數(shù)據(jù)通信原理 第1章

1、第 1 章 概述&1.1 數(shù)據(jù)通信的概念q1.1.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)信號q1.1.2 數(shù)據(jù)通信的概念 q1.1.3 傳輸代碼&1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成 q1.2.1 數(shù)據(jù)終端設(shè)備 q1.2.2 數(shù)據(jù)電路q1.2.3 中央計算機系統(tǒng) &1.3 數(shù)據(jù)通信傳輸信道q1.3.1 信道類型及特性第 1 章 概述（續(xù)）q1.3.2 傳輸損耗q1.3.3 噪聲與干擾q1.3.4 信噪比&1.4 數(shù)據(jù)傳輸方式q1.4.1 串行傳輸與并行傳輸q1.4.2 異步傳輸與同步傳輸q1.4.3 單工、半雙工與全雙工數(shù)據(jù)傳輸&1.5 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)q1.5.1 有效性指標(biāo)

2、q1.5.2 可靠性指標(biāo)q1.5.3 信道容量第 1 章 概述（續(xù)）&1.6 多路復(fù)用技術(shù)q1.6.1 頻分復(fù)用q1.6.2 時分復(fù)用q1.6.3 波分復(fù)用q1.6.4 碼分復(fù)用&1.7 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)概述 q1.7.1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成q1.7.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類&1.8 計算機網(wǎng)絡(luò)基本概念q1.8.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的概念q1.8.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成q1.8.3 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類q1.8.4 Internet的概念及特點q1.8.5 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與計算機網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系第 1 章 概述（續(xù)） 1.1 數(shù)據(jù)通信的概念q 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)是預(yù)先約定的、具有某種含義的任何一個數(shù)字或一個字母

3、(符號)以及它們的組合。q 數(shù)據(jù)信號 數(shù)據(jù)用傳輸代碼（二進制代碼）表示（即用若干個“1”和“0”的組合表示每一個數(shù)據(jù)）就變成了數(shù)據(jù)信號。1.1 數(shù)據(jù)通信的概念 數(shù)據(jù)通信的定義是：依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息，它可實現(xiàn)計算機與計算機、計算機與終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。 數(shù)據(jù)通信的終端設(shè)備（產(chǎn)生的是數(shù)據(jù)信號）可以是計算機，也可能是除計算機以外的一般數(shù)據(jù)終端，一般數(shù)據(jù)終端簡稱數(shù)據(jù)終端或終端。 數(shù)據(jù)通信包含兩方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)傳輸前后的處理，例如數(shù)據(jù)的集中、交換、控制等等。數(shù)據(jù)信號的基本傳輸方式r 基帶傳輸基帶傳輸 基帶數(shù)據(jù)信號（數(shù)據(jù)終端輸出的未經(jīng)調(diào)

4、制變換的數(shù)據(jù)信號）直接在電纜信道上傳輸。換句話說，基帶傳輸是不搬移基帶數(shù)據(jù)信號頻譜的傳輸方式。r 頻帶傳輸頻帶傳輸 基帶數(shù)據(jù)信號經(jīng)過調(diào)制，將其頻帶搬移到相應(yīng)的載頻頻帶上再傳輸（頻帶傳輸時信道上傳輸?shù)氖悄M信號）。r 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 利用PCM信道傳輸數(shù)據(jù)信號，即利用PCM30/32系統(tǒng)的某些時隙傳輸數(shù)據(jù)信號。傳輸代碼 目前，常用的二進制代碼有國際5號碼(IA5)、EBCDIC碼和國際電報2號碼(ITA2)等。 國際5號碼是一種7單位代碼，以7位二進制碼來表示一個字母、數(shù)字或符號。這種碼最早在1963年由美國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會提出，稱為美國信息交換用標(biāo)準(zhǔn)代碼(American Standard

5、Code forInformation Interchange，簡稱ASCII碼)。7位二進制碼一共有=128種組合，可表示128個不同的字母、數(shù)字和符號。代碼在順序傳輸過程中以b1作為第一位，b7為最后一位。國際5號碼編碼表b8b7b6b500000001001000110100010101100111H010203040506070b4b3b2b1HD0163248648096112000000NULDLESP0Pp000111SOHDC1!1AQaq001022STXDC2”2BRbr001133ETXDC3#3CScs010044EOTDC4$4DTdt010155ENQNAK%5EU

6、eu011066ACKSYN&6FVfv011177BELETB7GWgw100088BSCAN(8HXhx100199HTEM)9IYiy1010A10LFSUB*:JZjz1011B11VTESC+;Kk1100C12FFFS,Nn1111F15SIUS/?O_o1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。（1） 數(shù)據(jù)終端設(shè)備 數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）由數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備和傳輸控制器組成。 r數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備 在發(fā)送端把人們的數(shù)據(jù)信息變成以數(shù)字代碼表示的數(shù)據(jù)信號，

7、即將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號；接收端完成相反的變換，即把數(shù)據(jù)信號還原為數(shù)據(jù)。r傳輸控制器傳輸控制器 作用是完成各種傳輸控制，如差錯控制、終端的接續(xù)控制、確認控制、傳輸順序控制和切斷等控制等。 DTE是一個總稱，根據(jù)實際需要采用不同的設(shè)備。具有一定處理功能的個人計算機也可稱為DTE。（2） 數(shù)據(jù)電路r數(shù)據(jù)電路位于DTE與計算機系統(tǒng)之間，其作用是為數(shù)據(jù)通信提供傳輸通道。r在數(shù)據(jù)電路兩端收發(fā)的是二級制“1”或“0”的數(shù)據(jù)信號。（3）中央計算機系統(tǒng)中央計算機系統(tǒng)由通信控制器、主機及其外圍設(shè)備組成。r 通信控制器通信控制器 通信控制器的主要功能，對遠程DTE一側(cè)來說，是差錯控制、終端的接續(xù)控制、確認控制、傳輸

8、順序控制和切斷等控制；對計算機系統(tǒng)一側(cè)來說，其功能是將線路上來的串行比特信號變成并行比特信號，或?qū)⒂嬎銠C輸出的并行比特信號變成串行比特信號。r 主機主機 主機又稱中央處理機，由中央處理單元(CPU)、主存儲器、輸入輸出設(shè)備以及其他外圍設(shè)備組成，其主要功能是進行數(shù)據(jù)處理。 1.3 數(shù)據(jù)通信傳輸信道1.3.11.3.1 信道類型及特性信道類型及特性r根據(jù)信道上傳輸?shù)男盘栃问讲煌鶕?jù)信道上傳輸?shù)男盘栃问讲煌?模擬信道 數(shù)字信道r根據(jù)傳輸方式根據(jù)傳輸方式 物理實線傳輸媒介信道 電話網(wǎng)傳輸信道 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道（1）物理實線傳輸信道 物理實線傳輸媒介信道主要包括雙絞線、同軸電纜和光纖。光 纖 光纖有不同

9、的結(jié)構(gòu)形式，目前通信用的光纖絕大多光纖有不同的結(jié)構(gòu)形式，目前通信用的光纖絕大多數(shù)是用石英材料做成的橫截面很小的雙層同心玻璃體，數(shù)是用石英材料做成的橫截面很小的雙層同心玻璃體，外層玻璃的折射率比內(nèi)層稍低。折射率高的中心部分叫外層玻璃的折射率比內(nèi)層稍低。折射率高的中心部分叫做做纖芯纖芯，折射率低的外圍部分稱為，折射率低的外圍部分稱為包層包層。光纖的分類(a)按照折射率分布分按照折射率分布分階躍型光纖階躍型光纖纖芯折射率沿半徑方向保持一定，包層折射率纖芯折射率沿半徑方向保持一定，包層折射率沿半徑方向也保持一定，而且纖芯和包層的折射率在邊界處呈階沿半徑方向也保持一定，而且纖芯和包層的折射率在邊界處呈階

10、梯型變化的光纖，稱為階躍型光纖，又可稱為均勻光纖。梯型變化的光纖，稱為階躍型光纖，又可稱為均勻光纖。漸變型光纖漸變型光纖纖芯折射率隨著半徑加大而逐漸減小，而包層纖芯折射率隨著半徑加大而逐漸減小，而包層中折射率是均勻的，這種光纖稱為漸變型光纖，又稱非均勻光纖。中折射率是均勻的，這種光纖稱為漸變型光纖，又稱非均勻光纖。光纖的分類(b)按照傳輸模式來分按照傳輸模式來分 單模光纖光纖中只傳輸單一模式時，叫做單模光纖。單模光纖的纖芯直徑較小，通常纖芯中折射率的分布認為是均勻分布的。由于單模光纖只傳輸基模，從而完全避免了模式色散，使傳輸帶寬大大加寬。因此，它適用于大容量、長距離的光纖通信。 多模光纖在一定

11、的工作波長下，可以傳輸多種模式的介質(zhì)波導(dǎo)，稱為多模光纖。其纖芯可以采用階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。由于模色散的存在使多模光纖的帶寬變窄，但其制造、耦合、連接都比單模光纖容易。光纖的分類(c)按光纖的材料來分按光纖的材料來分 石英系光纖光纖的纖芯和包層由高純度的SiO2摻有適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)制成，光纖的損耗低，強度和可靠性較高，目前應(yīng)用最廣泛。 石英芯、塑料包層光纖光纖的芯子是用石英制成，包層采用硅樹脂。 多成分玻璃纖維 一般用鈉玻璃摻有適當(dāng)雜質(zhì)制成。 塑料光纖光纖的芯子和包層都由塑料制成。 （2）電話網(wǎng)傳輸信道r 電話網(wǎng)傳輸信道是指通過傳輸話音信號的電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信號。電話網(wǎng)傳輸信道是

12、指通過傳輸話音信號的電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信號。r 電話網(wǎng)絡(luò)是用于傳輸話音信號（頻帶范圍是電話網(wǎng)絡(luò)是用于傳輸話音信號（頻帶范圍是3003003400Hz3400Hz）的，）的，屬于屬于帶通型信號帶通型信號，所以電話網(wǎng)是對應(yīng)帶通信號的帶通型信道。電，所以電話網(wǎng)是對應(yīng)帶通信號的帶通型信道。電話網(wǎng)絡(luò)的其他環(huán)節(jié)，如用戶線部分一般是用雙絞線對，屬于低通話網(wǎng)絡(luò)的其他環(huán)節(jié)，如用戶線部分一般是用雙絞線對，屬于低通型特性；中繼線路，一般是采用光纖傳輸系統(tǒng)、數(shù)字微波及衛(wèi)星型特性；中繼線路，一般是采用光纖傳輸系統(tǒng)、數(shù)字微波及衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)等，屬于數(shù)字型傳輸信道。傳輸系統(tǒng)等，屬于數(shù)字型傳輸信道。r 電話網(wǎng)傳輸信道的綜合特性是

13、屬于電話網(wǎng)傳輸信道的綜合特性是屬于帶通型信道，其通帶頻率范圍帶通型信道，其通帶頻率范圍是是300300340OHz 340OHz 。（3）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道 采用PCM數(shù)字信道作為數(shù)據(jù)信號傳輸信道稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道。這種信道的連接方式是，將多個低速數(shù)據(jù)終端輸出的信號經(jīng)時分多路復(fù)用或集中合成到64kbit/s速率，然后直接以數(shù)字方式合入到PCM30路系統(tǒng)的某一個時隙，最后復(fù)用到2.048Mbit/s在數(shù)字線路上傳輸。這時的數(shù)字線路可以是光纖傳輸系統(tǒng)，也可以是數(shù)字微波及衛(wèi)星等傳輸系統(tǒng)。1.3.2傳輸損耗r 信號在傳輸介質(zhì)中傳播時將會有一部分能量轉(zhuǎn)化成熱能或者被傳輸介質(zhì)吸收，從而造成信號強度不斷減弱

14、，這種現(xiàn)象稱為傳輸損耗（或傳輸衰減）。r 傳輸衰減是影響傳輸距離的重要因素之一。傳輸衰減的衡量是網(wǎng)絡(luò)的輸入端功率與輸出端功率之差。衰減常用的符號是dB(分貝) 。 例：如設(shè)0點為發(fā)送源點，其發(fā)送功率為P0，傳輸終點為l點，接收點功率為P1，則0點到l點的傳輸損耗就是dBPPD10lg101.3.3 噪聲與干擾 噪聲是通信系統(tǒng)中存在的對正常信號傳輸起干擾作用的、不可避免的一種干擾信號。r 工業(yè)噪聲工業(yè)噪聲 它來源于各種電氣設(shè)備，如電力線、點火系統(tǒng)、電車、電源開關(guān)、電力鐵道、高頻電爐等。r 天電噪聲天電噪聲 它來源于雷電、磁暴、太陽黑子以及宇宙射線等。由于這類自然現(xiàn)象與發(fā)生的時間、季節(jié)、地區(qū)等有關(guān)

15、系，因此受天電干擾的影響也是大小不同的。 以上兩類噪聲所產(chǎn)生的干擾都稱為脈沖干擾，它的特點是波形不連續(xù)，呈脈沖性質(zhì)。并且發(fā)生這類干擾的時間很短，強度很大，而周期是隨機的，因此它可以用隨機的窄脈沖序列來表示。由于脈沖很窄，所以占用的頻譜必然很寬。這類干擾對數(shù)據(jù)通信會造成較大影響。 r 內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲l它來源于信道本身所包含的各種電子器件、轉(zhuǎn)換器以及天線或傳輸線等。這類干擾的特點是由無數(shù)個自由電子作不規(guī)則運動所形成的，因此它的波形也是不規(guī)則變化的，常稱之為起伏噪聲。由于在數(shù)學(xué)上可以用隨機過程來描述這類干擾，因此又可稱為隨機噪聲，或者簡稱為噪聲。l噪聲按照統(tǒng)計特性分有高斯噪聲和白噪聲。高斯噪聲是指

16、它的概率密度函數(shù)服從高斯分布(即正態(tài)分布)；白噪聲是指它的功率譜密度函數(shù)在整個頻率域(一+)內(nèi)是常數(shù)（通常以來N0表示，單位是W/Hz）。l 若噪聲的概率密度函數(shù)服從高斯分布， 功率譜密度函數(shù)在整個頻率域(一+)內(nèi)是常數(shù)，這類噪聲稱為高斯白噪聲。實際信道中的噪聲都是高斯白噪聲。1.3.4 信噪比r 信噪比信噪比 信噪比就是用來描述信號傳輸過程所受到損耗和噪聲干擾程度的量。信噪比是指某一點上的信號功率與噪聲功率之比，可表示為 Ps是信號平均功率；PN是噪聲平均功率。信噪比通常是以分貝（dB）來表示的，其公式為NSPPNSNSdBPPNSlg101.4 數(shù)據(jù)傳輸方式1.4.1 串行傳輸與并行傳輸r

17、 串行傳輸串行傳輸 串行傳輸是數(shù)據(jù)碼流以串行方式在一條信道上傳輸。在串行傳輸時，接收端如何從串行數(shù)據(jù)碼流中正確地劃分出發(fā)送的一個個字符所采取的措施稱為字符同步。r 并行傳輸并行傳輸 并行傳輸是將數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行信道上同時傳輸。1.4.2異步傳輸與同步傳輸r 異步傳輸異步傳輸 l 異步傳輸是每次傳送一個字符，各字符的位置不固定。為了在接收端區(qū)分每個字符，在發(fā)送每一個字符的前面均加上一個“起”信號，其長度規(guī)定為一個碼元，極性為“0”，后面均加一個“止”信號。對于國際電報2號碼，“止”信號長度為1.5個碼元，對于國際5號碼或其他代碼，“止”信號長度為1或2個碼元，極性為“1”。l 字

18、符可以連續(xù)發(fā)送，也可以單獨發(fā)送；不發(fā)送字符時，連續(xù)發(fā)送“止”信號。因此，每一字符的起始時刻可以是任意的(這正是稱為異步傳輸?shù)暮?，但在同一個字符內(nèi)各碼元長度相等。這樣，接收端可根據(jù)字符之間的從“止”信號到“起”信號的跳變 (“1”“0”)來檢測識別一個新字符的“起”信號，從而正確地區(qū) 分一個個字符。因此，這樣的字符同步方法又稱起止式同步。l 異步傳輸?shù)膬?yōu)點是實現(xiàn)字符同步比較簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不 需要精確的同步。缺點是每個字符增加了起、止的比特位，降低了信息傳輸效率，所以，常用于1200bit/s及其以下的低速數(shù)據(jù)傳輸。 r 同步傳輸同步傳輸 l 同步傳輸是以固定時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的

19、，在串行數(shù)據(jù)碼流中，各字符之間的相對位置都是固定的，因此不必對每個字符加“起”信號和“止”信號，只需在一串字符流前面加一個起始字符，后面加一個終止字符，表示字符流的開始和結(jié)束。l 同步傳輸有兩種同步方式：字符同步和幀同步。l 同步傳輸一般采用幀同步。接收端要從收到的數(shù)據(jù)碼流中正確區(qū)分發(fā)送的字符，必須建立位定時同步和幀同步。位定時同步又叫比特同步，其作用是使接收端的位定時時鐘信號和收到的輸入信號同步，以便從接收的信息流中正確識別一個個信號碼元，產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)序列。l 同步傳輸與異步傳輸相比，在技術(shù)上要復(fù)雜（因為要實現(xiàn)位定時同步和幀同步），但它不需要對每一個字符單獨加起、止碼元作為識別字符的標(biāo)志，只

20、是在一串字符的前后加上標(biāo)志序列，因此傳輸效率較高。通常用于速率為2400bit/s及其以上的數(shù)據(jù)傳輸。異步傳輸與同步傳輸1.4.3 1.4.3 單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸r 單工數(shù)據(jù)傳輸單工數(shù)據(jù)傳輸l單工數(shù)據(jù)傳輸是兩數(shù)據(jù)站之間只能沿一個指定的方向進行數(shù)據(jù)傳輸。l遠程數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，如氣象數(shù)據(jù)的收集，采用單工傳輸。r 半雙工數(shù)據(jù)傳輸半雙工數(shù)據(jù)傳輸l半雙工數(shù)據(jù)傳輸是兩數(shù)據(jù)站之間可以在兩個方向上進行數(shù)據(jù)傳輸，但不能同時進行。l問詢、檢索、科學(xué)計算等數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)適用半雙工數(shù)據(jù)傳輸。r 全雙工數(shù)據(jù)傳輸全雙工數(shù)據(jù)傳輸l全雙工數(shù)據(jù)傳輸是在兩數(shù)據(jù)站之間，可以在兩個方向上同時進行傳輸

21、。l適用于計算機之間的高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。1.5 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)q工作速率 工作速率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的主要指標(biāo)，通常使用3種不同的定義：調(diào)制速率、數(shù)據(jù)傳信速率和數(shù)據(jù)傳送速率。（1）調(diào)制速率 調(diào)制速率（即符號速率或碼元速率）是每秒傳輸信號碼元的個數(shù)，又稱波特率，單位為波特(Baud)。如信號碼元持續(xù)時間(時間長度)為T(s)，則調(diào)制速率NBaud為)(1audSTNB1.5.1有效性指標(biāo)（2）數(shù)據(jù)傳信速率p數(shù)據(jù)傳信速率是每秒所傳輸數(shù)據(jù)傳信速率是每秒所傳輸?shù)男畔⒘?。的信息量。p信息量的度量單位為信息量的度量單位為“比比特特”(bit)(bit)。所以信息傳輸。所以信息傳輸速率的

22、定義也可以說成是：速率的定義也可以說成是：每秒所傳輸?shù)亩M制碼元數(shù)，每秒所傳輸?shù)亩M制碼元數(shù)，其單位為其單位為bit/sbit/s。p當(dāng)信號為當(dāng)信號為M M電平，即電平，即M M進制時，進制時，數(shù)據(jù)傳信速率和調(diào)制速率之?dāng)?shù)據(jù)傳信速率和調(diào)制速率之間的關(guān)系：間的關(guān)系：MNR2log（3）數(shù)據(jù)傳送速率n 數(shù)據(jù)傳送速率的定義是：單位時間內(nèi)在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的相應(yīng)設(shè)備之間傳送的比特、字符或碼組平均數(shù)。定義中的相應(yīng)設(shè)備常指調(diào)制解調(diào)器、中間設(shè)備或數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)宿。單位為比特/秒(bit/s)、字符/秒或碼組/秒n 數(shù)據(jù)傳信速率與數(shù)據(jù)傳送速率不同。數(shù)據(jù)傳信速率是傳輸數(shù)據(jù)的速率，數(shù)據(jù)傳送速率是相應(yīng)設(shè)備之間實際能達到的

23、平均數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移速率。它不僅與發(fā)送的比特率有關(guān)，而且與差錯控制方式、通信規(guī)程以及信道差錯率有關(guān)，即與傳輸?shù)男视嘘P(guān)。因此，數(shù)據(jù)傳送速率總是小于數(shù)據(jù)傳信速率。n 數(shù)據(jù)傳輸速率的三個定義在實際應(yīng)用上既有聯(lián)系又有側(cè)重。在討論信道特性，特別是傳輸頻帶寬度時，通常使用調(diào)制速率在研究傳輸數(shù)據(jù)速率時，采用數(shù)據(jù)傳信率在涉及系統(tǒng)實際的數(shù)據(jù)傳送能力時，則使用數(shù)據(jù)傳送率。q頻帶利用率 數(shù)據(jù)信號的傳輸需要一定的頻帶。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)占用的頻帶越寬，傳輸數(shù)據(jù)信息的能力越大。即使兩個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳輸速率相同，但它們的通信效率也可能不同，這還要看傳輸相同信息所占的頻帶寬度。 真正衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有效性的指標(biāo)是單位頻帶內(nèi)的傳輸速率

24、，即頻帶利用率。頻帶利用率的定義為）（頻帶寬度碼元傳輸速率ZBd/H）（頻帶寬度信息傳輸速率ZH/sbit1.5.2 可靠性指標(biāo) 可靠性指標(biāo)是用差錯率來衡量的。 差錯率可以有多種定義，在數(shù)據(jù)傳輸中，一般采用誤碼碼率、誤字符率、誤碼組率來表示，它們分別定義為： 數(shù)總的發(fā)送字符（碼組）碼組）數(shù)接收出現(xiàn)差錯的字符（誤字符（碼組）率總的發(fā)送比特數(shù)接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)誤碼率例1-1：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制速率為2400Bd，采用8電平傳輸，假設(shè)1000秒誤了8個比特， 求誤碼率。 設(shè)系統(tǒng)的帶寬為1200Hz,求頻帶利用率為多少bit/(sHz)。 解：數(shù)據(jù)傳信速率為 頻帶利用率為6-221011. 1720

25、010008/72008log2400log誤碼率sbitMNRBd)/(612007200HzsbitBR1.5.3 信道容量 q信道容量是指在單位時間內(nèi)所能傳送的最大信息量，即信道的最大傳信速率。信道容量的單位為比特/秒。（1 1）模擬信道的信道容量）模擬信道的信道容量 模擬信道的信道容量可以根據(jù)香農(nóng)(Shannon)定律計算。香農(nóng)定律指出：在信號平均功率受限的高斯白噪聲信道中，信道的極限信息傳輸速率(信道容量)為 式中，B為信道帶寬，S/N信號功率與噪聲功率之比。)/()1 (log2sbitNSBC例：有一個經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)信號的電話網(wǎng)信道，該信道帶寬為4000Hz，信道噪聲為加

26、性高斯白噪聲，其信噪比為30dB,求該信道的信道容量。解：sbitNSBCNSdBNSNSdB/39868967. 94000)10001 (log4000)1 (log100010/30)/lg(10)/(223（2） 數(shù)字信道的信道容量 典型的數(shù)字信道是平穩(wěn)、對稱、無記憶的離散信道，它可以用二進制或多進制傳輸。 離散是指在信道內(nèi)傳輸?shù)男盘柺请x散的數(shù)字信號； 對稱是指任何碼元正確傳輸和錯誤傳輸?shù)母怕逝c其他碼元一樣； 平穩(wěn)是指對任何碼元來說，錯誤概率Pi的取值都是相同的； 無記憶是指接收到的第i個碼元僅與發(fā)送的第i個碼元有關(guān)，而與第i個碼元以前的發(fā)送碼元無關(guān)。 根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）準(zhǔn)

27、則，帶寬為的信道所能傳送的信號最高碼元速率為2B波特。因此，無噪聲數(shù)字信道容量為: 其中，M為進制數(shù)。 例：假設(shè)一個四進制無噪聲數(shù)字信號，帶寬為3000Hz，求其信道容量。)/(log22sbitMBC 解：sbitMBC/120004log30002log222+( )1.6 信道復(fù)用技術(shù)n復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。 +A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2共享信道(a) 使用單獨的信道(b) 使用共享信道復(fù)用分用頻分復(fù)用n用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。這個頻帶。n頻分

28、復(fù)用頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的注意，這里的“帶寬帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。 頻率時間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5時分復(fù)用n時分復(fù)用時分復(fù)用則是將時間劃分為一段段等長的則是將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)時分復(fù)用幀用幀（TDM 幀）。每一個時分復(fù)用的用戶在每一幀）。每一個時分復(fù)用的用戶在每一個個 TDM 幀中占用固定序號的時隙。幀中占用固定序號的時隙。n每一個用戶所占用的時隙是每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)周期性地出現(xiàn)（其周（其周期就是期就是 TDM 幀

29、的長度）。幀的長度）。nTDM 信號也稱為信號也稱為等時等時(isochronous)信號。信號。n時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的同樣的頻帶寬度。頻帶寬度。時分復(fù)用頻率時間B C DB C DB C DB C DAAAATDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時分復(fù)用可能會造成線路資源的浪費 ABCDaabbcdb cattttt4 個時分復(fù)用幀#1acbcd時分復(fù)用#2#3#4用戶統(tǒng)計時分復(fù)用用戶ABCDabcdttttt3 個 STDM 幀#1acbab bcacd#2#3統(tǒng)計時分復(fù)用波分復(fù)用 1550 nm 0 1551 nm 1

30、 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm n波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 km光調(diào)制器光解調(diào)器碼分復(fù)用n常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。n各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。n這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗

31、干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 n每一個比特時間劃分為 m 個短的間隔，稱為碼片(chip)。 碼片序列n每個站被指派一個唯一的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進制反碼。 n例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。n發(fā)送比特 1 時，就發(fā)送序列 00011011，n發(fā)送比特 0 時，就發(fā)送序列 11100100。nS 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) CDMA的重要特點 每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。

32、兩個不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0： 任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1 一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是 1011miiiTSmTSmimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSCDMA的工作原理S 站的碼片序列 S110ttttttm 個碼片tS 站發(fā)送的信號 SxT 站發(fā)送的信號 Tx總的發(fā)送信號 Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端1.7 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)概述1.7.1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成 數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備 主要功能是向網(wǎng)絡(luò)輸出數(shù)據(jù)和從網(wǎng)絡(luò)

33、中接收數(shù)據(jù)，并具有一定的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸控制功能。 數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以是計算機，也可以是一般的數(shù)據(jù)終端。 數(shù)據(jù)交換設(shè)備數(shù)據(jù)交換設(shè)備 基本功能是完成對接入交換節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸鏈路的匯集、轉(zhuǎn)接接續(xù)和分配。 數(shù)據(jù)傳輸鏈路數(shù)據(jù)傳輸鏈路 數(shù)據(jù)傳輸鏈路是數(shù)據(jù)信號的傳輸通道。包括用戶終端的入網(wǎng)路段和交換機之間的傳輸鏈路。 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成1.7.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類q 按網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)分類 (1)網(wǎng)狀網(wǎng)與不完全網(wǎng)狀網(wǎng) 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的骨干網(wǎng)一般采用不完全網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 按網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)分類（2）星形網(wǎng) 星形網(wǎng)一般用于非骨干網(wǎng)。（3）樹形網(wǎng) 樹形網(wǎng)是星形網(wǎng)的擴展，它也是數(shù)據(jù)通信非骨干網(wǎng)采用的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（4）環(huán)形網(wǎng)

34、環(huán)形網(wǎng)是各節(jié)點首尾相連組成一個環(huán)狀。q按傳輸技術(shù)分類 (1)(1)交換網(wǎng)交換網(wǎng) 根據(jù)采用的交換方式的不同，交換網(wǎng)又可分為電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)等。另外，還有采用數(shù)字交叉連接設(shè)備的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)。(2)(2)廣播網(wǎng)廣播網(wǎng) 在廣播網(wǎng)中，每個數(shù)據(jù)站的收發(fā)信機共享同一傳輸媒質(zhì)，從任一數(shù)據(jù)站發(fā)出的信號可被所有的其他數(shù)據(jù)站接收。在廣播網(wǎng)中沒有中間交換節(jié)點。1.8 計算機網(wǎng)絡(luò)基本概念q計算機網(wǎng)絡(luò)的概念 將若干臺具有獨立功能的計算機通過通信設(shè)備及傳輸媒體互連起來，在通信軟件（操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）的支持下，實現(xiàn)計算機間信息傳輸與交換的系統(tǒng)，稱之為計算機網(wǎng)絡(luò)。q計算機通信網(wǎng)的組成 計算機通信網(wǎng)由一系列計算機、具有信息處理與交換功能的節(jié)點及節(jié)點間的傳輸線路組成。 計算機屬于數(shù)據(jù)終端設(shè)備，發(fā)送和接收的是數(shù)據(jù)信號。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(即交換機)及連接它們的傳輸鏈路組成通信子網(wǎng)，負責(zé)計算機之間的數(shù)據(jù)信息傳輸與交換。計算機網(wǎng)絡(luò)的分類（1 1）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)性質(zhì)進行分類）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)性質(zhì)進行分類 公用網(wǎng)公用網(wǎng)(Public Network)也稱為公眾網(wǎng)，是由國家郵電部門組建的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸和轉(zhuǎn)接裝置可供任何部