01_計算機網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用_第二章信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)

1、第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院計算機學(xué)院北京理工大學(xué)珠海學(xué)院計算機學(xué)院 文曉浩文曉浩 第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼1 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)2 異步與同步通信異步與同步通信3 數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)4 差錯控制與校驗差錯控制與校驗5 信息交換技術(shù)信息交換技術(shù)6 2.1概述概述 通信通信(Communication)(Communication)的目的是的目的是單雙向傳遞單雙向傳遞 信息信息。 數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是指在是指在兩點或多點之間兩點或多點之間以以二進制二進制形形 式進行信息傳輸與交換的過程。式進行信息傳輸與交換的過

2、程。 本章將講述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的一般工作原理，本章將講述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的一般工作原理， 包括數(shù)據(jù)通信的基本概念、數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼、包括數(shù)據(jù)通信的基本概念、數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼、 多路復(fù)用、異步與同步通信、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)多路復(fù)用、異步與同步通信、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì) 和差錯控制校驗等。和差錯控制校驗等。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 信息信息(Information)(Information)是客觀事物屬性和相互聯(lián)是客觀事物屬性和相互聯(lián) 系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形 式和運動狀態(tài)。式和運動狀態(tài)。 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)(Data)一般可以理解為一般可以理

3、解為“信息的數(shù)字化信息的數(shù)字化 形式形式”或或“數(shù)字化的信息形式數(shù)字化的信息形式”。 信號信號(Signal)(Signal)簡單地講就是攜帶信息的傳輸介簡單地講就是攜帶信息的傳輸介 質(zhì)。質(zhì)。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 狹義的狹義的“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)”是指具有一定是指具有一定數(shù)字特性數(shù)字特性的信的信 息，如統(tǒng)計數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)及計息，如統(tǒng)計數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)及計 算機中區(qū)別于程序的計算數(shù)據(jù)等。算機中區(qū)別于程序的計算數(shù)據(jù)等。 在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被廣義的廣義的理理 解為在網(wǎng)絡(luò)中存儲、處理和傳輸?shù)慕鉃樵诰W(wǎng)絡(luò)中存儲、處理和傳輸?shù)亩M制

4、數(shù)二進制數(shù) 字編碼字編碼。話音信息、圖像信息、文字信息以。話音信息、圖像信息、文字信息以 及從自然界直接采集的各種自然屬性信息均及從自然界直接采集的各種自然屬性信息均 可轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字編碼在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字編碼在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 中存儲、處理和傳輸。網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信、中存儲、處理和傳輸。網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信、 數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫等通常就是指這種廣義的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫等通常就是指這種廣義的 數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 在通信系統(tǒng)中我們常常使用的電信號、電磁信號、在通信系統(tǒng)中我們常常使用的電信號、電磁信號、 光信號、載波信號、脈沖信號、調(diào)制信號

5、等術(shù)語光信號、載波信號、脈沖信號、調(diào)制信號等術(shù)語 就是指攜帶某種信息的具有不同形式或特性的傳就是指攜帶某種信息的具有不同形式或特性的傳 輸介質(zhì)。輸介質(zhì)。 信號的信號的頻譜寬度頻譜寬度就稱為該信號的就稱為該信號的帶寬帶寬。 根據(jù)信號參量取值的不同，信號可分為根據(jù)信號參量取值的不同，信號可分為數(shù)字信號數(shù)字信號 和和模擬信號模擬信號，或稱為，或稱為離散信號離散信號和和連續(xù)信號連續(xù)信號。 例如計算機輸出的脈沖信號是數(shù)字信號，普通電例如計算機輸出的脈沖信號是數(shù)字信號，普通電 話機輸出的信號就是頻率和振幅連續(xù)改變的模擬話機輸出的信號就是頻率和振幅連續(xù)改變的模擬 信號。信號。 信號信號 2.1.1數(shù)據(jù)通信的

6、基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)字信號數(shù)字信號指幅度的取值是離散的，指幅度的取值是離散的， 幅值表示被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)。二進制碼就幅值表示被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)。二進制碼就 是一種數(shù)字信號。數(shù)字信號特點是一種數(shù)字信號。數(shù)字信號特點抗干擾能力強、抗干擾能力強、 無噪聲積累。無噪聲積累。 模擬信號模擬信號，其信號波形在時間上也是連續(xù)的，因，其信號波形在時間上也是連續(xù)的，因 此它又是連續(xù)信號。模擬信號按一定的時間間隔此它又是連續(xù)信號。模擬信號按一定的時間間隔T T 抽樣后的抽樣信號。電話、傳真、電視信號都是抽樣后的抽樣信號。電話、傳真、電視信號都是 模擬信號。模擬信號。 模擬信號的主要缺點是它總是

7、受到噪聲的影響。模擬信號的主要缺點是它總是受到噪聲的影響。 信號被多次復(fù)制，或進行長距離傳輸之后，這些信號被多次復(fù)制，或進行長距離傳輸之后，這些 隨機噪聲的影響可能會變得十分顯著。隨機噪聲的影響可能會變得十分顯著。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)字信號數(shù)字信號和和模擬信號模擬信號 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 按介質(zhì)的不同通信可分為兩大類：一類稱為按介質(zhì)的不同通信可分為兩大類：一類稱為 有線通信有線通信，另一類稱為，另一類稱為無線通信無線通信。 有線通信是用導(dǎo)線作為傳輸介質(zhì)的通信方式，有線通信是用導(dǎo)線作為傳輸介質(zhì)的通信

8、方式， 這里的導(dǎo)線可以是架空明線、各種電纜以及光纖。這里的導(dǎo)線可以是架空明線、各種電纜以及光纖。 無線通信則是利用無線電波在自由空間的傳輸無線通信則是利用無線電波在自由空間的傳輸 來傳遞信息。來傳遞信息。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 按介質(zhì)的不同通信可分為兩大類：一類稱為按介質(zhì)的不同通信可分為兩大類：一類稱為 有線通信有線通信，另一類稱為，另一類稱為無線通信無線通信。 有線通信是用導(dǎo)線作為傳輸介質(zhì)的通信方式，有線通信是用導(dǎo)線作為傳輸介質(zhì)的通信方式， 這里的導(dǎo)線可以是架空明線、各種電纜以及光纖。這里的導(dǎo)線可以是架空明線、各種電纜以及光纖。

9、 無線通信則是利用無線電波在自由空間的傳輸無線通信則是利用無線電波在自由空間的傳輸 來傳遞信息。來傳遞信息。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 為完成通信任務(wù)所需要的一切為完成通信任務(wù)所需要的一切 技術(shù)設(shè)備和傳輸介質(zhì)所構(gòu)成的總體，稱為技術(shù)設(shè)備和傳輸介質(zhì)所構(gòu)成的總體，稱為 通信系統(tǒng)。一個簡化了的通信系統(tǒng)模型如圖所示。通信系統(tǒng)。一個簡化了的通信系統(tǒng)模型如圖所示。 圖中，信源是信息的發(fā)出者，它把各種可能的信息轉(zhuǎn)圖中，信源是信息的發(fā)出者，它把各種可能的信息轉(zhuǎn) 換成原始信號，為了使其能適合在信道上傳輸，就要換成原始信號，為了使其能適合在信道上傳輸，就要 通過某種變換器將原始信號轉(zhuǎn)換成需要的

10、信號。通過某種變換器將原始信號轉(zhuǎn)換成需要的信號。 圖2.1-1 通信系統(tǒng)模 型 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信方式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信方式 從通信的雙方信息交互的方式來看，可以有從通信的雙方信息交互的方式來看，可以有 以下三種基本方式：以下三種基本方式： (1)(1)單向通信單向通信 又稱又稱單工通信單工通信，即只能有一個方向的通信，即只能有一個方向的通信， 而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電廣播而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電廣播 以及電視廣播就屬于這種類型。以及電視廣播就屬于這種類型。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 (2)(2)

11、雙向交替通信雙向交替通信 又稱又稱半雙工通信半雙工通信，即通信的雙方都可以發(fā)送，即通信的雙方都可以發(fā)送 信息，但不能雙方同時發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送( (或同時接收或同時接收) )，這種通，這種通 信方式往往是一方發(fā)送另一方接收。信方式往往是一方發(fā)送另一方接收。 (3)(3)雙向同時通信雙向同時通信 又稱又稱全雙工通信全雙工通信，即通信雙方可以同時發(fā)送，即通信雙方可以同時發(fā)送 和接收信息。和接收信息。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)字通信的主要數(shù)字通信的主要優(yōu)點優(yōu)點： 抗干擾能力強。抗干擾能力強。 便于加密，有利于實現(xiàn)保密通信。便于加密，有利于實現(xiàn)保密通信。 易于實現(xiàn)集

12、成化，使通信設(shè)備的體積小，功耗易于實現(xiàn)集成化，使通信設(shè)備的體積小，功耗 低。低。 數(shù)字信號便于存儲、處理、交換，便于和計算數(shù)字信號便于存儲、處理、交換，便于和計算 機連接，也便于用計算機進行管理。機連接，也便于用計算機進行管理。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)字通信的主要數(shù)字通信的主要優(yōu)點優(yōu)點： 抗干擾能力強?？垢蓴_能力強。 便于加密，有利于實現(xiàn)保密通信。便于加密，有利于實現(xiàn)保密通信。 易于實現(xiàn)集成化，使通信設(shè)備的體積小，功耗易于實現(xiàn)集成化，使通信設(shè)備的體積小，功耗 低。低。 數(shù)字信號便于存儲、處理、交換，便于和計算數(shù)字信號便于存儲、處理、交換，便于和計算 機連接，也便于用

13、計算機進行管理。機連接，也便于用計算機進行管理。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的任務(wù)： (1)(1)接口規(guī)范接口規(guī)范： 為了通信，設(shè)備接口必須和傳輸系統(tǒng)相兼容，為了通信，設(shè)備接口必須和傳輸系統(tǒng)相兼容， 使產(chǎn)生的信號特性使產(chǎn)生的信號特性( (如信號波形和強度如信號波形和強度) )能適應(yīng)傳輸能適應(yīng)傳輸 系統(tǒng)傳輸，并且能夠在接收端對數(shù)據(jù)進行解釋。系統(tǒng)傳輸，并且能夠在接收端對數(shù)據(jù)進行解釋。 (2)(2)同步同步： 接收端要按發(fā)送端發(fā)送的每個碼元波形的重接收端要按發(fā)送端發(fā)送的每個碼元波形的重 復(fù)頻率和起止時間來接收數(shù)據(jù)，并且要校對自己復(fù)頻率和起止時間來接

14、收數(shù)據(jù)，并且要校對自己 的時鐘以便與發(fā)送端的發(fā)送取得一致，實現(xiàn)同步的時鐘以便與發(fā)送端的發(fā)送取得一致，實現(xiàn)同步 接收。接收。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 (3)(3)傳輸系統(tǒng)利用率傳輸系統(tǒng)利用率： 傳輸設(shè)施通常是由很多的通信設(shè)備共享的，傳輸設(shè)施通常是由很多的通信設(shè)備共享的， 要有效地利用這些設(shè)施，必須采用相應(yīng)的介質(zhì)訪要有效地利用這些設(shè)施，必須采用相應(yīng)的介質(zhì)訪 問控制協(xié)議來合理有效地為各個站點分配傳輸介問控制協(xié)議來合理有效地為各個站點分配傳輸介 質(zhì)的帶寬；要協(xié)調(diào)傳輸服務(wù)的要求，以免系統(tǒng)過質(zhì)的帶寬；要協(xié)調(diào)傳輸服務(wù)的要求，以免系統(tǒng)過 載，如各種局域網(wǎng)物理層技術(shù)規(guī)范及擁塞控制技載，如

15、各種局域網(wǎng)物理層技術(shù)規(guī)范及擁塞控制技 術(shù)等。術(shù)等。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 (4)(4)差錯檢測和校驗差錯檢測和校驗： 對通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯進行檢測和校對通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯進行檢測和校 正，在發(fā)送端對數(shù)字信號以一定的編碼規(guī)則附加正，在發(fā)送端對數(shù)字信號以一定的編碼規(guī)則附加 一些校驗碼元進行抗干擾編碼，在接收端利用該一些校驗碼元進行抗干擾編碼，在接收端利用該 規(guī)則進行相應(yīng)的譯碼，譯碼的結(jié)果有可能發(fā)現(xiàn)差規(guī)則進行相應(yīng)的譯碼，譯碼的結(jié)果有可能發(fā)現(xiàn)差 錯并能夠糾正差錯，最好還有流量控制的功能，錯并能夠糾正差錯，最好還有流量控制的功能， 以防止接收器來不及接收信號。以防止

16、接收器來不及接收信號。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 (5)(5)災(zāi)難恢復(fù)災(zāi)難恢復(fù)： 不同于差錯檢測和校驗，它發(fā)生在系統(tǒng)因某不同于差錯檢測和校驗，它發(fā)生在系統(tǒng)因某 種原因種原因( (包括自然災(zāi)害包括自然災(zāi)害) )被破壞或中斷，需要對系統(tǒng)被破壞或中斷，需要對系統(tǒng) 進行恢復(fù)時。進行恢復(fù)時。 (6)(6)尋址和路由尋址和路由： 決定信號到達的目的地的最佳路徑。決定信號到達的目的地的最佳路徑。 2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 (7)(7)網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)安全： 保證經(jīng)過加密的數(shù)據(jù)正確、完整、不被泄漏保證經(jīng)過加密的數(shù)據(jù)正確、完整、不被泄漏 地從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩恕５貜陌l(fā)送端

17、傳輸?shù)浇邮斩恕?(8)(8)網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理： 對復(fù)雜的通信系統(tǒng)設(shè)備進行配置、故障、性對復(fù)雜的通信系統(tǒng)設(shè)備進行配置、故障、性 能、安全、計費等管理。能、安全、計費等管理。 2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要 質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo) 1 1模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo) (1)(1)有效性有效性 模擬通信系統(tǒng)的有效性是用模擬通信系統(tǒng)的有效性是用有效傳輸帶寬有效傳輸帶寬來度來度 量。同樣的信息采用不同的調(diào)制方式，則需要不量。同樣的信息采用不同的調(diào)制方式，則需要不 同的頻帶寬度。頻帶寬度越窄，有效性越好。同的頻帶寬度。頻帶寬度越窄，有效性越好。 2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)通

18、信系統(tǒng)的主要 質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo) (2)(2)可靠性可靠性 模擬通信系統(tǒng)的可靠性是用接收端最終的輸出模擬通信系統(tǒng)的可靠性是用接收端最終的輸出 信噪比來度量。信噪比越大，通信質(zhì)量越高。信噪比來度量。信噪比越大，通信質(zhì)量越高。 信噪比，即信噪比，即SNRSNR（Signal to Noise RatioSignal to Noise Ratio）；狹）；狹 義來講是指放大器的輸出信號的電壓與同時輸出義來講是指放大器的輸出信號的電壓與同時輸出 的噪聲電壓的比，常常用分貝數(shù)表示，設(shè)備的信的噪聲電壓的比，常常用分貝數(shù)表示，設(shè)備的信 噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。一般來說，信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。一

19、般來說，信 噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回 放的音質(zhì)量越高，否則相反。放的音質(zhì)量越高，否則相反。 2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要 質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo) 2 2數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo) 數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性用傳輸速率來衡量，可數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性用傳輸速率來衡量，可 靠性用差錯率靠性用差錯率( (誤碼率誤碼率) )來衡量。來衡量。 (1)(1)傳輸速率傳輸速率 數(shù)據(jù)傳輸速率指的是數(shù)據(jù)傳輸速率指的是單位時間內(nèi)傳送的信息量單位時間內(nèi)傳送的信息量， 有多種表示方法。有多種表示方法。 數(shù)字信號由碼元組成，碼元攜帶一定的

20、信息數(shù)字信號由碼元組成，碼元攜帶一定的信息 量。量。 2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要 質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo) 定義：單位時間傳輸?shù)拇a元數(shù)為定義：單位時間傳輸?shù)拇a元數(shù)為碼元速率碼元速率 R Rs s， 單位為單位為碼元秒碼元秒，又稱為，又稱為波特波特(Baud)(Baud)，簡記為，簡記為BdBd， 碼元速率也稱傳碼率，它是一種調(diào)制速率。碼元速率也稱傳碼率，它是一種調(diào)制速率。 定義：單位時間傳輸?shù)男畔⒘繛槎x：單位時間傳輸?shù)男畔⒘繛樾畔⑺俾市畔⑺俾蔙 Rb b，單，單 位為位為bitbits(s(比特秒比特秒) )或或bpsbps，所以信息速率又稱，所以信息速率又稱 比特率。比特率。

21、波特和比特是兩個不同的概念，波特是碼元傳波特和比特是兩個不同的概念，波特是碼元傳 輸速率的單位，它說明每秒傳輸多少個碼元。比輸速率的單位，它說明每秒傳輸多少個碼元。比 特是信息量的單位。一個二進制碼元的信息量為特是信息量的單位。一個二進制碼元的信息量為1 1 bitbit，一個，一個MM進制碼元的信息量為進制碼元的信息量為loglog2 2M bitM bit。 2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要 質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo) (2)(2)差錯率差錯率 差錯率即誤碼率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正差錯率即誤碼率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正 常工作情況下傳輸可靠性的指標(biāo)，它的定義是：常工作情況下傳輸可靠性

22、的指標(biāo)，它的定義是： 二進制碼元被傳輸出錯的概率。二進制碼元被傳輸出錯的概率。 被傳錯的碼元數(shù)為被傳錯的碼元數(shù)為NeNe，傳輸?shù)亩M制碼元總，傳輸?shù)亩M制碼元總 數(shù)為數(shù)為N N，則誤碼率為，則誤碼率為Ps =Ps =錯誤碼元數(shù)傳輸?shù)目傚e誤碼元數(shù)傳輸?shù)目?碼元數(shù)碼元數(shù)=Ne=NeN N；有時將誤碼率稱為誤符號率。；有時將誤碼率稱為誤符號率。 定義誤比特率定義誤比特率PbPb為：為：Pb=Pb=錯誤比特數(shù)錯誤比特數(shù)/ /傳輸?shù)目偙葌鬏數(shù)目偙?特數(shù)；誤比特率又稱為誤信率。特數(shù)；誤比特率又稱為誤信率。 差錯率越小，通信的可靠性越高差錯率越小，通信的可靠性越高。 2.2數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼 模擬

23、信號和數(shù)字信號在通過某一介質(zhì)傳輸時模擬信號和數(shù)字信號在通過某一介質(zhì)傳輸時 需進行需進行調(diào)制和編碼調(diào)制和編碼。 調(diào)制是載波信號的某些特性根據(jù)輸入信號而調(diào)制是載波信號的某些特性根據(jù)輸入信號而 變化的過程，包括幅度、頻率和相位的變化，它變化的過程，包括幅度、頻率和相位的變化，它 其實就是進行波形變換，說得更嚴格些，是進行其實就是進行波形變換，說得更嚴格些，是進行 頻譜變換，將基帶數(shù)字信號的頻譜變換成適合于頻譜變換，將基帶數(shù)字信號的頻譜變換成適合于 在模擬信道中傳輸?shù)念l譜。無論是模擬數(shù)據(jù)還是在模擬信道中傳輸?shù)念l譜。無論是模擬數(shù)據(jù)還是 數(shù)字數(shù)據(jù)，原始輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制就作為模擬信數(shù)字數(shù)據(jù)，原始輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過

24、調(diào)制就作為模擬信 號通過介質(zhì)發(fā)送出去，并將在接收端進行解調(diào)，號通過介質(zhì)發(fā)送出去，并將在接收端進行解調(diào)， 再變換成原來的形式。再變換成原來的形式。 2.3多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 在遠程數(shù)據(jù)通信或計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，傳輸在遠程數(shù)據(jù)通信或計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，傳輸 信道的信道的傳輸容量傳輸容量往往往往大于大于一路一路信號傳輸單一信息信號傳輸單一信息 的需求的需求，所以為了有效地利用通信線路，提高信，所以為了有效地利用通信線路，提高信 道利用率，人們研究和發(fā)展了通信鏈路的信道共道利用率，人們研究和發(fā)展了通信鏈路的信道共 享和多路復(fù)用享和多路復(fù)用(Multiplexing)(Multiplexing)技術(shù)。

25、技術(shù)。 多路復(fù)用器連接許多低速線路，并將它們各多路復(fù)用器連接許多低速線路，并將它們各 自所需的傳輸容量組合在一起后，僅由一條速度自所需的傳輸容量組合在一起后，僅由一條速度 較高的線路傳輸所有信息。其優(yōu)點是：較高的線路傳輸所有信息。其優(yōu)點是：節(jié)省電纜節(jié)省電纜 的安裝和維護，降低通信系統(tǒng)費用，提高工作效的安裝和維護，降低通信系統(tǒng)費用，提高工作效 率。率。 2.3多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 1 .1 .頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 當(dāng)介質(zhì)的有效帶寬超過被傳輸?shù)男盘枎挄r，當(dāng)介質(zhì)的有效帶寬超過被傳輸?shù)男盘枎挄r， 可以把多個信號調(diào)制在不同的可以把多個信號調(diào)制在不同的載波頻率載波頻率上，從而上，從而 在同一介

26、質(zhì)上實現(xiàn)在同一介質(zhì)上實現(xiàn)同時傳送多路信號同時傳送多路信號，即將信道，即將信道 的可用頻帶的可用頻帶( (帶寬帶寬) )按頻率分割多路信號的方法劃分按頻率分割多路信號的方法劃分 為若干互不交疊的頻段，每路信號占據(jù)其中一個為若干互不交疊的頻段，每路信號占據(jù)其中一個 頻段，從而形成許多個子信道；在接收端用適當(dāng)頻段，從而形成許多個子信道；在接收端用適當(dāng) 的濾波器將多路信號分開，分別進行解調(diào)和終端的濾波器將多路信號分開，分別進行解調(diào)和終端 處理，這種技術(shù)稱為頻分多路復(fù)用處理，這種技術(shù)稱為頻分多路復(fù)用(FDM(FDM， Frequency Division Multiplexing)Frequency D

27、ivision Multiplexing)。 2.3多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 頻分復(fù)用原理頻分復(fù)用原理 在物理信道的可用帶寬超過單個原在物理信道的可用帶寬超過單個原 始信號（如原理圖中的始信號（如原理圖中的CH1CH1、CH2CH2 和和CH3CH3這這3 3路信號）所需帶寬情況路信號）所需帶寬情況 下，可將該物理信道的總帶寬分割下，可將該物理信道的總帶寬分割 成若干個與傳輸單個信號帶寬相同成若干個與傳輸單個信號帶寬相同 （或略寬）的子信道；然后在每個（或略寬）的子信道；然后在每個 子信道上傳輸一路信號，以實現(xiàn)在子信道上傳輸一路信號，以實現(xiàn)在 同一信道中同時傳輸多路信號。多同一信道中同時傳輸多

28、路信號。多 路原始信號在頻分復(fù)用前，先要通路原始信號在頻分復(fù)用前，先要通 過頻譜搬移技術(shù)將各路信號的頻譜過頻譜搬移技術(shù)將各路信號的頻譜 搬移到物理信道頻譜的不同段上，搬移到物理信道頻譜的不同段上， 使各信號的帶寬不相互重疊（搬移使各信號的帶寬不相互重疊（搬移 后的信號如圖中的中間后的信號如圖中的中間3 3路信號波路信號波 形）；然后用不同的頻率調(diào)制每一形）；然后用不同的頻率調(diào)制每一 個信號，每個信號都在以它的載波個信號，每個信號都在以它的載波 頻率為中心，一定帶寬的通道上進頻率為中心，一定帶寬的通道上進 行傳輸。為了防止互相干擾，需要行傳輸。為了防止互相干擾，需要 使用抗干擾保護措施帶來隔離每

29、一使用抗干擾保護措施帶來隔離每一 個通道。個通道。 2.3多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 頻分復(fù)用的優(yōu)點頻分復(fù)用的優(yōu)點 1. 1. 容易實現(xiàn)，技術(shù)成熟。容易實現(xiàn)，技術(shù)成熟。 2. 2. 信道復(fù)用率高，分路方便，因此頻分多路復(fù)用信道復(fù)用率高，分路方便，因此頻分多路復(fù)用 是模擬通信中常采用的一種復(fù)用方式，特別是在是模擬通信中常采用的一種復(fù)用方式，特別是在 有線和微波通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。有線和微波通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。 2.3多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 頻分復(fù)用的問題：頻分復(fù)用的問題： 1.1.保護頻帶占用了一定的信道帶寬，從而降低了保護頻帶占用了一定的信道帶寬，從而降低了 FDMFDM的效率；的效率

30、； 2.2.信道的非線性失真改變了它的實際頻率特性，信道的非線性失真改變了它的實際頻率特性， 易造成串音和互調(diào)噪聲干擾；易造成串音和互調(diào)噪聲干擾； 3.3.所需設(shè)備隨輸入路數(shù)增加而增多，不易小型化；所需設(shè)備隨輸入路數(shù)增加而增多，不易小型化； 4.FDM4.FDM不提供差錯控制技術(shù)，不便于性能監(jiān)測。不提供差錯控制技術(shù)，不便于性能監(jiān)測。 2.3多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 2.2.時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用 時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用(TDM(TDM，Time Division Time Division Multiplexing)Multiplexing)是將多路信號是將多路信號按一定的時間間隔按一定的

31、時間間隔相相 間傳送以在一條傳輸線上實現(xiàn)間傳送以在一條傳輸線上實現(xiàn)“同時同時”傳送多路傳送多路 信號?；镜男盘??；镜腡DMTDM是同步時分多路復(fù)用技術(shù)，如是同步時分多路復(fù)用技術(shù)，如 果采用較復(fù)雜的措施以改善同步時分復(fù)用的性能，果采用較復(fù)雜的措施以改善同步時分復(fù)用的性能， 就成為統(tǒng)計時分多路復(fù)用就成為統(tǒng)計時分多路復(fù)用(STDM(STDM， Statistical Statistical Time Division Multiplexing)Time Division Multiplexing)或異步時分多路復(fù)或異步時分多路復(fù) 用用(ATDM(ATDM，Asynchronous TDM)Asy

32、nchronous TDM)。 2.3多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) * *3.3.碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用 碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用CDMCDM又稱又稱碼分多址碼分多址（Code Code Division Multiple Access,Division Multiple Access,CDMACDMA）,CDM,CDM與與 FDMFDM（頻分多路復(fù)用）和（頻分多路復(fù)用）和TDMTDM（時分多路復(fù)用）（時分多路復(fù)用） 不同不同, ,它既共享信道的頻率它既共享信道的頻率, ,也共享時間也共享時間, ,是一種真是一種真 正的動態(tài)復(fù)用技術(shù)。正的動態(tài)復(fù)用技術(shù)。 2.4異步與同步通信異步與同步通信 同步同

33、步 就是接收端按發(fā)送端發(fā)送的每個碼元的起止時間就是接收端按發(fā)送端發(fā)送的每個碼元的起止時間 及重復(fù)頻率來接收數(shù)據(jù)，并且要校準(zhǔn)自己的時鐘及重復(fù)頻率來接收數(shù)據(jù)，并且要校準(zhǔn)自己的時鐘 以便與發(fā)送端的發(fā)送取得一致，實現(xiàn)同步接收。以便與發(fā)送端的發(fā)送取得一致，實現(xiàn)同步接收。 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞揭话惴譃閿?shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞揭话惴譃槲煌轿煌?、字符同步字符同步?字符同步通常是識別每一個字符或一幀數(shù)據(jù)的開字符同步通常是識別每一個字符或一幀數(shù)據(jù)的開 始和結(jié)束；位同步則識別每一位的開始和結(jié)束。始和結(jié)束；位同步則識別每一位的開始和結(jié)束。 2.4異步與同步通信異步與同步通信 在異步通信中，發(fā)送端可以在在異步通信中，發(fā)送

34、端可以在任意時刻任意時刻發(fā)送字符，發(fā)送字符， 字符之間的間隔時間可以任意變化。該方法是將字符之間的間隔時間可以任意變化。該方法是將 字符看作一個獨立的傳送單元，在每個字符的前字符看作一個獨立的傳送單元，在每個字符的前 后各加入后各加入1 13 3位信息作為字符的開始和結(jié)束標(biāo)志位信息作為字符的開始和結(jié)束標(biāo)志 位，以便在每一個字符開始時接收端和發(fā)送端同位，以便在每一個字符開始時接收端和發(fā)送端同 步一次，從而在一串比特流中可以把每個字符識步一次，從而在一串比特流中可以把每個字符識 別出來。異步傳輸?shù)奶攸c是簡單，缺點是起始位別出來。異步傳輸?shù)奶攸c是簡單，缺點是起始位 和終止位實際上不傳送信息，開銷較大

35、。和終止位實際上不傳送信息，開銷較大。 2.4異步與同步通信異步與同步通信 “ “串行通信串行通信”和和“并行通信并行通信” 通常情況下，并行通信用于通常情況下，并行通信用于距離較近距離較近的情況，串的情況，串 行通信用于行通信用于距離較遠距離較遠的情況。的情況。 在并行數(shù)據(jù)傳輸中，至少有在并行數(shù)據(jù)傳輸中，至少有8 8個數(shù)據(jù)位同時從個數(shù)據(jù)位同時從 一個設(shè)備傳送到另一個設(shè)備，發(fā)送設(shè)備將一個設(shè)備傳送到另一個設(shè)備，發(fā)送設(shè)備將8 8個數(shù)據(jù)個數(shù)據(jù) 位通過位通過8 8條數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備。接收設(shè)備在收條數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備。接收設(shè)備在收 到這些數(shù)據(jù)后，不需經(jīng)過任何改變就可以直接使到這些數(shù)據(jù)后，不需經(jīng)過任

36、何改變就可以直接使 用。計算機內(nèi)部的總線數(shù)據(jù)傳送通常都是以并行用。計算機內(nèi)部的總線數(shù)據(jù)傳送通常都是以并行 方式進行傳輸?shù)摹７绞竭M行傳輸?shù)摹?2.4異步與同步通信異步與同步通信 在串行數(shù)據(jù)傳輸中，在串行數(shù)據(jù)傳輸中， 每次由源地傳到目每次由源地傳到目 的地的數(shù)據(jù)的地的數(shù)據(jù)只有一只有一 位位，與同時傳輸好，與同時傳輸好 幾位數(shù)據(jù)的并行傳幾位數(shù)據(jù)的并行傳 輸相比，串行數(shù)據(jù)輸相比，串行數(shù)據(jù) 傳輸?shù)膫鬏斔俣纫獋鬏數(shù)膫鬏斔俣纫?比并行傳輸慢，但比并行傳輸慢，但 在實際應(yīng)用中往往在實際應(yīng)用中往往 選擇串行數(shù)據(jù)傳輸，選擇串行數(shù)據(jù)傳輸， 這是因為實現(xiàn)串行這是因為實現(xiàn)串行 數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布邤?shù)據(jù)傳輸?shù)挠布?有經(jīng)濟性

37、和實用性。有經(jīng)濟性和實用性。 2.5數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 是通信網(wǎng)絡(luò)中連接計算機的具體物理設(shè)備和數(shù)是通信網(wǎng)絡(luò)中連接計算機的具體物理設(shè)備和數(shù) 據(jù)傳輸物理通路。據(jù)傳輸物理通路。 計算機網(wǎng)絡(luò)中常使用雙絞線、同軸電纜、光纖計算機網(wǎng)絡(luò)中常使用雙絞線、同軸電纜、光纖 等有線傳輸介質(zhì)。另外，也經(jīng)常利用無線電短波、等有線傳輸介質(zhì)。另外，也經(jīng)常利用無線電短波、 地面微波、衛(wèi)星通信、紅外線通信、激光通信等無地面微波、衛(wèi)星通信、紅外線通信、激光通信等無 線傳輸介質(zhì)。線傳輸介質(zhì)。 傳輸介質(zhì)的特性包括物理描述、傳輸特性、信傳輸介質(zhì)的特性包括物理描述、傳輸特性、信 號發(fā)送形式、調(diào)制技術(shù)、傳輸帶寬容量

38、、頻率范圍、號發(fā)送形式、調(diào)制技術(shù)、傳輸帶寬容量、頻率范圍、 連通性、抗干擾性、性能價格比、連接距離、地理連通性、抗干擾性、性能價格比、連接距離、地理 范圍等。范圍等。 2.6差錯控制和校驗差錯控制和校驗 差錯控制編碼就是對網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號進行抗差錯控制編碼就是對網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號進行抗 干擾編碼，目的是為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)的容錯性干擾編碼，目的是為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)的容錯性 和可靠性，它在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⒋a元序列中，和可靠性，它在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⒋a元序列中， 以一定的編碼規(guī)則附加一些校驗碼元，接收端利用以一定的編碼規(guī)則附加一些校驗碼元，接收端利用 該規(guī)則進行相應(yīng)的譯碼，譯碼的結(jié)果有可

39、能發(fā)現(xiàn)差該規(guī)則進行相應(yīng)的譯碼，譯碼的結(jié)果有可能發(fā)現(xiàn)差 錯或糾正差錯。錯或糾正差錯。 在差錯控制碼中，在差錯控制碼中，檢錯碼檢錯碼是指能自動發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)差是指能自動發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)差 錯的編碼，錯的編碼，糾錯碼糾錯碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能夠自是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能夠自 動糾正差錯的編碼。動糾正差錯的編碼。 2.6差錯控制和校驗差錯控制和校驗 以傳輸以傳輸3 3位二進制碼組為例來說明檢測糾錯的基本原理。位二進制碼組為例來說明檢測糾錯的基本原理。 3 3位二進制碼元共有位二進制碼元共有8 8種組合：種組合：000000，001001，010010，011011，100100， 101101，110110，1

40、11111。假如這。假如這8 8種碼組都用于傳遞信息，在傳輸過程種碼組都用于傳遞信息，在傳輸過程 中若發(fā)生一個誤碼，則一種碼組就會錯誤地變成另一種碼組，但接中若發(fā)生一個誤碼，則一種碼組就會錯誤地變成另一種碼組，但接 收端卻不能發(fā)現(xiàn)錯誤，因為任何一個碼組都是許用碼組。但是，如收端卻不能發(fā)現(xiàn)錯誤，因為任何一個碼組都是許用碼組。但是，如 果只選取其中果只選取其中000000，011011，101101，110110作為許用碼組來傳遞消息，作為許用碼組來傳遞消息， 則相當(dāng)于只傳遞則相當(dāng)于只傳遞0000，0l0l，1010，ll ll這這4 4種消息，而第種消息，而第3 3位是附加的，位是附加的， 其作

41、用是保證碼組中其作用是保證碼組中1 1碼的個數(shù)為偶數(shù)。除上述碼的個數(shù)為偶數(shù)。除上述4 4種許用碼組以外種許用碼組以外 的另外的另外4 4種碼組不滿足這種校驗關(guān)系，稱為禁用碼組。在接收時一種碼組不滿足這種校驗關(guān)系，稱為禁用碼組。在接收時一 旦發(fā)現(xiàn)這些禁用碼組，就表明傳輸過程中發(fā)生了錯誤。用這種簡單旦發(fā)現(xiàn)這些禁用碼組，就表明傳輸過程中發(fā)生了錯誤。用這種簡單 的校驗關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)的校驗關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)1 1或或3 3個錯誤，但不能糾正。如果進一步將許個錯誤，但不能糾正。如果進一步將許 用碼組限制為用碼組限制為2 2種：種：000000和和111111，那么就可以發(fā)現(xiàn)所有，那么就可以發(fā)現(xiàn)所有2 2個以下的錯

42、個以下的錯 誤。如用來糾錯，則可糾正誤。如用來糾錯，則可糾正1 1位錯誤?？梢姡a組之間的差別與碼位錯誤?？梢?，碼組之間的差別與碼 組的差錯控制能力有著至關(guān)重要的關(guān)系。組的差錯控制能力有著至關(guān)重要的關(guān)系。 2.7信息交換技術(shù)信息交換技術(shù) 數(shù)據(jù)在通信線路上傳輸?shù)淖詈唵蔚男问绞窃趦蓚€用數(shù)據(jù)在通信線路上傳輸?shù)淖詈唵蔚男问绞窃趦蓚€用 某種類型的傳輸介質(zhì)直接連接的設(shè)備之間進行的通某種類型的傳輸介質(zhì)直接連接的設(shè)備之間進行的通 信。但是直接連接兩個設(shè)備常常是不現(xiàn)實的，一般信。但是直接連接兩個設(shè)備常常是不現(xiàn)實的，一般 通過有中間節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)從源地發(fā)送到目的地，通過有中間節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)從源地發(fā)送到目的地，

43、 以實現(xiàn)通信。這些中間節(jié)點并不關(guān)心數(shù)據(jù)內(nèi)容，目以實現(xiàn)通信。這些中間節(jié)點并不關(guān)心數(shù)據(jù)內(nèi)容，目 的是提供一個交換設(shè)備。用這個交換設(shè)備把數(shù)據(jù)從的是提供一個交換設(shè)備。用這個交換設(shè)備把數(shù)據(jù)從 一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點，直至到達目的地。一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點，直至到達目的地。 通常使用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)有三種：通常使用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)有三種：線路交換、報線路交換、報 文交換、分組交換。文交換、分組交換。 2.7信息交換技術(shù)信息交換技術(shù) 使用線路使用線路( (電路電路) )交換交換(Circuit Switching)(Circuit Switching)方式，就是方式，就是 通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在兩個站之間建立一條專

44、用的通通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在兩個站之間建立一條專用的通 信線路。最普通的線路交換例子是電話系統(tǒng)信線路。最普通的線路交換例子是電話系統(tǒng) 2.7信息交換技術(shù)信息交換技術(shù) 線路交換方式的通信包括三種狀態(tài)：線路交換方式的通信包括三種狀態(tài)： (1)(1)線路建立線路建立：在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，都必須建立：在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，都必須建立 端到端端到端( (站到站站到站) )的線路。的線路。 (2)(2)數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送：所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是數(shù)字的也可以：所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是數(shù)字的也可以 是模擬的。是模擬的。 (3)(3)線路拆除線路拆除：在某個數(shù)據(jù)傳送周期結(jié)束以后，就：在某個數(shù)據(jù)傳送周期結(jié)束以后，就 要結(jié)束連接，通

45、常由兩個站中的一個來完成這個動要結(jié)束連接，通常由兩個站中的一個來完成這個動 作。作。 2.7信息交換技術(shù)信息交換技術(shù) 報文交換報文交換(Message Switching)(Message Switching)不需要不需要在兩個站之在兩個站之 間建立一條專用通路。如果一個站想要發(fā)送一個報間建立一條專用通路。如果一個站想要發(fā)送一個報 文文( (信息的一個邏輯單位信息的一個邏輯單位) )，只需要把一個，只需要把一個目的地址目的地址附附 加在報文上，然后把報文通過網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點到節(jié)點地加在報文上，然后把報文通過網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點到節(jié)點地 進行傳送。在每個節(jié)點中，接收整個報文，進行傳送。在每個節(jié)點中，接收整個報文

46、，暫存暫存這這 個報文，然后發(fā)送到下一個節(jié)點。個報文，然后發(fā)送到下一個節(jié)點。 2.7信息交換技術(shù)信息交換技術(shù) 2.7信息交換技術(shù)信息交換技術(shù) 這種方法比線路交換有以下優(yōu)點：這種方法比線路交換有以下優(yōu)點： (1)(1)線路線路效率較高效率較高，因為許多報文可以分時共享一條，因為許多報文可以分時共享一條 節(jié)點到節(jié)點的通道。節(jié)點到節(jié)點的通道。 (2)(2)不需要不需要同時使用同時使用發(fā)送器發(fā)送器和和接收器接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng) 絡(luò)可以在接收器可用之前，暫時存儲這個報文。絡(luò)可以在接收器可用之前，暫時存儲這個報文。 (3)(3)在線路交換網(wǎng)上，當(dāng)通信量變得很大時，就不能在線路交換網(wǎng)上，當(dāng)通信量變得很大時，就不能 接受某些呼叫。而在報文交換網(wǎng)上，卻仍然可以接接受某些呼叫。