)碼組,

其對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式為：

A(X)=an-1xn-1+an-2xn-2+…a1x1+a0x0

A(X)稱為循環(huán)碼的多項(xiàng)式，系數(shù)只能取0、1；X無(wú)取值含義2-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)2)(2)碼多項(xiàng)式的運(yùn)算

F(X)/Q(X)=N(X)…R(X)/：模2除法運(yùn)算

或者記為

F(x)=N(X)Q(X)+R(X)

模2除法運(yùn)算

則F(X)和R(X)在模2除法運(yùn)算下同余

F(X)≡R(X)(modQ(x))2-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)3)舉例說(shuō)明：

F(x)=x4+x2+1Q(x)=X3+1F(x)/Q(x)=x…x2+x+12-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)4)(3)在循環(huán)碼中，若A(x)是一長(zhǎng)度為n的碼組，則xiA(x)在模(Xn+1)下也是該循環(huán)碼中的一個(gè)碼組

即有：

A’(x)≡xiA(x)(modXn+1)A’(X)=an-1-ixn-1+an-2-ixn-2+…+a0xi+an-1xi-1+…+an-i證明：

A(X)=an-1xn-1+an-2xn-2+…a1x1+a0x0

xiA(x)=an-1xn-1+i+an-2xn-2+i+…a1x1+i+a0x0+i2-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)5)因?yàn)椋?/p>

an-1xn-1+imod(xn+1)

≡an-1xi-1xnmod(xn+1)≡an-1xi-1所以有：xiA(x)=an-1xn-1+i+an-2xn-2+i+…a1x1+i+a0x0+Imod(xn+1)

≡an-1-ixn-1+an-2-ixn-2+…+a0xi+an-1xi-1+…+an-i2-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)6)例子：

A(x)=x6+x5+x2+1(1100101)

x3A(x)modx7+1=x9+x8+x5+x3modx7+1=x5+x3+x2+x

modx7+1(0101110)

2-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)7)4、循環(huán)碼的編碼與解碼

(1)編碼達(dá)到的目的：信息(k位)+冗余(n-k位)

設(shè)信息I，其碼多項(xiàng)式的階小于k

則xn-kI(x):其階小于n,最大為n-1

等價(jià)于在I后添加n-k個(gè)02-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)8)計(jì)算R(x)=xn-kI(x)modg(x)

則R(x)的階小于n-k

碼多項(xiàng)式為：S(x)=xn-kI(x)+R(x)

其對(duì)應(yīng)碼組為：I.2n-k+R(I后面附加R)

顯然，該碼多項(xiàng)式S(x)modg(x)的余數(shù)為02-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)9)例如：

(7,3)循環(huán)碼

g(x)=x4+x2+x+1

信息I=110,碼多項(xiàng)式為I(x)=x2+xx7-3I(x)=x6+x5

(x6+x5)modg(x)=x2+1

故碼組為：11001012-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)10)(2)解碼若接受碼組為T(x)=

若T(x)=S(X),則T(x)modg(x)=0T(x)≠S(x),則T(x)modg(x)≠0

故可以利用R(x)=T(x)modg(x)是否為0來(lái)檢錯(cuò)糾錯(cuò)原理同前述線性分組碼

2-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)11)5、循環(huán)冗余碼的應(yīng)用CRC-12x12+x11+x3+x+1CRC-16

x16+x15+x2+1CRC-ITU

x16+x12+x5+1CRC-32

x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+12-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)12)CRC-16的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力長(zhǎng)度在16位內(nèi)的錯(cuò)誤都能檢測(cè)長(zhǎng)度大于16位的檢錯(cuò)能力：99%

一條差錯(cuò)率在10-4的鏈路，采用CRC-16，剩余差錯(cuò)為2*10-9.I的長(zhǎng)度一般為240、480、960.2-1.5.3循環(huán)冗余碼CRC(續(xù)13)1、碼元和信息量

(1)碼元攜帶數(shù)據(jù)信息的(電)信號(hào)，稱為碼元。是承載信息的基本信號(hào)單位一般指電脈沖信號(hào)。一個(gè)單位脈沖就是一個(gè)碼元。

單位：波特，baud(2)信息量碼元能承載的信息量，是由碼元的有效狀態(tài)數(shù)確定的。若系統(tǒng)中，有效碼元有2種，則一個(gè)碼元能承載1bit，信息量就是1bit；若系統(tǒng)中，有效碼元有4種，則一個(gè)碼元能承載2bits，信息量就是2bits；若系統(tǒng)中，有效碼元有8種，則一個(gè)碼元能承載3bits，信息量就是3bits；

若系統(tǒng)中，有效碼元有N種，則一個(gè)碼元能承載log2N

bits，信息量就是log2Nbits。2-1.6通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)2-1.6主要技術(shù)指標(biāo)(續(xù)1)2、數(shù)據(jù)傳輸率

(1)波特率(B)

每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)，又稱為碼元傳輸率。單位波特，故稱波特率記為B，B=1/T.T為一個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間(碼元寬度)(2)比特率(S)

每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。單位比特/秒。或記為bit/s,bps

(3)二者的關(guān)系

S=B*log2N(4)信息傳輸率R

每秒重?cái)?shù)據(jù)源傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)量(字節(jié)數(shù))例：有一四相調(diào)制解調(diào)器，單位脈沖(碼元)寬度

T=833*10-6

秒，一個(gè)碼元能運(yùn)載2位二進(jìn)制信息，求其數(shù)據(jù)傳輸速率和碼元速率。解：N=22=4B=1/T=1/833*10-6=1200BaudS=B*log2N=2400bps2-1.6主要技術(shù)指標(biāo)(續(xù)2)3、信道的極限碼元速率(1924年，奈奎斯特準(zhǔn)則)(1)理想低通信道理想低通信道的最高碼元速率B=2Wbaud

每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率為：每秒2個(gè)碼元

(2)理想帶通信道理想帶通信道的最高碼元速率B=Wbaud

每赫帶寬的理想帶通信道的最高碼元傳輸速率為：每秒1個(gè)碼元2-1.6主要技術(shù)指標(biāo)(續(xù)3)2-1.7主要技術(shù)指標(biāo)(續(xù)4)4、信道容量、吞吐量

(1)信道容量

信道容量是指信道允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)率，是一個(gè)極限參數(shù)。

(奈奎斯特準(zhǔn)則、香農(nóng)公式)

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率>信道容量，信道根本就不能傳輸信號(hào)。

(2)吞吐量

信道或網(wǎng)絡(luò)在單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)目偟男畔⒘?單位為bps(3)理想信道的極限信息速率(信道容量)C=B*log2N(bps)------奈氏公式

N—給定時(shí)刻數(shù)字信號(hào)所取的離散值個(gè)數(shù)。若一個(gè)碼元能攜帶(運(yùn)載)2bits的信息量，則N=22=4

例：有一帶寬為3KHz的理想低通信道，求其最高碼元速率。若一個(gè)碼元能運(yùn)載3位二進(jìn)制信息，求其信道容量。解：N=23=8B=2W=2*3000=6000BaudC=2W*log2N=2*3*log28=18000bps2-1.6主要技術(shù)指標(biāo)(續(xù)5)(4)

帶寬受限且有高斯白(熱)噪聲干擾的信道極限信息速率

C=W*log2(1+S/N)------香農(nóng)(shannon)公式式中：W—信道的帶寬(HZ)）

S—信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率(mw)N—信道內(nèi)高斯噪聲的平均功率(mw)S/N—信噪比，常以分貝(dB)表示記為：(S/N)dB=10*log10(S/N)(dB)2-1.6主要技術(shù)指標(biāo)(續(xù)6)例：求信噪比為30分貝，帶寬為4KHZ的信道的最大數(shù)據(jù)速率(信道容量)

解：(S/N)db=10*log10(S/N)=30dbS/N=1030/10=103C=W*log2(1+S/N)=4*log2(1+103)=4*log(1+103)/log2=4*3/0.301040Kbps2-1.6主要技術(shù)指標(biāo)(續(xù)7)2-1.6主要技術(shù)指標(biāo)(續(xù)8)2-1.7主要技術(shù)指標(biāo)(續(xù)9)4、差錯(cuò)率

(1)碼元差錯(cuò)率

指?jìng)鬏數(shù)拇a元總數(shù)中發(fā)生差錯(cuò)的碼元所占的比例。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率>信道容量，信道根本就不能傳輸信號(hào)。

(2)比特差錯(cuò)率

指?jìng)鬏數(shù)谋忍乜倲?shù)中發(fā)生差錯(cuò)的比特所占的比例2-1.7模擬傳輸與數(shù)字傳輸實(shí)例2-1.7.1電話模擬傳輸系統(tǒng)2-1.7.2E1/T1數(shù)字線路2-1.7.3SONET/SDH

1、電話系統(tǒng)是最大的模擬傳輸系統(tǒng)

2、模擬傳輸采用模擬信號(hào)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)可傳輸（1）模擬數(shù)據(jù)（如聲音）（2）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)需通過(guò)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制）

3、我國(guó)電話網(wǎng)絡(luò)原分為五級(jí)

1）一級(jí)（大區(qū)）中心2）二級(jí)（省）中心

3）三級(jí)（地區(qū)）中心4）四級(jí)（縣）中心

5）五級(jí)（市區(qū)）話局前四級(jí)是長(zhǎng)途交換中心2-1.7.1電話模擬傳輸系統(tǒng)4、長(zhǎng)途干線（1）原有模式：模擬制式，載波電話

1）在長(zhǎng)途干線中采用頻分復(fù)用方式。

2）標(biāo)準(zhǔn)話路所占的頻帶寬度：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為4KHZ3）由于使用只能單向傳輸?shù)姆糯笃鳎适褂盟木€制。（2）現(xiàn)有模式：數(shù)字化（基本全部數(shù)字化）現(xiàn)在主要的模擬線路是從用戶電話機(jī)到市話交換機(jī)之間的一段市話線。2-1.7.1電話模擬傳輸系統(tǒng)(續(xù)1)5、調(diào)制解調(diào)器作用（1）調(diào)制數(shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)（波形變換、頻普變換）數(shù)字信號(hào)模擬化首先要選定一種載波，載波是頻率固定的連續(xù)正弦波；根據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)位是0還是1，使載波作相應(yīng)的變化。調(diào)制器：波形變換器（2）解調(diào)模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)。在接收端再把數(shù)據(jù)信號(hào)從載波中提取出來(lái)。解調(diào)器：波形識(shí)別器2-1.7.1電話模擬傳輸系統(tǒng)(續(xù)2)（3）調(diào)制解調(diào)器的幾種最基本的調(diào)制方法

1)調(diào)幅（AM）：對(duì)數(shù)字信號(hào)的調(diào)幅稱為移幅鍵控(ASK)或數(shù)字調(diào)幅。

2)調(diào)頻（FM）對(duì)數(shù)字信號(hào)的調(diào)頻稱為移頻鍵控(FSK)

或數(shù)字調(diào)頻

3)調(diào)相（PM）

對(duì)數(shù)字信號(hào)的調(diào)相稱為移相鍵控(PSK)或數(shù)字調(diào)相

2-1.7.1電話模擬傳輸系統(tǒng)(續(xù)3)(4)調(diào)制解調(diào)器的工作過(guò)程2-1.7.1電話模擬傳輸系統(tǒng)(續(xù)4)(5)高速調(diào)制解調(diào)器指信息速率高于960bps的調(diào)制解調(diào)器經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，調(diào)制解調(diào)器的速率已達(dá)到：

28·8~33·6Kbps，已接近香農(nóng)公式的極限了。

56Kbps的調(diào)制解調(diào)器使用的條件：

1）ISP使用特殊的數(shù)字連接端口，用戶和ISP都使用56Kbps的調(diào)制解調(diào)器

2）ISP與電話交換機(jī)之間是數(shù)字信道(程控交換機(jī)是數(shù)字交換機(jī))2-1.7.