數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

《數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識（134頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、9/29/20239/29/2023數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識本章內(nèi)容信道信道 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)差錯控制及檢錯差錯控制及檢錯19/29/20239/29/20231.1 基本概念基本概念數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)通信術(shù)語數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)通信術(shù)語數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)（Data）：傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。信息（信息（Information）：是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信號（信號（Signal）：數(shù)據(jù)的物理量編碼數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼）（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的，數(shù)據(jù)以信號的形式在介質(zhì)中傳播。形式在介質(zhì)中

2、傳播。模擬信號模擬信號、數(shù)字信號數(shù)字信號基帶基帶（Base band）、寬帶（、寬帶（Broad band）基帶傳輸是指在通信電纜上原封不動地傳輸由計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)通信終端產(chǎn)生的0或1數(shù)字脈沖信號。大多數(shù)局域網(wǎng)(LAN)使用的都是基帶傳輸。直接使用數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)字信號幾乎要占用整個頻帶。頻帶越寬，傳輸線路的電容電感等對傳輸信號波形衰減的影響越大?；鶐鬏?shù)木嚯x一般不超過2km，超過時(shí)需通過稱為中繼器的設(shè)備對信號進(jìn)行放大，以延長傳輸距離。寬帶傳輸是指傳輸介質(zhì)在信息傳輸時(shí)能夠支持較寬的頻帶，一般在300MHz400MHz左右。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將此頻帶分割成若干個子頻帶，通過使用多路復(fù)用方法，在一個信

3、道中可以同時(shí)傳播聲音、圖像和數(shù)據(jù)多種信息，使系統(tǒng)具有多種用途。29/29/20239/29/2023數(shù)據(jù)、信息 信息是人對現(xiàn)實(shí)世界事物存在方式或運(yùn)動狀態(tài)的某種認(rèn)識;數(shù)據(jù)是把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式;信號是數(shù)據(jù)的具體的物理表現(xiàn)。39/29/20239/29/2023數(shù)據(jù)通信的基本概念雪六角形涼白色信息數(shù)據(jù)信號例子 49/29/20239/29/2023數(shù)據(jù)通信的基本概念信息：人對雪花和馬的認(rèn)識數(shù)據(jù)：文字，二進(jìn)制數(shù)，十進(jìn)制數(shù)信號：電壓，光，磁場強(qiáng)度59/29/20239/29/2023信道信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）。：傳送信息的線路（或通路）。比特（比特（bit）：即

4、一個二進(jìn)制位。比特率為每秒傳：即一個二進(jìn)制位。比特率為每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)（即輸?shù)谋忍財(cái)?shù)（即數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳送速率）。傳送速率）。碼元（碼元（Code cell）：時(shí)間軸上的一個信號編碼：時(shí)間軸上的一個信號編碼單元。單元。69/29/20239/29/2023同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識別碼元從何時(shí)開始同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識別碼元從何時(shí)開始 同步脈沖也可位于碼元的中部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)一個碼元也可有多個同步脈沖相對應(yīng)t碼元碼元1碼元碼元2碼元碼元3碼元碼元4碼元碼元5信號信號同步脈沖同步脈沖t79/29/20239/29/2023波特（波特（Bau

5、d）：碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?。波特率碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝弧２ㄌ芈蕿槊棵雮魉偷拇a元數(shù)（即信號傳送速率）。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：比特率、波特率和信號編碼級數(shù)的關(guān)系如下：Rbit=Rbaud log2M 上式中：上式中：M-信號的編碼級數(shù)，信號的編碼級數(shù)，Rbit-比特率比特率，Rbaud-波特率波特率一個信號往往可以攜帶多個二進(jìn)制位，所以在固定一個信號往往可以攜帶多個二進(jìn)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。話說，一個碼元中可以傳送多個比特。例如：當(dāng)

6、波特率為例如：當(dāng)波特率為9600時(shí)時(shí)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/s89/29/20239/29/2023誤碼率誤碼率：信道傳輸可靠性指標(biāo)，是一個概率值。：信道傳輸可靠性指標(biāo)，是一個概率值。傳輸中的誤碼傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)所傳輸?shù)目偞a數(shù)信息編碼信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。例如：例如：ASCII編碼、編碼、BCD編碼等編碼等數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法。：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法。例如：字符例如：字符A的的ASCII編碼為編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能，其數(shù)據(jù)編碼可能為為0100000

7、1t99/29/20239/29/2023帶寬（帶寬（Band width，BW）信道傳輸能力的度量。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）100 300 500 700 900頻率帶寬帶寬=900-100=800=900-100=800109/29/20239/29/2023在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般用每秒允許傳輸?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1千萬比特，它的帶寬為10Mb/s。在理解帶寬這個概念之前，我們首先來看一個公式：帶寬=時(shí)鐘頻率x總線位數(shù)/8，從公式中我們可以

8、看到，帶寬和時(shí)鐘頻率、總線位數(shù)是有著非常密切的關(guān)系的。其實(shí)在一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，不僅顯示器、內(nèi)存有帶寬的概念，在一塊板卡上，帶寬的概念就更多了，完全可以說是帶寬無處不在。那到底什么是帶寬呢？帶寬的意義又是什么？簡單的說，帶寬就是傳輸速率，是指每秒鐘傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MB/S），即每秒處理多少兆字節(jié)，高帶寬則意味著系統(tǒng)的高處理能力。為了更形象地理解帶寬、位寬、時(shí)鐘頻率的關(guān)系，我們舉個比較形象的例子，工人加工零件，如果一個人干，在大家單個加工速度相同的情況下，肯定不如兩個人干的多，帶寬就象是加工零件的總數(shù)量，位寬仿佛工人數(shù)量，時(shí)鐘工作頻率相當(dāng)于加工單個零件的速度，位寬越寬，時(shí)鐘頻率越高則總線帶寬越大

9、,其好處也是顯而易見的。119/29/20239/29/2023時(shí)延（時(shí)延（Delay）：信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。時(shí)間。時(shí)延時(shí)延=處理時(shí)延處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延排隊(duì)時(shí)延+發(fā)送時(shí)延發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延傳播時(shí)延處理時(shí)延處理時(shí)延=對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和錯誤校驗(yàn)所需的時(shí)間排隊(duì)時(shí)延排隊(duì)時(shí)延=數(shù)據(jù)在中間結(jié)點(diǎn)等待轉(zhuǎn)發(fā)的延遲時(shí)間發(fā)送時(shí)延發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)位數(shù)/信道帶寬傳播時(shí)延傳播時(shí)延=d/s d:距離，s:介質(zhì)中信號傳播速度(0.7c)129/29/20239/29/2023q延遲延遲q在每個步跳中產(chǎn)生的在每個步跳中產(chǎn)生的延遲可分為延遲可分為四四種種q處理時(shí)延處理時(shí)延:q校驗(yàn)

10、錯誤校驗(yàn)錯誤q確定輸出鏈路確定輸出鏈路q排隊(duì)時(shí)延排隊(duì)時(shí)延:q在輸出鏈路中等待被發(fā)送在輸出鏈路中等待被發(fā)送 q取決于路由器的擁塞程度取決于路由器的擁塞程度ABpropagationtransmissionnodalprocessingqueueing139/29/20239/29/2023發(fā)送時(shí)延發(fā)送時(shí)延:qR=鏈路帶寬鏈路帶寬(b/s)qL=分組長度分組長度(bits)q將分組位流發(fā)送到鏈路將分組位流發(fā)送到鏈路上的時(shí)間上的時(shí)間=L/R傳播時(shí)延傳播時(shí)延:qd=物理鏈路的長度物理鏈路的長度qs=介質(zhì)中的信號傳播速度介質(zhì)中的信號傳播速度(2x108 m/s)q傳播延遲傳播延遲=d/s注意注意:s 和

11、和 R 是完全不同是完全不同的兩個概念的兩個概念!ABpropagationtransmissionnodalprocessingqueueing149/29/20239/29/2023時(shí)延帶寬乘積：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100萬比特，這意味著第一個比特到達(dá)目的端時(shí)，源端已發(fā)送了100萬比特。信道信道帶寬帶寬傳播時(shí)延傳播時(shí)延管道體積管道體積=時(shí)延帶寬乘積時(shí)延帶寬乘積159/29/20239/29/2023往返時(shí)延（往返時(shí)延（Round-Trip Time，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(rèn)所經(jīng)歷的時(shí)間

12、RTT2傳播時(shí)延傳輸可靠性傳輸可靠性兩個含義：數(shù)據(jù)能正確送達(dá)數(shù)據(jù)能有序送達(dá)（當(dāng)采用分組交換時(shí)）169/29/20239/29/20231.數(shù)據(jù)通信的一般概念數(shù)據(jù)通信的一般概念通信的三個要素：通信的三個要素：信源信源、信宿信宿和和信道信道噪聲噪聲信源信源發(fā)送器發(fā)送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(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)男湃魏涡诺蓝疾皇峭昝罒o缺的，因此會對傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生干擾，稱為號產(chǎn)生干擾，稱為“噪聲噪聲”。外界：閃電、串?dāng)_、電氣設(shè)備外界：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)）內(nèi)部：介質(zhì)特性（衰減、延遲與頻率有關(guān)）179/29/2023

13、9/29/2023信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸過程信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸過程把攜帶把攜帶信息信息的的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用物理用物理信號信號形式通過信道傳送到目的地形式通過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信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸編碼編碼：數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號適合傳輸?shù)臄?shù)字信號便于同步、識別、糾錯便于同步、識別、糾錯調(diào)制調(diào)制：數(shù)字信號：數(shù)字信號適合傳輸?shù)男问竭m合傳輸?shù)男问桨搭l率、幅度、相位按頻率、幅度、相位解調(diào)解調(diào)：接收波形：接收波形數(shù)字信號數(shù)字信號解碼解碼：數(shù)字信號：數(shù)字信號原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號信號在信道上傳輸在信道上傳輸信號信號數(shù)據(jù)數(shù)

14、據(jù)信息信息數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)解碼01000001A01000001A信道信道189/29/20239/29/20232.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸線路傳輸線路有線介質(zhì)、無線介質(zhì)有線介質(zhì)、無線介質(zhì)傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備調(diào)制解調(diào)器、中繼器、多路復(fù)用器、交換機(jī)等調(diào)制解調(diào)器、中繼器、多路復(fù)用器、交換機(jī)等調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備也稱為調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備也稱為DCE（Data Circuit Equipment）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)、終端等：計(jì)算機(jī)、終端等又分為：又分為：源系統(tǒng)（信源發(fā)送器）：發(fā)出數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)源系統(tǒng)（信源發(fā)送器）：

15、發(fā)出數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)目的系統(tǒng)（信宿接收器）：接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)目的系統(tǒng)（信宿接收器）：接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)、終端等設(shè)備也稱為計(jì)算機(jī)、終端等設(shè)備也稱為DTE（Data Terminal Equipment）DCEDTEDTEDCE199/29/20239/29/2023數(shù)據(jù)通信基本過程數(shù)據(jù)通信基本過程5個階段個階段包含兩項(xiàng)內(nèi)容：包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸和和通信控制通信控制 過程過程 與打電話比較與打電話比較建立物理連接建立物理連接 撥號，撥通對方撥號，撥通對方 建立邏輯連接建立邏輯連接 互相確認(rèn)身份互相確認(rèn)身份數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 互相通話互相通話斷開邏輯連接斷開邏輯連接 互相確認(rèn)要結(jié)束通話互相確

16、認(rèn)要結(jié)束通話斷開物理連接斷開物理連接 雙方掛機(jī)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個階段。209/29/20239/29/20231.2 信道及其主要特征信道及其主要特征1.數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信道數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道。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)局域網(wǎng)模擬信道模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。的信道。CATV、無線電廣播無線電廣播、電話撥號線路電話撥號線路2

17、19/29/20239/29/2023模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬信號模擬信號時(shí)間上連續(xù)，包含無窮多個信號值時(shí)間上連續(xù)，包含無窮多個信號值數(shù)字信號數(shù)字信號時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是時(shí)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二值信號ta）模擬信號tb）數(shù)字信號229/29/20239/29/2023周期信號和非周期信號周期信號和非周期信號周期信號周期信號信號由不斷重復(fù)的固定模式組成信號由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）（如正弦波）非周期信號非周期信號信號沒有固定的模式和波形循環(huán)信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）（如語音的音波信號）。tT

18、TTtTTT周周期期信信號號非非周周期期信信號號tt239/29/20239/29/2023數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信數(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)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理易于加密、保密性強(qiáng)易于加密、保密性強(qiáng)可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計(jì)算機(jī)通

19、信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，計(jì)算機(jī)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)。如通過電話線撥號上網(wǎng)。249/29/20239/29/20232.信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率Nyquist公式公式：用于無噪聲理想低通信道用于無噪聲理想低通信道Nyquist公式為公式為估算已知帶寬信道的最高數(shù)估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率據(jù)傳輸速率提供了依據(jù)。提供了依據(jù)。例如，話音級線路的帶例如，話音級線路的帶 寬約為寬約為3.1kHz，根據(jù)上根據(jù)上 式計(jì)算的信道最大數(shù)據(jù)式計(jì)算的信道最大數(shù)據(jù) 傳輸率如右表所示傳輸率如右表所示C=2W log2 MC =數(shù)據(jù)傳輸率，單

20、位數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/s W=帶寬，單位帶寬，單位HzM=信號編碼級數(shù)信號編碼級數(shù)M 最大數(shù)據(jù)率最大數(shù)據(jù)率26200b/s412400b/s818600b/s1624800b/s3231000b/s259/29/20239/29/2023非理想信道非理想信道實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗損耗引起信號強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比信噪比S/N降低降低。延遲延遲會使接收端的信號產(chǎn)生畸變信號產(chǎn)生畸變。噪聲噪聲會破壞信號，產(chǎn)生誤碼破壞信號，產(chǎn)生誤碼。例如：數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s時(shí)，持續(xù)時(shí)間0.01s的干擾會破壞約560個比特。269/29/20239/29/2023

21、Shannon公式公式：用于有噪聲干擾信道用于有噪聲干擾信道例：信道帶寬例：信道帶寬W=3.1kHz，S/N=2000，則則 C=3100log2（1+2000）34kb/s 即該信道上的最大數(shù)據(jù)傳輸率不會大于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=W log2（1+S/N）C:傳輸率，單位傳輸率，單位b/sW:帶寬，單位帶寬，單位HzS/N:信噪比信噪比279/29/20239/29/2023Nyquist公式和公式和Shannon公式的比較公式的比較C=2W

22、log2M用于理想信道（這樣的信道存在嗎？）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。數(shù)據(jù)傳輸率隨信號編碼級數(shù)增加而增加。C=W log2（1+S/N）用于有噪聲信道（實(shí)際的信道總是有噪聲用于有噪聲信道（實(shí)際的信道總是有噪聲?。。o論信號編碼級數(shù)增加到多少，此公式給出了有無論信號編碼級數(shù)增加到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。噪聲信道可能達(dá)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)不可能無限增加原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。289/29/20239/29/20233.通信網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)的連接方式通信網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)的連接方

23、式點(diǎn)-點(diǎn)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(jī)多點(diǎn)連接299/29/20239/29/20234.串行通信與并行通信串行通信與并行通信串行通信串行通信指數(shù)據(jù)流一位一位地傳送，從發(fā)送端到接收端只要一根傳指數(shù)據(jù)流一位一位地傳送，從發(fā)送端到接收端只要一根傳輸線即可，易于實(shí)現(xiàn)。輸線即可，易于實(shí)現(xiàn)。并行通信并行通信是一次同時(shí)傳送一個字節(jié)（字符）是一次同時(shí)傳送一個字節(jié)（字符）,即即8個碼元。并行傳送個碼元。并行傳送傳輸速率高，但傳輸設(shè)備要增加傳輸速率高，但傳輸設(shè)備要增加7倍，一般用于近距離范圍要求快速倍，一般用于近距離范圍要求快速傳送的地方傳送的地方.如計(jì)算機(jī)與輸出設(shè)備打印機(jī)如計(jì)算機(jī)與輸

24、出設(shè)備打印機(jī) 的通信一般是采用并行傳送。的通信一般是采用并行傳送。串行傳送雖然速率低，但節(jié)省設(shè)備，是目前主要采用的一種傳串行傳送雖然速率低，但節(jié)省設(shè)備，是目前主要采用的一種傳 輸方輸方式，特別是在遠(yuǎn)程通信中一般采用串行通信方式。式，特別是在遠(yuǎn)程通信中一般采用串行通信方式。309/29/20239/29/20235.數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式單單/雙工通信雙工通信單單/雙向傳輸雙向傳輸單工單工：數(shù)據(jù)單向傳輸：數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）（例：無線電廣播）半雙工半雙工：數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同：?shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏敚荒茉谕粫r(shí)刻雙向傳輸一時(shí)刻雙向傳輸（例：對講機(jī)）（例：對講機(jī)）全雙工全

25、雙工：數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸：數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話）（例：電話）需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；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信道，分別用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。于不同方向的信號傳輸。319/29/20239/29/2023發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器單工方式：單工方式：半雙工方式：半雙工方式：全雙工方式：全雙工方式：A站站B站站可同時(shí)不可同時(shí)329/29/20239/29/2023基帶基帶/頻帶頻帶/寬帶傳

26、輸寬帶傳輸基帶傳輸基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸頻帶傳輸：數(shù)字信號調(diào)制成音頻：數(shù)字信號調(diào)制成音頻(:20Hz-20KHz)模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。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)例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸寬帶傳輸：把信號調(diào)制成頻帶為幾十：把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾到幾百百M(fèi)HZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。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例如：閉路電視的信號傳輸339/29/202

27、39/29/2023DNS寫入脈沖讀出脈沖緩沖存儲器數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)字網(wǎng)示意圖從輸入數(shù)字碼流中提取本局時(shí)鐘在通信信號的傳輸過程中，在通信信號的傳輸過程中，同步是十分重要的，如果同步是十分重要的，如果不能同步，就會在數(shù)字交不能同步，就會在數(shù)字交換機(jī)的緩存器中產(chǎn)生信息換機(jī)的緩存器中產(chǎn)生信息比特的溢出和取空，導(dǎo)致比特的溢出和取空，導(dǎo)致數(shù)字流的滑動損傷，造成數(shù)字流的滑動損傷，造成數(shù)據(jù)出錯。數(shù)據(jù)出錯。349/29/20239/29/2023數(shù)據(jù)同步方式數(shù)據(jù)同步方式目的是使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致：目的是使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致：同步脈沖頻率同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束數(shù)據(jù)從什

28、么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束位邊界位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實(shí)現(xiàn)同步：數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實(shí)現(xiàn)同步：位位位同步位同步字符字符字符同步字符同步幀幀(Frame)幀同步幀同步359/29/20239/29/2023位同步位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都與：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，發(fā)送端保持同步，2種同步方法：種同步方法：外同步外同步發(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(shí)鐘脈沖頻率。收到的同步信號來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。自同步自同步通過特殊編碼（如曼徹斯特

29、編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號通過特殊編碼（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(shí)鐘脈沖頻率。己的時(shí)鐘脈沖頻率。369/29/20239/29/2023在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時(shí)鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示1，從低到高跳變表示0。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，而用每位開始時(shí)有無跳變表示0或1，有跳變?yōu)?，無跳變?yōu)?。379/29/20239/29/2023字符同步字符同步：找到正確的字符邊界。：找到正確的字符邊界。常用的為

30、起止式（異步式）。在這種方式中，每個字常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要：符的傳輸需要：1個起始位、個起始位、58個數(shù)據(jù)位、個數(shù)據(jù)位、1、1.5或或2個停止位個停止位采用這種同步方式的通信也稱采用這種同步方式的通信也稱“異步通信異步通信”。起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：頻率的漂移不會積累，每個字符開始時(shí)都會重新獲得同步；頻率的漂移不會積累，每個字符開始時(shí)都會重新獲得同步；每兩個字符之間的間隔時(shí)間不固定；每兩個字符之間的間隔時(shí)間不固定；增加了輔助位，所以傳輸效率低；增加了輔助位，所以傳輸效率低；例如，采用例如，采用1個起始位、個起始位、8個數(shù)據(jù)位、個數(shù)據(jù)位、2個停止位時(shí)

31、，其傳輸效個停止位時(shí)，其傳輸效率為率為8/1173起始位起始位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位停止位停止位字符間隔不固定字符間隔不固定1個字符時(shí)間個字符時(shí)間邏輯邏輯“0”邏輯邏輯“1”389/29/20239/29/2023幀同步幀同步：識別一個幀的起始和結(jié)束：識別一個幀的起始和結(jié)束。幀（幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位包含數(shù)據(jù)和包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊控制信息的數(shù)據(jù)塊面向字符面向字符的的以同步字符（以同步字符（SYN，16H）來標(biāo)識一個來標(biāo)識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH，即，即01111

32、110）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀來標(biāo)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀幀起始起始控制信息控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀幀結(jié)束結(jié)束校驗(yàn)和校驗(yàn)和0 n bit8bit8bit8-32m7EH7EH399/29/20239/29/20231.3 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)l磁介質(zhì)磁介質(zhì)高帶寬、低費(fèi)用、高帶寬、低費(fèi)用、高延時(shí)（小時(shí)）高延時(shí)（小時(shí)）在通信在通信中很少使用中很少使用 l金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體雙絞線、雙絞線、同軸電纜同軸電纜(粗、細(xì)粗、細(xì))l光纖光纖l無線介質(zhì)無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線409/29/20239/29/2023雙絞線雙絞線（Twist Pair，T

33、P）-螺旋絞合的雙導(dǎo)線螺旋絞合的雙導(dǎo)線-每根每根4對、對、25對、對、1800對對-典型連接距離典型連接距離100m（LAN）-RJ45插座、插頭插座、插頭-優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：成本低成本低 組裝密度高、節(jié)省空間組裝密度高、節(jié)省空間 安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般抗干擾性一般 連接距離短連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)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)體芯線內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣絕緣內(nèi)屏蔽內(nèi)屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套419/29/20239/29/2023雙絞線（TwistedPair）雙絞線減少相互間的干擾電纜常常包括多對雙絞線

34、雙絞線分為兩類：屏蔽雙絞線STP（ShieldedTwistedPair）非屏蔽雙絞線UTP（UnshieldedTwistedPair）3類UTP：常用來傳輸話音5類UTP：可以100Mbps傳輸數(shù)據(jù)超5類UTP：支持的數(shù)據(jù)速率更高429/29/20239/29/2023物理層中的傳輸媒體(a)Category3UTP.(b)Category5UTP.雙絞線439/29/20239/29/2023物理層中的傳輸媒體雙絞線449/29/20239/29/2023平行線的噪聲干擾平行線的噪聲干擾459/29/20239/29/2023雙絞線的噪聲干擾雙絞線的噪聲干擾469/29/20239/29

35、/2023雙絞線小結(jié) 一般在一根線內(nèi)有多對，常在21800對之間；雙絞線分為：UTP（非屏蔽雙絞線）成本低，安裝容易，易受外部 或附近雙絞線的干撓；STP（屏蔽雙絞線）：在線的外層加上金屬包層來屏蔽 外界的干撓，成本高，安裝難度大；根據(jù)1995年的電子工業(yè)協(xié)會EIA公布的標(biāo)準(zhǔn)EIA-586-A，其中100的3類UTP和5類UTP，STP是150，其中CAT3和CAT5的區(qū)別在于旋絞次數(shù)，CAT5一般是34次/英寸，而CAT3則是34次/英尺；479/29/20239/29/2023489/29/20239/29/2023UTP的主要性能參數(shù)和用途499/29/20239/29/2023EIA/

36、TIA 568B EIA/TIA 568B 的標(biāo)準(zhǔn)雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)雙絞線腳位12345678顏色白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕10BaseT/100 BaseT 腳位菜單腳腳 位位功功 能能簡簡 稱稱1傳輸數(shù)據(jù)正極（Transmit Data+）TX+2傳輸數(shù)據(jù)負(fù)極（Transmit Data-）TX-3接收數(shù)據(jù)正極（Receive Data+）RX+4未使用5未使用6接收數(shù)據(jù)負(fù)極（Receive Data-）RX-7未使用8未使用509/29/20239/29/20239/29/2023雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合 從性價(jià)比和可維護(hù)性出發(fā)，大多數(shù)局域網(wǎng)使用非

37、屏蔽雙絞線(UTPUnshieldedTwistedPair)作為布線的傳輸介質(zhì)來組網(wǎng)。網(wǎng)線由一定距離長的雙絞線與網(wǎng)線由一定距離長的雙絞線與RJ45頭組成。頭組成。雙絞線雙絞線RJ45頭頭519/29/20239/29/20239/29/2023雙絞線做法有兩種國際標(biāo)準(zhǔn)：雙絞線做法有兩種國際標(biāo)準(zhǔn)：EIA/TIA568A和EIA/TIA568B如圖：雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合 529/29/20239/29/20239/29/2023雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合 T568A標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)和T568B標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)線線

38、序序表表539/29/20239/29/20239/29/2023雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合 雙絞線的連接方法：雙絞線的連接方法：直通線纜和交叉線纜。直通線纜直通線纜的水鏡頭兩端都遵循568A或568B標(biāo)準(zhǔn)，雙交線的每組線在兩端是一一對應(yīng)的，顏色相同的在兩端水晶頭的相應(yīng)槽中保持一致。它主要用在交換機(jī)（或集線器）Uplink口連接交換機(jī)（或集線器）普通端口或交換機(jī)普通端口連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡上。549/29/20239/29/20239/29/2023雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合 交叉線纜交叉線纜的水晶頭一端遵循

39、568A，而另一端則采用568B標(biāo)準(zhǔn)，即A水晶頭的1、2對應(yīng)B水晶頭的3、6，而A水晶頭的3、6對應(yīng)B水晶頭的1、2，它主要用在交換機(jī)（或集線器）普通端口連接到交換機(jī)（或集線器）普通端口或網(wǎng)卡連網(wǎng)卡上。559/29/20239/29/2023水晶頭的八根針腳的定義（拿著水晶頭，頭部朝向自己，塑料彈片朝下，從右到左依次為1、2、3、4、5、6、7、8）569/29/20239/29/20239/29/2023雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合 網(wǎng)線的制作：網(wǎng)線的制作：主要用到的工具RJ-45工具工具鉗鉗579/29/20239/29/20239/29/202

40、3雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合雙絞網(wǎng)線的正線反線制作方法及應(yīng)用場合 測線器的使用測線器的使用 網(wǎng)線測試儀網(wǎng)線測試儀在把水晶頭的兩端都做好后即可用網(wǎng)線測試儀進(jìn)行測試，如果測試儀上8個指示燈都依次為綠色閃過，證明網(wǎng)線制作成功。如果出現(xiàn)任何一個燈為紅燈或黃燈，都證明存在斷路或者接觸不良現(xiàn)象。注：注：直通線測試儀上的燈應(yīng)該是依次順序的亮。交叉雙絞線那測試儀的一段的閃亮順序應(yīng)該是3、6、1、4、5、2、7、8。589/29/20239/29/2023光纖光纖（Optical Fiber）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：傳輸帶寬高：傳

41、輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（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，保密性好抗干擾性能極好、誤碼率低，保密性好輕便輕便價(jià)格較高價(jià)格較高需要光電轉(zhuǎn)換需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：纖芯材料：塑料塑料二氧化硅二氧化硅 （高純玻璃）（高純玻璃）599/29/20239/29/2023光纖（OpticalFiber）光纖傳送電信號的過程單模光纖：直線，距離更長，數(shù)據(jù)速率更高多模光纖：折射609/29/20239/29/2023光纖 光纖是寬帶網(wǎng)絡(luò)中多種傳輸媒介中最理想的一種，它的特點(diǎn)是傳輸容量大，傳輸質(zhì)量好，損耗小，中繼距離長等

42、。而光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成如圖所示：619/29/20239/29/2023光纖的組網(wǎng)范例629/29/20239/29/2023光纖物理特性 物理成份：5100um芯，超純 SiO2，成本高，生產(chǎn)工藝難度大，傳輸距離遠(yuǎn)；多塑纖維，成本低，但傳輸距離短 構(gòu)成：根據(jù)光纖的波長分為多模和單多模光纖；多模是光線沿著光纖以多種角度不斷被包層反射而向前傳播，多模指反射角的多樣性；其波長為0.85um，單模是指光纖的芯縮小到與波長相當(dāng)，此時(shí)相當(dāng)于光沿直線在光纖的軸芯上傳播。單模光纖由于減少了反射過程中光能量被包層材料吸收，故損耗小，能傳輸?shù)母h(yuǎn)；但由于要把光纖的芯拉的更細(xì)；1.3um，所以工藝難度大，成本高。

43、（光纖芯直徑是單模8.3um，多模是50um和 62.5um兩種）速度：2.4G，5G，10G在推廣，20G正在研制，無中繼達(dá)20Km以上；影響光纖的因素：衰減和色散639/29/20239/29/2023傳輸原理 用10141015HZ的光，利用光的折射和全反射原理;折射率作為衡量它的一個標(biāo)準(zhǔn)。其定義為：cos(a)/cos(b)649/29/20239/29/2023利用不同的介質(zhì)密度的差異，引起全反射659/29/20239/29/2023傳輸過程 電信號驅(qū)動器光源光纖信號（光纖）光檢波器放大器電信號 發(fā)送端：發(fā)光二極管LED，可見光，多模；注入型激光二極管ILD，激勵性電效應(yīng)，單模，昂

44、貴，有穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài) 接收端：光檢測 PIN檢測器，PN結(jié)中加純硅，價(jià)格低，靈敏度低 APP檢測器，雪崩光電二極管，靈敏度高 光調(diào)制：ASK調(diào)制，復(fù)用技術(shù)（WDM，DWDM）光纖傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：輕便、低衰減和大容量669/29/20239/29/2023傳輸模式傳輸模式ModeSinglemodeStep-indexMultimodeGraded-index679/29/20239/29/2023傳輸模式傳輸模式-多模突變多模突變Multimode step-index fiber689/29/20239/29/2023傳輸模式傳輸模式-多模漸變多模漸變Multimode graded-index

45、fiber699/29/20239/29/2023傳輸模式傳輸模式-單模單模Single-mode fiber709/29/20239/29/2023同軸電纜同軸電纜（Coaxial Cable）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜計(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)）應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：性能：10Mb/s，500米米/185米米銅芯銅芯絕緣層絕緣層外導(dǎo)體外導(dǎo)體屏蔽層屏蔽層保護(hù)套保護(hù)套719/29/20239/29/2023無線介質(zhì)無線介質(zhì)（信號在大氣或外層空間自由傳播）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使用電磁波或光波攜帶

46、信息優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：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主要類型：無線電、地面微波通信衛(wèi)星紅外線729/29/20239/29/2023無線電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)域基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站基站 用戶計(jì)算機(jī)和終端用戶計(jì)算機(jī)和終端739/29/20239/29/2023地面微波地面微波通過地面站之間接力傳送通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：接力站之間距離：50-100 km速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地球地球地球地球地面站之間的直視線路地面站之間的直視線路 微

47、波傳送塔微波傳送塔749/29/20239/29/2023地球同步衛(wèi)星地球同步衛(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(shí)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公里公里地球地球759/29/20239/29/2023常用傳輸常用傳輸介質(zhì)介質(zhì)的比較的比較（p46表表2.1）傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸方式傳輸方式速率速率/工作頻帶工作頻帶傳輸距離傳輸距離性能性能價(jià)格價(jià)格應(yīng)用應(yīng)用雙絞線雙絞線寬帶寬帶基帶基帶1Gb/s模擬模擬:10km數(shù)字?jǐn)?shù)字:500m較好較好低低模擬模擬/數(shù)字?jǐn)?shù)字信號傳輸信號傳輸50同軸電纜同軸電纜基帶基帶10Mb/s3km較好較好

48、較低較低基帶數(shù)字信基帶數(shù)字信號號75同軸電纜同軸電纜寬帶寬帶450MHz100km較好較好較低較低模擬電視、模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻數(shù)據(jù)及音頻光纖光纖基帶基帶40Gb/s20km以上以上很好很好較高較高遠(yuǎn)距離高速遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸微波微波寬帶寬帶4-6GHz幾百幾百km好好中等中等遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星衛(wèi)星寬帶寬帶1-10GHz18000km很好很好高高遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信769/29/20239/29/20231.4 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有有4種情況：種情況：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號信號：模擬信號：模

49、擬信號 數(shù)字信號數(shù)字信號 信道信道：模擬信道：模擬信道 數(shù)字信道數(shù)字信道779/29/20239/29/2023模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)話音話音移頻移頻,調(diào)制調(diào)制模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬模擬模擬PCM編碼編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制調(diào)制789/29/20239/29/2023編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制調(diào)制

50、：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號x(t)g(t)數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼編碼與解碼數(shù)字信道數(shù)字信道數(shù)字信道數(shù)字信道發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方g(t)編碼編碼解碼解碼799/29/20239/29/2023調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)模擬信號模擬信號模擬信號模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道模擬信道模擬信道模擬信道發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方調(diào)制調(diào)制解調(diào)制解調(diào)制809/29/2

51、0239/29/20231.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號常見的有兩類：常見的有兩類：不歸零碼和曼徹斯特編碼不歸零碼和曼徹斯特編碼不歸零碼（不歸零碼（NRZ，Non-Return to Zero）二進(jìn)制數(shù)字二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；分別用兩種電平來表示；常用常用5V表示表示1，5V表示表示0；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容存在直流分量，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。不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使

52、用外同步。819/29/20239/29/2023曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼（Manchester Coding）用電壓的變化表示用電壓的變化表示0和和1。規(guī)定在規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變每個碼元的中間發(fā)生跳變：高高低的跳變代表低的跳變代表0，低，低高的跳變代表高的跳變代表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。這種化提取出來作為同步信號。這種編碼也稱為自編碼也稱為自同步碼（同步碼（Self-Synchronizing Code）。）。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率據(jù)速率的

53、的2倍）。倍）。差分曼徹斯特編碼（差分曼徹斯特編碼（Differential）每個碼元的中間每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。仍要發(fā)生跳變。用用碼元開始處碼元開始處有無跳變來表示有無跳變來表示0和和1，有跳變代，有跳變代表表0，無跳變代表，無跳變代表1。829/29/20239/29/2023三種數(shù)字編碼的波形圖三種數(shù)字編碼的波形圖0 01 10 00 01 11 10 00 00 01 11 1 時(shí)鐘時(shí)鐘時(shí)鐘時(shí)鐘NRZNRZManchesterManchester差分差分差分差分ManchesterManchester839/29/20239/29/20232.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制使數(shù)字?jǐn)?shù)

54、據(jù)能在模擬信道上傳輸使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸三種常用的調(diào)制技術(shù)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(jìn)行調(diào)制。原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。載波信號載波信號 S(t)=Acos(t+)S(t)的參量包括：的參量包括：幅度幅度A、頻率頻率 、初相位初相位 調(diào)制就是要調(diào)制就是要使使A、或或 隨數(shù)字基帶信號的變化而變化隨數(shù)字基帶信號的變化而變化849/29/20239/29/2023ASK：用載波的兩個不同

55、振幅表示用載波的兩個不同振幅表示0和和1FSK：用載波的兩個不同頻率表示用載波的兩個不同頻率表示0和和1PSK：用載波的起始相位的變化表示用載波的起始相位的變化表示0和和10 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 0ASKASKFSKFSKPSKPSK859/29/20239/29/20233.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸采樣定理：采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為如果模擬信號的最高頻率為F，若以若以2F的采樣頻率對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其采樣，則從采樣得到的離散信

56、號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。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：數(shù)字信號。三個步驟：采樣采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣量化量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼編碼：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號稱為編碼后的信號稱為PCM信號（脈碼調(diào)制信號（脈碼調(diào)制,Pulse Coded Modulation）。）。869/29/20239/29

57、/2023語音信號的數(shù)字化語音信號的數(shù)字化語音帶寬語音帶寬f2倍語音最大頻率）倍語音最大頻率）樣本量化級數(shù)：樣本量化級數(shù)：256級（級（8bit/每樣本）每樣本）數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率：8000次次/s*8bit=64kb/s每路每路PCM信號的速率信號的速率=64kb/s模擬模擬模擬模擬語音信號語音信號語音信號語音信號采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘PCM PCM 信號信號信號信號采樣電路采樣電路量化和編碼量化和編碼 數(shù)字化數(shù)字化數(shù)字化數(shù)字化語音信號語音信號語音信號語音信號f4kHzf4kHzf fs s=8kHz=8kHz879/29/20239/29/2023PCM采樣信號：基于nyquist理

58、論3.23.23.93.92.82.83.43.41.21.24.24.23 34 43 33 31 14 4011011100100011011011011001001100100 原始信號原始信號 PAMPAM脈沖（脈沖（采樣采樣）PCM PCM 脈沖（脈沖（量化量化）有量化差錯有量化差錯011100011011001100011100011011001100 PCM PCM 輸出（輸出（輸出（輸出（編碼編碼編碼編碼）889/29/20239/29/20231.5 1.5 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)就是將多路信號組合在一條物理 信道上進(jìn)行傳輸，到接收端再用專門的設(shè)備將 各路信號分

59、離開來。這樣使一條物理信道資源 被多路信號共享。多路復(fù)用技術(shù)包括:頻分多路復(fù)用(FDM)時(shí)分多路復(fù)用(TDM)波分多路復(fù)用(WDM)碼分多址(CDMA)899/29/20239/29/2023Multiplexing vs.No Multiplexing909/29/20239/29/2023多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用(FDM)時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用(TDM)波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用(WDM)碼分多址碼分多址(CDMA)919/29/20239/29/2023頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 (FDM)頻分多路復(fù)用 FDM（FrequencyDivisionMultiplexi

60、ng）當(dāng)傳輸介質(zhì)的可用帶寬超過各路給定信號所需帶寬的總和時(shí)，可以把多個信號調(diào)制在不同的載波頻率上，從而在同一介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送多路信號，這就是頻分多路復(fù)用。929/29/20239/29/2023頻分多路利用（FDM）圖939/29/20239/29/2023頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用(續(xù)續(xù))949/29/20239/29/2023頻分多路復(fù)用帶寬分配例頻分多路復(fù)用帶寬分配例fA959/29/20239/29/2023FDM 多路復(fù)用過程例多路復(fù)用過程例FDM多適用于模擬信號傳輸多適用于模擬信號傳輸 969/29/20239/29/2023FDM解多路復(fù)用過程例解多路復(fù)用過程例979/29/20

61、239/29/2023FDM中的移頻與疊加（頻譜）989/29/20239/29/2023FDM 多路復(fù)用與解復(fù)用全過程例多路復(fù)用與解復(fù)用全過程例999/29/20239/29/2023多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用(FDM)時(shí)分多路復(fù)用(TDM)波分多路復(fù)用(WDM)碼分多址(CDMA)1009/29/20239/29/2023時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用(TDM)時(shí)分多路復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）：當(dāng)傳輸介質(zhì)所能達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率超過各路信號的數(shù)據(jù)傳輸速率的總和時(shí)，可以將物理信道按時(shí)間分成若干時(shí)間片輪換地分配給多路信號使用，每一路信號在自己的時(shí)間片內(nèi)獨(dú)

62、占信道傳輸，這就是時(shí)分多路復(fù)用。時(shí)分多路復(fù)用可分為同步TDM和異步TDM。1019/29/20239/29/2023時(shí)分多路利用1029/29/20239/29/2023時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用 (續(xù)續(xù))時(shí)分多路復(fù)用TDM多用來傳輸數(shù)字信號，但并不局限于傳輸數(shù)字信號，有時(shí)也可以用來分時(shí)傳輸模擬信號。另外，對于模擬信號，有時(shí)可把TDM和FDM結(jié)合起來一起使用，比如第二代移動電話的GSM標(biāo)準(zhǔn)中，將一個傳輸系統(tǒng)的可用頻帶頻分成許多子信道，每個子信道再利用時(shí)分多路復(fù)用來細(xì)分。1039/29/20239/29/2023時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用 (續(xù)續(xù))TDM多適用于數(shù)字信號傳輸多適用于數(shù)字信號傳輸104

63、9/29/20239/29/2023時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用 (續(xù)續(xù))1059/29/20239/29/2023統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)(異步異步)TDM STDMTDM的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該 通道，將會造成帶寬浪費(fèi)。通道，將會造成帶寬浪費(fèi)。改進(jìn)：改進(jìn)：使用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（使用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（STDM），），用戶不固用戶不固 定占用某個通道，有空時(shí)間片就將數(shù)據(jù)放入。定占用某個通道，有空時(shí)間片就將數(shù)據(jù)放入。統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)TDM各數(shù)據(jù)之前要附有該路地址，各數(shù)據(jù)之前要附有該路地址，以便接收方能分出各路信號以便接收方能分出各路信號1069/29/20

64、239/29/2023TDM和和STDM的比較的比較ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步 TDM帶寬浪費(fèi)帶寬浪費(fèi)A1B1C2B2周期周期1周期周期2可用帶寬可用帶寬統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)TDM(數(shù)據(jù)之前附有該路地址數(shù)據(jù)之前附有該路地址)1079/29/20239/29/2023多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用(FDM)時(shí)分多路復(fù)用(TDM)波分多路復(fù)用(WDM)碼分多址(CDMA)1089/29/20239/29/2023波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用(WDM)目前一根單模光纖的傳輸速率可達(dá)到2.5Gb/s，如能采用色散補(bǔ)償技術(shù)解決光纖傳輸中的色

65、散問題(指光脈沖中由于不同頻率分量傳輸速率不同導(dǎo)致信號失真產(chǎn)生誤碼的現(xiàn)象)，則一根單模光纖的傳輸速率可達(dá)到10Gb/s，這已是當(dāng)前單個光載波信號傳輸?shù)臉O限值。1099/29/20239/29/2023波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用(續(xù)續(xù))波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是光的頻分復(fù)用。不同的信源使用不同波長的光波來傳輸是光的頻分復(fù)用。不同的信源使用不同波長的光波來傳輸數(shù)據(jù)，各路光波經(jīng)過一個棱鏡（或衍射光柵）合成一個光數(shù)據(jù)，各路光波經(jīng)過一個棱鏡（或衍射光柵）合成一個光束在光纖干道上傳輸，在接收端利用相同的設(shè)備將各路光束在光纖干道上傳輸

66、，在接收端利用相同的設(shè)備將各路光波分開。這樣復(fù)用后，可以使光纖的傳輸能力成幾倍幾十波分開。這樣復(fù)用后，可以使光纖的傳輸能力成幾倍幾十倍的提高。倍的提高。1109/29/20239/29/2023多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用(FDM)時(shí)分多路復(fù)用(TDM)波分多路復(fù)用(WDM)碼分多址(CDMA)1119/29/20239/29/2023碼分多址碼分多址(CDMA)每個比特時(shí)間分成m個碼片，每個站分配一個唯一的m比特碼片序列。當(dāng)某個站欲發(fā)送“1”時(shí)，它就在信道中發(fā)送它的碼片序列，當(dāng)欲發(fā)送“0”時(shí)，就發(fā)送它的碼片序列的反碼。滿足條件：不同的碼片序列之間是相互正交的。由于原始數(shù)字信號的頻率被擴(kuò)展，這種通信方式又叫做擴(kuò)頻通信。1129/29/20239/29/2023碼片序列碼片序列每個站被指派一個唯一的m 位碼片序列。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的m位碼片序列如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼例如，S站的8位碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時(shí)，就發(fā)送序列00011011發(fā)送比特0時(shí)，就發(fā)送序列11100100為數(shù)學(xué)運(yùn)算方便，將S站的碼片序列表示成(111+1+11+1+1)