數(shù)據(jù)通信原理——毛京麗，董耀武，李文海著目錄第1章概述1

第2章數(shù)據(jù)信號的傳輸2

第3章差錯控制3

第4章數(shù)據(jù)交換4目錄第5章通信第5章通信協(xié)議協(xié)議1第6章數(shù)據(jù)通信網(wǎng)2

第7章計算機通信網(wǎng)基礎(chǔ)3第1章概述

第1章概述1.1數(shù)據(jù)通信的概念1.1.1數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)信號1、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是預(yù)先約定的、具有某種含義的任何一個數(shù)字或一個字母(符號)以及它們的組合。例如，約定用數(shù)字“1”表示電路接通，數(shù)字“0”表示電路斷開。這里，數(shù)字“1”和“0”就是數(shù)據(jù)。2、數(shù)據(jù)信號根據(jù)數(shù)據(jù)的定義可以看出，數(shù)據(jù)有很多，若通信過程中直接傳輸這些數(shù)據(jù)，要用許多不同形狀的電壓來表示它們，這是不現(xiàn)實的。解決辦法是采用代碼。例如用1000001表示A，用1011010表示Z，再把這些“1”和“0”代碼用二電平電壓(電流)波形來表示并傳輸，這就解決了用少量電壓(電流)波形來表示眾多數(shù)據(jù)字符的矛盾。這里所說的代碼就是二進制的組合，即二進制代碼。數(shù)據(jù)用傳輸代碼（二進制代碼）表示（即用若干個“1”和“0”的組合表示每一個數(shù)據(jù)）就變成了數(shù)據(jù)信號。1.1.2數(shù)據(jù)通信的概念1、數(shù)據(jù)通信的概念傳輸數(shù)據(jù)信號的通信是數(shù)據(jù)通信，為了使整個數(shù)據(jù)通信過程能按一定的規(guī)則有順序地進行，通信雙方必須建立一定的協(xié)議或約定，并且具有執(zhí)行協(xié)議的功能，這樣才實現(xiàn)了有意義的數(shù)據(jù)通信。嚴(yán)格來講，數(shù)據(jù)通信的定義是：依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息，它可實現(xiàn)計算機與計算機、計算機與終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。數(shù)據(jù)通信的終端設(shè)備（產(chǎn)生的是數(shù)據(jù)信號）可以是計算機，也可能是除計算機以外的一般數(shù)據(jù)終端，一般數(shù)據(jù)終端簡稱數(shù)據(jù)終端或終端。通常而言，數(shù)據(jù)通信是計算機與通信相結(jié)合而產(chǎn)生的一種通信方式和通信業(yè)務(wù)?？梢姡瑪?shù)據(jù)通信是一種把計算機技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合起來的新型通信方式。從以上數(shù)據(jù)通信的定義可以理解，數(shù)據(jù)通信包含兩方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)傳輸前后的處理，例如數(shù)據(jù)的集中、交換、控制等等。2、數(shù)據(jù)信號的基本傳輸方式數(shù)據(jù)信號的基本傳輸方式有三種：基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?；鶐鬏斒腔鶐?shù)據(jù)信號（數(shù)據(jù)終端輸出的未經(jīng)調(diào)制變換的數(shù)據(jù)信號）直接在電纜信道上傳輸。換句話說，基帶傳輸是不搬移基帶數(shù)據(jù)信號頻譜的傳輸方式。頻帶傳輸是基帶數(shù)據(jù)信號經(jīng)過調(diào)制，將其頻帶搬移到話音頻帶上再傳輸（頻帶傳輸時信道上傳輸?shù)氖悄M信號）。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸是利用PCM信道傳輸數(shù)據(jù)信號，即利用PCM30/32系統(tǒng)的某些時隙傳輸數(shù)據(jù)信號。1.1.3傳輸代碼目前，常用的二進制代碼有國際5號碼(IA5)、EBCDIC碼和國際電報2號碼(ITA2)等。作為例子，下面介紹國際5號碼(IA5)。國際5號碼是一種7單位代碼，以7位二進制碼來表示一個字母、數(shù)字或符號。這種碼最早在1963年由美國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會提出，稱為美國信息交換用標(biāo)準(zhǔn)代碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange，簡稱ASCII碼)。7位二進制碼一共有=128種組合，可表示128個不同的字母、數(shù)字和符號，如表1-1所示。代碼在順序傳輸過程中以b1作為第一位，b7為最后一位。1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1-1所示。

1.2.1數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)由數(shù)據(jù)輸入設(shè)備(產(chǎn)生數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源)、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備(接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)宿)和傳輸控制器組成。數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備的作用有點類似于電話與電報通信中的電話機和電傳機，它在發(fā)送端把人們的數(shù)據(jù)信息變成以數(shù)字代碼表示的數(shù)據(jù)信號，即將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號；接收端完成相反的變換，即把數(shù)據(jù)信號還原為數(shù)據(jù)。傳輸控制器的作用是完成各種傳輸控制，如差錯控制、終端的接續(xù)控制、確認(rèn)控制、傳輸順序控制和切斷等控制等。DTE是一個總稱，根據(jù)實際需要采用不同的設(shè)備。例如，在發(fā)送數(shù)據(jù)中，DTE可以用鍵盤輸入器；在接收數(shù)據(jù)中，它可以是屏幕顯示設(shè)備(CRT)，也可以是激光打印機等等。當(dāng)然，具有一定處理功能的個人計算機也可稱為DTE。

1.2.3中央計算機系統(tǒng)中央計算機系統(tǒng)由通信控制器、主機及其外圍設(shè)備組成，具有處理從數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)信息，并將處理結(jié)果向相應(yīng)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出的功能。1、通信控制器通信控制器是數(shù)據(jù)電路和計算機系統(tǒng)的接口，控制與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接的全部通信信道，接收遠(yuǎn)端DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)信號，并向遠(yuǎn)端DTE發(fā)送數(shù)據(jù)信號。通信控制器的主要功能，對遠(yuǎn)程DTE一側(cè)來說，是差錯控制、終端的接續(xù)控制、確認(rèn)控制、傳輸順序控制和切斷等控制；對計算機系統(tǒng)一側(cè)來說，其功能是將線路上來的串行比特信號變成并行比特信號，或?qū)⒂嬎銠C輸出的并行比特信號變成串行比特信號。另外，在遠(yuǎn)程DTE一側(cè)有時也有類似的通信控制功能（就是傳輸控制器），但一般作為一塊通信控制板合并在DTE之中。2、主機主機又稱中央處理機，由中央處理單元(CPU)、主存儲器、輸入輸出設(shè)備以及其他外圍設(shè)備組成，其主要功能是進行數(shù)據(jù)處理。以上介紹了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成，從圖1-1中看到數(shù)據(jù)鏈路是由控制裝置(傳輸控制器和通信控制器)和數(shù)據(jù)電路所組成，控制裝置是按照雙方事先約定的規(guī)程進行控制的。一般來說，只有在建立起數(shù)據(jù)鏈路之后，通信雙方才能真正有效、可靠地進行數(shù)據(jù)通信。1.3數(shù)據(jù)通信傳輸信道1.3.1信道類型及特性傳輸信道是指信號的傳輸通道，對數(shù)據(jù)通信而言傳輸信道是指進行數(shù)據(jù)通信的兩個數(shù)據(jù)終端之間各種信息傳輸和信息交換設(shè)施，而傳輸信道主要包括信息傳輸設(shè)施，在某些情況下也還與交換設(shè)施有一定關(guān)系。根據(jù)信道上傳輸?shù)男盘栃问讲煌?，傳輸信道可以分為模擬信道和數(shù)字信道，模擬信道上傳輸?shù)氖悄M信號，而數(shù)字信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號。若按照傳輸方式分，目前數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的信道主要有三種類型：物理實線傳輸媒介信道，電話網(wǎng)傳輸信道，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道。這三種信道可以獨立應(yīng)用，也可以以不同方式串接應(yīng)用。1、物理實線傳輸信道物理實線傳輸媒介信道主要包括雙絞線電纜、同軸電纜和光纖。(1)雙絞線電纜雙絞線是由兩條相互絕緣的銅導(dǎo)線扭絞起來構(gòu)成的，一對線作為一條通信線路。其結(jié)構(gòu)如圖1-2(a)所示，通常一定數(shù)量這樣的導(dǎo)線對捆成一個電纜，外邊包上硬護套。雙絞線可用于傳輸模擬信號，也可用于傳輸數(shù)字信號，其通信距離一般為幾到幾十公里，其傳輸衰減特性示意如圖1-3所示。由于電磁耦合和集膚效應(yīng)，線對的傳輸衰減隨著頻率的增加而增大，故信道的傳輸特性呈低通型特性。由于雙絞線成本低廉且性能較好，在數(shù)據(jù)通信和計算機通信網(wǎng)中都是一種普遍采用的傳輸媒質(zhì)。目前，在某些專門系統(tǒng)中，雙絞線在短距離傳輸中的速率已達(dá)100~155Mbit/s。(2)同軸電纜同軸電纜也像雙絞線那樣由一對導(dǎo)體組成，但它們是按同軸的形式構(gòu)成線對，其結(jié)構(gòu)如圖1-2(b)所示。其中最里層是內(nèi)導(dǎo)體芯線，外包一層絕緣材料，外面再套一個空心的圓柱形外導(dǎo)體，最外層是起保護作用的塑料外皮。內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體構(gòu)成一組線對。應(yīng)用時，外導(dǎo)體是接地的，故同軸電纜具有很好的抗干擾性，并它比雙絞線具有較好的頻率特性。同軸電纜與雙絞線相比成本較高。與雙絞線信道特性相同，同軸電纜信道特性也是低通型特性，但它的低通頻帶要比雙絞線的頻帶寬。（3）光纖①光纖的結(jié)構(gòu)光纖有不同的結(jié)構(gòu)形式，目前通信用的光纖絕大多數(shù)是用石英材料做成的橫截面很小的雙層同心玻璃體，外層玻璃的折射率比內(nèi)層稍低。折射率高的中心部分叫做纖芯，其折射率為，直徑為2a；折射率低的外圍部分稱為包層，其折射率為,直徑為2b。光纖的基本結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。②光纖的種類按照折射率分布、傳輸模式多少、材料成分等的不同，光纖可分為很多種類，下面簡單介紹有代表性的幾種。(a)按照折射率分布分光纖按照折射率分布可以分為階躍型光纖和漸變型光纖兩種?！耠A躍型光纖——如果纖芯折射率沿半徑方向保持一定，包層折射率沿半徑方向也保持一定，而且纖芯和包層的折射率在邊界處呈階梯型變化的光纖，稱為階躍型光纖，又可稱為均勻光纖，它的結(jié)構(gòu)如圖1-5(a)所示?！駶u變型光纖——如果纖芯折射率隨著半徑加大而逐漸減小，而包層中折射率是均勻的，這種光纖稱為漸變型光纖，又稱為非均勻光纖，它的結(jié)構(gòu)如圖1-5（b)所示。(b)按照傳輸模式的多少來分所謂模式，實質(zhì)上是電磁場的一種場型結(jié)構(gòu)分布形式，模式不同，其場型結(jié)構(gòu)不同。根據(jù)光纖中傳輸模式的數(shù)量，可分為單模光纖和多模光纖?！駟文９饫w——光纖中只傳輸單一模式時，叫做單模光纖。單模光纖的纖芯直徑較小，約為4∽10，通常纖芯中折射率的分布認(rèn)為是均勻分布的。由于單模光纖只傳輸基模，從而完全避免了模式色散，使傳輸帶寬大大加寬。因此，它適用于大容量、長距離的光纖通信。單模光纖中的射線軌跡如圖1-6(a)所示?！穸嗄９饫w——在一定的工作波長下，可以傳輸多種模式的介質(zhì)波導(dǎo)，稱為多模光纖。其纖芯可以采用階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布，它們的光波傳輸軌跡如圖1-6(b)、(c)所示。多模光纖的纖芯直徑約為，由于模色散的存在使多模光纖的帶寬變窄，但其制造、耦合、連接都比單模光纖容易。(c)按光纖的材料來分●石英系光纖——這種光纖的纖芯和包層是由高純度的摻有適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)制成，光纖的損耗低，強度和可靠性較高，目前應(yīng)用最廣泛?！袷⑿尽⑺芰习鼘庸饫w——這種光纖的芯子是用石英制成，包層采用硅樹脂?！穸喑煞植ＡЮw維——一般用鈉玻璃摻有適當(dāng)雜質(zhì)制成?！袼芰瞎饫w——這種光纖的芯子和包層都由塑料制成。2、電話網(wǎng)傳輸信道所謂電話網(wǎng)傳輸信道是指通過用于傳輸話音信號的電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信號，電話網(wǎng)絡(luò)的連接示意圖如圖1-7所示。電話網(wǎng)絡(luò)是專門設(shè)計用于傳輸話音信號的，話音信號的頻帶范圍是300～3400Hz，是屬于帶通型信號，所以電話網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計也是對應(yīng)帶通型信號的帶通型信道，對當(dāng)前廣泛采用的數(shù)字程控交換機電話網(wǎng)絡(luò)而言帶通型信道的限制主要體現(xiàn)在交換機中的PCM編碼、解碼的帶限濾波器，它們的頻帶限制通常是取為300～3400Hz。電話網(wǎng)絡(luò)的其他環(huán)節(jié)，如用戶線部分一般是用雙絞線對，屬于低通型特性；中繼線路，一般是采用光纖傳輸系統(tǒng)、數(shù)字微波及衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)等，屬于數(shù)字型傳輸信道。從上述說明可以看出，電話網(wǎng)傳輸信道的總合特性是屬于帶通型信道，其通帶頻率范圍是300～340OHz。3、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道采用PCM數(shù)字信道作為數(shù)據(jù)信號傳輸信道稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道連接示意圖如圖1-8所示。這種信道的連接方是，將多個低速數(shù)據(jù)終端輸出的信號經(jīng)時分多路復(fù)用或集中合成到64kbit/s速率，然后直接以數(shù)字方式合入到PCM30路系統(tǒng)的某一個時隙，最后復(fù)用到2.048Mbit/s在數(shù)字線路上傳輸。這時的數(shù)字線路可以是光纖傳輸系統(tǒng)，也可以是數(shù)字微波及衛(wèi)星等傳輸系統(tǒng)。這種傳輸系統(tǒng)的傳輸速率高，傳輸質(zhì)量好，是比較理想的數(shù)據(jù)傳輸信道，是當(dāng)前大力發(fā)展的一種數(shù)據(jù)傳輸方法。

1.3.2傳輸損耗信號在傳輸介質(zhì)中傳播時將會有一部分能量轉(zhuǎn)化成熱能或者被傳輸介質(zhì)吸收，從而造成信號強度不斷減弱，這種現(xiàn)象稱為傳輸損耗（或傳輸衰減）。衰減將對信號傳輸產(chǎn)生很大的影響，若不采取有效措施，信號在經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳輸后其強度甚至?xí)p弱到接收方無法檢測到的地步，如圖1-9所示。可見傳輸衰減是影響傳輸距離的重要因素之一。傳輸衰減的衡量是網(wǎng)絡(luò)的輸入端功率與輸出端功率之差。衰減常用的電平符號是dB(分貝)，分貝(dB)是以常用對數(shù)表示兩個功率之比的一種計量單位。如設(shè)0點為發(fā)送源點，其發(fā)送功率為P0，傳輸終點為l點，接收點功率為P1，則0點到l點的傳輸損耗就是1.3.3噪聲與干擾噪聲是通信系統(tǒng)中存在的對正常信號傳輸起干擾作用的、不可避免的一種干擾信號。信道內(nèi)噪聲的來源是很多的，它們表現(xiàn)的形式也多種多樣。根據(jù)它們的來源不同，可以粗略地分為3類。1、工業(yè)噪聲它來源于各種電氣設(shè)備，如電力線、點火系統(tǒng)、電車、電源開關(guān)、電力鐵道、高頻電爐等。這類干擾來源分布很廣泛，無論是城市還是農(nóng)村，內(nèi)地還是邊疆，各地都有工業(yè)干擾存在。尤其是在現(xiàn)代化社會里，各種電氣設(shè)備越來越多，因此這類干擾的強度也就越來越大。2、天電噪聲它來源于雷電、磁暴、太陽黑子以及宇宙射線等?？梢哉f整個宇宙空間都是產(chǎn)生這類噪聲的根源，因此它的存在是客觀的。由于這類自然現(xiàn)象與發(fā)生的時間、季節(jié)、地區(qū)等有關(guān)系，因此受天電干擾的影響也是大小不同的。以上兩類噪聲所產(chǎn)生的干擾都稱為脈沖干擾，它包括工業(yè)干擾中的電火花，斷續(xù)電流以及天電干擾中的雷電等。它的特點是波形不連續(xù)，呈脈沖性質(zhì)。并且發(fā)生這類干擾的時間很短，強度很大，而周期是隨機的，因此它可以用隨機的窄脈沖序列來表示。由于脈沖很窄，所以占用的頻譜必然很寬。這類干擾對數(shù)據(jù)通信會造成較大影響，因此，為了保證數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)常采用差錯控制技術(shù)，以有效地對抗突發(fā)性脈沖干擾。

3、內(nèi)部噪聲它來源于信道本身所包含的各種電子器件、轉(zhuǎn)換器以及天線或傳輸線等。例如，電阻及各種導(dǎo)體都會在分子熱運動的影響下產(chǎn)生熱噪聲，電子管或晶體管等電子器件會由于電子發(fā)射不均勻等產(chǎn)生器件噪聲。這類干擾的特點是由無數(shù)個自由電子作不規(guī)則運動所形成的，因此它的波形也是不規(guī)則變化的，在示波器上觀察就像一堆雜亂無章的茅草一樣，常稱之為起伏噪聲。由于在數(shù)學(xué)上可以用隨機過程來描述這類干擾，因此又可稱為隨機噪聲，或者簡稱為噪聲。噪聲按照統(tǒng)計特性分有高斯噪聲和白噪聲。高斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布(即正態(tài)分布)；白噪聲是指它的功率譜密度函數(shù)在整個頻率域(一∞<ω<+∞)內(nèi)是均勻分布的，即它的功率譜密度函數(shù)在整個頻率域(一∞<ω<+∞)內(nèi)是常數(shù)（白噪聲的功率譜密度通常以來表示，它的量綱單位是瓦/赫（W/Hz））。若噪聲的概率密度函數(shù)服從高斯分布，功率譜密度函數(shù)在整個頻率域(一∞<ω<+∞)內(nèi)是常數(shù)，這類噪聲稱為高斯白噪聲。實際信道中的噪聲都是高斯白噪聲。

1.3.4信噪比如前所述，信號在傳輸過程中不可避免的要受到傳輸損耗和信道噪聲干擾的影響，信噪比就是用來描述信號傳輸過程所受到損耗和噪聲干擾程度的量，它是衡量傳輸系統(tǒng)性能重要指標(biāo)之一。信噪比是指某一點上的信號功率與噪聲功率之比，可表示為式中，Ps是信號平均功率；PN是噪聲平均功率。信噪比通常是以分貝（dB）來表示的，其公式為1.4數(shù)據(jù)傳輸方式1.4.1串行傳輸與并行傳輸1、串行傳輸串行傳輸是數(shù)據(jù)碼流以串行方式在一條信道上傳輸。在串行傳輸時，接收端如何從串行數(shù)據(jù)碼流中正確地劃分出發(fā)送的一個個字符所采取的措施稱為字符同步。串行傳輸?shù)膬?yōu)點是易于實現(xiàn)。缺點是為解決收、發(fā)雙方字符同步，需外加同步措施。通常，在遠(yuǎn)距離傳輸時串行傳輸方式采用較多。2、并行傳輸并行傳輸是將數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行信道上同時傳輸。例如采用7單位代碼字符（再加1位校驗碼）時可以用8條信道并行傳輸，另加一條“選通”線用來通知接收器，以指示各條信道上已出現(xiàn)某一字符的信息，可對各條信道上的電壓進行取樣，如圖1-10所示。并行傳輸?shù)膬?yōu)點是不需要另外措施就實現(xiàn)了收發(fā)雙方的字符同步。缺點是需要傳輸信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高。所以并行傳輸一般適用于計算機和其他高速數(shù)字系統(tǒng)內(nèi)部，外線傳輸時特別適于在一些設(shè)備之間的距離較近時采用。

1.4.2異步傳輸與同步傳輸1、異步傳輸根據(jù)實現(xiàn)字符同步方式的不同，數(shù)據(jù)傳輸有異步傳輸和同步傳輸兩種方式。異步傳輸是每次傳送一個字符，各字符的位置不固定。為了在接收端區(qū)分每個字符，在發(fā)送每一個字符的前面均加上一個“起”信號，其長度規(guī)定為一個碼元，極性為“0”，后面均加一個“止”信號。對于國際電報2號碼，“止”信號長度為1.5個碼元，對于國際5號碼或其他代碼，“止”信號長度為1或2個碼元，極性為“1”。字符可以連續(xù)發(fā)送，也可以單獨發(fā)送；不發(fā)送字符時，連續(xù)發(fā)送“止”信號。因此，每一字符的起始時刻可以是任意的(這正是稱為異步傳輸?shù)暮?，但在同一個字符內(nèi)各碼元長度相等。這樣，接收端可根據(jù)字符之間的從“止”信號到“起”信號的跳變(“1”→“0”)來檢測識別一個新字符的“起”信號，從而正確地區(qū)分一個個字符。因此，這樣的字符同步方法又稱起止式同步。異步傳輸?shù)膬?yōu)點是實現(xiàn)字符同步比較簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不需要精確的同步。缺點是每個字符增加了起、止的比特位，降低了信息傳輸效率，所以，常用于1200bit/s及其以下的低速數(shù)據(jù)傳輸。圖1-11(a)表示異步傳輸情況。2、同步傳輸同步傳輸是以固定時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的，在串行數(shù)據(jù)碼流中，各字符之間的相對位置都是固定的，因此不必對每個字符加“起”信號和“止”信號，只需在一串字符流前面加一個起始字符，后面加一個終止字符，表示字符流的開始和結(jié)束。同步傳輸有兩種同步方式：字符同步和幀同步。圖1-11(b)所示是字符同步，在一串字符流前面加SYN作為起始字符，后面加EOT作為終止字符。圖1-11(c)所示是幀同步，數(shù)據(jù)的發(fā)送是以一幀為單位，在一幀的前面加起始標(biāo)志，表示一幀的開始；后面加結(jié)束標(biāo)志，表示一幀的結(jié)束。同步傳輸一般采用幀同步。接收端要從收到的數(shù)據(jù)碼流中正確區(qū)分發(fā)送的字符，必須建立位定時同步和幀同步。位定時同步又叫比特同步，其作用是使接收端的位定時時鐘信號和收到的輸入信號同步，以便從接收的信息流中正確識別一個個信號碼元，產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)序列。同步傳輸與異步傳輸相比，在技術(shù)上要復(fù)雜（因為要實現(xiàn)位定時同步和幀同步），但它不需要對每一個字符單獨加起、止碼元作為識別字符的標(biāo)志，只是在一串字符的前后加上標(biāo)志序列，因此傳輸效率較高。通常用于速率為2400bit/s及其以上的數(shù)據(jù)傳輸。1.4.3單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)實際需要數(shù)據(jù)通信可采用單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸，如圖1-12所示。通信一般總是雙向的，有來有往，這里所謂單工、雙工等，指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?。單工?shù)據(jù)傳輸是兩數(shù)據(jù)站之間只能沿一個指定的方向進行數(shù)據(jù)傳輸。如圖1-9(a)，數(shù)據(jù)由A站傳到B站，而B站至A站只傳送聯(lián)絡(luò)信號，前者稱為正向信道，后者稱為反向信道。一般正向信道傳輸速率較高，反向信道傳輸速率較低。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，如氣象數(shù)據(jù)的收集，采用單工傳輸，因為在這種數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中，大量數(shù)據(jù)只需要從一端送到另一端，而另外需要少量聯(lián)絡(luò)信號(也是一種數(shù)據(jù))通過反向信道傳輸。半雙工數(shù)據(jù)傳輸是兩數(shù)據(jù)站之間可以在兩個方向上進行數(shù)據(jù)傳輸，但不能同時進行。問詢、檢索、科學(xué)計算等數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)適用半雙工數(shù)據(jù)傳輸。全雙工數(shù)據(jù)傳輸是在兩數(shù)據(jù)站之間，可以在兩個方向上同時進行傳輸。適用于計算機之間的高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。通常四線線路實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸；二線線路實現(xiàn)單工或半雙工數(shù)據(jù)傳輸。在采用頻率復(fù)用、時分復(fù)用或回波抵消技術(shù)時，二線線路也可實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸。1.5數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1、工作速率工作速率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的主要指標(biāo)，通常使用3種不同的定義：調(diào)制速率、數(shù)據(jù)傳信速率和數(shù)據(jù)傳送速率。（1）調(diào)制速率調(diào)制速率（即符號速率或碼元速率）的定義是每秒傳輸信號碼元的個數(shù)，又稱波特率，單位為波特(Bd)。如信號碼元持續(xù)時間(時間長度)為T(s)，那么，調(diào)制速率Nbd為（2）數(shù)據(jù)傳信速率數(shù)據(jù)傳信速率的定義是每秒所傳輸?shù)男畔⒘?。信息量是信息多少的一種度量，信息的不確定性程度越大，則其信息量越大。信息量的度量單位為“比特”(bit)。在滿足一定條件下，一個二進制碼元(一個“1”或一個“0”)所含的信息量是一個“比特”(條件為：隨機的、各個碼元獨立的二進制序列，且“0”和“1”等概率出現(xiàn))，所以信息傳輸速率的定義也可以說成是：每秒所傳輸?shù)亩M制碼元數(shù)，其單位為bit/s。數(shù)據(jù)傳信速率和調(diào)制速率之間存在一定關(guān)系。為了說明這個問題，參見圖1-13。（3）數(shù)據(jù)傳送速率數(shù)據(jù)傳送速率的定義是：單位時間內(nèi)在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的相應(yīng)設(shè)備之間傳送的比特、字符或碼組平均數(shù)。定義中的相應(yīng)設(shè)備常指調(diào)制解調(diào)器、中間設(shè)備或數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)宿。單位為比特/秒(bit/s)、字符/秒或碼組/秒（碼組的概念參見本書第3章）。數(shù)據(jù)傳信速率與數(shù)據(jù)傳送速率不同。數(shù)據(jù)傳信速率是傳輸數(shù)據(jù)的速率，而數(shù)據(jù)傳送速率是相應(yīng)設(shè)備之間實際能達(dá)到的平均數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移速率。它不僅與發(fā)送的比特率有關(guān)，而且與差錯控制方式、通信規(guī)程以及信道差錯率有關(guān)，即與傳輸?shù)男视嘘P(guān)。因此，數(shù)據(jù)傳送速率總是小于數(shù)據(jù)傳信速率。數(shù)據(jù)傳輸速率的三個定義在實際應(yīng)用上既有聯(lián)系又有側(cè)重。在討論信道特性，特別是傳輸頻帶寬度時，通常使用調(diào)制速率；在研究傳輸數(shù)據(jù)速率時，采用數(shù)據(jù)傳信率；在涉及系統(tǒng)實際的數(shù)據(jù)傳送能力時，則使用數(shù)據(jù)傳送率。2、頻帶利用率數(shù)據(jù)信號的傳輸需要一定的頻帶。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)占用的頻帶越寬，傳輸數(shù)據(jù)信息的能力越大。因此，在比較不同數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的效率時，只考慮它們的數(shù)據(jù)傳輸速率是不充分的。因為，即使兩個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳輸速率相同，但它們的通信效率也可能不同，這還要看傳輸相同信息所占的頻帶寬度。真正衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有效性的指標(biāo)是單位頻帶內(nèi)的傳輸速率，即頻帶利用率。頻帶利用率的定義為1.5.2可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)是用差錯率來衡量的。由于數(shù)據(jù)信號在傳輸過程中不可避免地會受到外界的噪聲干擾，信道的不理想也會帶來信號的崎變，因此當(dāng)噪聲干擾和信號畸變達(dá)到一定程度時就可能導(dǎo)致接收的差錯。衡量數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的最終指標(biāo)是差錯率。差錯率可以有多種定義，在數(shù)據(jù)傳輸中，一般采用誤碼碼率、誤字符率、誤碼組率來表示，它們分別定義為：誤碼率＝接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)/總的發(fā)送比特數(shù)誤字符（碼組）率=接收出現(xiàn)差錯的字符（碼組）數(shù)/總的發(fā)送字符（碼組）數(shù)差錯率是一個統(tǒng)計平均值，因此在測量或統(tǒng)計時，總的比特(字符、碼組)數(shù)應(yīng)達(dá)到一定的數(shù)量，否則得出的結(jié)果將失去意義。例1-1：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制速率為2400Bd，采用8電平傳輸，假設(shè)1000秒誤了8個比特，①求誤碼率。②設(shè)系統(tǒng)的帶寬為1200Hz,求頻帶利用率為多少bit/(s·Hz)。解：①數(shù)據(jù)傳信速率為1.6信道容量1.6.1模擬信道的信道容量模擬信道的信道容量可以根據(jù)香農(nóng)(Shannon)定律計算。香農(nóng)定律指出：在信號平均功率受限的高斯白噪聲信道中，信道的極限信息傳輸速率(信道容量)為

式中，B為信道帶寬，S/N信號功率與噪聲功率之比。1.6.2數(shù)字信道的信道容量典型的數(shù)字信道是平穩(wěn)、對稱、無記憶的離散信道，它可以用二進制或多進制傳輸。離散——是指在信道內(nèi)傳輸?shù)男盘柺请x散的數(shù)字信號；對稱——是指任何碼元正確傳輸和錯誤傳輸?shù)母怕逝c其他碼元一樣；平穩(wěn)——是指對任何碼元來說，錯誤概率Pi的取值都是相同的；無記憶——是指接收到的第i個碼元僅與發(fā)送的第i個碼元有關(guān)，而與第i個碼元以前的發(fā)送碼元無關(guān)。根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）準(zhǔn)則，帶寬為的信道所能傳送的信號最高碼元速率為2B波特。因此，無噪聲數(shù)字信道容量為:其中，為進制數(shù)。例1-3：假設(shè)一個四進制無噪聲數(shù)字信號，帶寬為3000Hz，求其信道容量。1.7數(shù)據(jù)通信網(wǎng)概述1.7.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是一個由分布在各地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸鏈路所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(軟件)的支持下實現(xiàn)數(shù)據(jù)終端間的數(shù)據(jù)傳輸和交換。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)示意圖如圖1-14所示。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的硬件構(gòu)成包括數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備及傳輸鏈路。1．?dāng)?shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的信息傳輸?shù)脑袋c和終點，它的主要功能是向網(wǎng)絡(luò)(向傳輸鏈路)輸出數(shù)據(jù)和從網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)，并具有一定的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸控制功能。數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以是計算機，也可以是一般的數(shù)據(jù)終端。2．?dāng)?shù)據(jù)交換設(shè)備數(shù)據(jù)交換設(shè)備是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的核心。它的基本功能是完成對接入交換節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸鏈路的匯集、轉(zhuǎn)接接續(xù)和分配。這里需要說明的是：在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)中是沒有交換設(shè)備的，它采用數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路的轉(zhuǎn)接設(shè)備(詳見本章6.4)。3．?dāng)?shù)據(jù)傳輸鏈路數(shù)據(jù)傳輸鏈路是數(shù)據(jù)信號的傳輸通道。包括用戶終端的入網(wǎng)路段(即數(shù)據(jù)終端到交換機的鏈路)和交換機之間的傳輸鏈路。傳輸鏈路上數(shù)據(jù)信號傳輸方式有基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)取?.7.2數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類1．按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)通信網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類，有以下幾種基本形式：(1)網(wǎng)狀網(wǎng)與不完全網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)中所有節(jié)點相互之間都有線路直接相連，如圖1-15(a)所示。網(wǎng)狀網(wǎng)的可靠性高，但線路利用率比較低，經(jīng)濟性差。不完全網(wǎng)狀網(wǎng)也叫網(wǎng)格形網(wǎng)，其中的每一個節(jié)點均至少與其他兩個節(jié)點相連，如圖1-15(b)所示。網(wǎng)格形網(wǎng)的可靠性也比較高，且線路利用率又比一般的網(wǎng)狀網(wǎng)要高(但比星形網(wǎng)的線路利用率低)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的骨干網(wǎng)一般采用這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要，也有采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)的。(2)星形網(wǎng)星形網(wǎng)是外圍的每一個節(jié)點均只與中心節(jié)點相連，呈輻射狀，如圖1-16(a)所示。星形網(wǎng)的線路利用率較高，經(jīng)濟性好，但可靠性低，且網(wǎng)絡(luò)性能過多地依賴于中心節(jié)點，一旦中心節(jié)點出故障，將導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。星形網(wǎng)一般用于非骨干網(wǎng)。（3）樹形網(wǎng)樹形網(wǎng)是星形網(wǎng)的擴展，它也是數(shù)據(jù)通信非骨干網(wǎng)采用的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。樹形網(wǎng)圖1-16(b)所示。(4)環(huán)形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)是各節(jié)點首尾相連組成一個環(huán)狀，如圖1-17所示。2．按傳輸技術(shù)分類按傳輸技術(shù)分類，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)可分為交換網(wǎng)和廣播網(wǎng)。(1)交換網(wǎng)根據(jù)采用的交換方式的不同，交換網(wǎng)又可分為電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)等。另外，還有采用數(shù)字交叉連接設(shè)備的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)。(2)廣播網(wǎng)在廣播網(wǎng)中，每個數(shù)據(jù)站的收發(fā)信機共享同一傳輸媒質(zhì)，從任一數(shù)據(jù)站發(fā)出的信號可被所有的其他數(shù)據(jù)站接收。在廣播網(wǎng)中沒有中間交換節(jié)點。1.7.3數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與計算機通信網(wǎng)1、計算機通信網(wǎng)的概念將若干臺具有獨立功能的計算機通過通信設(shè)備及傳輸媒體互連起來，在通信軟件（操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）的支持下，實現(xiàn)計算機間信息傳輸與交換的系統(tǒng)，稱之為計算機通信網(wǎng)。計算機通信網(wǎng)涉及到通信與計算機兩個領(lǐng)域，計算機與通信的結(jié)合是計算機通信網(wǎng)產(chǎn)生的主要條件。一方面，通信網(wǎng)絡(luò)為計算機之間的數(shù)據(jù)傳送和交換提供了必要的手段；另一方面，計算機技術(shù)的發(fā)展?jié)B透到通信技術(shù)中，又提高了通信網(wǎng)的各種性能。當(dāng)然，這兩個方面的進展都離不開人們在微電子技術(shù)上取得的輝煌成就。2、計算機通信網(wǎng)的組成計算機通信網(wǎng)由一系列計算機、具有信息處理與交換功能的節(jié)點及節(jié)點間的傳輸線路組成，如圖1-18所示。計算機屬于數(shù)據(jù)終端設(shè)備，發(fā)送和接收的是數(shù)據(jù)信號。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(即交換機)及連接它們的傳輸鏈路組成通信子網(wǎng)，負(fù)責(zé)計算機之間的數(shù)據(jù)信息傳輸與交換。3、計算機通信網(wǎng)的分類（1）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)性質(zhì)進行分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)性質(zhì)，可將計算機通信網(wǎng)分成公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。公用網(wǎng)(PublicNetwork)也稱為公眾網(wǎng)，是由國家郵電部門組建的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸和轉(zhuǎn)接裝置可供任何部門使用，可聯(lián)結(jié)眾多的計算機和終端。所有愿意按郵電部門規(guī)定交納費用的人都可以使用這個公用網(wǎng)，公用網(wǎng)是為全社會所有的人提供服務(wù)。專用網(wǎng)(PrivateNetwork)是某個部門為本單位的特殊業(yè)務(wù)工作的需要而建造的網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)不向本單位以外的人提供服務(wù)，即不允許其他部門和單位使用。例如，軍隊、鐵路、電力等系統(tǒng)均有本系統(tǒng)的專用網(wǎng)。（2）按網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍進行分類按網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍可將計算機通信網(wǎng)分成局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。①局域網(wǎng)局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)是局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，它由微型計算機通過高速通信線路相連(速率在1Mbit/s上)。局域網(wǎng)通常由一個部門或公司組建，在地理位置上限制在較小的范圍(一般為0．1∽10km)，如一幢樓房或一個單位。②城域網(wǎng)城域網(wǎng)MAN(NetropolitanAreaNetwork)其作用范圍在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間(一般是一個城市)，作用距離為5∽50km，傳輸速率在1Mbit/s以上。城域網(wǎng)MAN實際上就是一個能覆蓋一個城市的擴大的局域網(wǎng)。③廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)內(nèi)，通信的傳輸裝置和媒介由電信部門提供，其作用范圍通常為幾十到幾千公里，可遍布一個城市，一個國家乃至全世界。覆蓋全世界的計算機網(wǎng)絡(luò)就是Internet，下面簡單介紹Internet的基本概念。4、Internet基本概念（1）Internet的概念I(lǐng)nternet是由世界范圍內(nèi)眾多計算機網(wǎng)絡(luò)（包括各種局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)）連接匯合而成的一個網(wǎng)絡(luò)集合體，它是全球最大的、開放的計算機互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)意味著全世界采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議，即采用TCP/IP協(xié)議的計算機都能互相通信，所以說，Internet是基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)間網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)通信的觀點看，Internet是一個以TCP/IP協(xié)議將各個國家、各個部門和各種機構(gòu)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接起來的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，世界任何一個地方的計算機用戶只要連在Internet上，就可以相互通信；從信息資源的觀點看，Internet是一個集各個部門、各個領(lǐng)域內(nèi)各種信息資源為一體的信息資源網(wǎng)。Internet上的信息資源浩如煙海，其內(nèi)容涉及政治、經(jīng)濟、文化、科學(xué)、娛樂等各個方面。將這些信息按照特定的方式組織起來，存儲在Internet上分布在世界各地的數(shù)千萬臺計算機中，人們可以利用各種搜索工具來檢索這些信息。（2）Internet的特點Internet具有以下幾個特點：①TCP/IP協(xié)議是Internet的基礎(chǔ)與核心。②通過最大程度的資源共享，可以滿足不同用戶的需要，Internet的每個參與者既是信息資源的創(chuàng)建者，也是使用者。③“開放”是Internet建立和發(fā)展中執(zhí)行的一貫策略，對于開發(fā)者和用戶極少限制。使它不僅擁有極其龐大的用戶隊伍，也擁有眾多的開發(fā)者。④網(wǎng)絡(luò)用戶透明使用Internet，不需要了解網(wǎng)絡(luò)底層的物理結(jié)構(gòu)。⑤靈活多樣的入網(wǎng)方式，任何計算機只要能運行TCP/IP均可接入Internet。5、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與計算機通信網(wǎng)的關(guān)系由上述內(nèi)容，我們已經(jīng)知道，一個完整的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是由分布在各處的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（包括計算機和一般的數(shù)據(jù)終端）、數(shù)據(jù)交換設(shè)備（節(jié)點）及傳輸線路等組成。那么數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與計算機通信網(wǎng)是什么關(guān)系呢？幾乎所有計算機通信網(wǎng)的書籍中會提到：數(shù)據(jù)通信網(wǎng)提供計算機之間的傳輸與交換。請讀者注意，這里的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)指的是只包括數(shù)據(jù)交換設(shè)備（節(jié)點）及傳輸線路，即通信子網(wǎng)。所以說，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是計算機通信網(wǎng)中的通信子網(wǎng)。小結(jié)1、數(shù)據(jù)通信是依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息，它可實現(xiàn)計算機與計算機、計算機與終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。數(shù)據(jù)信號的基本傳輸方式有三種：基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。2、常用的二進制代碼有國際5號碼(IA5)、EBCDIC碼和國際電報2號碼(ITA2)等。3、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由中央計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTU、數(shù)據(jù)電路3個部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)終端設(shè)備由數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸控制器組成；數(shù)據(jù)電路包括傳輸信道和它兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備；中央計算機系統(tǒng)則由通信控制器、主機組成。4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的信道主要有三種類型：物理實線傳輸媒介信道，電話網(wǎng)傳輸信道，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道。5、數(shù)據(jù)傳輸方式如按數(shù)據(jù)代碼傳輸?shù)捻樞蚩梢苑譃榇袀鬏敽筒⑿袀鬏敚蝗绨磾?shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞娇煞譃橥絺鬏敽彤惒絺鬏?；如按?shù)據(jù)傳輸?shù)牧飨蚝蜁r間關(guān)系可分為單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸。6、衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)性能的指標(biāo)是有效性和可靠性。工作速率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的主要指標(biāo)，通常使用3種不同的定義：調(diào)制速率、數(shù)據(jù)傳信速率和數(shù)據(jù)傳送速率。真正衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有效性的指標(biāo)是單位頻帶內(nèi)的傳輸速率，即頻帶利用率?？煽啃灾笜?biāo)是用差錯率來衡量的，差錯率包括誤碼碼率、誤字符率、誤碼組率。7、信道容量是在一定條件下能達(dá)到的最大傳信速率。模擬信道的信道容量為（bit/s）；無噪聲數(shù)字信道容量為

8、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是一個由分布在各地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸鏈路所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(軟件)的支持下實現(xiàn)數(shù)據(jù)終端間的數(shù)據(jù)傳輸和交換。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分有網(wǎng)狀網(wǎng)與不完全網(wǎng)狀網(wǎng)、星形網(wǎng)、樹形網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)；按傳輸技術(shù)可分為交換網(wǎng)和廣播網(wǎng)。根據(jù)采用的交換方式的不同，交換網(wǎng)又可分為電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)等。9、將若干臺具有獨立功能的計算機通過通信設(shè)備及傳輸媒體互連起來，在通信軟件（操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）的支持下，實現(xiàn)計算機間信息傳輸與交換的系統(tǒng)，稱之為計算機通信網(wǎng)。計算機通信網(wǎng)由一系列計算機、具有信息處理與交換功能的節(jié)點及節(jié)點間的傳輸線路組成。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)性質(zhì)分有公用網(wǎng)和專用網(wǎng)；按網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍可將計算機通信網(wǎng)分成局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。覆蓋全世界的計算機網(wǎng)絡(luò)就是Internet，Internet是由世界范圍內(nèi)眾多計算機網(wǎng)絡(luò)（包括各種局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)）連接匯合而成的一個網(wǎng)絡(luò)集合體，它是全球最大的、開放的計算機互聯(lián)網(wǎng)。Internet的基礎(chǔ)與核心是TCP/IP協(xié)議。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是計算機通信網(wǎng)中的通信子網(wǎng)，提供計算機之間的傳輸與交換。第2章數(shù)據(jù)信號的傳輸數(shù)據(jù)信號傳輸是數(shù)據(jù)通信的基本問題。對應(yīng)于第1章中介紹的數(shù)據(jù)通信所使用的信道，數(shù)據(jù)信號的傳輸一般有3種方法：基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字傳輸。消息對應(yīng)的原始信號所占據(jù)的頻帶通常從零頻或低頻開始，稱為“基本頻帶”，簡稱基帶。有線信道進行近距離傳輸時，有些情況下可以不搬移基帶信號頻譜直接傳輸基帶信號，這種方式稱為基帶傳輸。在另外一些信道中，特別是無線或者光通道中，需要經(jīng)過調(diào)制將基帶信號的頻譜搬移到相應(yīng)的載頻頻帶再進行傳輸，這種方式稱為頻帶傳輸。而在數(shù)字信道中傳輸數(shù)據(jù)信號稱為數(shù)據(jù)信號的數(shù)字傳輸，簡稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。本章討論這3種傳輸方式的基本原理及相關(guān)的一些技術(shù)，使讀者對數(shù)據(jù)信號的傳輸有一個比較全面的了解。2.1數(shù)據(jù)信號及特性描述2.1.1數(shù)據(jù)序列的電信號表示在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)終端（DTE）產(chǎn)生是以“1”和“0”兩種代碼（狀態(tài)）為代表的隨機序列，它可以用不同形式的電信號來表示，例如單極性的脈沖序列。對于實際的傳輸系統(tǒng)，視信道特性和要求的指標(biāo)而選取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號。下面以矩形脈沖為例介紹幾種基本的基帶數(shù)據(jù)信號，如圖2-1所示。2.1.2基帶數(shù)據(jù)信號的功率譜特性要把基帶數(shù)據(jù)信號傳送出去，研究其頻譜特性是非常重要的。由于數(shù)據(jù)序列是隨機的，基帶數(shù)據(jù)信號就是隨機信號，這樣就不能用分析確定信號的方法來分析其頻譜，只能用隨機信號的分析理論，研究它的功率譜密度。1.基帶數(shù)據(jù)信號的一般表示式圖2-1給出的基帶數(shù)據(jù)信號的單個碼元波形都是矩形的，但實際上并非一定是矩形。不失一般性，我們令代表二進制數(shù)據(jù)符號的“0”，代表“1”，碼元的時間間隔為T。假設(shè)數(shù)據(jù)序列出現(xiàn)“0”和“1”概率分別為P和1-P，且認(rèn)為它們的出現(xiàn)彼此統(tǒng)計獨立，則基帶數(shù)據(jù)信號可表示為

如一數(shù)據(jù)信號序列為101101，可以用單極性矩形脈沖序列來表示，令，是寬度T的為矩形脈沖，如圖2-2所示。同理也可以畫出其它形式的波形圖來，但是很顯然。2.基帶數(shù)據(jù)信號的功率譜密度(1)基本分析利用隨機信號的分析方法，可以得到式（2-1）所示基帶數(shù)據(jù)信號的功率譜密度表示式為：(2)幾種基帶數(shù)據(jù)信號的功率譜密度下面來求以矩形脈沖為單個碼元波形的幾種基帶數(shù)據(jù)信號的功率譜密度。首先，單個矩形脈沖可以表示為④雙極性不歸零序列設(shè)“0”碼和“1”碼分別是脈沖寬度為T，幅度為的矩形脈沖，則由式（2-9），令可得其功率譜密度為 （2-11）為了便于對比，將式（2-7）、式（2-8）、式（2-10）和式（2-11）所示功率譜密度用圖2-5中。由以上功率譜分析及圖2-5可以看出，時，對于這樣的雙極性信號是不含有離散譜分量的，而單極性序列是含有離散譜分量，而離散譜分量的特征與單個碼元的波形有關(guān)（例如單極性不歸零信號的功率譜中只有直流分量，而單極性歸零信號的功率譜中除了直流分量外，還有離散譜）。分析基帶數(shù)據(jù)信號的功率譜密度是很有意義的。例如，離散譜是否存在決定了我們能否直接從基帶數(shù)據(jù)信號中提取時鐘頻率分量，或者如何才能從基帶數(shù)據(jù)信號中提取需要的時鐘頻率分量，這一點對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也是至關(guān)重要的。如單極性歸零序列中就含有的離散譜分量，即可直接提取作為定時的時鐘信息。通過圖2-5中對四種信號的對比分析發(fā)現(xiàn)，脈沖寬度越寬，其能量集中的范圍就越小；脈沖寬度越窄，其能量集中的范圍就越大，由此可大概了解傳輸這種數(shù)據(jù)信號所需要的基帶寬度。2.2數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸基帶(baseband)是指未經(jīng)調(diào)制變換的原始信號所占的頻帶，由數(shù)據(jù)終端設(shè)備產(chǎn)生的信號（例如單極性不歸零信號）的頻譜一般是從零開始。為了使這些原始的數(shù)據(jù)序列適合于信道傳輸，通常經(jīng)過碼型或波形變換，變換后信號的功率譜密度仍是從近于零頻率開始，不搬移基帶信號頻譜直接傳輸基帶數(shù)據(jù)信號的方式稱為基帶傳輸。實際的數(shù)據(jù)通信中，基帶傳輸使用得不多，但是基帶傳輸是數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)囊环N最基本的方式，對其進行研究是十分必要的：（1）一般的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在進行與信道匹配的調(diào)制前，都有一個基帶信號處理的過程（頻帶傳輸系統(tǒng)也如此，因為處理調(diào)制后的信號不方便）；（2）在調(diào)制傳輸系統(tǒng)中，如果把頻帶調(diào)制和解調(diào)部分包括在廣義信道中，則該傳輸系統(tǒng)可以等效成一個基帶傳輸系統(tǒng)。2.2.1基帶數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)成模型通過上一節(jié)對基帶數(shù)據(jù)信號的分析，可見基帶數(shù)據(jù)信號在頻域內(nèi)是無窮延伸的，如果其能量最集中的頻率范圍與實際信道的特性不匹配，則會使接收端的信號產(chǎn)生嚴(yán)重的波形失真。為了分析波形傳輸?shù)氖д鎲栴}，把基帶傳輸系統(tǒng)用一個簡單的模型來表示，如圖2-6所示。2.2.2幾種基帶形成網(wǎng)絡(luò)1.理想低通形成網(wǎng)絡(luò)先考慮一個理想化情況來說明頻帶限制與傳輸速率的重要關(guān)系。假定圖2-6中1至2點的形成網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)傳輸特性是理想低通濾波型，如圖2-7所示。其傳遞函數(shù)可表示為式中，fN為截止頻率，td為固定時延。其對于單位沖激脈沖的響應(yīng)，就是網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的傅立葉反變換，即理想低通沖激響應(yīng)波形的特點是：在處有最大值，在最大值兩邊作均勻間隔的衰減波動，以為中心每隔出現(xiàn)一個過零點；波形“尾巴”以1/t的速度衰減。如用式（2-12）表示的沖激脈沖序列加到理想低通網(wǎng)絡(luò)的輸入，即每隔碼元間隔T發(fā)送一個強度為ak的沖激脈沖，則按疊加定理，每個沖激脈沖在理想低通網(wǎng)絡(luò)的輸出都產(chǎn)生一個如圖2-8的沖激響應(yīng)。因為h(t)在時域上是無限延伸的，則這些沖激響應(yīng)之間存在干擾，稱為碼間干擾或符號間干擾。特別地，如果選取系統(tǒng)的碼元間隔，設(shè)輸入的數(shù)據(jù)序列ak是101101，它通過理想低通網(wǎng)絡(luò)形成的沖激響應(yīng)序列如圖2-9所示。由h(t)波形特點可知，沖激響應(yīng)序列的波形在峰值點上沒有碼間干擾（在其它點是有碼間干擾的）。此時，抽樣判決器如按進行取樣，并且選取合適的取樣時刻（圖2-9畫出了抽樣脈沖），則可以準(zhǔn)確地恢復(fù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列。由此得到接收波形滿足抽樣值無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件是：僅在本碼元的抽樣時刻上有最大值，在其它碼元的抽樣時刻為0（抽樣點無碼間干擾），而不要求整個波形無碼間干擾。用公式來表示為

（2-15）抽樣值無失真條件即奈奎斯特第一準(zhǔn)則，也描述了碼元傳輸速率與傳輸系統(tǒng)特性(對于理想低通形成網(wǎng)絡(luò)主要是指截止頻率fN)之間的配合關(guān)系。用文字詳細(xì)表述是：如系統(tǒng)等效網(wǎng)絡(luò)具有理想低通特性，且截止頻率為fN時，則該系統(tǒng)中允許的最高碼元(符號)速率2fN為，這時系統(tǒng)輸出波形在峰值點上不產(chǎn)生前后符號干擾。由于該準(zhǔn)則的重要性，國際上把稱為fN奈奎斯特頻帶。2fN波特稱為奈奎斯特速率，稱為奈奎斯特間隔。這一定理表明，在抽樣值無失真的條件下，在頻帶fN內(nèi)，2fN波特是極限速率，即所有數(shù)字傳輸系統(tǒng)的最高頻帶利用率為2Bd/Hz，在傳輸元信號時的頻帶利用率最高為。2.具有幅度滾降特性的低通形成網(wǎng)絡(luò)上面討論的理想低通形成網(wǎng)絡(luò)達(dá)到了系統(tǒng)頻帶利用率的極限，即每赫茲傳輸2Bd，但是這種理想的傳輸特性是無法物理實現(xiàn)的。而且即使能夠得到近似的實現(xiàn)，其沖激響應(yīng)波形具有波動幅度很大的前導(dǎo)和后尾，對接收端定時準(zhǔn)確度要求高（如果抽樣時刻發(fā)生偏差，則會引入較大的碼間干擾）。因此，要尋求一個傳輸系統(tǒng)，它既可以物理實現(xiàn)，又能滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則的基本要求：速率為的序列通過該系統(tǒng)后能在所有按間隔的取樣點處不產(chǎn)生碼間干擾。理想低通形成網(wǎng)絡(luò)之所以不可物理實現(xiàn)，是在于它的幅頻特性在截止頻率處的垂直截止特性。如對理想低通特性的幅頻特性加以修改，使它在處不是垂直截止特性，而是有一定的滾降特性，如圖2-10所示。這種滾降特性能滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則的條件是，滾降部分的波形關(guān)于點為奇對稱。

滾降低通特性形成網(wǎng)絡(luò)是物理可實現(xiàn)的，實際中一般采用具有升余弦頻譜特性的形成網(wǎng)絡(luò)，其幅頻特性可表示如下式中，α為滾降系數(shù)（0≤α≤1），為對應(yīng)理想低通幅頻特性的截止頻率，由于滾降而使網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度增加了α·fN，其所占頻譜寬度為B=(1+α)fN。升余弦低通形成網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)h(t)為其波形見圖2-11。從圖中可以看到，h(t)波形在抽樣點（t=0）處達(dá)到最大值，在其它抽樣點上都為零，而且增加了一些新的零點，見式（2-17）的項。另外，升余弦特性所形成h(t)對于定時要求也較低，因其波形的“尾巴”衰減比較快（相對于理想低通的而言）。但是由于升余弦特性的頻譜寬度有所增加，頻帶利用率就有所下降，表示為3.部分響應(yīng)系統(tǒng)(1)基本原理根據(jù)奈奎斯特第一準(zhǔn)則，上面設(shè)計了兩類抽樣點無碼間干擾的基帶形成網(wǎng)絡(luò)。其中，理想低通形成網(wǎng)絡(luò)的特點是頻譜窄，且頻帶利用率能夠達(dá)到理論上的的極限（2Bd/Hz），但缺點是波形“尾巴”衰減較慢，對定時要求比較嚴(yán)格，而且理想情況下的低通網(wǎng)絡(luò)是無法物理實現(xiàn)的。滾降低通形成網(wǎng)絡(luò)的波形“尾巴”衰減較快，但所需頻帶寬度增加了，使得頻帶利用率不能達(dá)到2Bd/Hz的極限。那么能否找到一種形成網(wǎng)絡(luò)，使其頻帶利用率能達(dá)到2Bd/Hz的極限，而且沖激響應(yīng)波形的“尾巴”衰減又較快？奈奎斯特第二準(zhǔn)則說明：有控制地在某些碼元的抽樣時刻引入碼間干擾，而在其余碼元的抽樣時刻無碼間干擾，就能使頻帶利用率達(dá)到理論上的最大值，同時又可降低對定時精度的要求。通常把滿足奈奎斯特第二準(zhǔn)則的波形稱為部分響應(yīng)波形，利用部分響應(yīng)波形進行傳送的基帶傳輸系統(tǒng)稱為部分響應(yīng)系統(tǒng)。(2)第一類部分響應(yīng)系統(tǒng)部分響應(yīng)系統(tǒng)的形成波形是兩個或兩個以上在時間錯開的所組成，例如第一類部分響應(yīng)系統(tǒng)的合成波表達(dá)式為此式在分母通分之后將出現(xiàn)t^2項，即波動衰減是隨著而增加，從而加快了響應(yīng)波形的前導(dǎo)和后尾的衰減，其波形如圖2-13所示。雖然合成波解決了波形的定時精度的問題，但是它引入了相鄰碼元間的在抽樣時刻的干擾。例如，從圖2-13中可以看出，假設(shè)按碼元間隔T來發(fā)送和抽樣，波形在0與T時刻都等于1（歸一化值），在其它處為零，即存在碼間干擾。但是可以看出，這種碼間干擾是固定的，即如果已知前一碼元發(fā)送的是“1”碼，則對本碼元抽樣時刻有一個固定為1的影響；如果已知前一碼元為“0”碼，則對本碼元無影響。所以這種有控的、固定的碼間干擾，在收端是可以消除的。下面仍以第一類部分響應(yīng)系統(tǒng)為例，分析其幅頻特性，如圖2-14所示。

常見的部分響應(yīng)系統(tǒng)分別命名為第一、二、三、四和五類部分響應(yīng)系統(tǒng)，如表2-1所示，目前應(yīng)用最廣的是第一類和第四類部分響應(yīng)系統(tǒng)。從前述討論可知，部分響應(yīng)系統(tǒng)有如下特點：有碼間干擾，但是固定的，在接收端可以消除；頻帶利用率能達(dá)到的極限；形成波形的前導(dǎo)和后尾衰減較快，降低了對收端定時的精度要求；物理上可實現(xiàn)；接收信號電平數(shù)大于發(fā)送信號電平數(shù)，抗干擾性能要差一些。

2.2.3時域均衡1.時域均衡的作用在實際基帶傳輸系統(tǒng)中，總的傳輸特性一般不能完全滿足理想的波形傳輸無失真條件，這種情況會引起碼間干擾。當(dāng)碼間干擾嚴(yán)重時，要采用均衡器對系統(tǒng)的傳遞特性進行修正。均衡器的實現(xiàn)可以采用頻域均衡方式，也可采用時域均衡方式。頻域均衡是在頻域上進行的，其基本思路是利用幅度均衡器和相位均衡器來補償傳輸系統(tǒng)幅頻特性和相頻特性的不理想，以達(dá)到所要求的理想形成波形，從而消除碼間干擾。時域均衡是在時域上進行的，其基本思路是消除接收的時域信號波形的取樣點處的碼間干擾，并不要求傳輸波形的所有細(xì)節(jié)都與奈氏準(zhǔn)則所要求的理想波形完全一致。因此可以利用接收波形本身來進行補償以消除取樣點的碼間干擾，提高判決的可靠性。時域均衡較頻域均衡更直接，更直觀，是實際數(shù)據(jù)傳輸中所使用的主要方法。2.時域均衡的基本原理時域均衡的常用方法是在基帶傳輸系統(tǒng)的接收濾波器之后（見圖2-6），加入一個可變增益的多抽頭橫截濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖2-15所示。它是由多級抽頭遲延線、可變增益電路和求和器組成的線性系統(tǒng)。從圖2-15可以看出，是經(jīng)過系統(tǒng)后非理想的形成波形，而橫截濾波器是利用接收波形本身來進行補償以消除抽樣點的碼間干擾，提高判決的可靠性，其輸出可表示為2.2.4數(shù)據(jù)序列的擾亂與解擾1.擾亂與解擾的作用在前面的討論中，我們都假定數(shù)據(jù)序列是隨機的，但有時有一些特殊情況，如一段短時間的連“0”或連“1”和一些短周期的確定性數(shù)據(jù)序列等，這時的數(shù)據(jù)序列對一個傳輸期間來說就不是隨機的了，這樣的數(shù)據(jù)信號對傳輸系統(tǒng)是不利的。這主要是由于：可能產(chǎn)生交調(diào)串音。短周期或長“0”、長“1”序列具有很強的單頻分量，這些單頻可能與載波或已調(diào)信號產(chǎn)生交調(diào)，造成對相鄰信道數(shù)據(jù)信號的干擾；可能造成傳輸系統(tǒng)失步。長“0”或長“1”序列可能造成接收端提取定時信息困難，不能保證系統(tǒng)具有穩(wěn)定的定時信號；可能造成均衡器調(diào)節(jié)信息丟失。時域均衡器調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)需要數(shù)據(jù)信號具有足夠的隨機性，否則可能導(dǎo)致均衡器中的濾波器發(fā)散而不能正常工作。綜上所述，要數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作，需要保證輸入數(shù)據(jù)序列的隨機性，為了做到這一點，在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中常在發(fā)送端首先對輸入數(shù)據(jù)序列進行擾亂。所謂擾亂，就是將輸入數(shù)據(jù)序列按某種規(guī)律變換成長周期序列，使之具有足夠的隨機性。經(jīng)過擾亂的數(shù)據(jù)序列通過系統(tǒng)傳輸后，在接收端再還原成原始的數(shù)據(jù)序列，這就需要在接收端進行擾亂的逆過程——解擾。2.擾亂和解擾的基本原理最有效的數(shù)據(jù)序列擾亂方法是用一個隨機序列與輸入數(shù)據(jù)序列進行邏輯加，這樣就能把任何輸入數(shù)據(jù)序列變換為隨機序列。擾亂器與解擾器原理如圖2-17所示。如圖2-17(a)所示輸入序列X與隨機序列S進行模2加處理后即可得擾亂序列Y，這時的Y就具有完全的隨機性。在接收端為恢復(fù)原數(shù)據(jù)序列還需進行解擾，如圖2-17(b)所示，解擾就是把接收的已擾序列再與相同的隨機序列S進行模2加處理后即可為恢復(fù)原數(shù)據(jù)序列。為了接收端的解擾，必須在接收端產(chǎn)生一個與發(fā)送端完全一致的，并在時間上同步的隨機序列。實際上完全隨機的序列是不能再現(xiàn)的。因此，我們只能產(chǎn)生近似的擾亂效果，即用偽隨機序列來代替完全隨機序列進行擾亂與解擾的作用。3.自同步擾亂器和解擾器圖2-18(a)給出一個由5級移位存儲器組成的擾亂器原理圖，圖2-18(b)為相應(yīng)的解擾器。圖中經(jīng)過一次移位，在時間上延遲一個碼元時間，用運算符號D表示。2.2.5數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的時鐘同步由前述討論可知，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送端送出的數(shù)據(jù)信號是等間隔、逐個傳輸?shù)模邮斩私邮諗?shù)據(jù)信號也必須是等間隔、逐個接收的。另外，為了消除碼間干擾和獲得最大判決信噪比也需在接收信號最大值時刻進行取樣。為滿足上述兩點要求，接收端就需要有一個定時時鐘信號，并且對定時時鐘信號的要求是：定時時鐘信號速率與接收信號碼元速率完全相同，并使定時時鐘信號與接收信號碼元保持固定的最佳相位關(guān)系。接收端獲得或產(chǎn)生符合這一要求的定時時鐘信號的過程稱為時鐘同步，或稱為位同步或比特同步。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中通常是采用時鐘提取的方法實現(xiàn)時鐘同步，時鐘提取的方法分為兩類：自同步法和外同步法，在基帶數(shù)據(jù)傳輸中，多數(shù)場合是采用自同步法。自同步法又稱內(nèi)同步法。它是直接從接收的基帶信號序列中提取定時時鐘信號的方法。采用自同步法，首先要了解接收到的數(shù)據(jù)碼流中是否有定時時鐘的頻率分量，即定時時鐘頻率的離散分量。如果存在這個分量，就可以利用窄帶濾波器把定時時鐘頻率信號提取出來，再形成定時信號。對某些情況，接收信號序列中不直接含有定時時鐘頻率分量，這時不能用窄帶濾波器直接提取，但經(jīng)過某種非線性處理后的接收信號序列就可以含有所需要的定時時鐘頻率的離散分量，這時就可以通過窄帶濾波器提取定時時鐘頻率信號，再經(jīng)形成獲得定時時鐘信號。自同步法的原理如圖2-19所示。如接收數(shù)據(jù)碼流中含有定時時鐘頻率離散分量，圖中的非線性處理電路可省略不用。圖2-19所示定時提取和形成電路較簡單，但當(dāng)傳輸信號幅度波動或數(shù)據(jù)序列中較長的連“1”或連“0”時，會使所提取的定時時鐘信號幅度變化使得定時時鐘信號相位不穩(wěn)定。另外，傳輸過程中信號序列瞬時中斷就會使定時時鐘信號丟失，造成失步。因此，在實際應(yīng)用中多采用鎖相環(huán)的方法，其原理如圖2-20所示。

加入鎖相環(huán)電路的作用是當(dāng)傳輸信號瞬時中斷或幅度衰減時，仍可維持有定時時鐘信號輸出，另外鎖相環(huán)電路還可以平滑或減少定時時鐘信號的相位抖動，提高定時信號的精度。2.3數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸2.3.1頻帶傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成頻帶傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別在于在發(fā)送端增加了調(diào)制，在接收端增加了解調(diào)，以實現(xiàn)信號的頻譜變換，調(diào)制和解調(diào)一起稱為Modem。圖2-21給出了頻帶傳輸系統(tǒng)的兩種基本結(jié)構(gòu)。如圖2-21(a)所示，數(shù)據(jù)信號經(jīng)發(fā)送低通基本上形成所需要的基帶信號，再經(jīng)調(diào)制和發(fā)送帶通形成信道可傳輸?shù)男盘栴l譜，送入信道。接收帶通除去信道中的帶外噪聲，將信號輸入解調(diào)器，接收低通的功能是除去解調(diào)中出現(xiàn)的高次產(chǎn)物并起基帶波形形成的功能，最后將恢復(fù)的基帶信號送入取樣判決電路，完成數(shù)據(jù)信號的傳輸。頻帶傳輸系統(tǒng)是在基帶傳輸?shù)幕A(chǔ)上實現(xiàn)的，如圖2-21(a)中，在發(fā)送端把調(diào)制和發(fā)送帶通兩個方框去掉，在接收端把接收帶通和解調(diào)兩個方框去掉就是一個完整的基帶傳輸系統(tǒng)。所以，實現(xiàn)頻帶傳輸仍然需要符合基帶傳輸?shù)幕纠碚?。實際上，從信號傳輸?shù)慕嵌龋粋€頻帶傳輸系統(tǒng)就相當(dāng)于一個等效的基帶傳輸系統(tǒng)。圖2-21(b)中沒有發(fā)送低通作基帶形成，是直接以數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制，但是在具體實現(xiàn)上是把發(fā)送低通的形成特性放在發(fā)送帶通中一起實現(xiàn)。即把發(fā)送低通的特性合在發(fā)送帶通特性中，最終實現(xiàn)的結(jié)果是送入信道，即圖中的4點所對應(yīng)的信號和頻譜特性與圖2-21(a)是完全一樣的。盡管沒有實際的發(fā)送低通，但發(fā)送低通的形成特性還是實現(xiàn)了，也是一個等效的基帶輸系統(tǒng)。所謂調(diào)制就是用基帶信號對載波波形的某些參數(shù)進行控制，使這些參量隨基帶信號的變而變化。用以調(diào)制的基帶信號是數(shù)字信號，所以又稱為數(shù)字調(diào)制。在調(diào)制解調(diào)器中都選擇正弦(或余弦)信號作為載波，因為正弦信號形式簡單、便于產(chǎn)生和接收。由于正弦(或余弦)信號有幅度、頻率、相位三種基本參量，因此，可以構(gòu)成數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)相和數(shù)字調(diào)頻三種基本調(diào)制方式，當(dāng)然也可以利用其中二種方式的結(jié)合來實現(xiàn)數(shù)字信號的傳輸，如數(shù)字調(diào)幅調(diào)相等，從而達(dá)到更好的特性。

2.3.2數(shù)字調(diào)幅以基帶數(shù)據(jù)信號控制一個載波的幅度，稱為數(shù)字調(diào)幅，又稱幅移鍵控，簡寫為ASK。1.二進制數(shù)字調(diào)幅(1)基本原理通常，二進制數(shù)字調(diào)幅（2ASK）信號的產(chǎn)生方法有兩種：相乘法和鍵控法，如圖2-22所示。相乘法是將基帶信號與載波相乘，而鍵控法是用基帶信號控制載波的開關(guān)電路，此時的已調(diào)信號一般稱為通斷鍵控信號（OOK）。(3)單邊帶和殘余邊帶調(diào)制2ASK信號具有兩個邊帶，并且兩個邊帶含有相同的信息。為了提高信道頻帶利用率，只需傳送一個邊帶就能實現(xiàn)信息傳遞。這樣就能使用普通濾波器切除一個邊帶分量，從而實現(xiàn)單邊帶傳輸，使頻帶利用率是雙邊帶傳輸?shù)膬杀?。然而從圖2-24和圖2-25來看，有些基帶信號含有豐富的低頻分量，需要在載頻處用尖銳截止的濾波器才能濾除其中一個邊帶，從而增加了濾波器的制作難度。實際中，在調(diào)制前要對基帶信號進行處理，目的是使其不含直流分量，同時低頻分量盡可能小。例如采用2.2中介紹的第四類部分響應(yīng)系統(tǒng)，如圖2-26所示，已調(diào)信號的功率譜在上、下邊帶之間有一個明顯的分界，且無離散譜分量。殘余邊帶調(diào)制是介于雙邊帶和單邊帶之間的一種調(diào)制方法，它是使已調(diào)雙邊帶信號通過一個殘余邊帶濾波器，使其雙邊帶中的一個邊帶的絕大部分和另一個邊帶的小部分通過，形成所謂的殘余邊帶信號。殘余邊帶信號所占的頻帶大于單邊帶，又小于雙邊帶，所以殘余邊帶系統(tǒng)的頻帶利用率也是小于單邊帶，大于雙邊帶的頻帶利用率，如圖2-27所示。2.多進制數(shù)字調(diào)幅多進制數(shù)字調(diào)幅（MASK）是利用多進制數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的幅度，在原理上可以看成是OOK方式在多進制上的推廣。其調(diào)制信號（單極性）和已調(diào)信號波形如所示。

由于MASK已調(diào)信號的幅度有M種可能的取值，與2ASK相比，MSK具有高效率的特點，即在相同的碼元速率下，多進制系統(tǒng)的信息傳輸速率是二進制系統(tǒng)的信息傳輸速率的倍，且可以證明MASK和2ASK已調(diào)信號的帶寬相同。但是多進制調(diào)幅的抗噪聲能力不強，要獲得和2ASK相同的誤碼率，需要增加系統(tǒng)的發(fā)送功率。目前，實用的多進制調(diào)幅形式有多進制殘留邊帶調(diào)制、多電平正交幅度調(diào)制等。

2.3.3數(shù)字調(diào)相以基帶數(shù)據(jù)信號控制載波的相位，稱為數(shù)字調(diào)相，又稱相移鍵控，簡寫為PSK。1.二進制數(shù)字調(diào)相(1)基本原理二進制數(shù)字調(diào)相（2PSK）是用載波的兩種相位來表示二進制的“1”和“0”，這種用載波的不同相位直接去表示基帶信號的方法，一般稱為絕對調(diào)相。根據(jù)CCITT（現(xiàn)為ITU-T）的建議，有A、B兩種相位變化方式，用矢量圖表示如圖2-30所示。二進制絕對調(diào)相信號的變換規(guī)則是：數(shù)據(jù)信號的“1”對應(yīng)于已調(diào)信號的相位；數(shù)據(jù)信號的“0”對應(yīng)于已調(diào)信號的相位，或反之。這里的和是以未調(diào)載波的作參考相位的。然而實際應(yīng)用中，絕對調(diào)相的參考相位會發(fā)生隨機轉(zhuǎn)移（例如變），稱為倒相現(xiàn)象，這會使解碼出來的“1”和“0”顛倒，而且接收端無法判斷是否已經(jīng)發(fā)生了倒相，于是一般不采用絕對調(diào)相方式，而采用相對（差分）調(diào)相方式。二進制相對調(diào)相信號的變換規(guī)則是：數(shù)據(jù)信號的“1”使已調(diào)信號的相位變化相位；數(shù)據(jù)信號的“0”使已調(diào)信號的相位變化相位，或反之。這里的和的變化以已調(diào)信號的前一碼元相位作參考相位的，即利用前后相鄰碼元的相對載波相位去表示基帶信號。如圖2-31所示一個典型基帶數(shù)據(jù)信號與相應(yīng)的2PSK信號的波形圖。（①相位變化規(guī)則采用A方式；②2DPSK中，參考相位為，相對（差分）碼變換公式為；③碼元速率與載波頻率相等）由圖2-31所示數(shù)字調(diào)相波形可以看出，數(shù)字調(diào)相信號的每一個碼元的波形，如果單獨來看就是一個初始相位為的數(shù)字調(diào)幅信號，如抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號就是二相絕對調(diào)相信號。故可知，數(shù)字調(diào)相信號功率譜密度就是載波頻率為的抑制載波的雙邊帶譜，與抑制載波的2ASK功率譜相同，也是雙邊帶調(diào)制。(2)2PSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)如前所述，2PSK信號與抑制載波的2ASK信號等效，因此，可以利用雙極性基帶信號通過乘法器與載波信號相乘得到2PSK信號，也可以通過相位選擇器來實現(xiàn)。圖2-32(a)給出的是一種用相位選擇法產(chǎn)生2PSK信號的原理框圖。圖2-32(a)所示，振蕩器產(chǎn)生，兩種不同相位的載波，如輸入基帶信號為單極性脈沖，當(dāng)輸入高電位“1”碼時，門電路1開通，輸出相位載波；當(dāng)輸入為低電位時，經(jīng)倒相電路可以使門電路2開通，輸出相位載波，經(jīng)合成電路輸出即為2PSK信號。圖2-32(b)為2PSK信號的解調(diào)電路原理框圖。2PSK信號的解調(diào)與4QAM方式一樣，需要用相干解調(diào)的方式，即需要恢復(fù)相干載波以用于與接收的已調(diào)信號相乘。由于2PSK信號中無載頻分量，無法從接收的已調(diào)信號中直接提取相干載波，所以一般采用倍頻/分頻法。首先將輸入2PSK信號作全波整流，使整流后的信號中含有頻率的周期波，再利用窄帶濾波器取出頻率的周期信號，再經(jīng)2分頻電路得到相干載波。最后經(jīng)過相乘電路進行相干解調(diào)即可得輸出基帶信號。但是，這種2PSK信號的解調(diào)存在一個問題，即2分頻器電路輸出存在相位不定性或稱相位模糊問題，如圖2-33所示。

當(dāng)二分頻器電路輸出的相位為或不定時，相干解調(diào)的輸出基帶信號就會存在0或1倒相現(xiàn)象，這就是二進制絕對調(diào)相方式不能直接應(yīng)用的原因所在。解決這一問題的方法就是采用相對調(diào)相，即2DPSK方式。(3)2DPSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)根據(jù)2DPSK信號和2PSK信號的內(nèi)在聯(lián)系，只要將輸入的基帶數(shù)據(jù)序列變換成相對序列，即差分碼序列，然后用相對序列去進行絕對調(diào)相，便可得到2DPSK信號，如圖2-34(a)所示。2DPSK相位比較法解調(diào)的波形變換過程如圖2-37所示。2.多進制數(shù)字調(diào)相在數(shù)字相位調(diào)制中，不僅可以采用二進制數(shù)字調(diào)制，還可以采用多進制相位調(diào)制（簡稱多相調(diào)相），即用多種相位或相位差來表示數(shù)字信息。如果把輸入二進制數(shù)據(jù)的每k個比特編成一組，則構(gòu)成所謂的k比特碼元。每一個k比特碼元都有種不同狀態(tài)，因而必須用種不同相位或相位差來表示。(1)四進制數(shù)字調(diào)相四進制數(shù)字調(diào)相（QPSK），簡稱四相調(diào)相，是用載波的四種不同相位來表征傳送的數(shù)據(jù)信息。在QPSK調(diào)制中，首先對輸入的二進制數(shù)據(jù)進行分組，將二位編成一組，即構(gòu)成雙比特碼元。對于k=2，則，對應(yīng)四種不同的相位或相位差。我們把組成雙比特碼元的前一信息比特用A代表，后一信息比特用B代表，并按格雷碼排列，以便提高傳輸?shù)目煽啃?。按國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，雙比特碼元與載波相位的對應(yīng)關(guān)系有兩種，稱為A方式和B方式，它們的對應(yīng)關(guān)系如表2-2所示，其矢量表示如圖2-38所示。2.3.4數(shù)字調(diào)頻用基帶數(shù)據(jù)信號控制載波的頻率，稱為數(shù)字調(diào)頻，又稱頻移鍵控(FSK)。下面以2FSK為例，介紹其基本原理。1.2FSK信號及功率譜密度(1)2FSK信號二進制移頻鍵控就是用二進制數(shù)字信號控制載波頻率，當(dāng)傳送“1”碼時輸出頻率；當(dāng)傳送“0”碼時輸出頻率。根據(jù)前后碼元載波相位是否連續(xù)，可分為相位不連續(xù)的移頻鍵控和相位連續(xù)的移頻鍵控，如圖2-41所示。(2)2FSK信號功率譜密度如前所述，相位不連續(xù)的2FSK信號是由兩個非抑制載波的2ASK信號合成，故其功率譜密度也是兩個不抑制載波的2ASK信號的功率譜密度的合成，如圖2-43所示（假設(shè)無發(fā)送低通，其作用由發(fā)送帶通完成，且僅是簡單的頻帶限制）。

2.2FSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)(1)2FSK信號的產(chǎn)生前述已說明，2FSK信號是兩個數(shù)字調(diào)幅信號之和，故此，2FSK信號的產(chǎn)生可用兩個數(shù)字調(diào)幅信號相加的辦法產(chǎn)生。如圖2-44所示，就是相位不連續(xù)的2FSK信號產(chǎn)生的原理圖。圖2-44(a)為相位不連續(xù)的2FSK信號產(chǎn)生的原理，利用數(shù)據(jù)信號的“1”和“0”分別選通門電路1和2，以分別控制兩個獨立的振蕩源f1和f2，并求和即可得到相位不連續(xù)的2FSK信號。圖2-44(b)為相位連續(xù)的2FSK信號產(chǎn)生的原理圖，利用數(shù)據(jù)信號的“1”和“0”的電壓的不同控制一個可變頻率的電壓控制振蕩器以產(chǎn)生兩個不同頻率的信號f1和f2，這時兩個頻率變化時相位就是連續(xù)的。(2)2FSK信號的解調(diào)這里討論兩種簡單的2FSK的解調(diào)方法，如圖2-45所示。圖2-45(a)是采用分路選通濾波器進行2FSK信號的非相干解調(diào)，當(dāng)2FSK信號的頻偏較大時，可以把2FSK信號當(dāng)作兩路不同載頻的2ASK信號接收。為此，需要兩個中心頻率分別為和的帶通濾波器，利用它們把代表“1”和“0”碼的信號分離開，得到兩個2ASK信號，再經(jīng)振幅檢波器得到兩個解調(diào)電壓，把這兩個電壓相減即可得到解調(diào)信號的輸出。這種解調(diào)方式要求有較大的頻偏指數(shù)，故這種解調(diào)方式的頻帶利用率較低。圖2-45(b)是采用鑒頻解調(diào)方法