測控總線技術(shù)第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1第1頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)本章內(nèi)容信道傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)差錯控制及檢錯拓撲結(jié)構(gòu)2第2頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月第二講本講內(nèi)容：

1、信道

2、傳輸介質(zhì)3第3頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1基本概念數(shù)據(jù)及計算機通信術(shù)語數(shù)據(jù)（Data）：傳遞（攜帶）信息的實體。信息（Information）：是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信號（Signal）：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在介質(zhì)中傳播。模擬信號、數(shù)字信號基帶（Baseband）、寬帶（Broadband）信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）。比特（bit）：即一個二進制位。比特率為每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)（即數(shù)據(jù)傳送速率）。碼元（Codecell）：時間軸上的一個信號編碼單元。4第4頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始

●同步脈沖也可位于碼元的中部●一個碼元也可有多個同步脈沖相對應(yīng)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖t5第5頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月波特（Baud）：碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?。波特率為每秒傳送的碼元數(shù)（即信號傳送速率）。比特率、波特率和信號編碼級數(shù)的關(guān)系如下：

Rbit=Rbaudlog2M

上式中：M-信號的編碼級數(shù)，Rbit-比特率，Rbaud-波特率一個信號往往可以攜帶多個二進制位，所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。換句話說，一個碼元中可以傳送多個比特。例如：當(dāng)波特率為9600時若M=2，數(shù)據(jù)傳輸率為9600b/s若M=16，數(shù)據(jù)傳輸率為38.4kb/s6第6頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月誤碼率：信道傳輸可靠性指標，是一個概率值。信息編碼：將信息用二進制數(shù)表示的方法。例如：ASCII編碼、BCD編碼等數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法。例如：字符‘A’的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t7第7頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月帶寬（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）在計算機網(wǎng)絡(luò)中，一般用每秒允許傳輸?shù)亩M制位數(shù)作為帶寬的計量單位。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1千萬比特，它的帶寬為10Mb/s。時延（Delay）：信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時間。時延=處理時延+排隊時延+發(fā)送時延+傳播時延處理時延=對數(shù)據(jù)進行處理和錯誤校驗所需的時間排隊時延=數(shù)據(jù)在中間結(jié)點等待轉(zhuǎn)發(fā)的延遲時間發(fā)送時延=數(shù)據(jù)位數(shù)/信道帶寬傳播時延=d/s

d:距離，s:介質(zhì)中信號傳播速度(≈0.7c)8第8頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月時延帶寬乘積：某一信道所能容納的比特數(shù)。時延帶寬乘積=帶寬×傳播時延例如，某信道的時延帶寬乘積為100萬比特，這意味著第一個比特到達目的端時，源端已發(fā)送了100萬比特。信道帶寬傳播時延管道體積=時延帶寬乘積9第9頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月往返時延（Round-TripTime，RTT）：從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到接收端的確認所經(jīng)歷的時間RTT≈2×傳播時延傳輸可靠性兩個含義：數(shù)據(jù)能正確送達數(shù)據(jù)能有序送達（當(dāng)采用分組交換時）10第10頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月1.數(shù)據(jù)通信的一般概念通信的三個要素：信源、信宿和信道噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)任何信道都不是完美無缺的，因此會對傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生干擾，稱為“噪聲”。外界：閃電、串?dāng)_、電氣設(shè)備內(nèi)部：介質(zhì)特性（衰減、延遲－與頻率有關(guān)）11第11頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸過程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過信道傳送到目的地信息和數(shù)據(jù)（二進制位）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——便于同步、識別、糾錯調(diào)制：數(shù)字信號→適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形→數(shù)字信號解碼：數(shù)字信號→原始數(shù)據(jù)信息→數(shù)據(jù)→信號→在信道上傳輸→信號→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12第12頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸線路有線介質(zhì)、無線介質(zhì)傳輸設(shè)備調(diào)制解調(diào)器、中繼器、多路復(fù)用器、交換機等調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備也稱為DCE（DataCircuitEquipment）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：計算機、終端等又分為：源系統(tǒng)（信源＋發(fā)送器）：發(fā)出數(shù)據(jù)的計算機目的系統(tǒng)（信宿＋接收器）：接收數(shù)據(jù)的計算機計算機、終端等設(shè)備也稱為DTE（DataTerminalEquipment）DCEDTEDTEDCE13第13頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)通信基本過程5個階段包含兩項內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程與打電話比較建立物理連接撥號，撥通對方建立邏輯連接互相確認身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話斷開邏輯連接互相確認要結(jié)束通話斷開物理連接雙方掛機*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個階段。14第14頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2信道及其主要特征1.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）傳輸數(shù)據(jù)的信道。計算機網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進行數(shù)據(jù)傳輸ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。CATV、無線電廣播、電話撥號線路15第15頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月模擬信號和數(shù)字信號模擬信號時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值模擬信號能在數(shù)字信道上傳輸嗎？數(shù)字信號時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號數(shù)字信號能在模擬信道上傳輸嗎？ta）模擬信號tb）數(shù)字信號16第16頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月周期信號和非周期信號周期信號信號由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。tTTTtTTT周期信號非周期信號tt17第17頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實現(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現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點抗噪聲（干擾）能力強可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量便于用計算機進行處理易于加密、保密性強可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計算機通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。18第18頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率Nyquist公式：用于無噪聲理想低通信道Nyquist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，話音級線路的帶寬約為3.1kHz，根據(jù)上式計算的信道最大數(shù)據(jù)傳輸率如右表所示C=2Wlog2MC=數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/sW=帶寬，單位HzM=信號編碼級數(shù)M最大數(shù)據(jù)率

26200b/s412400b/s818600b/s1624800b/s3231000b/s19第19頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月非理想信道實際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗引起信號強度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。延遲會使接收端的信號產(chǎn)生畸變。噪聲會破壞信號，產(chǎn)生誤碼。例如：數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s時，持續(xù)時間0.01s的干擾會破壞約560個比特。20第20頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月Shannon公式：用于有噪聲干擾信道例：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)傳輸率不會大于34kb/s。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21第21頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月Nyquist公式和Shannon公式的比較C=2Wlog2M用于理想信道（這樣的信道存在嗎？）數(shù)據(jù)傳輸率隨信號編碼級數(shù)增加而增加。C=Wlog2（1+S/N）用于有噪聲信道（實際的信道總是有噪聲?。o論信號編碼級數(shù)增加到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。22第22頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月3.通信網(wǎng)絡(luò)中站點的連接方式點-點連接主站交換連接集線式連接次站次站次站中心站集中器交換機多點連接23第23頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月4.數(shù)據(jù)傳輸方式單/雙工通信——單/雙向傳輸單工：數(shù)據(jù)單向傳輸半雙工：數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏敚荒茉谕粫r刻雙向傳輸全雙工：數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸需要具有兩條物理上獨立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向的信號傳輸。24第24頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月發(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站可同時不可同時25第25頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月例：無線電廣播例：對講機例：電話26第26頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月基帶/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)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百MHZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號傳輸27第27頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)同步方式目的是使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結(jié)束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步28第28頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月位同步：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，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。29第29頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月字符同步：找到正確的字符邊界。常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要：1個起始位、5～8個數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個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：頻率的漂移不會積累，每個字符開始時都會重新獲得同步；每兩個字符之間的間隔時間不固定；增加了輔助位，所以傳輸效率低；例如，采用1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、2個停止位時，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個字符時間邏輯“0”邏輯“1”30第30頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月幀同步：識別一個幀的起始和結(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）來標識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來標識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗和0–nbit8bit8bit8-32m7EH7EH31第31頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3傳輸介質(zhì)磁介質(zhì)

高帶寬、低費用、高延時（小時）——

在通信中很少使用

金屬導(dǎo)體雙絞線、同軸電纜(粗、細)光纖無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線32第32頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月雙絞線（TwistPair，TP）--螺旋絞合的雙導(dǎo)線--每根4對、25對、1800對--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優(yōu)缺點：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)、計算機局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套33第33頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛常用的雙絞線：3類（16Mb/s）

和5類（155Mb/s）兩種34第34頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月雙絞線的連接標準色彩標記和連接方法：交叉線：交換機-交換機、PC-PC、HUB-HUB(標準端口)直連線：PC/路由器-交換機/HUB、HUB-HUB(級連端口)線對色彩碼1白藍，藍2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線EIA-568B直連線EIA-568A35第35頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖（OpticalFiber）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：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好、誤碼率低，保密性好輕便價格較高需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：塑料二氧化硅

（高純玻璃）36第36頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖傳輸原理——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)時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。纖芯-折射率高，玻璃包層-折射率低亮度調(diào)制：有光脈沖-1，無光脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD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37第37頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個光波波長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)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播38第38頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月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規(guī)格：纖芯——50um緩變型-MMF62.5um緩變型/增強型-MMF8.3um突變型-SMF

包層——125um39第39頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束40第40頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月同軸電纜（CoaxialCable）計算機網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜阻抗50

，有粗同軸和細同軸兩種應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s，500米/185米銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護套41第41頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月無線介質(zhì)（信號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：無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾反射，為障礙物所阻隔主要類型：無線電、地面微波通信衛(wèi)星紅外線42第42頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月無線電基站與終端之間通信采用無線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站

用戶計算機和終端43第43頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月地面微波通過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44第44頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用3顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（≈270ms）廣播式傳輸應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784公里地球45第45頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月常用傳輸介質(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)字信號傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數(shù)字信號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以上很好較高遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶4-6GHz幾百km好中等遠程通信衛(wèi)星寬帶1-10GHz18000km很好高遠程通信46第46頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月第三講本講內(nèi)容：1、數(shù)據(jù)編碼2、多路復(fù)用技術(shù)3、數(shù)據(jù)交換技術(shù)47第47頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4數(shù)據(jù)編碼不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)信號：模擬信號數(shù)字信號信道：模擬信道數(shù)字信道48第48頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)話音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字數(shù)字數(shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制49第49頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號承載數(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50第50頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月調(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51第51頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(shù)字數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸把數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號常見的有兩類：不歸零碼和曼徹斯特編碼不歸零碼（NRZ，Non-ReturntoZero）二進制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；常用－5V表示1，＋5V表示0；缺點：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機制，傳輸時必須使用外同步。52第52頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月53第53頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月差分碼差分碼用電平的變化與否來代表邏輯“1”和“0”。變化為“1”，不變化為“0”。54第54頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月55第55頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變：高→低的跳變代表0，低→高的跳變代表1每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號。這種編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。差分曼徹斯特編碼（Differential～）每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼元開始處有無跳變來表示0和1

，有跳變代表0，無跳變代表1。56第56頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時鐘NRZManchester差分Manchester57第57頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制使數(shù)字數(shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸三種常用的調(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)字信號對載波的不同參量進行調(diào)制。

載波信號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)字基帶信號的變化而變化58第58頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK59第59頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月3.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號模擬數(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。三個步驟：采樣：按一定間隔對語音信號進行采樣量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼：對每個舍入后的樣本進行編碼編碼后的信號稱為PCM信號（脈沖編碼調(diào)制,PulseCodedModulation）。60第60頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月語音信號的數(shù)字化語音帶寬f<4kHz采樣時鐘頻率：8kHz（>2倍語音最大頻率）樣本量化級數(shù)：256級（8bit/每樣本）數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64kb/s每路PCM信號的速率=64kb/s模擬語音信號采樣時鐘PCM信號采樣電路量化和編碼

數(shù)字化語音信號f<4kHzfs=8kHz61第61頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月PCM編碼過程舉例

語音信號011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號62第62頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：多個信息源共享一個公共信道為何要復(fù)用？——提高線路利用率適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時類比：公共運輸系統(tǒng)（鐵路、海運、航空）DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX信源信宿63第63頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數(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）

按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸時分復(fù)用TDM

（TimeDivisionMultiplexing）按時間劃分不同的信道，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64第64頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月頻分復(fù)用FDM原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號f復(fù)用器65第65頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進行傳輸。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66第66頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月時分復(fù)用TDM原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時隙號1231D3D2D1時間片12時間片2D1時隙D2復(fù)用器t67第67頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復(fù)用也稱為同步時分復(fù)用。一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。時分復(fù)用的典型例子：PCM信號的傳輸把多個話路的PCM語音數(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）每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送每個時隙承載一路PCM信號68第68頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月統(tǒng)計（異步）TDM——STDMTDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費。STDM：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間片1時間片2同步TDM帶寬浪費A1B1B2時間片1時間片2統(tǒng)計TDM可用帶寬C269第69頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月時分復(fù)用——數(shù)字載波復(fù)用標準T-標準（北美、日本）E-標準（歐洲、中國、南美）E1（一次群）標準每125us為一個時間片，每時間片分為32個通道（時隙）。每個時隙可容納8bit。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30個通道用于傳輸30個PCM話音數(shù)據(jù)。E1速率=（32x8bit）/125us=2.048Mb/s對E1進一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到E5等高次群。E5可承載7680個話路，數(shù)據(jù)率約為565Mb/s。新的TDM標準是同步光網(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。70第70頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月E1-幀格式E1線路也可以用于計算機通信0121631時間片125ms=32時隙，2.048Mb/s幀同步信令30路數(shù)字語音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）+2路控制用戶話路用戶話路151771第71頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月碼分復(fù)用CDM原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列編碼（任意兩個地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被疊加，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)滿足

A

B=0，A

B'=0，A

A=1，A

A'=-1

其中

為內(nèi)積運算。在無線移動通信中應(yīng)用廣泛。72第72頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進行接續(xù)。用戶掛機后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶。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。實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換和分組交換。73第73頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月電路交換在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。可以是真正的物理線路，也可以是一個復(fù)用信道。特點：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）過程：建立連接→通信→釋放連接優(yōu)缺點：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；無糾錯機制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計算機通信：因為計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到10%。74第74頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換電路交換也能在多路復(fù)用信道上實現(xiàn)在物理線路的某個信道上建立連接75第75頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月報文交換以報文為單位進行“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先存儲，待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲-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)點傳輸報文時建立結(jié)點間的連接?！Q為“無連接的”（典型例子：電報）整個報文（Message）作為一個整體一起發(fā)送。優(yōu)缺點：沒有建立和拆除連接所需的等待時間；線路利用率高；傳輸可靠性較高；報文大小不一，造成存儲管理復(fù)雜；大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，且對存儲容量要求較高；出錯后整個報文全部重發(fā)。比較：下載時若無斷點續(xù)傳功能，一旦出錯你會怎樣做？76第76頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月分組交換（包交換）將報文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進行存儲轉(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“無連接的”。有強大的糾錯機制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。優(yōu)缺點：對轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組——速度快；轉(zhuǎn)發(fā)延時小——適用于交互式通信；某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組——效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。需要分割報文和重組報文，增加了端站點的負擔(dān)。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式77第77頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)報方式（Datagram）各分組獨立地確定路由（傳輸路徑）不能保證分組按序到達，所以目的站點需要按分組編號重新排序和組裝數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡(luò)78第78頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月虛電路方式（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中的路由表定義的類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車:分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車站:節(jié)點）“鄭州－北京”這條線路可以看成是一條虛路徑也需要三個過程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除建立虛電路時，交換機將預(yù)留傳輸時所需的所有資源虛電路的路由在建立時確定，傳輸數(shù)據(jù)時則不再需要數(shù)據(jù)傳輸時只需指定虛電路號，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)——“數(shù)字管道”提供的是“面向連接”的服務(wù)但卻沒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鏈路段——與鐵路系統(tǒng)類比！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永久虛電路PVC和交換虛電路SVC79第79頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)80第80頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月三種交換方式的事件順序呼叫請求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD尋路延遲線路交換分組1分組2分組3ABCD分組交換分組4t報文ABCD排隊延遲報文交換81第81頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月第四講本講內(nèi)容：1、差錯控制及檢錯2、拓撲結(jié)構(gòu)82第82頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2.7差錯控制與檢錯什么是差錯控制？在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進行糾正為何要進行差錯控制？不存在理想的信道→傳輸總會出錯與語音、圖像傳輸不同，計算機通信要求極低的差錯率。產(chǎn)生差錯的原因：信號衰減和熱噪聲信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；信號反射，串?dāng)_；沖擊噪聲，閃電、大功率電機的啟停等。83第83頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月差錯控制技術(shù)－－差錯控制編碼發(fā)送端：在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先按照某種規(guī)則在數(shù)據(jù)位之外附加上一定的冗余位后再發(fā)送，稱為差錯控制編碼過程。接收端：收到編碼后，利用相同的規(guī)則對信息位和冗余位之間的關(guān)系進行檢測，判斷傳輸過程中是否發(fā)生差錯。噪聲種類差錯類型解決辦法白噪聲（信道固有）隨機差錯提高信道的信噪比沖擊噪聲（外界）突發(fā)差錯－差錯類型及解決辦法84第84頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月錯誤處理方法差錯控制技術(shù)編碼規(guī)則現(xiàn)存方法檢錯法（通知發(fā)送者重發(fā)該信息）反饋重發(fā)技術(shù)（檢錯編碼）檢錯碼奇偶校驗循環(huán)冗余校驗碼糾錯法（接收方糾正錯誤而無須重發(fā)）前向糾錯技術(shù)（糾錯編碼）糾錯碼海明碼卷積碼BCH碼傳輸錯誤處理方法85第85頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月差錯控制的基本方法：接收方進行差錯檢測，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。差錯控制技術(shù)自動請求重傳AutomaticRepeatRequest（ARQ）停等ARQ每發(fā)送一幀就需要一個應(yīng)答幀只重傳剛才出錯的幀Go-back-N（回退N幀）ARQ每發(fā)送N幀需要一個應(yīng)答幀需重傳前面（N-i+1）幀（0≤i≤N）選擇重傳ARQ每發(fā)送N幀需要一個應(yīng)答幀只重傳出錯的幀反饋重發(fā)技術(shù)86第86頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月特點半雙工方式進行通信控制簡單，易于實現(xiàn)。

傳輸效率低。87第87頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月差錯控制編碼：檢錯碼和糾錯碼糾錯碼在計算機通信中很少使用檢錯碼主要有兩種編碼方法：奇偶校驗（ParityChecking）循環(huán)冗余校驗88第88頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月1、奇偶校驗碼

先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊分組，且在每一組的數(shù)據(jù)碼元后面附加一個冗余位，使得該組連冗余位在內(nèi)的碼字中“1”的個數(shù)為偶數(shù)（偶校驗）或奇數(shù)（奇校驗）。在接收端按同樣的規(guī)則檢查，如發(fā)現(xiàn)不符，就說明傳輸有誤。

奇偶校驗碼在實際使用時可分為垂直奇偶校驗碼、水平奇偶校驗碼和水平垂直奇偶校驗碼等幾種。89第89頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月奇偶校驗SingleBitParity:DetectsinglebiterrorsTwoDimensionalBitParity:Detectandcorrectsinglebiterrors190第90頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月水平奇偶校驗碼91第91頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月

設(shè)一個字符對應(yīng)的ASCII碼為C7C6C5C4C3C2C1，校驗位為C8在下面的例子中，假定采用偶校驗。垂直奇偶校驗碼

92第92頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月水平垂直奇偶校驗源數(shù)據(jù)水平校驗位垂直校驗位最后發(fā)送的數(shù)據(jù)93第93頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月水平垂直奇偶校驗碼檢錯能力：可檢出某行、某列的所有奇數(shù)個錯；能發(fā)現(xiàn)大部分偶數(shù)個錯；可以糾正不能同時滿足行、列校驗關(guān)系的一位錯不能檢出某些互相補償?shù)呐紨?shù)個錯94第94頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月原理發(fā)送：以16位字為單位進行累加，累加過程中若最高位有進位則循環(huán)進入低位，最后將累加和取“1補碼”(即反碼)，得校驗和，將其與數(shù)據(jù)一起發(fā)送。接收：當(dāng)接收者收到該數(shù)據(jù)塊后，同樣以16位字為單位對各數(shù)據(jù)及校驗和進行累加，若最后結(jié)果為全1，則正確，否則出錯。

可靠性:

能夠檢測出絕大多數(shù)奇數(shù)個和偶數(shù)個數(shù)據(jù)位的變化。除非一個16位字中的0變成1，而另一個16位字中的相同位置由1變成0。

說明：也可用“2補碼”(即補碼),此時接收校驗累加應(yīng)為0.(2)校驗和（CheckSum)95第95頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月校驗和計算過程96第96頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月97第97頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月

原理:將位串看成系數(shù)為0

或1的多項式。

如位串10100111即對應(yīng)于多項式：

x7+x5+x2+x+1=1*x7+0*x6+1*x5+0*x4+0*x3+1*x2+1*x+1*x0

收發(fā)雙方約定一個生成多項式G(x)（其最高階和最低階系數(shù)必須為1），發(fā)送方用位串及G(x)進行某種運算得到校驗和，并在幀的末尾加上校驗和，使帶校驗和的幀的多項式能被G(x)整除;接收方收到后，用G(x)除多項式，若有余數(shù)，則傳輸有錯。

(3)循環(huán)冗余碼(CyclicRedundancyCheck，CRC)98第98頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月

問題：發(fā)送方用位串及G(x)進行何種運算得到的校驗和，可使帶校驗和的幀的多項式能被G(x)

整除？模2運算特點：模2除:被除數(shù)高位為1即可相除,商為1

模2加、模2減：等于按位加(異或)運算

(模2加、模2減、模2除可用異或等硬件電路實現(xiàn)）循環(huán)冗余碼（續(xù)）99第99頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月循環(huán)冗余碼(續(xù)）

CRC校驗和計算法

若生成多項式G(x)為r階(即r＋1位位串)，原幀為

m位，其多項式為M(x)，則在原幀后面添加r個0，幀成為m+r位，相應(yīng)多項式成為xrM(x)

按模2除法用G(x)對應(yīng)的位串去除對應(yīng)于xrM(x)的位串,得余數(shù)R(x)按模2減法(即模2加)從對應(yīng)于xrM(x)的位串中減去(加上)余數(shù)R(x),結(jié)果即傳送的帶校驗和的幀多項式T(x) T(x)=xrM(x)+R(x)100第100頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月

用CRC運算能進行校驗的簡單證明：

[證]

設(shè)xrM(x)除以G(x)的商和余數(shù)分別為Q(x)和R(x),

則有:xrM(x)=G(x)Q(x)+R(x)

即:xrM(x)R(x)G(x)G(x)

接收方收到帶CRC校驗和的幀多項式T(x)=xrM(x)+R(x),T(x)xrM(x)+R(x)xrM(x)R(x)R(x)R(x)G(x)G(x)G(x)G(x)G(x)G(x)

由于模2加減相當(dāng)于異或運算,于是接收方模2除后商Q(x),余數(shù)0.───=Q(x)+─────=──────=───+──=Q(x)+──+──=Q(x)循環(huán)冗余碼(續(xù)）101第101頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)送方生成CRC校驗碼102第102頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月接收方進行CRC校驗103第103頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月

CRC-8:x8+x2+x+1CRC-10:x10+x9+x5+x4+x2+1CRC-12：x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16：x16+x15+x2+1CRC-CCITT：x16+x12+x5+1CRC-32：x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11++x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1

一些生成多項式G(X)的國際標準R=16，IBM專用R=16，CCITT專用r=32,LAN中常用104第104頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月CRC碼的檢錯率檢錯率：可檢測出幾乎所有錯誤，若出現(xiàn)差錯的碼多項式仍能被G(X)整除時，錯誤就檢測不出來，但發(fā)生這種情況的概率是非常小的。一般除數(shù)采用13，17和33位。用16比特生成多項式CRC-16或CRC-CCITT時，可檢測出：

■所有的單個錯

■所有的兩個錯

■所有的奇數(shù)個錯

■所有突發(fā)長度≤16的突發(fā)錯

■

17比特突發(fā)錯的99.997%

■18比特或更長突發(fā)錯的99.998%

105第105頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月例1設(shè)信息代碼

M=1010001101，r=5,G=110101。模2運算的結(jié)果是：商Q=1101010110，余數(shù)R=01110。將余數(shù)R作為冗余碼添加在信息M的后面發(fā)送出去，即發(fā)送的數(shù)據(jù)是101000110101110，或2rM+R。106第106頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月例1的計算過程

1101010110

←

Q

商

除數(shù)

P→

110101101000110100000

←

2rM被除數(shù)

110101

111011

110101

111010

110101

111110

110101

101100

110101

110010

110101

01110

←

R