數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

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),,,,*,,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),,,,*,1,第,2,章 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí),本章內(nèi)容,,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),,基本概念,,傳輸介質(zhì),,數(shù)據(jù)編碼,,信道復(fù)用技術(shù),,數(shù)據(jù)交換技術(shù),,差錯(cuò)控制,,數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo),2,2.1,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),源系統(tǒng),,源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。,,發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過(guò)發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。,,目的系統(tǒng),,接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。,,終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來(lái)的信息。,,傳輸系統(tǒng),,可以是簡(jiǎn)單的物理通信線路,,也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,噪聲,信源,發(fā)送器,信道,接收器,信宿,,源系統(tǒng),,目的系統(tǒng),3,數(shù)據(jù)通信基本過(guò)程,5,個(gè)階段,,包含兩項(xiàng)內(nèi)容：,數(shù)據(jù)傳輸,和,通信控制,,過(guò)程 與打電話比較,,建立物理連接,撥號(hào)，撥通對(duì)方,,建立邏輯連接,互相確認(rèn)身份,,數(shù)據(jù)傳輸,互相通話,,斷開邏輯連接,互相確認(rèn)要結(jié)束通話,,斷開物理連接,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(gè)階段。,4,2.2,一些基本概念,數(shù)據(jù)與信號(hào),,信道,,通信方式,,傳輸方式,,同步方式,5,數(shù)據(jù)與信號(hào),數(shù)據(jù)（,Data,）,,傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。,,信息（,Information,）,,數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。,,信號(hào)（,Signal,）,,數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式在介質(zhì)中傳播,6,模擬信號(hào),,時(shí)間上連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)信號(hào)值,,數(shù)字信號(hào),,時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見的是二值信號(hào),t,a,） 模擬信號(hào),t,b,） 數(shù)字信號(hào),7,周期信號(hào),,信號(hào)由不斷重復(fù)的固定模式組成,（如正弦波）,,非周期信號(hào),,信號(hào)沒有固定的模式和波形循環(huán),（如語(yǔ)音的音波信號(hào)）,。,t,T,T,T,t,T,T,T,周期信號(hào),非周期信號(hào),t,t,8,信息編碼,：,將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。,,例如：,ASCII,編碼、,BCD,編碼等,,數(shù)據(jù)編碼,：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法。,,例如：字符,‘,A,’,的,ASCII,編碼為,01000001,，其數(shù)據(jù)編碼可能為,0,1,0,0,0,0,0,1,t,9,信息通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程,,把攜帶,信息,的,數(shù)據(jù),用物理,信號(hào),形式通過(guò)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,,,,,,,,編碼,：數(shù)據(jù),→,適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào),——,便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò),,調(diào)制,：數(shù)字信號(hào),→,適合傳輸?shù)男问?——,按頻率、幅度、相位,,解調(diào),：接收波形,→數(shù)字信號(hào),,解碼,：數(shù)字信號(hào),→,原始數(shù)據(jù),信息,→,數(shù)據(jù),→,信號(hào),→,在信道上傳輸,→,信號(hào),→,數(shù)據(jù),→,信息,數(shù)據(jù)編碼,調(diào)制,解調(diào),數(shù)據(jù)解碼,,01000001,‘,A,’,01000001,‘,A,’,信道,信息編碼,信息解碼,10,不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有,4,種情況：,數(shù)據(jù),：模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),,,信號(hào),：模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào),,,信道,：模擬信道 數(shù)字信道,11,模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù),話音,移頻,,,調(diào)制,模擬,數(shù)字,,模擬,模擬,PCM,編碼,數(shù)字,數(shù)字,數(shù)字編碼,數(shù)字,模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào),數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào),數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào),模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào),1010,1010,調(diào)制,12,編碼與調(diào)制的區(qū)別,,編碼,：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù),,調(diào)制,：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù),Encoder,Decoder,數(shù)字或,,模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號(hào),x(t),g(t),數(shù)字或,,模擬數(shù)據(jù),編碼與解碼,數(shù)字信道,發(fā)送方,接收方,g(t),,編碼,,解碼,13,調(diào)制與解調(diào),數(shù)字或,,模擬數(shù)據(jù),Modulator,Demodulator,數(shù)字或,,模擬數(shù)據(jù),模擬信號(hào),g(t),s(t),g(t),載波,模擬信道,發(fā)送方,接收方,調(diào)制,解調(diào)制,,,14,2.2.2,信道,,信道（,Channel,）,：傳送信息的線路（或通路）。,,數(shù)字信道,：以數(shù)字脈沖形式（離散信號(hào)）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,,ADSL,、,ISDN,、,DDN,、,ATM,、局域網(wǎng),,模擬信道,：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。,,CATV,、無(wú)線電廣播、電話撥號(hào)線路,15,數(shù)字通信與模擬通信,,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,,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,,數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn),,抗噪聲（干擾）能力強(qiáng),,可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量,,便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,,易于加密、保密性強(qiáng),,可以傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活,,計(jì)算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通信，如通過(guò)電話線撥號(hào)上網(wǎng)。,16,2.2.3,通信方式,單工,,數(shù)據(jù)單向傳輸,（例：無(wú)線電廣播）,,半雙工,,數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸,（例：對(duì)講機(jī)）,,全雙工,,數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸,（例：電話）,,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(gè)信道，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。,17,,發(fā)送器,,接收器,,發(fā)送器,/,接收器,,發(fā)送器,/,接收器,,發(fā)送器,/,接收器,,發(fā)送器,/,接收器,單工方式：,半雙工方式：,全雙工方式：,A,站,B,站,可同時(shí),不可同時(shí),18,基帶傳輸,：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接在信道上傳送。,,例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）,,頻帶傳輸,：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。,,例如：通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),,寬帶傳輸,：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十,MHZ,到幾百,MHZ,的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。,,例如：閉路電視的信號(hào)傳輸,2.2.4,傳輸方式,19,同步的因素：,,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,,位邊界,,數(shù)據(jù)塊邊界,,數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步：,,位,——,位同步,,字符,——,字符同步,,幀,(Frame),——,幀同步,2.2.5,同步方式,20,同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何時(shí)開始,,,●同步脈沖也可位于碼元的中部,,●一個(gè)碼元也可有多個(gè)同步脈沖相對(duì)應(yīng),t,碼元,1,碼元,2,碼元,3,碼元,4,碼元,5,信號(hào),同步脈沖,t,21,目的：,使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致,,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(hào)，接收方用接收到的同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。,,,,,,,,,,自同步,——,通過(guò)特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。,位同步,22,目的：,找到正確的字符邊界。,,常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個(gè)字符的傳輸需要：,,1,個(gè)起始位、,5,～,8,個(gè)數(shù)據(jù)位、,1,、,1.5,或,2,個(gè)停止位,,采用這種同步方式的通信也稱,“,異步通信,”,。,,起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：,,頻率的漂移不會(huì)積累，每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新獲得同步；,,每?jī)蓚€(gè)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；,,例如，采用,1,個(gè)起始位、,8,個(gè)數(shù)據(jù)位、,2,個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為,8/11≈,73,％,起始位,數(shù)據(jù)位,停止位,,字符間隔不固定,1,個(gè)字符時(shí)間,邏輯“,0”,邏輯“,1”,字符同步,23,目的,：識(shí)別一個(gè)幀的起始和結(jié)束,。,,幀（,Frame,）,：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位,——,包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊,,面向字符的,——,以同步字符（,SYN,，,16H,）來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀,,面向比特的,——,以特殊位序列（,7EH,，即,01111110,）來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀,幀起始,控制信息,數(shù)據(jù),幀結(jié)束,校驗(yàn)和,0 – n bit,8bit,8bit,8-32,m,7EH,7EH,幀同步,24,2.3,傳輸介質(zhì),磁介質(zhì),,,高帶寬、低費(fèi)用、,高延時(shí)（小時(shí)）,——,,在通信中很少使用,,,例：,7GB/8mm,磁帶，,1000,盤,/50*50*50cm,3,，,24h,可送到任何地方。,,總?cè)萘?=7*1000*8Gbits,，總時(shí)間,=24*60*60=86400s,,,傳送速率,=56000Gb/86400s=648Mb/s,,,若讓劉翔來(lái)傳送,1,盤,10GB,的磁帶，在,110,米（,12.91,秒）內(nèi)其傳輸速率是多少？,,金屬導(dǎo)體,,雙絞線、 同軸電纜,(,粗、細(xì),),,光纖,,無(wú)線介質(zhì),,無(wú)線電、微波、衛(wèi)星、紅外線,25,同軸電纜,（,Coaxial Cable,）,,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)）,,性能：,10Mb/s,，,500,米,/185,米,銅芯,絕緣層,外導(dǎo)體屏蔽層,保護(hù)套,,26,雙絞線,（,Twist Pair,，,TP,）,,--,螺旋絞合的雙導(dǎo)線,,--,每根,4,對(duì)、,25,對(duì)、,1800,對(duì),,--,典型連接距離,100m,（,LAN,）,,--RJ45,插座、插頭,,--,優(yōu)缺點(diǎn)：,,成本低,,組裝密度高、節(jié)省空間,,安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）,,平衡傳輸（高速率）,,抗干擾性一般,,連接距離短,應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng),內(nèi)導(dǎo)體芯線,,絕緣,,內(nèi)屏蔽,,外屏蔽,,外套,27,屏蔽雙絞線,(STP),非屏蔽雙絞線,(UTP),以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少,雙絞線外無(wú)任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛,常用的雙絞線：,3,類（,16Mb/s,）,,和,5,類（,155Mb/s,）兩種,28,雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn),,色彩標(biāo)記和連接方法：,,,,,,,,,交叉線：交換機(jī),-,交換機(jī)、,PC-PC,、,HUB-HUB(,標(biāo)準(zhǔn)端口,),,直連線：,PC/,路由器,-,交換機(jī),/HUB,、,HUB-HUB(,級(jí)連端口,),線對(duì),色彩碼,1,白藍(lán)，藍(lán),2,白橙，橙,3,白綠，綠,4,白棕，棕,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,交叉線,,EIA-568B,直連線,,EIA-568A,29,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,,優(yōu)缺點(diǎn)：,,傳輸帶寬高：,僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞,100Gb/s,）,,傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸,,抗干擾性能極好、誤碼率低，保密性好,,輕便,,價(jià)格較高,,需要光電轉(zhuǎn)換,,纖芯材料：,,塑料,,二氧化硅,,,（高純玻璃）,30,光纖傳輸原理,——,光的反射,,光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。,,纖芯,-,折射率高，玻璃包層,-,折射率低,,亮度調(diào)制：有光脈沖,-1,，無(wú)光脈沖,-0,,光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測(cè),,光源：,850nm/1300nm/1500nm,，發(fā)光二極管,/,激光二極管,,光檢測(cè)器：光電二極管,PIN/,雪崩二極管,APD,,單向傳輸，雙向需兩根光纖,,應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接,31,多模光纖,(MMF),,,,,,單模光纖,(SMF),：,光纖的直徑接近一個(gè)光波波長(zhǎng),多束光線以不同的反射角傳播,,,,激光器,,,包層，折射率低,纖芯，折射率高,亮度調(diào)制,,,光檢波器,,,,激光器,,,,,光檢波器,單束光線沿直線傳播,32,典型的光纜,單芯光纜,多芯光纜,,玻璃封套,塑料外套,玻璃內(nèi)芯,,,,,,玻璃內(nèi)芯,塑料外套,玻璃封套,外殼,常見規(guī)格：纖芯,——50um,緩變型,-MMF,,62.5um,緩變型,/,增強(qiáng)型,-MMF,,8.3um,突變型,-SMF,,,包層,——125um,33,高密度多芯光纜,剖面結(jié)構(gòu),,,,,芯,封套,,,,,,,,,,外套,加強(qiáng)芯,光纖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,外鞘,加強(qiáng)芯,光纖束,34,無(wú)線介質(zhì),（,信號(hào)在大氣或外層空間自由傳播）,,使用電磁波或光波攜帶信息,,優(yōu)缺點(diǎn)：,,無(wú)需物理連接,,適用于長(zhǎng)距離或不便布線的場(chǎng)合,,易受干擾,,反射，為障礙物所阻隔,,主要類型,：,,無(wú)線電、地面微波,,通信衛(wèi)星,,紅外線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,35,微波通信,,通過(guò)地面站之間接力傳送,,接力站之間距離：,50 -100 km,,速率：每信道,45 Mb/s,地球,,,,,地面站之間的直視線路,微波傳送塔,,36,地球同步衛(wèi)星,,與地面站相對(duì)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(zhǎng)（≈,270ms,）,,廣播式傳輸,,應(yīng)用領(lǐng)域：,,電視傳輸,,長(zhǎng)途電話,,專用網(wǎng)絡(luò),,廣域網(wǎng),35,784,,公里,地球,37,激光傳輸,,將激光束調(diào)制成光脈沖傳輸數(shù)據(jù)。,,特點(diǎn)：,,激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬。,,激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕偷聽。,,受天氣影響,,只能在短距離通信中使用,38,紅無(wú)線通信,,紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個(gè)房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng)。,,特點(diǎn)：,,紅外通信的設(shè)備相對(duì)便宜，可獲得高的帶寬,,傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響。,39,短波通信,,基站與終端之間通信采用無(wú)線鏈路,,應(yīng)用領(lǐng)域：移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)（,WLAN,）,,BS,基站覆蓋的無(wú)線電區(qū)域,,BS,基站,,用戶計(jì)算機(jī)和終端,40,常用傳輸介質(zhì)的比較,傳輸介質(zhì),,傳輸方式,,速率,/,,工作頻帶,,傳輸距離,,性能,,價(jià)格,,應(yīng)用,,雙絞線,,寬帶,,基帶,,≤,1Gb/s,,模擬,: 10km,,數(shù)字,: 500m,,較好,,低,,模擬,/,數(shù)字信號(hào)傳輸,,50,Ω,,同軸電纜,,基帶,,10Mb/s,,<3km,,較好,,較低,,基帶數(shù)字信號(hào),,75,Ω,,同軸電纜,,寬帶,,≤,450MHz,,100km,,較好,,較低,,模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻,,光纖,,基帶,,40Gb/s,,20km,以上,,很好,,較高,,遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸,,微波,,寬帶,,4-6GHz,,幾百,km,,好,,中等,,遠(yuǎn)程通信,,衛(wèi)星,,寬帶,,1-10GHz,,18000km,,很好,,高,,遠(yuǎn)程通信,,,41,2.4,數(shù)據(jù)編碼,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼,,使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸,,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼,,使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸,,模擬信號(hào)的數(shù)字編碼,,使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸,42,1.,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼,不歸零碼（,NRZ,，,Non-Return to Zero,）,,二進(jìn)制數(shù)字,0,、,1,分別用兩種電平來(lái)表示；,,常用－,5V,表示,1,，＋,5V,表示,0,；,,缺點(diǎn)：,,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。,,曼徹斯特編碼（,Manchester Coding,）,,用電壓的變化表示,0,和,1,。,,規(guī)定在,每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變,：,,高→低的跳變代表,0,，低→高的跳變代表,1,,每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)。這種,編碼也稱為自同步碼（,Self-Synchronizing Code,）。,,缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的,2,倍）。,,差分曼徹斯特編碼（,Differential,～,）,,每個(gè)碼元的中間,仍要發(fā)生跳變。,,用,碼元開始處,有無(wú)跳變來(lái)表示,0,和,1,,，有跳變代表,0,，無(wú)跳變代表,1,。,43,三種數(shù)字編碼的波形圖,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,,時(shí)鐘,NRZ,Manchester,差分,,Manchester,44,2.,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制,三種常用的調(diào)制技術(shù),：,,幅移鍵控,ASK,（,Amplitude Shift Keying,）,,頻移鍵控,FSK,（,Frequency Shift Keying,）,,相移鍵控,PSK,（,Phase Shift Keying,）,,原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。,,,載波信號(hào),S(t) =,A,cos(,?,t+,?,),,,S(t),的參量包括：,幅度,A,、,頻率,?,,、,初相位,?,,調(diào)制就是要使,A,、? 或?隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化,45,ASK,：用載波的兩個(gè)不同振幅表示,0,和,1,,FSK,：用載波的兩個(gè)不同頻率表示,0,和,1,,PSK,：用載波的起始相位的變化表示,0,和,1,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,ASK,FSK,PSK,46,3.,模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼,采樣定理：,,如果模擬信號(hào)的最高頻率為,F,，若以≥,2F,的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。,,要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語(yǔ)音信號(hào)，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(hào)。,,PCM,編碼：,,采樣,：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣,,量化,：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上,,編碼,：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼,,編碼后的信號(hào)稱為,PCM,信號(hào)（脈碼調(diào)制,, Pulse Coded Modulation,）。,47,語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化,,語(yǔ)音帶寬,f<4kHz,,采樣時(shí)鐘頻率：,8kHz,（,>2,倍語(yǔ)音最大頻率）,,樣本量化級(jí)數(shù)：,256,級(jí)（,8bit/,每樣本）,,數(shù)據(jù)率：,8000,次,/s*8bit = 64kb/s,,每路,PCM,信號(hào)的速率,= 64kb/s,模擬,,語(yǔ)音信號(hào),采樣時(shí)鐘,PCM,信號(hào),采樣電路,量化和編碼,,數(shù)字化,,語(yǔ)音信號(hào),f<4kHz,f,s,=8kHz,48,PCM,編碼過(guò)程舉例,,語(yǔ)音信號(hào),011 100 011 011 001 100,,PCM,輸出,3,4,3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,,PCM,信號(hào),,（有量化誤差）,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,,PAM,信號(hào),49,2.5,多路復(fù)用技術(shù),多路復(fù)用,：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道,,為何要復(fù)用？,——,提高線路利用率,,適用場(chǎng)合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí),,類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）,,DEMUX,,,,,,,,,,,,,復(fù)用器,解復(fù)用器,共享信道,MUX,信源,信宿,50,復(fù)用的基本思想：,,把公共共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)子信道傳輸一路數(shù)據(jù),。,,復(fù)用方法,,頻分復(fù)用,FDM,（,Frequency Division Multiplexing,）,,按頻率劃分不同的信道，如,CATV,系統(tǒng),,時(shí)分復(fù)用,TDM,（,Time,Division Multiplexing,）,,按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛,,波分復(fù)用,WDM,（,Wave,Division Multiplexing,）,,,按波長(zhǎng)劃分不同的信道，用于光纖傳輸,,碼分復(fù)用,CDM,（,Code,Division Multiplexing,）,,按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途,51,頻分復(fù)用,FDM,,原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。,CH2,CH1,CH3,原帶寬,CH1,CH2,CH3,移頻后帶寬,,MUX,CH1,CH2,CH3,帶寬復(fù)用信號(hào),f,,復(fù)用器,,52,時(shí)分復(fù)用,TDM,,原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。,A2,A1,A3,原始信號(hào),,D2,D1,D3,數(shù)字化信號(hào),,,MUX,復(fù)用后的數(shù)據(jù)流,時(shí)隙號(hào),,1,,2,,3,,1,,D3,D2,D,1,,時(shí)間片,1,2,,,時(shí)間片,2,D,1,時(shí)隙,D2,復(fù)用器,t,53,由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱為,同步時(shí)分復(fù)用,。,,一個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為,幀,。,,時(shí)分復(fù)用的典型例子：,PCM,信號(hào)的傳輸,,把多個(gè)話路的,PCM,語(yǔ)音數(shù)據(jù)用,TDM,的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）,,每幀在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送,,每個(gè)時(shí)隙承載一路,PCM,信號(hào),54,統(tǒng)計(jì)（異步）,TDM,——,STDM,,TDM,的缺點(diǎn)：某用戶無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。,,STDM,：用戶不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙就將數(shù)據(jù)放入。,,,,,,,,,,,A,B,C,D,,待發(fā)數(shù)據(jù),t,1,t,2,t,3,A,1,B,1,C,1,D,1,C,2,D,2,A,2,B,2,時(shí)間片,1,時(shí)間片,2,同步,TDM,帶寬浪費(fèi),A,1,B,1,B,2,時(shí)間片,1,時(shí)間片,2,,,,,,統(tǒng)計(jì),TDM,可用帶寬,C,2,55,時(shí)分復(fù)用,——,數(shù)字載波復(fù)用標(biāo)準(zhǔn),T-,標(biāo)準(zhǔn) （北美、日本）,,E-,標(biāo)準(zhǔn) （歐洲、,中國(guó),、南美）,,E1,（一次群）標(biāo)準(zhǔn),,每,125us,為一個(gè)時(shí)間片，每時(shí)間片分為,32,個(gè)通道（時(shí)隙）。每個(gè)時(shí)隙可容納,8bit,。,,通道,0,用于同步，通道,16,用于信令，其他,30,個(gè)通道用于傳輸,30,個(gè),PCM,話音數(shù)據(jù)。,,E1,速率,=,（,32x8bit,）,/125us = 2.048 Mb/s,,對(duì),E1,進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成,E2,到,E5,等高次群。,,E5,可承載,7680,個(gè)話路，數(shù)據(jù)率約為,565Mb/s,。,,新的,TDM,標(biāo)準(zhǔn)是同步光網(wǎng)絡(luò)（,SONET,）和,ITU-T,的同步數(shù)字系列（,SDH,）。常用的線路速率為（近似值）,155Mb/s,，,622Mb/s,，,2.5Gb/s,和,10Gb/s,。,56,E1-,幀格式,E1,線路也可以用于計(jì)算機(jī)通信,0,1,2,,16,,31,時(shí)間片,125,m,s = 32,時(shí)隙，,2.048 Mb/s,幀同步,信令,30,路數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)（,PCM,數(shù)據(jù)）,+2,路控制,,,用戶話路,用戶話路,15,17,57,波分復(fù)用,——,光的頻分復(fù)用,,原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。,F2,F1,F3,光譜,F1,F2,F3,共享光纖的光譜,?,,光纖,2,光纖,3,光纖,1,共享光纖,?,?,?,棱柱,/,衍射光柵,58,碼分復(fù)用,CDM,,原理：,每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列進(jìn)行編碼,（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被疊加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。,,地址碼序列必須兩兩相互,正交,：,,碼序列,A,、,B,，應(yīng)滿足,,,A,?,B =0,，,A,?,B,',=0,，,A,?,A =1,，,A,?,A,',=-1,,,其中,?,為內(nèi)積運(yùn)算。,,在無(wú)線移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛。,59,2.6,數(shù)據(jù)交換技術(shù),什么是交換？,,按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源,。,,例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶。,,最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換,,為什么要采用交換技術(shù)？,,節(jié)省線路投資，提高線路利用率。,,實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：,電路交換,、,報(bào)文交換,和,分組交換,。,60,電路交換,,在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專用線路的過(guò)程。,,可以是真正的物理線路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。,,特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。,——,稱為,“,面向連接的,”,（典型例子：電話）,,過(guò)程：,建立連接,→,通信,→,釋放連接,,優(yōu)缺點(diǎn)：,,建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；,,一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；,,無(wú)糾錯(cuò)機(jī)制；,,建立連接后，傳輸延遲小。,,不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到,10%,。,,例如：建立連接的時(shí)間為,0.5,秒，計(jì)算機(jī)以,1Mb/s,的速率發(fā)送,10k,字節(jié)。線路利用率＝？,61,電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換,,,,,,,,電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn),,在物理線路的某個(gè)信道上建立連接,62,報(bào)文交換,,以報(bào)文為單位進(jìn)行,“,存儲(chǔ),-,轉(zhuǎn)發(fā),”,交換的技術(shù)。,,在交換過(guò)程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來(lái)，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為,存儲(chǔ),-,轉(zhuǎn)發(fā),。,,傳輸之前不需要建立端到端的連接,，僅在相鄰結(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立結(jié)點(diǎn)間的連接。,——,稱為,“,無(wú)連接的,”,（典型例子：電報(bào)）,,整個(gè)報(bào)文（,Message,）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。,,優(yōu)缺點(diǎn)：,,沒有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間；,,線路利用率高；,,傳輸可靠性較高；,,報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；,,大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；,,出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。,,類比：下載時(shí)若無(wú)斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯(cuò)你會(huì)怎樣做？,63,分組交換（包交換）,,將報(bào)文分割成若干個(gè)大小相等的分組（,Packet,）進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。,,數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條,端到端,的通路,——,也是,“,無(wú)連接的,”,。,,有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。,,優(yōu)缺點(diǎn)：,,對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)要求較低，可以用內(nèi)存來(lái)緩沖分組,——,速度快；,,轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小,——,適用于交互式通信；,,某個(gè)分組出錯(cuò)可以僅重發(fā)出錯(cuò)的分組,——,效率高；,,各分組可通過(guò)不同路徑傳輸，容錯(cuò)性好。,,需要分割報(bào)文和重組報(bào)文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。,,分組交換有兩種交換方式：,,數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式,64,數(shù)據(jù)報(bào)方式（,Datagram,）,,各分組,獨(dú)立地確定路由,（傳輸路徑）,,不能保證分組按序到達(dá),，所以目的站點(diǎn)需要按分組編號(hào),重新排序,和組裝,數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證分組按序到達(dá),分組可能通過(guò)多個(gè)路徑穿越網(wǎng)絡(luò),65,虛電路方式（,Virtual Circuit,）,,通信前預(yù)先建立一條邏輯連接,——,虛電路,,虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的邏輯連接,,類比：鐵路系統(tǒng)（旅客,/,列車,:,分組，鐵路網(wǎng),:,網(wǎng)絡(luò)，火車站,:,節(jié)點(diǎn)）,,“,西安－北京,”,這條線路可以看成是一條虛路徑,,也需要三個(gè)過(guò)程：,建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除,,建立虛電路時(shí)，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時(shí)所需的所有資源,,虛電路的路由在建立時(shí)確定，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)則不再需要,,數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需指定虛電路號(hào)，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò),——“,數(shù)字管道,”,,提供的是,“,面向連接,”,的服務(wù),,但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是,斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個(gè)鏈路段,——,與鐵路系統(tǒng)類比！,,可以看成是采用了電路交換思想的分組交換,,能夠保證分組按序到達(dá),,永久虛電路,PVC,和交換虛電路,SVC,66,分組通過(guò)預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò),67,三種交換方式的事件順序,,呼叫請(qǐng)求,呼叫應(yīng)答,數(shù)據(jù),A,B,C,D,尋路延遲,線路交換,,,,,,,,,,,,,,分組,1,分組,2,分組,3,A,B,C,D,分組交換,,,,分組,4,t,,,,報(bào)文,A,B,C,D,排隊(duì)延遲,報(bào)文交換,,68,各種交換方式,69,2.7,差錯(cuò)控制,什么是差錯(cuò)控制？,,在通信過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)差錯(cuò)并進(jìn)行糾正,,為何要進(jìn)行差錯(cuò)控制？,,不存在理想的信道→傳輸總會(huì)出錯(cuò),,與語(yǔ)音、圖像傳輸不同，計(jì)算機(jī)通信要求極低的差錯(cuò)率。,,產(chǎn)生差錯(cuò)的原因：,,信號(hào)衰減和熱噪聲,,信道的電氣特性引起信號(hào)幅度、頻率、相位的畸變；,,信號(hào)反射，串?dāng)_；,,沖擊噪聲，閃電、大功率電機(jī)的啟停等。,70,差錯(cuò)控制的,基本方法：接收方進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。,,實(shí)際采用的差錯(cuò)控制技術(shù),,自動(dòng)請(qǐng)求重傳,Automatic Repeat Request,（,ARQ,）,,停等,ARQ,,每發(fā)送一幀就需要一個(gè)應(yīng)答幀,,只重傳剛才出錯(cuò)的幀,,幀編號(hào)只需,0,和,1,即可,,Go-back-N ARQ,,每發(fā)送,N,幀需要一個(gè)應(yīng)答幀,,需重傳前面（,N-i+1,）幀（,0≤i≤N,）,,幀編號(hào)從,0,到,N-1,,選擇重傳,ARQ,,每發(fā)送,N,幀需要一個(gè)應(yīng)答幀,,只,重傳出錯(cuò)的幀,,前向糾錯(cuò),FEC-Forward Error Control,（,FEC,）,,混合方式,Hybrid,（,FEC-ARQ,）,71,奇偶校驗(yàn),（,Parity Checking,）,,可以在兩個(gè)級(jí)別上實(shí)現(xiàn)：,,在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中,1,的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。,,例如：,1100010,增加偶校驗(yàn)位后為,11100010,,若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯(cuò)誤。,,在通信過(guò)程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時(shí)增加奇偶校驗(yàn)位。,,只能用于面向字符的通信協(xié)議中。,,只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)位錯(cuò)，偶數(shù)個(gè)位錯(cuò)則不能檢出。,72,循環(huán)冗余校驗(yàn),（,CRC, Cyclic Redundancy Check,）,,差錯(cuò)檢測(cè)原理：,,,收發(fā)雙方約定一個(gè),生成多項(xiàng)式,G(x),，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和,G(x),計(jì)算出,CRC,校驗(yàn)和,并把它加在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用,G(x),去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。,,校驗(yàn)和是,16,位或,32,位的二進(jìn)制位串。,,CRC,校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何,計(jì)算校驗(yàn)和,。,73,*,CRC,校驗(yàn)和的計(jì)算,,以數(shù)據(jù)塊（幀,, Frame,）為單位進(jìn)行校驗(yàn),,將數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為,0,或,1,的多項(xiàng)式,,如,110001,，可表示成多項(xiàng)式,x,5,+ x,4,+ 1,,若,G(x),為,r,階，幀為,m,位，其多項(xiàng)式為,M(x),，則在幀后面添加,r,個(gè),0,，成為,m+r,位，相應(yīng)多項(xiàng)式,2,r,M(x),,,按,模,2,除法,用,2,r,M(x),除以,G(x),：商,Q(x),，余,R(x),,即：,2,r,M(x) = G(x)Q(x)+R(x),,按,模,2,加法,把,2,r,M(x),與余數(shù),R(x),相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式,T(x),：,,即：,T(x) = 2,r,M(x) + R(x),,實(shí)際上，,T(x)=2,r,M(x)+R(x)=[G(x)Q(x)+R(x)]+R(x),,=G(x)Q(x) (,模,2,運(yùn)算,),,,所以，若接收的,T(x),正確，則它肯定能被,G(x,),除盡。,74,CRC,校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力：,,可檢出所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；,,可檢出所有單位,/,雙位錯(cuò)；,,可檢出所有,≤,G(x),長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)。,,,常用的生成多項(xiàng)式,G(x),：,,CRC16=x,16,+x,15,+x,2,+1,,CRC32=x,32,+x,26,+x,23,+x,22,+x,16,+x,11,+x,10,+x,8,+x,7,+x,5,+x,4,,+x,2,+x+1,,75,校驗(yàn)和,,發(fā)送方算法,,將待發(fā)送的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的字符串分成若干,16,位的位串，每個(gè)位串看成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，這里的字符串不關(guān)注其語(yǔ)義。,,將,IP,、,ICMP,、,TCP,或,UDP,的,PDU,首部中的校驗(yàn)和字段設(shè)置為,0,，該字段也參與校驗(yàn)和運(yùn)算。,,對(duì)這些,16,位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行,1,的補(bǔ)碼和（,one,’,s complement sum,）運(yùn)算，累加的結(jié)果再取反作為校驗(yàn)和，并放置到,PDU,的校驗(yàn)和字段中。,,接收方算法,,將接收的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的,16,位二進(jìn)制按發(fā)送方的同樣方法進(jìn)行,1,的補(bǔ)碼和運(yùn)算，包括校驗(yàn)和字段、累加的結(jié)果再取反。這樣，其結(jié)果為,0,，表明傳輸正確；否則，表明傳輸有差錯(cuò)。,76,2.8,數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo),時(shí)延與時(shí)延帶寬積,,誤碼率與誤比特率,,信息傳輸速率與碼元傳輸速率,,信道的最大傳輸速率,77,時(shí)延,時(shí)延：,一個(gè)數(shù)據(jù)塊（幀、分組、報(bào)文段等）從鏈路或網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間。,,總時(shí)延＝發(fā)送時(shí)延,+,傳播時(shí)延,+,轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延,,發(fā)送時(shí)延,,發(fā)送時(shí)間＝數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度,/,信息傳輸速率,,傳播時(shí)延,,傳播時(shí)延＝信道長(zhǎng)度,/,電磁波在信道上的傳播速率,,轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延,78,帶寬（,Band width,，,BW,）,：,信道傳輸能力的度量。,,在傳統(tǒng)的通信工程中：,,BW,≈,f,max,－,f,min,,單位：赫茲（,Hz,）,,在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，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一千萬(wàn)比特，它的帶寬為,10Mb/s,。,79,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(wàn)比特，這意味著第一個(gè)比特到達(dá)目的端時(shí)，源端已發(fā)送了,100,萬(wàn)比特。,信道,帶寬,傳播時(shí)延,管道體積,=,時(shí)延帶寬乘積,80,誤碼率與誤比特率,誤碼率：,Pc,是指?jìng)鬏數(shù)拇a元被傳錯(cuò)的概率,,,,Pc,＝ 傳錯(cuò)的碼元數(shù),?,傳輸?shù)拇a元總數(shù),,誤比特率：,Pb,是指?jìng)鬏數(shù)谋忍乇粋麇e(cuò)的概率,,,Pb,＝ 傳錯(cuò)的比特?cái)?shù),?,傳輸?shù)谋忍乜倲?shù),81,信息傳輸速率與碼元傳輸速率,信息傳輸速率,,比特（,bit,）,：即一個(gè)二進(jìn)制位。比特率為每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)（即,數(shù)據(jù),傳送速率）。,,信息傳輸速率：,是指每秒傳輸?shù)木幋a前的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二進(jìn)制比特?cái)?shù),,,碼元傳輸速率,,碼元（,Code cell,）,：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元。,,碼元傳輸速率：,是指每秒傳輸?shù)拇a元數(shù),,,一般情況下，如果碼元狀態(tài)數(shù)為,M,（,M,為,2,的整數(shù)次冪），則,C=B* log2 M,（,bit/s,）,,一個(gè)碼元中可以傳送多個(gè)比特。,,例如：當(dāng)波特率為,9600,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/s,,吞吐量：,單位時(shí)間發(fā)送的比特?cái)?shù)、字節(jié)數(shù)或幀數(shù),82,信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率,Nyquist,公式,：,用于無(wú)噪聲理想低通信道,,,,Nyquist,公式為,估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率,提供了依據(jù)。,,例如，話音級(jí)線路的帶,,寬約為,3.1kHz,，根據(jù)上,,式計(jì)算的信道最大數(shù)據(jù),,傳輸率如右表所示,C = 2W log,2,M,C =,數(shù)據(jù)傳輸率，單位,b/s,,W =,帶寬，單位,Hz,,M =,信號(hào)編碼級(jí)數(shù),M,最大數(shù)據(jù)率,,,2 6200 b/s,,4 12400 b/s,,8 18600 b/s,,16 24800 b/s,,32 31000 b/s,83,非理想信道,,實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。,,損耗,引起信號(hào)強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致,信噪比,S/N,降低,。,,延遲,會(huì)使接收端的,信號(hào)產(chǎn)生畸變,。,,噪聲,會(huì),破壞信號(hào)，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(huì)破壞約,560,個(gè)比特。,84,Shannon,公式,：,用于有噪聲干擾信道,,,,,,例：信道帶寬,W=3.1kHz,，,S/N=2000,，則,,,C = 3100×log,2,（,1+2000,）≈,34kb/s,,,即該信道上的最大數(shù)據(jù)傳輸率不會(huì)大于,34kb/s,。,信噪比的單位也可用分貝,(dB),表示：,S/N,dB,=,10,log,10,,S/N,,所以，若,S/N,dB,=30,dB,,，則,S/N=1000,。,C = W log,2,（,1+S/N,）,,C:,傳輸率，單位,b/s,,W,:,帶寬，單位,Hz,,S/N:,信噪比,85,Nyquist,公式和,Shannon,公式的比較,C = 2,W,log,2,M,,用于理想信道（這樣的信道存在嗎？）,,數(shù)據(jù)傳輸率隨信號(hào)編碼級(jí)數(shù)增加而增加。,,C =,W,log,2,（,1+,S/N,）,,用于有噪聲信道（實(shí)際的信道總是有噪聲?。?,無(wú)論信號(hào)編碼級(jí)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。,,原因：噪聲的存在將使編碼級(jí)數(shù)不可能無(wú)限增加,。,