計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)_CH02_數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)

1、模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)有意義的實(shí)體有意義的實(shí)體涉及數(shù)據(jù)的涉及數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋內(nèi)容和解釋在某個(gè)區(qū)間產(chǎn)生連續(xù)的值在某個(gè)區(qū)間產(chǎn)生連續(xù)的值產(chǎn)生離散的值產(chǎn)生離散的值是數(shù)據(jù)的電磁是數(shù)據(jù)的電磁 (或電子或電子)編碼編碼涉 及 到 事涉 及 到 事物的形式物的形式是一種連續(xù)變化的電磁波是一種連續(xù)變化的電磁波是一系列的電壓脈沖是一系列的電壓脈沖信號(hào)信號(hào)模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)模擬信號(hào)放大器放大器調(diào)制器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) PCM編碼器編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)模擬信號(hào)調(diào)制器調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 數(shù)字?jǐn)?shù)字發(fā)送器發(fā)送器

2、信源和信宿：信源和信宿：信源就是信息的發(fā)送端，是發(fā)信源就是信息的發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的設(shè)備；信宿就是信息的接收出待傳送信息的設(shè)備；信宿就是信息的接收端，是接收所傳送信息的設(shè)備。端，是接收所傳送信息的設(shè)備。信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備：信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備：是將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成是將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成適合于在信道上傳輸?shù)男盘?hào)的設(shè)備。適合于在信道上傳輸?shù)男盘?hào)的設(shè)備。傳輸傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)輸輸入入信信息息輸輸入入數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)送發(fā)送的信號(hào)的信號(hào)接收接收的信號(hào)的信號(hào)輸輸出出數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)源點(diǎn)源點(diǎn)終點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器PC 機(jī)機(jī)公用電話網(wǎng)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流數(shù)字比特流數(shù)字比特

3、流模擬信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào) 正文正文正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸輸出出信信息息PC 機(jī)機(jī)(b) 局域網(wǎng)用戶通過(guò)局域網(wǎng)用戶通過(guò)Internet上網(wǎng)通信上網(wǎng)通信SiSiInternetSiSiToken-ring銅線銅線銅線銅線聚氯乙烯聚氯乙烯 套層套層聚氯乙烯聚氯乙烯套層套層屏蔽層屏蔽層絕緣層絕緣層絕緣層絕緣層無(wú)屏蔽雙絞線無(wú)屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線 STPA扭絞距扭絞距線徑線徑 0.40.41.4 mm1.4 mmB近端串?dāng)_近端串?dāng)_遠(yuǎn)端串?dāng)_遠(yuǎn)端串?dāng)_白綠白綠 綠綠白橙白橙 藍(lán)藍(lán)白藍(lán)白藍(lán) 橙橙白棕白棕 棕棕12345678 局域

4、網(wǎng)局域網(wǎng) EIA/TIA 568A UTP內(nèi)內(nèi)4對(duì)對(duì)8線的編號(hào)與線色線的編號(hào)與線色外導(dǎo)體屏蔽層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣層絕緣保護(hù)套層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體遠(yuǎn)供電源遠(yuǎn)供電源光纖及包層光纖及包層填充物填充物外護(hù)套外護(hù)套包帶層包帶層包層包層纖芯纖芯（a）光纜結(jié)構(gòu)剖面圖）光纜結(jié)構(gòu)剖面圖（b）光波在纖芯中傳播）光波在纖芯中傳播折射角折射角入射角入射角 包層包層（低折射率的媒體）（低折射率的媒體） 包層包層（低折射率的媒體）（低折射率的媒體） 纖芯纖芯（高折射率的媒體）（高折射率的媒體） 包層包層纖纖芯芯高折射率高折射率( (纖芯纖芯) )低折射率低折射率( (包層包層) )光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟?/p>

5、全反射光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷漭斎朊}沖輸入脈沖輸出脈沖輸出脈沖單模光纖單模光纖輸入脈沖輸入脈沖輸出脈沖輸出脈沖多模光纖多模光纖無(wú)線電無(wú)線電微波微波紅外線紅外線可見(jiàn)光可見(jiàn)光紫外線紫外線X射線射線 射線射線雙絞線雙絞線同軸電纜同軸電纜衛(wèi)星衛(wèi)星地面微波地面微波 調(diào)幅調(diào)幅無(wú)線電無(wú)線電 調(diào)頻調(diào)頻無(wú)線電無(wú)線電 海事海事無(wú)線電無(wú)線電光纖光纖電視電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012

6、1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)移動(dòng)無(wú)線電無(wú)線電 調(diào)制非相干紅外線光調(diào)制非相干紅外線光 每每秒秒 106 個(gè)比特個(gè)比特時(shí)間時(shí)間1 0 1 0 1 11 s帶寬為帶寬為1 Mb/s 時(shí)間時(shí)間每每秒秒 4 106 個(gè)比特個(gè)比特0.25 s帶寬為帶寬為4 Mb/s 發(fā)送時(shí)延發(fā)送時(shí)延 = 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度（比特）數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度（比特）信道帶寬（比特信道帶寬（比特/秒）秒）傳播時(shí)延傳播時(shí)延 = 信道長(zhǎng)度（米）信道長(zhǎng)度（米）信號(hào)在信道上的傳播速率（米信號(hào)在信道上的傳播速率（米/秒）秒）總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 處理時(shí)延1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器發(fā)送器隊(duì)列隊(duì)列在鏈路

7、上產(chǎn)生在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延傳播時(shí)延結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) B結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) A在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送時(shí)延在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送時(shí)延( (即傳輸時(shí)延即傳輸時(shí)延) )在隊(duì)列中產(chǎn)生在隊(duì)列中產(chǎn)生處理時(shí)延處理時(shí)延數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)從結(jié)點(diǎn)從結(jié)點(diǎn) A 向結(jié)點(diǎn)向結(jié)點(diǎn) B 發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路鏈路例例2-3若若AB兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的距離為兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的距離為1000km，假定在，假定在電纜內(nèi)信號(hào)的傳播速度是電纜內(nèi)信號(hào)的傳播速度是2108m/s，試對(duì)下列類(lèi)型的鏈，試對(duì)下列類(lèi)型的鏈路分別計(jì)算發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延。路分別計(jì)算發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延。 （1）數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為）數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為108bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Mb/s； （2）數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為）數(shù)據(jù)塊

8、長(zhǎng)度為1000bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gbit/s并行傳輸指的是數(shù)據(jù)以成組的方式，在多條并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸。 串行傳輸指的是組成字符的若干位二進(jìn)制碼排列成數(shù)據(jù)流在一條信道上逐位順序傳輸。不論字符所采用的代碼不論字符所采用的代碼為多少位，在發(fā)送每一為多少位，在發(fā)送每一個(gè)字符代碼（即字符的個(gè)字符代碼（即字符的數(shù)據(jù)位）時(shí)，都要在前數(shù)據(jù)位）時(shí)，都要在前面加上一個(gè)起始位，表面加上一個(gè)起始位，表示一個(gè)字符的開(kāi)始；后示一個(gè)字符的開(kāi)始；后面加上一個(gè)停止位，表面加上一個(gè)停止位，表示一個(gè)字符的結(jié)束。示一個(gè)字符的結(jié)束。 幅度幅度時(shí)間時(shí)間幅度幅度時(shí)間時(shí)間數(shù)據(jù)序列數(shù)據(jù)序列單極性不歸零碼單極性不歸零碼

9、單極性歸零碼單極性歸零碼雙極性不歸零碼雙極性不歸零碼雙極性歸零碼雙極性歸零碼 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 數(shù)據(jù)序列數(shù)據(jù)序列偽三元編碼偽三元編碼曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼差分編碼差分編碼 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 實(shí)際的信道實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號(hào)波形輸入信號(hào)波形輸出信號(hào)波形輸出信號(hào)波形( (失真不嚴(yán)重失真不嚴(yán)重) )輸入信號(hào)波形輸入信號(hào)波形實(shí)際的信道實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號(hào)波形輸出信號(hào)波形( (失真嚴(yán)重失真嚴(yán)

10、重) )信道容量噪聲誤碼率帶寬數(shù)據(jù)傳輸速率不能通過(guò)不能通過(guò)能通過(guò)能通過(guò)0頻率頻率(Hz)W (Hz) 傳輸比特流傳輸比特流 10011100 10 01 11 00 2bit一組一組4種幅度種幅度,1個(gè)碼元個(gè)碼元攜攜帶帶2bit信息信息, n = log2M (M 碼元狀態(tài)數(shù)碼元狀態(tài)數(shù))t3210解：已知信噪比電平為解：已知信噪比電平為20dB，則信噪功率比，則信噪功率比 S/N = 100 C = 3000 log2(1+100)=3000 6.66=19.98 kbit/s 數(shù)據(jù)率不會(huì)超過(guò)數(shù)據(jù)率不會(huì)超過(guò)19.98 kbit/s源系統(tǒng)源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)源點(diǎn)

11、源點(diǎn)終點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器輸輸入入信信息息輸輸出出信信息息輸輸入入數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸出出數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)送的發(fā)送的信號(hào)信號(hào)接收的接收的信號(hào)信號(hào)碼元傳輸速率受碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制奈氏準(zhǔn)則的限制信息傳輸速率受信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制香農(nóng)公式的限制 在數(shù)據(jù)通信中，表示計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制比特序在數(shù)據(jù)通信中，表示計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制比特序列的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)是典型的矩形脈沖信號(hào)。人們列的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)是典型的矩形脈沖信號(hào)。人們把矩形脈沖信號(hào)的固有頻帶稱(chēng)作把矩形脈沖信號(hào)的固有頻帶稱(chēng)作基本頻帶基本頻帶(簡(jiǎn)稱(chēng)為簡(jiǎn)稱(chēng)為基帶基帶)，這種矩形脈沖信號(hào)就叫做，這種矩形脈沖信號(hào)就叫做基帶信號(hào)基帶信號(hào)。 在數(shù)字信道上，計(jì)算機(jī)中

12、的數(shù)據(jù)是以矩形脈在數(shù)字信道上，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)是以矩形脈沖信號(hào)直接傳送的，這種傳送方法稱(chēng)為沖信號(hào)直接傳送的，這種傳送方法稱(chēng)為基帶傳輸基帶傳輸。 010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相抽樣量化抽樣量化編碼編碼模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)字信道信道解碼解碼恢復(fù)恢復(fù)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)時(shí)間量化時(shí)間量化幅值量化幅值量化采樣間隔采樣間隔Ts 2 fc模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)頻率頻率1頻率頻率3頻率頻率2頻率頻率4時(shí)間時(shí)間頻率頻率T4T3T2T1T1T2T3T4頻率頻率時(shí)間時(shí)間B C DB C DB C DB C DAAAA在在 TDM 幀中的位置不變幀中的位置不變TDM 幀幀

13、TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀頻率頻率時(shí)間時(shí)間C DC DC DC DAAAATDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀BBBB在在 TDM 幀中幀中的位置不變的位置不變頻率頻率時(shí)間時(shí)間BDBDBDBDAAAATDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀CCCC在在 TDM 幀中幀中的位置不變的位置不變頻率頻率時(shí)間時(shí)間B CB CB CB CAAAATDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀在在 TDM 幀中幀中的位置不變的位置不變DDDDABCDaabbcdb cattttt4 個(gè)時(shí)分復(fù)用幀個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1acbcd靜態(tài)時(shí)

14、分復(fù)用靜態(tài)時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶用戶用戶用戶ABCDabcdttttt3 個(gè)個(gè) STDM 幀幀#1acbab bcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用0TSm1TSm1iiimimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSS 站的碼片序列站的碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片個(gè)碼片tS 站發(fā)送的信號(hào)站發(fā)送的信號(hào) SxT 站發(fā)送的信號(hào)站發(fā)送的信號(hào) Tx總的發(fā)送信號(hào)總的發(fā)送信號(hào) Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特?cái)?shù)據(jù)碼元比特發(fā)發(fā)送送端端接接收收端端 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm

15、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 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)復(fù)用用器器分分用用器器EDFA120 km網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)交換節(jié)點(diǎn)交換節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接中心轉(zhuǎn)接中心用戶線用戶線中繼線中繼線全連通全連通交換交換網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)用戶用戶接口接口中繼中繼接口接口控制控制單元單元信號(hào)信號(hào)單元單元中繼線中繼線用戶線用戶線（1 1）建立連接）建立連接（2 2）維持連接）維持連接（3 3）拆除

16、連接）拆除連接電路交換電路交換報(bào)文交換報(bào)文交換分組交換分組交換快速分組交換快速分組交換多速率電路交換多速率電路交換快速電路交換快速電路交換存儲(chǔ)存儲(chǔ) - - 轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)ATMATM交換交換X.25X.25分組網(wǎng)分組網(wǎng)幀中繼、幀中繼、 SMDSSMDS信元交換信元交換正向證實(shí)信號(hào)正向證實(shí)信號(hào)正向拆線信號(hào)正向拆線信號(hào)主叫掛機(jī)主叫掛機(jī)反向拆線信號(hào)反向拆線信號(hào)被叫掛機(jī)被叫掛機(jī)被叫用戶被叫用戶主叫用戶主叫用戶回鈴音回鈴音取機(jī)取機(jī)撥號(hào)撥號(hào)撥號(hào)音撥號(hào)音占用信號(hào)占用信號(hào)占用信號(hào)占用信號(hào)振鈴振鈴?fù)ㄔ捦ㄔ? (信息傳送信息傳送) )連接連接釋放釋放呼叫呼叫建立建立A A局局B B局局C C局局掛機(jī)掛機(jī)連接釋放連接釋放

17、數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送連接建立連接建立A B C D t報(bào)文報(bào)文C1C4C3C2C3本地網(wǎng)本地網(wǎng)省中心省中心省間中心省間中心地市中心地市中心縣中心縣中心長(zhǎng)途網(wǎng)長(zhǎng)途網(wǎng)ABt用戶電報(bào)機(jī)用戶電報(bào)機(jī)B用戶電報(bào)機(jī)用戶電報(bào)機(jī)AA局局B局局C局局M1M1M1M1傳播時(shí)延傳播時(shí)延傳輸時(shí)延傳輸時(shí)延存儲(chǔ)存儲(chǔ) / 處理時(shí)延處理時(shí)延報(bào)報(bào)文文報(bào)報(bào)文文報(bào)報(bào)文文A B C DtP2P1報(bào)文報(bào)文A主機(jī)B主機(jī)C鏈路P5P6P4P3P2P1PSEaPSEbPSEcP1P2P3P4P1P2P3P4P3P4A B C DP2P1n碼間距離碼間距離 ：兩個(gè)碼字的對(duì)應(yīng)：兩個(gè)碼字的對(duì)應(yīng)位取值不同的個(gè)數(shù)。例：位取值不同的個(gè)數(shù)。例：10100010

18、010010011010110110001001碼間距離碼間距離 d = 3例例2 000000 000111 111000 111111收到收到0101114 1 5 2恢復(fù)恢復(fù)000111例如例如 A A4 4=0111001=0111001，對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式為，對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式為 ：碼多項(xiàng)式碼多項(xiàng)式 (n(n，k)k)循環(huán)碼中，為了便于描述與計(jì)算，循環(huán)碼中，為了便于描述與計(jì)算，經(jīng)常使用經(jīng)常使用 n-1 n-1 次次 碼多項(xiàng)式來(lái)表示碼字，碼多項(xiàng)式來(lái)表示碼字，碼字碼字 A =aA =an-1n-1 a an-2n-2 a a1 1 a a0 0 ，它對(duì)應(yīng)，它對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式為：的碼多項(xiàng)式為：012

19、22211)(axaxaxaxaxAnnnn11001110)(345234564xxxxxxxxxxA 在在(n(n，k)k)循環(huán)碼中，存在循環(huán)碼中，存在惟一惟一的最高的最高冪次為冪次為(n-k)(n-k)，最多，最多 k-1k-1 個(gè)個(gè)連續(xù)連續(xù)的的 0 0 項(xiàng)，項(xiàng)，且且常數(shù)項(xiàng)必須為常數(shù)項(xiàng)必須為1 1 的碼多項(xiàng)式的碼多項(xiàng)式g(x)g(x)，此，此碼多項(xiàng)式的冪次最低（碼多項(xiàng)式的冪次最低（0 0 元除外）；其元除外）；其它所有的碼多項(xiàng)式都能被它所有的碼多項(xiàng)式都能被g(x)g(x)整除；并整除；并且且g(x)g(x)是是 x xn n+1 +1 的一個(gè)因式。的一個(gè)因式。 g(x)g(x)稱(chēng)為稱(chēng)為該編碼集的該編碼集的生成多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式。生成多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式 g(x)g(x)CRC-16 CRC-CCITTCRC-321)(21516xxxxg1)(51216xxxxg1)(2457810111216