數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,計算機網(wǎng)絡(luò),,*,第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識,,,本章講授內(nèi)容,1、基本概念,,2、數(shù)據(jù)通信的特性,,3、數(shù)據(jù)通信方式,,4、傳輸介質(zhì),,5、數(shù)據(jù)編碼,,6、多路復(fù)用技術(shù),,7、數(shù)據(jù)交換技術(shù),,8、差錯控制與檢測,,一、基本概念,信號：數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼形式,,信源：通信中產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端,,信宿：接收信息的一端,,信道：信號傳輸?shù)耐ǖ溃▊鬏斀橘|(zhì)和相關(guān)設(shè)備）,,噪聲：信號在傳輸?shù)倪^程中受到的,干擾,,信源,信宿,信道,噪聲,,一、基本概念,信號分類：模擬信號和數(shù)字信號,,模擬信號：隨時間,連續(xù)變化

2、,的電流、電壓或電磁波。 例電話、電視和廣播,,數(shù)字信號：一系列,離散,的電脈沖，其值限制在,有限的幾個數(shù)字,之內(nèi)。例,:,用,1,表示恒定的正電壓，,0,表示恒定的負電壓。,,波形圖：,,模擬信號,數(shù)字信號,,一、基本概念,模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸?shù)男诺?,例：電話線路、有線電視線路,,模擬信道傳輸?shù)奶攸c：,,在傳輸一定距離后信號衰減，克服的辦法是用,放大器,來增強,,信號的能量，但噪音也會增強，會引起信號畸變。,,數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式傳輸數(shù)據(jù)的信道,,例：雙絞線、同軸電纜,,數(shù)字信道傳輸特點：,,長距離傳輸也會衰減，克服的辦法是使用,中繼器,，把數(shù)字信,,號恢復(fù)為“,0,、,1

3、”,的標準電平后繼續(xù)傳輸。故數(shù)字信道在傳輸,,時，信號質(zhì)量要好。,,注意：模擬信號不一定只在模擬信道上傳輸，數(shù)字信號也不,,一定只在數(shù)字信道上傳輸。,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,1、數(shù)據(jù)通信的性能指標,,衡量數(shù)據(jù)通信的性能的指標：傳輸速率和誤碼率,,傳輸速率,,傳碼率：每秒鐘傳送的碼元數(shù)，稱為傳碼率（,R,B,），單位為波特。,,碼元：數(shù)字信號的編碼。,,注意：不一定是二進制，也可為其它進制。例,1,或,0,為,1,,個碼元，,A,表示,16,進制的,1,個碼元。,,每個碼元的時間寬度為,T,B,，因此,R,B,,＝,1/T,B,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,信息速率：每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)，單位,bps,，記

4、為,R,b,,說明：,,二進制的碼元是,0,或,1,，一個碼元攜帶的信息量為,1b,，故,R,B,=,R,b,,N,進制的碼元攜帶的信息量為,I=Log,2,N,，故,R,b,=,R,B,*Log,2,N,,常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位：,,1Kbps=1×,10,3,bps,,1Mbps=1×,10,3,Kbps,,1Gbps=1×,10,3,Mbps,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,思考題：在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中,碼元速率為1200波特,數(shù)據(jù)速率,,為4800bps,則信號取幾種不同的狀態(tài)?若要使得碼元速率與數(shù),,據(jù)速率相等,則信號取幾種狀態(tài)？,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,誤碼率,,由于噪聲的干擾，信號在傳輸過程中會

5、出現(xiàn)差錯，差錯的多,,少決定了數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量。,,誤碼率,P,e,=,發(fā)生差錯的碼元數(shù),/,傳輸?shù)目偞a元數(shù),,誤比特率,P,b,=,發(fā)生差錯的比特數(shù),/,傳輸?shù)目偙忍財?shù),,說明：,,在計算機網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤比特率低于,10,-6,，若誤比特率達,,不到這個指標，可通過,差錯控制方法,檢錯和糾錯。,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,2、信道容量,,表示一個信道的,最大數(shù)據(jù)傳輸速率,，單位：bps,,信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別：,前者表示信道的最大數(shù)據(jù),,傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限，而后者是實際的數(shù),,據(jù)傳輸速率。,,在實際中，通常用,帶寬,表示網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。帶寬與傳輸速,,率的關(guān)系：,奈奎斯特

6、定律和香農(nóng)定律,,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,無噪聲的信道容量（理想）,,奈奎斯特,(,Nyquist,),無噪聲下的碼元速率極限值,B,與信,,道帶寬,H,的關(guān)系：,B=2*H? (,波特,),,,奈奎斯特公式,--,無噪信道傳輸能力公式：,C=2*H*log,2,N (bps),,,說明：,C,為信道容量，,H,為信道的帶寬，單位為,Hz,；,N,,為一個碼元所取的離散值個數(shù)。,,,例：普通電話線路帶寬約,3kHz,，,則碼元速率極限值：,,,B=2*H=2*3k=6kBaud,,,若碼元的離散值個數(shù),N=16,，,則最大數(shù)據(jù)傳輸速率,,,C=2*3k*log,2,16=24kbps,。,,,二

7、、數(shù)據(jù)通信的特性,帶噪信道容量,,香農(nóng)公式（,Shannon,）：,C=H*log,2,(1+S/N) (bps),,說明：,S,為信號功率，,N,為噪聲功率。,,在通信系統(tǒng)中，信噪比通常用,分貝,dB,表示,。,,S/,N(dB,)=10lg(S/N),,例：已知信噪比為,30dB,，,帶寬為,3kHz,，,求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸,,速率。　∵,10lg(S/N)=30? ∴ S/N=10,30/10,=1000,∴,C=3k×log,2,(1+1000)≈30k bps,,,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,例：帶寬為4KHz的信道，若有8種不同的物理狀態(tài)表示數(shù)據(jù)，,,信噪比為30db，問按照奈奎斯特

8、定理計算，其極限速率是多,,少？按香農(nóng)定理計算，其極限速率又為多少？,,解：,,（1）奈奎斯特定理：Cmax=2Hlog,2,N, H=4KHz,,Cmax= 2*4K*log,2,8 = 24Kbps,,（2）香農(nóng)定理：Cmax=Hlog,2,（1+S/N）,H=4KHz,,,又∵10lgS/N=30 ∴ S/N=1000,,Cmax=4K*log,2,（1+1000）≈40Kbps,,思考：該題究竟該以哪個為準？,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,奈奎斯公式和香農(nóng)公式的比較,,,奈奎斯公式：,C=2Hlog,2,N,,數(shù)據(jù)傳輸率,C,隨信號編碼級數(shù)增加而增加。,,,香農(nóng)公式：,C=Hlog,2,(

9、1+S/N),,無論信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達到的最高傳輸,,速率。因為噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。,,,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,思考題：要在帶寬為4KHZ的信道上用4秒鐘發(fā)送完20k字節(jié)的,,數(shù)據(jù)塊,按照香農(nóng)公式,信道的信噪比最小應(yīng)為多少分貝(取整,,數(shù)值)?,,,三、數(shù)據(jù)通信方式,1、信道的通信方式,,串行通信與并行通信,,,,,,,。,,,三、數(shù)據(jù)通信方式,串行通信與并行通信的特點：,,串行通信采用一條信道進行通信，并行通信采用多條信道同時通信；,,串行通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從低位到高位依次進行，并行通信同時進行；,,相同速率下，并行通信傳輸?shù)拇a元數(shù)是串行通信的,n,倍；,,

10、在實際通信中，大都采用串行通信。,,三、數(shù)據(jù)通信方式,單工、半雙工和全雙工,,單工：信號只能向一個方向傳輸，不能改變信號的傳輸方向。例：電視機,,,,,半雙工：信號可以雙向傳輸，但是必須交替進行，一個時間只能向一個方向傳輸，它是一種切換方向的單工通信。例：對講機,,三、數(shù)據(jù)通信方式,全雙工：信號可以同時在兩個方向上傳輸。例：電話,,,,,,三、數(shù)據(jù)通信方式,2、數(shù)據(jù)的傳輸方式,,基帶傳輸,,基帶：,計算機或終端的數(shù)字信號都是二進制序列，它是一,,種矩形脈沖信號，這種矩形脈沖信號稱為基帶信號。,,基帶傳輸,是指在通信介質(zhì)上傳輸,0,或,1,數(shù)字信號。,,特點：,,基帶傳輸傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，不需要

11、調(diào)制解調(diào)器；,,基帶傳輸受距離和傳輸介質(zhì)的限制，距離長，容易發(fā)生畸變，適合,短距離,的數(shù)據(jù)傳輸，用于局域網(wǎng)。,,三、數(shù)據(jù)通信方式,基帶傳輸適用于局域網(wǎng)傳輸，計算機的遠程通信中，通常是,,借助于電話交換網(wǎng)來實現(xiàn)，此時需要頻帶傳輸。,,,頻帶傳輸,,將基帶信號變換（調(diào)制）成能在模擬信道中傳輸?shù)哪M信,,號（頻帶信號），再將這種頻帶信號在模擬信道中傳輸。,,特點：,,計算機網(wǎng)絡(luò)的,遠距離,通信通常采用的是頻帶傳輸；,,頻帶傳輸在發(fā)送端和接收端都要設(shè)置調(diào)制解調(diào)器，基帶信號與頻帶信號的轉(zhuǎn)換需要調(diào)制解調(diào)器完成。,,三、數(shù)據(jù)通信方式,寬帶傳輸,,借助頻帶傳輸，將鏈路容量分解成多個信道，每個信道可,,以攜帶不

12、同的信號，這就是寬帶傳輸。,,寬帶傳輸中的所有信道都可以同時發(fā)送信號。,,例：,CATV,、,ISDN,等。,,基帶和寬帶的區(qū)別：,,數(shù)據(jù)傳輸速率不同?；鶐?shù)據(jù)傳輸速率通常在,1Mb,／,s,～,2.5Mb,／,s,；,寬帶數(shù)據(jù)傳輸速率通常在,5Mb,／,s,～,10 Mb,／。,,傳輸信號不同，,基帶傳輸數(shù)字信號,，,寬帶傳輸模擬信號,,寬帶傳輸一定是采用,頻帶傳輸,技術(shù)。,,三、數(shù)據(jù)通信方式,3、數(shù)據(jù)同步方式,,同步的目的是使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致 (,,包括開始時間、位邊界、重復(fù)頻率等)。,,在通信過程中必須解決,同步,問題。,,數(shù)據(jù)通信的同步有：,,位同步,,字符同步,,幀同步

13、,,三、數(shù)據(jù)通信方式,位同步,,接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的,時鐘頻率與數(shù)據(jù)的起始時刻,，,,校正自己的,時鐘頻率與接收數(shù)據(jù)的起始時刻,，這個過程叫做,,位同步,。實現(xiàn)位同步的方式有：外同步法和內(nèi)同步法,,外同步法,,發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前，先向接收端發(fā)送一串同步時鐘，接收,,端根據(jù)此時鐘頻率來校正時鐘頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的時始,,終與發(fā)送端保持同步。,,內(nèi)同步法（自同步法）,,通過特殊編碼,(,曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼,),，這些數(shù),,據(jù)編碼信號包含了同步信號，接收方從中提取同步信號來鎖,,定自己的時鐘脈沖頻率。,,三、數(shù)據(jù)通信方式,字符同步,,以字符為邊界實現(xiàn)字符的同步接收,,異步制,,在

14、一個字符的前后加上,起止符,，,字符內(nèi)同步,,,字符之間異步,。,,字符傳輸時設(shè)置,1,個起始位、,8,個數(shù)據(jù)位和,2,個停止位，下一字,,符的起始位在前一字符的停止位之后的任意時間出現(xiàn)。,,異步制字符同步的性能,:,,字符,起、止位,用于同步時鐘調(diào)整，每個字符開始時都會重新同步；,,每兩個字符之間的間隔時間不固定；,,增加了輔助位，傳輸效率低。例：采用,1,個起始位、,8,個數(shù)據(jù)位、,2,個停止位時，其效率為,8/11<72%,。,,三、數(shù)據(jù)通信方式,同步制,,同步傳榆是將多個字符組織成,組,，以,組,為單位連續(xù)傳送。,,原理,,在每組字符之前加上一個或多個用于,同步控制的字符,SYN,，字

15、,,符之間不再添加任何附加的位。接收端收到同步控制字符,SYN,,后，確定字符的起始和終止，以實現(xiàn)同步傳輸?shù)墓δ堋?,,,同步制字符同步的性能,:,,同步方式效率高，但,一旦有錯誤，就要全部重傳,，在通信中,,多普遍采用同步制字符傳輸。,SYN,SYN,字符,字符,…,字符,字符,字符,,三、數(shù)據(jù)通信方式,例1：信源以字節(jié)(8比特)為單位傳輸數(shù)據(jù)，對下列兩種情況分,,別計算有效數(shù)據(jù)傳輸速率：(1)異步串行傳輸，無校驗位、1位停止位；(2)同步串行傳輸，每幀包含48位控制位和4096位數(shù)據(jù)位。,,,例2：某公司采用一條租用專線與在外地的分公司相連，使用,,的Modem的數(shù)據(jù)傳輸率為2400b

16、ps,現(xiàn)有數(shù)據(jù)12×10,6,字節(jié)，若以,,異步方式傳送，不加校驗位，1位停止位，則最少需要多少時,,間（以秒為單位）才能傳輸完畢？（設(shè)數(shù)據(jù)信號在線路上的傳,,播延遲時間忽略不計）問1分鐘能傳多少漢字？,,,三、數(shù)據(jù)通信方式,幀同步,,幀同步方式是以識別一個幀的開始和結(jié)束來同步的。分為,“面,,向字符的幀同步方式”和“面向比特的幀頻同步方式”,兩種。,,幀（,Frame,）,是數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位，由數(shù)據(jù)和控制信息部分組成的二進制序列。,,面向字符的幀同步方式是以,同步字符（,SYN,）,來標識一個幀的開始，適用于,字符類型的數(shù)據(jù)幀,。例：,BSC,協(xié)議,,面向比特的幀同步方式是以,特殊位序列

17、（,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。例,HDLC,協(xié)議、,PPP,協(xié)議、幀中繼等。,,四、傳輸介質(zhì),傳輸介質(zhì)是連接網(wǎng)絡(luò)上各個節(jié)點的物理通道，分為有,,線介質(zhì)和無線介質(zhì)。,,1、有線介質(zhì),,同軸電纜,,外部保護層,隔離絕緣體,外部導體,銅芯,,四、傳輸介質(zhì),型號：,,RG-8或RG-11 （阻抗50歐姆）——粗纜,,RG-58（50歐姆）——細纜,,RG-59（75歐姆）——CATV細纜,,RG-62（93歐姆）——ARCnet網(wǎng)絡(luò)及IBM3270系統(tǒng)專用,,分類：,,基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜,,特點：,,基帶同軸電纜一般只用于,總線結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)

18、,中。由于外,,導電體具有屏蔽電磁作用，所以抗干擾性強，但價格較,,貴，逐步淘汰。,,四、傳輸介質(zhì),雙絞線,,由,螺旋狀,扭在一起的兩根絕緣導線組成。廣泛用于局域網(wǎng),,和廣域網(wǎng)中。通常由,2,根、,4,根和,8,根絕緣導線組成。,,,四、傳輸介質(zhì),分類:,,屏蔽雙絞線(STP),：一般用于室外；,,非屏蔽雙絞線(UTP),：用于室內(nèi),,或按傳輸特性分為5類,,常用3類和5類雙絞線，計算機網(wǎng)絡(luò)中最常用的是第5類非屏,,蔽雙絞線。,,5類雙絞線的帶寬為100MHz，適用于語音和100Mbps的高速,,數(shù)據(jù)傳輸。,,特點：,,價格便宜，布線方便，但傳輸距離較短，無中繼器只能傳,,輸100M。,,四、

19、傳輸介質(zhì),雙絞線的標準接法,,雙絞線通過端口安裝的RJ-45連接器（水晶頭）與各種通信,,設(shè)備連接。,,T568A,線序,,綠白 綠 橙白 藍 藍白 橙 棕白 棕,,T568B,線序,,橙白 橙 綠白 藍 藍白 綠 棕白 棕,,直通線：,兩頭都按,T568B,線序標準連接,,交叉線：,一頭按,T568A,線序連接，一頭按,T568B,線序連接,,,四、傳輸介質(zhì),光纖,,光纖具有寬帶、數(shù)據(jù)傳輸率高、抗干擾能力強、傳輸距離,,遠等優(yōu)點，用于高速網(wǎng)中，但費用較高。,,數(shù)據(jù)傳輸過程：,,,,,,分為：單模光纖和多模光纖。,,在計算機網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖,(,一來一去,),組成傳輸系統(tǒng),,光纖特點：傳輸

20、速率高，目前已達到,2.4Gbps,，,10Gbps,等,,也在研發(fā)中。,,四、傳輸介質(zhì),2、無線傳輸媒體,,微波通信：,電磁波中頻率在,100MHZ,至,10GHZ,之間的信號為,微波,，波長在,30mm—3m,。,微波是沿直線傳播的,，故在地面的傳播距離有限，一般采用接力傳輸。,,,,四、傳輸介質(zhì),衛(wèi)星通信：,利用地球同步衛(wèi)星作為中繼來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號的一種特殊微波通信形式。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制，三個同步衛(wèi)星可以覆蓋地球上全部通信區(qū)域。,,,四、傳輸介質(zhì),紅外通信和激光通信：,沿直線傳播，但紅外通信和激光通信要把傳輸?shù)男盘柗謩e轉(zhuǎn)換為紅外光信號和激光信號后才能直接在空間沿直線傳

21、播。,,3,、幾種傳輸介質(zhì)的比較,,雙絞線,:,價格最便宜，但傳輸距離較短，傳輸?shù)恼`碼率較高目前普遍使用。,,同軸電纜：價格較貴，抗干擾性好，在有線電視上目前還普遍使用，局域網(wǎng)里已淘汰。,,光纖：帶寬高、速率快、抗干擾能力強、傳輸距離遠，適合高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目前主要應(yīng)用在主干網(wǎng)上。,,無線介質(zhì)：目前無線技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率與有線網(wǎng)絡(luò)相比有較大差距，主要用于移動通信和不便于布線的網(wǎng)絡(luò)中。,,五、數(shù)據(jù)編碼,1、數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼（基帶傳輸）,,基帶傳輸是利用數(shù)字信道直接傳輸數(shù)字信號，這種傳輸沒有,,改變數(shù)字信號的頻帶，所以傳輸效率高。,,在基帶傳輸中，數(shù)字信號的編碼方式有：,,NRZ（Non-Retu

22、rn to Zero）不歸零編碼,,曼徹斯特編碼,,差分曼徹斯特編碼,,,,五、數(shù)據(jù)編碼,不歸零編碼,NRZ,,用,0,表示低電平，,1,表示高電平，如下圖所示：,,,,,,特點：,,NRZ,無法判斷一位的開始與結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步,,為了保持同步，在發(fā)送,NRZ,時用另一個信道同時傳送同步信號。,,當,0,或,1,占優(yōu)勢時，容易形成直流分量的累積。,,五、數(shù)據(jù)編碼,曼徹斯特編碼,,曼徹斯特編碼的規(guī)則,,每比特只占時鐘周期,T,的一半；前,T/2,傳送該比特的原碼，后,,T/2,傳送該比特的反碼。（也可相反，只要有電平跳變即可）,,特點,,每個比特的中間有一次電平跳變，利用電平跳變可以產(chǎn)

23、生收發(fā)雙方的同步信號，因此曼徹斯特編碼也稱為自含時鐘編碼；,,曼徹斯特編碼的效率低。其編碼的時鐘頻率為發(fā)送頻率的,2,倍。,,問題：采用曼徹斯特編碼的,10Mbps,局域網(wǎng)的波特率是多少？,,五、數(shù)據(jù)編碼,差分曼徹斯特編碼,,編碼規(guī)則,,第一位是,0,則從低到高跳變，第一位是,1,從高到低跳變；,,第一位之后，若源碼為,1,，則其編碼的前半部分與前一個編碼的電平相同，后半部分與其前半部分相反；若源碼為,0,，則其編碼的前半部分與前一個編碼的電平相反，后半部分與其前半部分相反；,,每個比特的值取決于其開始是否有跳變。,,五、數(shù)據(jù)編碼,2、數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼（頻帶傳輸）,,將數(shù)字信號在模擬信道上傳

24、輸，需要進行調(diào)制技術(shù)。,,調(diào)制：,將發(fā)送端數(shù)字信號變成模擬信號的過程,,解調(diào)：,將接收端模擬信號還原成數(shù)字信號的過程,,,五、數(shù)據(jù)編碼,模擬信號傳輸?shù)幕A(chǔ)是,載波：u(t)=Asin(ωt+φ),,載波三要素：幅度、頻率和相位，數(shù)字數(shù)據(jù)可以針對載波的,,不同要素進行調(diào)制。,,移幅鍵控法（ASK）：,,,,移頻鍵控法（FSK）：,,,,移相鍵控法（PSK）：,,Asin(ωt+φ)，數(shù)字1,0， 數(shù)字0,u(t)=,Asin(ω,1,t+0)，數(shù)字1,u(t)=,Asin(ω,2,t+π)，數(shù)字0,Asin(ω,1,t+φ)，數(shù)字1,u(t)=,Asin(ω,2,t+φ)，數(shù)字

25、0,,五、數(shù)據(jù)編碼,,,,,,ASK：技術(shù)簡單，抗干擾能力差，較少使用；,,FSK：技術(shù)簡單，抗干擾能力強；,,PSK：使用二相或多于二相的相移，利用這種技術(shù)，可以對傳,,輸速率起到加倍的作用,,,五、數(shù)據(jù)編碼,例：某調(diào)制解調(diào)器同時使用移幅鍵控和移相鍵控,采用0,,,兀/2,兀和3/2兀四種相位,每種相位又都有兩個不同的幅值,,,問在波特率為1200的情況下數(shù)據(jù)速率是多少？,,五、數(shù)據(jù)編碼,3、模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼,,脈沖編碼調(diào)制（PCM）,是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法，其操作,,過程分三步:采樣、量化和編碼。,,采樣,,由于模擬信號是連續(xù)變化的信號。采樣是,每隔一定的時間,,對連續(xù)的模擬信號采樣

26、，使其變?yōu)殡x散的信號。,,采樣定理：,,f>=2B,,如果以,>= 2,倍信道帶寬的速率定時對信號進行采樣，其樣,,本可以包含以重構(gòu)模擬信號的所有信息。,,五、數(shù)據(jù)編碼,量化：,將采樣樣本幅度按量化級決定取值的過程。,,編碼：,用二進制編碼表示量化后的采樣樣本的取值。,,例：若某一時刻，采樣樣本的取值為,N,，則其二進制編碼,,為：,Log,2,N,位。,,PCM,缺點：采用二進制編碼，位數(shù)較多，效率低。,,PCM,技術(shù)的典型應(yīng)用為語音數(shù)字化，通過,PCM,編碼器將語音,,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過,PCM,解碼器將數(shù)字信號還原為音頻,,信號。,,五、數(shù)據(jù)編碼,,五、數(shù)據(jù)編碼,例：對于帶寬為4KHz

27、的語音信號，采用量化級別為128的,,PCM方法編碼，問所產(chǎn)生的二進制位起碼要用多大傳輸速,,率的信道才能傳輸？,,六、多路復(fù)用技術(shù),1、為何采用多路復(fù)用技術(shù),,節(jié)省通信線路、提高利用率,,六、多路復(fù)用技術(shù),2、多路復(fù)用技術(shù)的分類,,頻分多路復(fù)用（FDM ）,,每個通信線路都具有一定的帶寬，將通信線路劃分為多個通,,信信道;每個信道為一個頻段，分配給不同的用戶。,,,,,,,,頻分多路復(fù)用適合于傳輸模擬信號。,,例：CATV電纜的帶寬為500MHz，每個子信道的帶寬為6MHz故,,可傳輸80多個頻道。,,六、多路復(fù)用技術(shù),時分多路復(fù)用（,TDM,）,,將信道用于傳輸?shù)臅r間分割成很小的時間片,,

28、,每個時間片有若干時隙；,,每路數(shù)據(jù)占用一個時時隙；,,時分多路復(fù)用技術(shù)適合傳輸數(shù)字信號。,,六、多路復(fù)用技術(shù),波分多路復(fù)用（,WDM,）,,波分多路復(fù)用是利用了光具有不同的波長的特征。是指在一根光纖上使用不同的波長同時傳送多路光波信號。波分多路復(fù)用的原理：,利用光柵，在發(fā)送端將多路不同波長的光信號組合復(fù)用，在接收端，又將組合的光信號分離出來送入不同的終端。,,,六、多路復(fù)用技術(shù),碼分多路復(fù)用（,CDMA,）,,所有信號均在同一信道上廣播傳遞。,,發(fā)送的信號用接收端的地址碼序列編碼。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被疊加，接收端用同樣的地址碼序列解碼，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

29、原始數(shù)據(jù)。,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),1、交換,,當兩個終端沒有直連線路時，必須經(jīng)過中間節(jié)點的轉(zhuǎn),,接才能進行通信。,,2、數(shù)據(jù)交換的分類,,電路交換,,兩個用戶進行通信時，建立一個臨時的專用線路，在通信,,時用戶獨占，直到通信一方釋放。經(jīng)歷三個階段：,,建立連接,,數(shù)據(jù)傳輸,,拆除連接,,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),,,,,H1與H3通信：,,電路建立：,建立一條專用電路ABC。,,數(shù)據(jù)傳輸：,數(shù)據(jù)傳輸從A—>B—>C或C—>B—> A 。在整個數(shù),,據(jù)傳輸過程中，電路必須始終保持連接狀態(tài)。,,電路拆除,：數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，由某一方（A或C）發(fā)出拆除請求,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),電路交換的特點：,,數(shù)據(jù)傳輸前需要

30、建立一條端到端的通路，為“面向連接的”的,,交換方式。,,過程：建立連接→數(shù)據(jù)傳輸→釋放連接,,優(yōu)缺點：,,電路建立連接的時間長；,,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。,,適用：不適用于計算機通信，廣泛應(yīng)用在電話系統(tǒng)中。,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),報文交換,,報文的含義：,不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度多少，都把它當作一個邏,,輯單元，并在該,邏輯單元中加入源地址、目的地址和控制信,,息，按一定格式打包，就是報文,。格式如下：,,,,報文交換原理：,,報文交換無需建立線路連接，它是基于,存儲轉(zhuǎn)發(fā),技術(shù)；,,報文存放在交換機中，根據(jù)報文中目的地址選擇合適的路由發(fā)送到

31、下一結(jié)點，依次中轉(zhuǎn)，直到目的地址。,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),報文交換的特點：,,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，為“無連接的”交換方式。,,整個報文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；,,大報文的存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，對存儲容量要求較高；,,出錯后整個報文全部重發(fā)。,,適用于電報傳送，不適用于交互通信。,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),分組交換,,分組交換是報文交換的一種改進，它將報文分成若干個長度一,,定的分組，減少每個結(jié)點存儲能力,,,是計算機網(wǎng)絡(luò)中廣泛使

32、用,,的一種交換技術(shù)。,,由于分組長度較短，檢錯容易，發(fā)生錯誤時重發(fā)花費的時間少；,,限定分組最大數(shù)據(jù)長度，有利于提高存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲能力與傳輸效率；,,分組交換分為：,數(shù)據(jù)報方式換和虛電路方式,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),數(shù)據(jù)報方式,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),過程：,,主機,A,將報文分成多個分組,P1,、,P2……,，然后依次發(fā)送給直接相連的通信控制處理機,A,上。（結(jié)點,A,）,,結(jié)點,A,每收到一個分組就進行差錯檢測，以保證收到的數(shù)據(jù)正確，若正確，為每一個分組選擇路由。由于網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的，,p1,分組下一節(jié)點可能是,C,，,p2,結(jié)點下一結(jié)點可能是,D,，,報文的不同分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑可能不同。

33、,,結(jié)點,A,向結(jié)點,C,發(fā)送,p1,分組，結(jié)點,C,對,p1,進行差錯檢測。若正確，結(jié)點,C,向,A,發(fā)送確認信息,ACK,，結(jié)點,A,收到,C,的,ACK,信息后，確認,p1,已正確發(fā)送，此時丟棄,p1,的副本，,p1,通過多個結(jié)點的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達目的結(jié)點（主機,B,）,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),數(shù)據(jù)報工作方式的特點,,數(shù)據(jù)報屬于分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)；,,每一個分組在傳輸時都必須帶有目的地址與源地址；,,在數(shù)據(jù)報方式中，分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機與目的主機之間建立“線路連接”；,,同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過網(wǎng)絡(luò)；,,同一報文的不同分組到達目的結(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象。,

34、,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),虛電路方式,,虛電路方式類似“電路交換”，兩個用戶在通信時必須建立一,,條邏輯鏈接的虛電路。過程為：虛電路建立階段、數(shù)據(jù)傳輸,,階段和虛電路拆除階段。,,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),虛電路工作方式的特點,,在每次分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條邏輯連接。,,一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送，因此,報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息,。分組到達目的結(jié)點時不會出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象。,,分組通過虛電路上的每個結(jié)點時，結(jié)點只需要做差錯檢測而不需要做路徑選擇。,,虛電路方式與電路交換方式的區(qū)別：,,虛電路是在傳輸分組時,臨時建立的邏輯連接,，因為這種虛電

35、,,路不是專用的或?qū)嶋H存在的。每個結(jié)點到其他結(jié)點間可能有,,無數(shù)條虛電路存在。,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),快速分組交換：幀中繼和,ATM,（異步傳輸模式）,,報文交換：工作于網(wǎng)絡(luò)層，交換單位是報文,,分組交換：工作于網(wǎng)絡(luò)層，交換單位是分組,,幀中繼：工作于數(shù)據(jù)鏈路層，交換單位是幀,,ATM,：工作于數(shù)據(jù)鏈路層，交換單位是信元（固定長度為,53B,,的分組）,,八、差錯控制與檢測,1、差錯產(chǎn)生的原因,,數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的差錯是由噪聲引起。,,2、檢錯碼與糾錯碼,,檢錯碼：,讓分組帶上一定的冗余信息，接收端根據(jù)這些冗,,余信息發(fā)現(xiàn)傳輸差錯，但不能確定錯誤位置和糾正錯誤。,,糾錯碼：,讓分組帶上足夠的冗余信息

36、，接收端能夠發(fā)現(xiàn)傳,,輸差錯，并能糾正錯誤。,,3、為何使用檢錯碼而不使用糾錯碼,,糾錯碼實現(xiàn)復(fù)雜，造價高，高耗時，一般的通信場合不易,,采用。檢錯碼原理簡單，實現(xiàn)容易，編碼與解碼速度快。,,,八、差錯控制與檢測,4、常用的檢錯碼,,奇偶校驗碼,,根據(jù)被傳輸?shù)囊唤M二進制代碼中“,1”,的個數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù),,來進行校驗。,,例：數(shù)據(jù)為,10101010,，寫出奇校驗編碼和偶校驗編碼。,,設(shè)最低位為校驗位，其余高,8,位為數(shù)據(jù)位，則其奇偶校驗,,碼如下：,,偶校驗編碼：,10101010,0,,奇校驗編碼：,10101010,1,,八、差錯控制與檢測,循環(huán)冗余碼（,CRC,）,,發(fā)送端：在要發(fā)送的

37、數(shù)據(jù)位后附加一個特定的循環(huán)冗余碼,,接收端：將收到的代碼按照發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的,,算法進行校驗，若有錯，需重發(fā)。,,步驟：,,1,、將傳輸?shù)男畔⒋a看成為系數(shù)為,0,或,1,的多項式,f(x),。,,例：信息碼：,110011,，則,f(x)=x,5,+x,4,+x+1,,2,、,發(fā)送前，發(fā)送端和接收端約定一個多項式,G(x),,例：生成碼,:11001,，則,G(x)=x,4,+x,3,+1(r=4,階,),,3,、將,f(x),乘以,x,r,，,(,x,5,+x,4,+x+1)* x,4,= x,9,+x,8,+x,5,+ x,4,,,則對應(yīng)的碼是,1100110000,,八、差錯控

38、制與檢測,4、將積／G(X)(按,模二算法,),,,,,,,,由計算結(jié)果知冗余碼是1001，CRC碼為：T(x)=110011,1001,,若接收端收到的碼字（此題為1100111001）除以G(X)，若,,為0則正確，若有余數(shù)，則接收錯誤，重發(fā)。,,1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 ←f(x)* x,r,G(x)→1 1 0 0 1,1 0 0 0 0 1←Q(X),1 1 0 0 1,,1 0 0 0 0,1 1 0 0 1,1 0 0 1←R(X)(冗余碼),,八、差錯控制與檢測,例：某通信系統(tǒng)采用CRC校驗方式，已知生成多項式G(x)的二,,進制比特序列為11001，目的接收點收

39、到的二進制比特序列為,,:1100111001。請問傳輸過程中是否出現(xiàn)了差錯，為什么？若,,無差錯，請寫出實際傳輸?shù)男畔⑹鞘裁?，冗余碼是什么？,,八、差錯控制與檢測,例：接收端接收的接收碼字:1100111001,生成碼:11001,生成,,多項式:G(X)=X,4,+X,3,+1(r=4),,求：碼字的正確性。若正確，則指出冗余碼和信息碼。,,解：1)用字碼除以生成碼，余數(shù)為0，所以碼字正確。,,1 0 0 0 0 1←Q(X),,G(x)→1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1←F(X)*Xr＋R(x)　　　　　　　　 1 1 0 0 1　　　　　　　　　　　　　　　　　 1 1 0 0 1　　　　　　　　　　　　 1 1 0 0 1　　　　　　　　　　　　　　　 　0←S(X)(余數(shù)),,2)因r=4，所以冗余碼是：1001，信息碼是:110011,,,