數(shù)據(jù)通信原理簡(jiǎn)介

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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,*,第二章 數(shù)據(jù)通信原理簡(jiǎn)介,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用,,Contents,通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介,1,數(shù)據(jù)通信相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介,2,通信方式實(shí)例,3,,2.1.1,通信基本概念,通信的根本目的是為了交換信息,,信息是對(duì)客觀事物屬性和特征的描述,,信息和消息的關(guān)系,,消息是通信傳輸和具體對(duì)象,,信息是抽象化的消息,,數(shù)據(jù)是符號(hào)化的信息，是傳遞信息的載體,,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù),,,2.1.1,通信基本概念,信號(hào)與信

2、道,,,,,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,數(shù)據(jù)交換,,按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源，達(dá)到資源優(yōu)化的目的,,分為電路交換、報(bào)文交換和分組交換,,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,三種方式的對(duì)比,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,（,1,）電路交換,,電路交換在通信之前必須建立一條被通信雙方獨(dú)占的物理通路。通路由通信雙方之間的交換設(shè)備和設(shè)備之間的鏈路逐段連接而成。通路建立完成后，通信雙方開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸完成后，被占用的通路才被釋放,,公眾電話網(wǎng)和移動(dòng)電話網(wǎng)采用的都是電路交換技術(shù),,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,電路交換的,優(yōu)點(diǎn),,通信線路為通信雙方專用，數(shù)據(jù)直達(dá)，所以傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)延非常小,,通信雙方之

3、間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時(shí)通信，實(shí)時(shí)性強(qiáng),,雙方通信時(shí)按發(fā)送順序傳送數(shù)據(jù)，不存在數(shù)據(jù)重新排序的問(wèn)題；,,設(shè)備比較簡(jiǎn)單,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,電路交換的,缺點(diǎn),,電路交換連接平均建立的時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是對(duì)計(jì)算機(jī)通信來(lái)說(shuō),,電路交換連接建立后，物理通路被通信雙方獨(dú)占，即使通路在個(gè)別時(shí)間內(nèi)空閑，也不能供其他用戶使用，因而信道利用低,,電路交換時(shí)，數(shù)據(jù)直達(dá)，不同類型、不同規(guī)格、不同速率的設(shè)備很難協(xié)同工作，也難以在通信過(guò)程中進(jìn)行差錯(cuò)控制,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,（,2,）報(bào)文交換,,報(bào)文交換以報(bào)文為數(shù)據(jù)交換的單位,,報(bào)文包含了將要發(fā)送的完整的數(shù)據(jù)信息,,報(bào)文長(zhǎng)短很不一致,,報(bào)文附帶有目標(biāo)

4、地址、源地址等信息,,報(bào)文在交換結(jié)點(diǎn)中采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式,,電子郵件（,E-mail,）適合采用報(bào)文交換方式,,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,H,1,A,,子網(wǎng),B,D,E,C,H,5,H,6,H,4,H,2,H,3,H,1,,向,,H,5,,發(fā)送分組,路由器,主機(jī),在結(jié)點(diǎn)路由器,,A,,暫存,,查找轉(zhuǎn)發(fā)表,,找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)路由器,,C,,暫存,,查找轉(zhuǎn)發(fā)表,,找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)路由器,,E,,暫存,,查找轉(zhuǎn)發(fā)表,,找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,最后到達(dá)目的主機(jī),,H,5,（,3,）分組交換,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn),,報(bào)文交換不需要為通信雙方預(yù)先建立一條專用的通信線路，不存

5、在連接建立時(shí)延，用戶可隨時(shí)發(fā)送報(bào)文,,由于采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式，交換結(jié)點(diǎn)具有路由選擇功能某條傳輸路徑發(fā)生故障時(shí)，重新選擇另一條路徑傳輸數(shù)據(jù)，提高了傳輸?shù)目煽啃?,便于類型、規(guī)格和速度不同的設(shè)備之間進(jìn)行通信,,提供多目標(biāo)服務(wù),,允許建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)，使優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā),,通信雙方不是固定占有一條通信線路，而是在不同的時(shí)間逐段地部分占有這條物理通路，因而大大提高了線路的利用率,,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,報(bào)文交換的缺點(diǎn),,由于數(shù)據(jù)進(jìn)入交換結(jié)點(diǎn)后要經(jīng)歷存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程，包括接收?qǐng)?bào)文、檢驗(yàn)正確性、排隊(duì)和發(fā)送等，從而引起轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)的通信量愈大，造成的時(shí)延就愈大，因此報(bào)文交換的實(shí)時(shí)性差，

6、不適合傳送實(shí)時(shí)或交互式業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù),,只適用于數(shù)字信號(hào),,由于報(bào)文長(zhǎng)度沒(méi)有限制，而每個(gè)中間結(jié)點(diǎn)都要完整地接收傳來(lái)的整個(gè)報(bào)文，當(dāng)輸出線路被占用時(shí)，還可能要存儲(chǔ)幾個(gè)完整報(bào)文等待轉(zhuǎn)發(fā)，這要求網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)有較大的緩沖區(qū)。為了降低成本，減少結(jié)點(diǎn)的緩沖存儲(chǔ)器的容量，有時(shí)要把等待轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文存在磁盤(pán)上，這進(jìn)一步增加了傳送時(shí)延,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,分組交換,,分組交換仍采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式，但將一個(gè)報(bào)文首先分割為若干個(gè)較短的分組，然后再把這些攜帶源地址、目的地址和編號(hào)信息的分組逐個(gè)發(fā)送出去,,,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,,,加速了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸；簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理；減少了出錯(cuò)機(jī)率，適用于計(jì)算機(jī)通信,分組

7、交換的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),仍然存在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延；降低了通信效率；分組交換可能出現(xiàn)分組失序、丟失或重復(fù),,2.1.2,數(shù)據(jù)交換方式,H,1,A,,子網(wǎng),B,D,E,C,H,5,H,6,H,4,H,2,H,3,H,1,向,H,5,,發(fā)送分組,H,2,向,H,6,,發(fā)送分組,注意分組路徑的變化！,路由器,主機(jī),分組交換,,2.1.3,數(shù)據(jù)傳輸方式,數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)交換的關(guān)系,,微觀與宏觀,,本小節(jié)要介紹數(shù)據(jù)傳輸方式,,1.,基帶傳輸與頻帶傳輸,,2.,有線傳輸與無(wú)線傳輸,,3.,單工、半雙工與全雙工傳輸,,4.,串行方式傳輸與并行方式傳輸,,5.,異步方式與同步方式傳輸,,2.1.3,數(shù)據(jù)傳輸方式,1.,基帶

8、傳輸與頻帶傳輸,,數(shù)字信號(hào)不經(jīng)過(guò)調(diào)制，直接在線路中傳輸?shù)姆绞椒Q為基帶傳輸,,頻帶傳輸是指信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后再送到信道中傳輸，最后在接收端進(jìn)行解調(diào)的通信方式,,2.1.3,數(shù)據(jù)傳輸方式,2.,有線傳輸與無(wú)線傳輸,,有線：雙絞線通信、電纜通信和光纜通信,,無(wú)線：聲音、電磁波,,,2.1.3,數(shù)據(jù)傳輸方式,3.,單工、半雙工和全雙工,,單工方式中數(shù)據(jù)只能單方向傳輸,,廣播、遙控器、電視,,半雙工指在同一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸,,對(duì)講機(jī),,全雙工指可以同時(shí)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸,,固定電話、手機(jī),,,2.1.3,數(shù)據(jù)傳輸方式,4.,串行方式與并行方式,,串行傳輸方式指使用一條數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)一位一位地傳輸

9、。串行方式只需要很少的數(shù)據(jù)線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信,,并行傳輸方式使用幾條數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)分段同時(shí)進(jìn)行傳輸，傳輸速度快，根據(jù)計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)，通常是以,8,位、,16,位或,32,位為傳輸單位，一次傳送一個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，適合于外部設(shè)備與微機(jī)之間進(jìn)行近距離、大量和快速的信息交換,,2.1.3,數(shù)據(jù)傳輸方式,5.,異步方式與同步方式,,同步傳輸方式以比特為傳輸單位，要求收發(fā)雙方具有完全同步的時(shí)鐘信號(hào)，使用時(shí)需要在傳送數(shù)據(jù)的最前面附加特定的同步字符，使發(fā)收雙方建立同步，此后便在同步時(shí)鐘的控制下逐位發(fā)送或接收,,同步方式效率較高,,以太網(wǎng)和光纖等的數(shù)據(jù)傳輸

10、都是同步方式,,異步通信以字符為數(shù)據(jù)傳輸單位，在發(fā)送時(shí)，字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。為了讓接收端作好準(zhǔn)備，能夠正確地將每一個(gè)字符接收下來(lái)，必須在每一個(gè)字符的開(kāi)始和結(jié)束的地方加上標(biāo)志，即加上開(kāi)始位和停止位,,異步通信的好處是通信設(shè)備簡(jiǎn)單、便宜，但傳輸效率較低，因?yàn)殚_(kāi)始位和停止位的開(kāi)銷所占比例較大,,PC,機(jī)提供的標(biāo)準(zhǔn)通信接口都是異步的，如常用的,USB,接口等,,2.1.4,常用性能指標(biāo),1,帶寬,2,波特率,3,誤碼率,,2.1.4,常用性能指標(biāo),1,．帶寬,,帶寬表示通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)能力的上限，是衡量通信性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，這一概念最初來(lái)自模擬通信領(lǐng)域，指某個(gè)系統(tǒng)所能有效傳輸?shù)淖畹皖l率信號(hào)和

11、最高頻率信號(hào)之間的“寬度”，因此又叫頻寬，單位是赫茲。一般來(lái)講，帶寬越大，信道的傳輸能力就越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)量就越大,,后來(lái)帶寬這一名詞被擴(kuò)展到數(shù)字通信領(lǐng)域。數(shù)字信道不用頻率衡量，所以帶寬的單位不再是赫茲，而是每秒鐘傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)。數(shù)字通信中的帶寬實(shí)際上就是波特率,,2.1.4,常用性能指標(biāo),2,．波特率與比特率,,數(shù)字信號(hào)的基本單位是碼元，波特率指通信中每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)量，其單位為波特（,Baud,）。,1Baud,表示,1,碼元,/,秒。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，所用的碼元是二進(jìn)制碼元比特，波特率就變成了比特率，即比特,/,秒（,bit/s,，或簡(jiǎn)寫(xiě)為,bps,）。網(wǎng)絡(luò)中描述帶寬時(shí)常常把單位

12、省略。例如，帶寬是,10M,，實(shí)際上是,10Mb/s,，表示這個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)能力的上限是每秒鐘,10M,個(gè)比特,,2.1.4,常用性能指標(biāo),3,．誤碼率,,由于信道不理想或噪聲的干擾，以致在接收端收到的碼元可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，比如發(fā)送的信號(hào)是“,1”,,而接收到的信號(hào)卻是“,0”,，這叫誤碼。誤碼的多少用誤碼率來(lái)衡量。誤碼率的定義是：數(shù)字通信系統(tǒng)中單位時(shí)間內(nèi)出錯(cuò)的碼元數(shù)與發(fā)送的總碼元數(shù)之比。誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性的指標(biāo)，單位時(shí)間內(nèi)的誤碼越多，誤碼率越大,,一般來(lái)講，局域網(wǎng)可接受的最高限度誤碼率為,10-10,，在這個(gè)比例以下，出現(xiàn)的誤碼不會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的性能，因?yàn)樗械木W(wǎng)絡(luò)軟硬件都按這個(gè)要求建立。

13、最理想的情況當(dāng)然是誤碼為,0,，但這實(shí)際上不能達(dá)到。有標(biāo)準(zhǔn)中低于,10-12,的誤碼率就被規(guī)定為零誤碼率,,2.2,數(shù)據(jù)通信相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介,1,2,3,數(shù)據(jù)編碼技術(shù),信道復(fù)用技術(shù),差錯(cuò)控制技術(shù),,2.2.1,數(shù)據(jù)編碼,1.,非歸零編碼（,NonReturn to Zero Code,，,NRZ,）,,NRZ,編碼方案用信號(hào)的幅度表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通常用正電壓表示數(shù)據(jù)“,1”,，負(fù)電壓表示數(shù)據(jù)“,0”,，即所謂的“雙極性”編碼；電壓無(wú)需回到零值，故稱“非歸零碼”,,NRZ,編碼的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)送能量大，有利于提高接收端信噪比；在信道上占用頻帶較窄。信噪比指信道中正常信號(hào)與噪聲的功率之比，信噪比越大，說(shuō)明

14、信號(hào)的品質(zhì)越好,,NRZ,碼的主要缺點(diǎn)是：當(dāng)數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)“,0”,或“,1”,時(shí)，接收端不容易分辨信號(hào)的開(kāi)始和結(jié)束，如果使用同步傳輸方式，必須采用某種方法在發(fā)送端和接收端之間提供必要的同步信號(hào)。同時(shí)，這種編碼有直流分量，將導(dǎo)致信號(hào)的失真與畸變，而且無(wú)法使用一些交流耦合的線路和設(shè)備；抗噪性能差,,由于,NRZ,碼的諸多缺點(diǎn)，基帶數(shù)字信號(hào)傳輸中很少采用這種編碼，它只適合短距離傳輸,,2.2.1,數(shù)據(jù)編碼,2.,曼徹斯特編碼（,Manchester Encoding,）,,曼徹斯特編碼是一種同步時(shí)鐘編碼技術(shù)，常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位信號(hào)的中間都發(fā)生跳變，從低到高的變化表示“,0

15、”,，從高到低表示“,1”,。由于電壓變化發(fā)生在每一個(gè)碼元的中間，接收端可以方便地利用它作為同步時(shí)鐘，因此這種編碼也稱為自同步碼。,10Mb/s,以太網(wǎng)采用曼徹斯特編碼,,2.2.1,數(shù)據(jù)編碼,3.,差分曼徹斯特編碼（,Differential Manchester,）。,,差分曼徹斯特碼是曼徹斯特碼的改進(jìn)形式，二者的區(qū)別在于，差分曼徹斯特碼每位中間的跳變只作為同步時(shí)鐘信號(hào)，數(shù)據(jù)“,0”,和“,1”,的取值用信號(hào)的相位變化來(lái)表示：若每位信號(hào)的起始處有跳變則為“,0”,；無(wú)變化則為“,1”,。差分曼切斯特碼比曼切斯特碼的變化要少，因此適合傳輸更高速的信息。令牌環(huán)（,Token-Ring,）網(wǎng)采用

16、差分曼徹斯特編碼,,曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的特點(diǎn)是每一位均用不同電平的兩個(gè)半位來(lái)表示，因而始終能保持直流的平衡。兩種曼徹斯特編碼是將時(shí)鐘信息包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時(shí)，也將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但在這兩種編碼中，每一個(gè)比特都被轉(zhuǎn)換成兩個(gè)電平，所以數(shù)據(jù)傳輸效率只有非歸零碼的,1/2,,2.2.1,數(shù)據(jù)編碼,4. DNRZ,編碼（,Differential NRZ,）,,DNRZ,編碼是一種,NRZ,編碼的改進(jìn)形式，它也是用信號(hào)的相位變化來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的，每個(gè)信號(hào)碼元的起始處有變化表示數(shù)據(jù)“,1”,

17、，而無(wú)變化表示數(shù)據(jù)“,0”,。,DNRZ,編碼不僅保持了,NRZ,編碼的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了信號(hào)的抗干擾性和易同步性。,,近年來(lái)，,DNRZ,成為主流的信號(hào)編碼技術(shù)，在,100Mb/s,以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò)中都采用了,DNRZ,編碼。其原因是在高速網(wǎng)絡(luò)中要求盡量降低信號(hào)的傳輸帶寬，以利于提高傳輸?shù)目煽啃院徒档蛯?duì)傳輸介質(zhì)帶寬的要求。,DNRZ,具有很高的編碼效率，符合高速網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)編碼的要求。,,2.2.1,數(shù)據(jù)編碼,,2.2.2,信道復(fù)用,信道往往允許多路信號(hào)同時(shí)傳輸。這稱為信道復(fù)用,,2.2.2,信道復(fù)用,1.,頻分復(fù)用（,Frequency Division Multiplexing,，,FDM,

18、）,,頻分復(fù)用就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶（或稱子信道），每一個(gè)子信道傳輸一路信號(hào),,,因此要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率的總和。,,頻分復(fù)用的最大優(yōu)點(diǎn)是信道復(fù)用率高，允許復(fù)用的路數(shù)多，分路也很方便，因此它成為目前模擬通信的主要復(fù)用方式，特別是在有線通信和微波通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。頻分復(fù)用的主要缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜。,,2.2.2,信道復(fù)用,時(shí)分復(fù)用就是將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分成若干時(shí)間片，稱為時(shí)隙，并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號(hào)源使用，每一路信號(hào)在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,,如果時(shí)隙事先規(guī)劃分配好且固定不變，則稱為同步時(shí)分復(fù)用，其優(yōu)點(diǎn)是時(shí)隙分配固定，控制方式

19、簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是當(dāng)某信號(hào)源沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的信道會(huì)出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無(wú)法占用這個(gè)空閑的信道，因此會(huì)降低線路的利用率。,,統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（,Statistic Time-Division Multiplexing,，,STDM,），也叫異步時(shí)分復(fù)用，仍然是將用戶的數(shù)據(jù)劃分為一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)單元，不同用戶的數(shù)據(jù)單元按照時(shí)分的方式來(lái)共享信道，但是不再固定分配時(shí)隙，而是動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙，即不再使用物理特性來(lái)標(biāo)識(shí)不同用戶，而是使用數(shù)據(jù)單元中的若干比特，也就是使用邏輯的方式來(lái)標(biāo)識(shí)用戶。這種方法提高了設(shè)備利用率，但是技術(shù)復(fù)雜性也比較高，所以這種方法主要應(yīng)用于高速遠(yuǎn)程通信過(guò)程中，例如，異步傳輸方式,ATM,。

20、兩種時(shí)分復(fù)用的示意圖見(jiàn)圖,2-12,。,,2.2.2,信道復(fù)用,,,2.2.2,信道復(fù)用,碼分復(fù)用（,code division multiplexing,CDM,）是靠不同的編碼來(lái)區(qū)分各路原始信號(hào)的一種復(fù)用方式。碼分復(fù)用實(shí)質(zhì)上是一種擴(kuò)頻技術(shù)，用戶將二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的“,0”,和“,1”,分別擴(kuò)展為一串稱為“碼片”的二進(jìn)制序列，發(fā)送到信道當(dāng)中。不同用戶分配到的“碼片”不相同，而且互相正交，因此多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)可以疊加在一起傳送，最后在接收端使用各自的碼片對(duì)總體信號(hào)進(jìn)行“解碼”，就可以得到各自的原始信號(hào)。,,碼分復(fù)用和頻分復(fù)用及時(shí)分復(fù)用比較起來(lái)，頻分復(fù)用的特點(diǎn)是各個(gè)子信道共享總信道的時(shí)間，但頻率互相隔

21、離；時(shí)分復(fù)用則共享總信道的所有頻率，但時(shí)間上分為很多時(shí)隙，分開(kāi)使用；在碼分復(fù)用方式中，各用戶在時(shí)間和頻率上均共享總信道，因此，信道的效率高，系統(tǒng)的容量大。,,碼分復(fù)用最初是用于軍事通信，因?yàn)檫@種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的保密性和抗干擾性，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。碼分復(fù)用的缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本高。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，碼分復(fù)用設(shè)備的價(jià)格和體積都大幅度下降，因而現(xiàn)在已廣泛使用在民用的移動(dòng)通信中。聯(lián)通,CDMA,（,Code Division Multiple Access,，碼分多址）就是碼分復(fù)用的一種方式。,,2.2.2,信道復(fù)用,在光通信領(lǐng)域，人們習(xí)慣按波長(zhǎng)而不是按頻率來(lái)命名。因此

22、，波分復(fù)用本質(zhì)上也就是光的頻分復(fù)用。,WDM,是在一根光纖上承載多個(gè)波長(zhǎng)的光，相當(dāng)于將,1,根光纖轉(zhuǎn)換為多條“虛擬”光纖，當(dāng)然每條虛擬光纖獨(dú)立工作在不同波長(zhǎng)上。由于,WDM,系統(tǒng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與有效性，使之成為當(dāng)前光纖通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的主要手段。,,隨著技術(shù)的發(fā)展，在一根光纖上復(fù)用的光信號(hào)越來(lái)越多，于是就有了密集波分復(fù)用（,Dense Wavelength Division Multiplexing,，,DWDM,）。在密集波分復(fù)用中，不同光信號(hào)的波長(zhǎng)之差很小，一般只有,0.8,或,1.6,納米，這樣極大地提高了光纖的傳輸容量。,,2.2.3,差錯(cuò)控制,通信中，接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱為傳

23、輸差錯(cuò)。差錯(cuò)控制，就是檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)。,,1.,差錯(cuò)產(chǎn)生的原因,,造成傳輸差錯(cuò)的主要原因：,,（,1,）信道上存在噪聲，噪聲與原始信號(hào)疊加，從而出現(xiàn)差錯(cuò),,（,2,）信道特性不理想使被傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生失真,,2.2.3,差錯(cuò)控制,,,2.2.3,差錯(cuò)控制,2.,差錯(cuò)類型,,根據(jù)出錯(cuò)信號(hào)的位置和數(shù)量，數(shù)字信號(hào)傳輸中常見(jiàn)的錯(cuò)誤有兩種：?jiǎn)伪忍劐e(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤,,2.2.3,差錯(cuò)控制,3.,差錯(cuò)控制方法,,差錯(cuò)控制的基本方式有,3,種：前向糾錯(cuò)、檢錯(cuò)重發(fā)、混合糾錯(cuò),,2.2.3,差錯(cuò)控制,（,1,）前向糾錯(cuò)方式（,Forward Error Correction,，,FEC,）,,又稱自

24、動(dòng)糾錯(cuò)方式。在這種方式中，發(fā)送端將信息碼元按一定規(guī)則附加上監(jiān)督碼，構(gòu)成需要發(fā)送的碼字。當(dāng)接收端收到碼字，發(fā)現(xiàn)有差錯(cuò)且在其糾錯(cuò)能力之內(nèi)時(shí)，能自動(dòng)將碼字糾正。該方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：可進(jìn)行單向通信，或一對(duì)多的同時(shí)通信（廣播），特別適合移動(dòng)通信。它的控制電路簡(jiǎn)單，譯碼實(shí)時(shí)性好。主要缺點(diǎn)是編碼效率低，編、譯碼設(shè)備復(fù)雜，成本高。隨著編、譯碼理論的發(fā)展和大規(guī)模集成電路成本的降低，該方法在實(shí)際數(shù)字通信系統(tǒng)中，特別在單工通信系統(tǒng)中得到了較廣泛的應(yīng)用。目前，,FEC,方式廣泛應(yīng)用于太空和衛(wèi)星通信中。,,2.2.3,差錯(cuò)控制,（,2,）檢錯(cuò)重發(fā)方式（,Auto Repeat Request,，,ARQ,）,,又稱自動(dòng)

25、重傳方式。在這種方式中，發(fā)送端發(fā)送的碼元中加入了具有檢錯(cuò)能力的監(jiān)督碼，接收端則按照給定的規(guī)則判決傳輸中有無(wú)錯(cuò)誤產(chǎn)生。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，就通過(guò)反向信道把這一判決結(jié)果反饋給發(fā)送端，該方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：譯碼設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)各種信道的不同差錯(cuò)有一定的適應(yīng)能力，特別是對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤和信道干擾嚴(yán)重的情況更為有效。,ARQ,方式在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)設(shè)備之間的通信中獲得了廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是：需要反饋信道，信息傳輸效率低，不適合實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)。,,2.2.3,差錯(cuò)控制,（,3,）混合糾錯(cuò)方式（,Hybrid Error Correction,，,HEC,）,,混合糾錯(cuò)方式是前向糾錯(cuò)方式和檢錯(cuò)重發(fā)方式的結(jié)合，其監(jiān)督

26、碼既有檢錯(cuò)能力，也有一定自動(dòng)糾錯(cuò)能力。接收端檢查差錯(cuò)情況，如果錯(cuò)誤在碼元的糾錯(cuò)能力范圍以內(nèi)，則自動(dòng)糾錯(cuò)，如果超過(guò)了碼元的糾錯(cuò)能力，但能檢測(cè)出來(lái)，則經(jīng)過(guò)反饋信道請(qǐng)求發(fā)送端重發(fā)。這種方式具有,FEC,和,ARQ,方式的優(yōu)點(diǎn)，可達(dá)到較低的誤碼率，但需雙向信道和較復(fù)雜的譯碼設(shè)備和控制系統(tǒng)。該方式特別適合于復(fù)雜的短波信道，近年來(lái)在衛(wèi)星通信中也得到了較廣泛的使用。,,,,2.2.3,差錯(cuò)控制,發(fā)送端加入的冗余信息一般有檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼兩種,,檢錯(cuò)碼只能檢查出是否發(fā)生錯(cuò)誤，不能定位錯(cuò)誤的位置，因此也就無(wú)法更正錯(cuò)誤。而糾錯(cuò)碼既能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，也能糾正錯(cuò)誤，只是相對(duì)于檢錯(cuò)碼，一般要有更多的冗余信息。,,2.2.3,差

27、錯(cuò)控制,（,1,）檢錯(cuò)碼,,常用的檢錯(cuò)碼有奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼,,奇偶校驗(yàn)是奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)的統(tǒng)稱，指在原信息后面附加一個(gè)監(jiān)督元，使得碼字中“,1”,的個(gè)數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù),,2.2.3,差錯(cuò)控制,循環(huán)冗余碼 （,Cyclic Redundancy Code,，,CRC,）。循環(huán)冗余碼又稱為多項(xiàng)式碼，其工作方法是根據(jù)原始信息產(chǎn)生一串冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端，接收端收到的信息按發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進(jìn)行校驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則通知發(fā)送端重發(fā),,任何一個(gè)由二進(jìn)制數(shù)位串組成的代碼，都可以唯一表示為一個(gè)只含有“,0”,和“,1”,兩種系數(shù)的多項(xiàng)式。例如，代碼,1010111,對(duì)應(yīng)的

28、多項(xiàng)式為,X,6,+X,4,+X,2,+X+1,。同樣，多項(xiàng)式,X,5,+X,3,+X,2,+X+1,對(duì)應(yīng)的代碼為,101111,。,CRC,碼在發(fā)送端編碼和接收端校驗(yàn)時(shí)，都可以利用事先約定的生成多項(xiàng)式,G(X),計(jì)算得到,,,2.2.3,差錯(cuò)控制,目前廣泛使用的生成多項(xiàng)式主要有以下四種。,,①,CRC12 = X,12,+X,11,+X,3,+X,2,+1,,② CRC16 = X,16,+X,15,+X,2,+1,（,IBM,公司）,,③,CRC16 = X,16,+X,12,+X,5,+1,（國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì),CCITT,）,,④,CRC32 = X,32,+X,26,+X,23,

29、+X,22,+X,16,+X,11,+X,10,+X,8,+X,7,+X,5,+X,4,+X,2,+X+1,,2.2.3,差錯(cuò)控制,假設(shè)信息碼為,11100011,，生成多項(xiàng)式,G,（,X,）,=X5+X4+X+1,，計(jì)算,CRC,碼字。,G,（,X,）,+X5+X4+X+1,,也就是,110011,，因?yàn)樽罡叽问?5,，所以，在信息碼子后補(bǔ),5,個(gè),0,，變?yōu)?。用處?110011,計(jì)算，,2-16A,所示，余數(shù)為,11010,，即為所求的冗余位。因此發(fā)送出去的,CRC,碼字為原始碼字,11100011,末尾加上冗余位,11010,，即接收端受到碼字后，采用同樣的方法驗(yàn)證，即將收到的碼字除以

30、,G,（,X,），發(fā)現(xiàn)余數(shù)是,0,，則認(rèn)為碼字在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出錯(cuò)，,2—16B,所示，反之若余數(shù)不為,0,，則一定有錯(cuò),,冗余碼的計(jì)算方法是，假定生成多項(xiàng)式最高次冪是,r,，則先將信息碼后面補(bǔ),r,個(gè)“,0”,，然后將補(bǔ)零之后的信息碼除以,G(X),,,2.2.3,差錯(cuò)控制,糾錯(cuò)碼：以海明碼為例,,,2.3,通信方式實(shí)例,4,3,2,1,無(wú)線電波通信,微波通信,衛(wèi)星通信,蜂窩移動(dòng)通信,,2.3.1,無(wú)線電波通信,無(wú)線電波是波長(zhǎng)在,1,毫米以上的電磁波，又可以細(xì)分為長(zhǎng)波、中波、短波、超短波和微波等。長(zhǎng)波的波長(zhǎng)為,1000,米以上；中波波長(zhǎng)介于,100,米與,1000,米之間，短波波長(zhǎng),10,米

31、～,100,米；超短波波長(zhǎng),1,米～,10,米，所以又為米波；微波波長(zhǎng),1,毫米～,1,米。、,,無(wú)線電波主要有三種傳播方式：地表傳播、電離層傳播和沿直線傳播,,2.3.1,無(wú)線電波通信,,,2.3.2,微波通信,微波波長(zhǎng),1,毫米～,1,米，是分米波、厘米波和毫米波的總稱，嚴(yán)格意義上也屬于無(wú)線電波。,,微波頻率比一般的無(wú)線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。由于微波穿透電離層的能力很強(qiáng)，不能利用電離層反射方式傳播，而且又不能像長(zhǎng)波那樣繞過(guò)障礙物，所以只能采用直線方式傳播。,,由于地球的球形表面和地表的障礙物，微波信號(hào)的覆蓋范圍在很大程度上依賴于天線的高度，天線越高，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)。典

32、型的做法是將天線安裝在塔頂，而塔建立在山頂?shù)缺M可能高的地方。即便如此，傳輸距離仍嫌不夠，只好采用中繼接力的方式延長(zhǎng)距離,,2.3.3,衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信采用的電磁波信號(hào)屬于微波范疇，因此衛(wèi)星通信的基本原理和微波通信一樣，只不過(guò)它的中繼站是繞地球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的高度很高，所以雖然在衛(wèi)星通信中地球曲面引起的距離限制被大大地削弱，信號(hào)只需一次中繼就可以跨越陸地與海洋。,,2.3.3,衛(wèi)星通信,用于通信的衛(wèi)星有地球同步衛(wèi)星和低軌道衛(wèi)星,,同步衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空約,35406,千米處，這個(gè)軌道上的衛(wèi)星在地面上看來(lái)好像在天空中靜止不動(dòng)的一樣，因此被稱為地球同步衛(wèi)星。但是，一顆同步衛(wèi)星不可能覆蓋整

33、個(gè)地球，在同步軌道上至少需要三顆等距離的衛(wèi)星互相呈,120?°,分布，才能提供全球通信服務(wù)。,,地球同步衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域固定，在這個(gè)覆蓋區(qū)內(nèi)任何帶有相應(yīng)衛(wèi)星天線的地球站之間可以實(shí)現(xiàn)不間斷通信。因此同步衛(wèi)星主要用于陸地固定通信，如電話通信、電視節(jié)目的轉(zhuǎn)播等，也用于海上移動(dòng)通信。不過(guò)，同步衛(wèi)星與地面的距離還是太遠(yuǎn)，地面站設(shè)備不可能做得太小，更不要說(shuō)用手持設(shè)備直接與衛(wèi)星通信了。,,2.3.3,衛(wèi)星通信,解決這一問(wèn)題的方法是使用低軌道（,Low Earth Orbit,，,LEO,）衛(wèi)星。但如果用,LEO,衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球通信，衛(wèi)星的數(shù)量需要大大增加。原因在于衛(wèi)星軌道越低，速度就會(huì)越快。為了讓任何時(shí)間內(nèi)某地

34、上空至少有一顆低軌道衛(wèi)星，就必須保證一顆衛(wèi)星落在地平面以下時(shí)，至少有另外一顆剛好從另一地平線上升起，這樣衛(wèi)星的數(shù)量要足夠才行。低軌道衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信設(shè)備全球互通，而且因?yàn)樾l(wèi)星更靠近地面，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延較小。但正是因?yàn)檐壍赖?，衛(wèi)星的使用壽命不長(zhǎng)。,,2.3.3,衛(wèi)星通信,,,2.3.4,蜂窩式移動(dòng)通信,蜂窩式移動(dòng)通信即通常所說(shuō)的“手機(jī)通信”或“移動(dòng)通信”,,早期的移動(dòng)通信系統(tǒng)是在區(qū)域中心設(shè)置大功率的發(fā)射機(jī)，采用高架天線把信號(hào)發(fā)送到整個(gè)覆蓋地區(qū)，半徑可達(dá)幾十公里。這種系統(tǒng)的主要問(wèn)題是它同時(shí)提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了移動(dòng)通信業(yè)務(wù)迅速增長(zhǎng)的需要。,,現(xiàn)代移動(dòng)通信采用的是蜂窩通信系統(tǒng)

35、。蜂窩系統(tǒng)把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分成若干個(gè)較小的區(qū)域，稱為小區(qū)（,Cell,），各小區(qū)用被稱為基站的小功率發(fā)射機(jī)進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿任意形狀的服務(wù)地區(qū),,2.3.4,蜂窩式移動(dòng)通信,,,2.3.4,蜂窩式移動(dòng)通信,小區(qū)之間的分界線并不象圖中所示的那么明確。當(dāng)靠近小區(qū)的邊界線時(shí)，移動(dòng)電話潛在地位于多個(gè)單元范圍內(nèi)。每個(gè)基站都會(huì)持續(xù)地發(fā)送信號(hào)。因此移動(dòng)電話可以通過(guò)檢測(cè)哪一個(gè)信號(hào)最強(qiáng)來(lái)確定最近的基站。當(dāng)移動(dòng)電話打出一個(gè)電話時(shí)，它與最近的基站進(jìn)行通信。當(dāng)移動(dòng)用戶在蜂窩服務(wù)區(qū)中快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，通話常常不會(huì)在一個(gè)小區(qū)中結(jié)束?？焖傩旭偟钠囋谝淮瓮ㄔ挼臅r(shí)間內(nèi)可能跨越多個(gè)小區(qū)。當(dāng)移動(dòng)電話從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入到另一

36、個(gè)小區(qū)時(shí)，其通信鏈路必須從離開(kāi)小區(qū)的基站切換到正在進(jìn)入的小區(qū)，這一重要過(guò)程稱為越區(qū)切換。,,小區(qū)的大小并不是固定的，可以根據(jù)區(qū)域內(nèi)人口的增加而縮小。典型小區(qū)的半徑是,1.6,千米,~19,千米。人口密度大的地區(qū)比密度小的區(qū)域需要更多數(shù)量的小區(qū)以滿足流量的需求。每個(gè)小區(qū)的傳輸能量都保持在低水平以免干擾其它單元,,2.3.4,蜂窩式移動(dòng)通信,移動(dòng)通信目前正在向,3G,發(fā)展和過(guò)渡。,3G,是英文,The 3rd Generation,的縮寫(xiě)，即第三代移動(dòng)通信技術(shù)，是將無(wú)線通信與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。,,3G,與,2G,的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)線漫游，并處理圖像、音樂(lè)、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)，同時(shí)也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。目前,3G,的主要標(biāo)準(zhǔn)有,WCDMA,（歐洲）、,CDMA2000,（美國(guó)）和,TD-SCDMA,（中國(guó)）,,Thank you!,網(wǎng),,絡(luò),連,,未,,來(lái),Questions,,