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),,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),,*,第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí),,,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(cuò)控制與檢測,,一、基本概念,信號(hào)：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(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃▊鬏斀橘|(zhì)和相關(guān)設(shè)備）,,噪聲：信號(hào)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(hào)分類：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),,模擬信號(hào)：隨時(shí)間,連續(xù)變化,的電流、電壓或電磁波。 例電話、電視和廣播,,數(shù)字信號(hào)：一系列,離散,的電脈沖，其值限制在,有限的幾個(gè)數(shù)字,之內(nèi)。例,:,用,1,表示恒定的正電壓，,0,表示恒定的負(fù)電壓。,,波形圖：,,模擬信號(hào),數(shù)字信號(hào),,一、基本概念,模擬信道：以連續(xù)模擬信號(hào)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(diǎn)：,,在傳輸一定距離后信號(hào)衰減，克服的辦法是用,放大器,來增強(qiáng),,信號(hào)的能量，但噪音也會(huì)增強(qiáng)，會(huì)引起信號(hào)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(diǎn)：,,長距離傳輸也會(huì)衰減，克服的辦法是使用,中繼器,，把數(shù)字信,,號(hào)恢復(fù)為“,0,、,1”,的標(biāo)準(zhǔn)電平后繼續(xù)傳輸。故數(shù)字信道在傳輸,,時(shí)，信號(hào)質(zhì)量要好。,,注意：模擬信號(hào)不一定只在模擬信道上傳輸，數(shù)字信號(hào)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(biāo),,衡量數(shù)據(jù)通信的性能的指標(biāo)：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(hào)的編碼。,,注意：不一定是二進(jìn)制，也可為其它進(jìn)制。例,1,或,0,為,1,,個(gè)碼元，,A,表示,16,進(jìn)制的,1,個(gè)碼元。,,每個(gè)碼元的時(shí)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(cái)?shù)，單位,bps,，記為,R,b,,說明：,,二進(jìn)制的碼元是,0,或,1,，一個(gè)碼元攜帶的信息量為,1b,，故,R,B,=,R,b,,N,進(jìn)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(hào)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(hào)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(hào)在傳輸過程中會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，差錯(cuò)的多,,少?zèng)Q定了數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量。,,誤碼率,P,e,=,發(fā)生差錯(cuò)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(cuò)的比特?cái)?shù),/,傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù),,說明：,,在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤比特率低于,10,-6,，若誤比特率達(dá),,不到這個(gè)指標(biāo)，可通過,差錯(cuò)控制方法,檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。,,二、數(shù)據(jù)通信的特性,2、信道容量,,表示一個(gè)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(shí)際的數(shù),,據(jù)傳輸速率。,,在實(shí)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(gè)碼元所取的離散值個(gè)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(gè)數(shù),N=16,，,則最大數(shù)據(jù)傳輸速率,,,C=2*3k*log,2,16=24kbps,。,,,二、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(hào)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，問按照奈奎斯特定理計(jì)算，其極限速率是多,,少？按香農(nóng)定理計(jì)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(gè)為準(zhǔn)？,,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(hào)編碼級(jí)數(shù)增加而增加。,,,香農(nóng)公式：,C=Hlog,2,(1+S/N),,無論信號(hào)編碼分多少級(jí)，此公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸,,速率。因?yàn)樵肼暤拇嬖趯⑹咕幋a級(jí)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(diǎn)：,,串行通信采用一條信道進(jìn)行通信，并行通信采用多條信道同時(shí)通信；,,串行通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從低位到高位依次進(jìn)行，并行通信同時(shí)進(jìn)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；,,在實(shí)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(hào)只能向一個(gè)方向傳輸，不能改變信號(hào)的傳輸方向。例：電視機(jī),,,,,半雙工：信號(hào)可以雙向傳輸，但是必須交替進(jìn)行，一個(gè)時(shí)間只能向一個(gè)方向傳輸，它是一種切換方向的單工通信。例：對(duì)講機(jī),,三、數(shù)據(jù)通信方式,全雙工：信號(hào)可以同時(shí)在兩個(gè)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(jì)算機(jī)或終端的數(shù)字信號(hào)都是二進(jìn)制序列，它是一,,種矩形脈沖信號(hào)，這種矩形脈沖信號(hào)稱為基帶信號(hào)。,,基帶傳輸,是指在通信介質(zhì)上傳輸,0,或,1,數(shù)字信號(hào)。,,特點(diǎn)：,,基帶傳輸傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，不需要調(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(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程通信中，通常是,,借助于電話交換網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)需要頻帶傳輸。,,,頻帶傳輸,,將基帶信號(hào)變換（調(diào)制）成能在模擬信道中傳輸?shù)哪M信,,號(hào)（頻帶信號(hào)），再將這種頻帶信號(hào)在模擬信道中傳輸。,,特點(diǎn)：,,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的,遠(yuǎn)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(hào)與頻帶信號(hào)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(gè)信道，每個(gè)信道可,,以攜帶不同的信號(hào)，這就是寬帶傳輸。,,寬帶傳輸中的所有信道都可以同時(shí)發(fā)送信號(hào)。,,例：,CATV,、,ISDN,等。,,基帶和寬帶的區(qū)別：,,數(shù)據(jù)傳輸速率不同。基帶數(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(hào)不同，,基帶傳輸數(shù)字信號(hào),，,寬帶傳輸模擬信號(hào),,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(shí)間基準(zhǔn)上一致 (,,包括開始時(shí)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,,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(shí)鐘頻率與數(shù)據(jù)的起始時(shí)刻,，,,校正自己的,時(shí)鐘頻率與接收數(shù)據(jù)的起始時(shí)刻,，這個(gè)過程叫做,,位同步,。實(shí)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(shí)鐘，接收,,端根據(jù)此時(shí)鐘頻率來校正時(shí)鐘頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的時(shí)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(hào)包含了同步信號(hào)，接收方從中提取同步信號(hào)來鎖,,定自己的時(shí)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(shí)現(xiàn)字符的同步接收,,異步制,,在一個(gè)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(shí)設(shè)置,1,個(gè)起始位、,8,個(gè)數(shù)據(jù)位和,2,個(gè)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(shí)間出現(xiàn)。,,異步制字符同步的性能,:,,字符,起、止位,用于同步時(shí)鐘調(diào)整，每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新同步；,,每兩個(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定；,,增加了輔助位，傳輸效率低。例：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(gè)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(gè)或多個(gè)用于,同步控制的字符,SYN,，字,,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(shí)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(cuò)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(duì)下列兩種情況分,,別計(jì)算有效數(shù)據(jù)傳輸速率：(1)異步串行傳輸，無校驗(yàn)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2400bps,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(yàn)位，1位停止位，則最少需要多少時(shí),,間（以秒為單位）才能傳輸完畢？（設(shè)數(shù)據(jù)信號(hào)在線路上的傳,,播延遲時(shí)間忽略不計(jì)）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(shí)別一個(gè)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(jìn)制序列。,,面向字符的幀同步方式是以,同步字符（,SYN,）,來標(biāo)識(shí)一個(gè)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（,7EH,，即,01111110,）,來標(biāo)識(shí)一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(hù)層,隔離絕緣體,外部導(dǎo)體,銅芯,,四、傳輸介質(zhì),型號(hào)：,,RG-8或RG-11 （阻抗50歐姆）——粗纜,,RG-58（50歐姆）——細(xì)纜,,RG-59（75歐姆）——CATV細(xì)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(diǎn)：,,基帶同軸電纜一般只用于,總線結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng),中。由于外,,導(dǎo)電體具有屏蔽電磁作用，所以抗干擾性強(qiáng)，但價(jià)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(dǎo)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(dǎo)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(jì)算機(jī)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(diǎn)：,,價(jià)格便宜，布線方便，但傳輸距離較短，無中繼器只能傳,,輸100M。,,四、傳輸介質(zhì),雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)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(lán) 藍(lán)白 橙 棕白 棕,,T568B,線序,,橙白 橙 綠白 藍(lán) 藍(lán)白 綠 棕白 棕,,直通線：,兩頭都按,T568B,線序標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)、傳輸距離,,遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，用于高速網(wǎng)中，但費(fèi)用較高。,,數(shù)據(jù)傳輸過程：,,,,,,分為：單模光纖和多模光纖。,,在計(jì)算機(jī)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(diǎn)：傳輸速率高，目前已達(dá)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(hào)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(hào)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(gè)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?hào)分別轉(zhuǎn)換為紅外光信號(hào)和激光信號(hào)后才能直接在空間沿直線傳播。,,3,、幾種傳輸介質(zhì)的比較,,雙絞線,:,價(jià)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(jià)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(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)，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(dòng)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?jǐn)?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(hào)，這種傳輸沒有,,改變數(shù)字信號(hào)的頻帶，所以傳輸效率高。,,在基帶傳輸中，數(shù)字信號(hào)的編碼方式有：,,NRZ（Non-Return 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(diǎn)：,,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(shí)用另一個(gè)信道同時(shí)傳送同步信號(hào)。,,當(dāng),0,或,1,占優(yōu)勢時(shí)，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(shí)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(diǎn),,每個(gè)比特的中間有一次電平跳變，利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號(hào)，因此曼徹斯特編碼也稱為自含時(shí)鐘編碼；,,曼徹斯特編碼的效率低。其編碼的時(shí)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(gè)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(gè)編碼的電平相反，后半部分與其前半部分相反；,,每個(gè)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?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼（頻帶傳輸）,,將數(shù)字信號(hào)在模擬信道上傳輸，需要進(jìn)行調(diào)制技術(shù)。,,調(diào)制：,將發(fā)送端數(shù)字信號(hào)變成模擬信號(hào)的過程,,解調(diào)：,將接收端模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)的過程,,,五、數(shù)據(jù)編碼,模擬信號(hào)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?jǐn)?shù)據(jù)可以針對(duì)載波的,,不同要素進(jìn)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(qiáng)；,,PSK：使用二相或多于二相的相移，利用這種技術(shù)，可以對(duì)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(shí)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(gè)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(hào)是連續(xù)變化的信號(hào)。采樣是,每隔一定的時(shí)間,,對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)采樣，使其變?yōu)殡x散的信號(hào)。,,采樣定理：,,f>=2B,,如果以,>= 2,倍信道帶寬的速率定時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，其樣,,本可以包含以重構(gòu)模擬信號(hào)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(jí)決定取值的過程。,,編碼：,用二進(jìn)制編碼表示量化后的采樣樣本的取值。,,例：若某一時(shí)刻，采樣樣本的取值為,N,，則其二進(jìn)制編碼,,為：,Log,2,N,位。,,PCM,缺點(diǎn)：采用二進(jìn)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(hào)，通過,PCM,解碼器將數(shù)字信號(hào)還原為音頻,,信號(hào)。,,五、數(shù)據(jù)編碼,,五、數(shù)據(jù)編碼,例：對(duì)于帶寬為4KHz的語音信號(hào)，采用量化級(jí)別為128的,,PCM方法編碼，問所產(chǎn)生的二進(jìn)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(gè)通信線路都具有一定的帶寬，將通信線路劃分為多個(gè)通,,信信道;每個(gè)信道為一個(gè)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(hào)。,,例：CATV電纜的帶寬為500MHz，每個(gè)子信道的帶寬為6MHz故,,可傳輸80多個(gè)頻道。,,六、多路復(fù)用技術(shù),時(shí)分多路復(fù)用（,TDM,）,,將信道用于傳輸?shù)臅r(shí)間分割成很小的時(shí)間片,,,每個(gè)時(shí)間片有若干時(shí)隙；,,每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)時(shí)隙；,,時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)適合傳輸數(shù)字信號(hào)。,,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(shí)傳送多路光波信號(hào)。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(hào)組合復(fù)用，在接收端，又將組合的光信號(hào)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(hào)均在同一信道上廣播傳遞。,,發(fā)送的信號(hào)用接收端的地址碼序列編碼。不同用戶發(fā)送的信號(hào)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(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),1、交換,,當(dāng)兩個(gè)終端沒有直連線路時(shí)，必須經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn),,接才能進(jìn)行通信。,,2、數(shù)據(jù)交換的分類,,電路交換,,兩個(gè)用戶進(jìn)行通信時(shí)，建立一個(gè)臨時(shí)的專用線路，在通信,,時(shí)用戶獨(dú)占，直到通信一方釋放。經(jīng)歷三個(gè)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(gè)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(qǐng)求,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),電路交換的特點(diǎn)：,,數(shù)據(jù)傳輸前需要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(diǎn)：,,電路建立連接的時(shí)間長；,,一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；,,無糾錯(cuò)機(jī)制；,,建立連接后，傳輸延遲小。,,適用：不適用于計(jì)算機(jī)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(bào)文交換,,報(bào)文的含義：,不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度多少，都把它當(dāng)作一個(gè)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(bào)文,。格式如下：,,,,報(bào)文交換原理：,,報(bào)文交換無需建立線路連接，它是基于,存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā),技術(shù)；,,報(bào)文存放在交換機(jī)中，根據(jù)報(bào)文中目的地址選擇合適的路由發(fā)送到下一結(jié)點(diǎn)，依次中轉(zhuǎn)，直到目的地址。,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),報(bào)文交換的特點(diǎn)：,,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，為“無連接的”交換方式。,,整個(gè)報(bào)文作為一個(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)文的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長，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)。,,適用于電報(bào)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(bào)文交換的一種改進(jìn)，它將報(bào)文分成若干個(gè)長度一,,定的分組，減少每個(gè)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)能力,,,是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用,,的一種交換技術(shù)。,,由于分組長度較短，檢錯(cuò)容易，發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)重發(fā)花費(fèi)的時(shí)間少；,,限定分組最大數(shù)據(jù)長度，有利于提高存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)能力與傳輸效率；,,分組交換分為：,數(shù)據(jù)報(bào)方式換和虛電路方式,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),數(shù)據(jù)報(bào)方式,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),過程：,,主機(jī),A,將報(bào)文分成多個(gè)分組,P1,、,P2……,，然后依次發(fā)送給直接相連的通信控制處理機(jī),A,上。（結(jié)點(diǎn),A,）,,結(jié)點(diǎn),A,每收到一個(gè)分組就進(jìn)行差錯(cuò)檢測，以保證收到的數(shù)據(jù)正確，若正確，為每一個(gè)分組選擇路由。由于網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的，,p1,分組下一節(jié)點(diǎn)可能是,C,，,p2,結(jié)點(diǎn)下一結(jié)點(diǎn)可能是,D,，,報(bào)文的不同分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑可能不同。,,結(jié)點(diǎn),A,向結(jié)點(diǎn),C,發(fā)送,p1,分組，結(jié)點(diǎn),C,對(duì),p1,進(jìn)行差錯(cuò)檢測。若正確，結(jié)點(diǎn),C,向,A,發(fā)送確認(rèn)信息,ACK,，結(jié)點(diǎn),A,收到,C,的,ACK,信息后，確認(rèn),p1,已正確發(fā)送，此時(shí)丟棄,p1,的副本，,p1,通過多個(gè)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)（主機(jī),B,）,,七、數(shù)據(jù)交換技術(shù),數(shù)據(jù)報(bào)工作方式的特點(diǎn),,數(shù)據(jù)報(bào)屬于分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)；,,每一個(gè)分組在傳輸時(shí)都必須帶有目的地址與源地址；,,在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立“線路連接”；,,同一報(bào)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(bào)文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象。,,,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(gè)用戶在通信時(shí)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(diǎn),,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(bào)文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息,。分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)不會(huì)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(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)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(shí),臨時(shí)建立的邏輯連接,，因?yàn)檫@種虛電,,路不是專用的或?qū)嶋H存在的。每個(gè)結(jié)點(diǎn)到其他結(jié)點(diǎn)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(bào)文交換：工作于網(wǎng)絡(luò)層，交換單位是報(bào)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(cuò)控制與檢測,1、差錯(cuò)產(chǎn)生的原因,,數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的差錯(cuò)是由噪聲引起。,,2、檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼,,檢錯(cuò)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(cuò)，但不能確定錯(cuò)誤位置和糾正錯(cuò)誤。,,糾錯(cuò)碼：,讓分組帶上足夠的冗余信息，接收端能夠發(fā)現(xiàn)傳,,輸差錯(cuò)，并能糾正錯(cuò)誤。,,3、為何使用檢錯(cuò)碼而不使用糾錯(cuò)碼,,糾錯(cuò)碼實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，造價(jià)高，高耗時(shí)，一般的通信場合不易,,采用。檢錯(cuò)碼原理簡單，實(shí)現(xiàn)容易，編碼與解碼速度快。,,,八、差錯(cuò)控制與檢測,4、常用的檢錯(cuò)碼,,奇偶校驗(yàn)碼,,根據(jù)被傳輸?shù)囊唤M二進(jìn)制代碼中“,1”,的個(gè)數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù),,來進(jìn)行校驗(yàn)。,,例：數(shù)據(jù)為,10101010,，寫出奇校驗(yàn)編碼和偶校驗(yàn)編碼。,,設(shè)最低位為校驗(yàn)位，其余高,8,位為數(shù)據(jù)位，則其奇偶校驗(yàn),,碼如下：,,偶校驗(yàn)編碼：,10101010,0,,奇校驗(yàn)編碼：,10101010,1,,八、差錯(cuò)控制與檢測,循環(huán)冗余碼（,CRC,）,,發(fā)送端：在要發(fā)送的數(shù)據(jù)位后附加一個(gè)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(jìn)行校驗(yàn)，若有錯(cuò)，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(xiàng)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(gè)多項(xiàng)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(duì)應(yīng)的碼是,1100110000,,八、差錯(cuò)控制與檢測,4、將積／G(X)(按,模二算法,),,,,,,,,由計(jì)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(cuò)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(cuò)控制與檢測,例：某通信系統(tǒng)采用CRC校驗(yàn)方式，已知生成多項(xiàng)式G(x)的二,,進(jìn)制比特序列為11001，目的接收點(diǎn)收到的二進(jìn)制比特序列為,,:1100111001。請(qǐng)問傳輸過程中是否出現(xiàn)了差錯(cuò)，為什么？若,,無差錯(cuò)，請(qǐng)寫出實(shí)際傳輸?shù)男畔⑹鞘裁?，冗余碼是什么？,,八、差錯(cuò)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(xiàng)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,,,