信息傳輸基礎(chǔ)知識

1、2022/6/30page 1重點內(nèi)容重點內(nèi)容l基本概念基本概念 多路復(fù)用多路復(fù)用l信道信道 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)l傳輸媒體傳輸媒體 差錯控制差錯控制l編碼編碼2022/6/30page 2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)：傳遞（攜帶）信息的實體，信息傳遞（攜帶）信息的實體，信息(Information)則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。 -模擬模擬(Analog)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)字(Digital)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號信號(Signal)：數(shù)據(jù)的物理量編碼（數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編通常為電編碼）碼），數(shù)據(jù)以信號的形式傳播。，數(shù)據(jù)以信號的形式傳播。 -模擬模擬信號與信號與數(shù)字?jǐn)?shù)字信號信號 -基

2、帶基帶( Base band ) 與與寬帶寬帶( Broadband )信號信號1.1 一些術(shù)語一些術(shù)語2022/6/30page 3信道信道(Channel)：傳送信息的線路（或通路）。傳送信息的線路（或通路）。比特率比特率(Bit Rate)：數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率 (bps，b/s)。碼元碼元(Code Cell)：時間軸上的一個信號編碼單元時間軸上的一個信號編碼單元t碼元碼元1碼元碼元2碼元碼元3碼元碼元4碼元碼元5信號信號同步脈沖同步脈沖同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元的開始同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元的開始2022/6/30page 4波特率波特率(Baud)：每

3、秒傳送的碼元數(shù)每秒傳送的碼元數(shù)(即信號傳送速率即信號傳送速率)。 1 Baud = （log2M） bps 其中其中M是信號的編碼級數(shù)。也可以寫成是信號的編碼級數(shù)。也可以寫成 Rbit = Rbaud log2M例如：例如：4級編碼級編碼 一個信號往往可以攜帶多個二進制位，所以在固定的一個信號往往可以攜帶多個二進制位，所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。 換句話說，一個碼元中可以傳送多個比特（換句話說，一個碼元中可以傳送多個比特（bit）。）。2022/6/30page 5帶寬帶寬(Bandwidth)：信號或信道占據(jù)的頻率范圍信號或信道占據(jù)

4、的頻率范圍信道容量信道容量(Channel capacity)：信道的最大數(shù)據(jù)率信道的最大數(shù)據(jù)率誤碼率誤碼率(Bit error rate)：信道傳輸可靠性指標(biāo)信道傳輸可靠性指標(biāo) P= 錯誤的位數(shù)錯誤的位數(shù) / 傳輸?shù)目偽粩?shù)傳輸?shù)目偽粩?shù)信息編碼：信息編碼：將信息用數(shù)據(jù)表示的方法將信息用數(shù)據(jù)表示的方法。數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的規(guī)則將數(shù)據(jù)用物理量表示的規(guī)則。 例如：字母例如：字母A的的ASCII編碼為編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t2022/6/30page 61.2 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型通信的三個要素：通信的三個要素：信源、信宿和信道

5、信源、信宿和信道任何一個通信系統(tǒng)都可以抽象為以下模型：任何一個通信系統(tǒng)都可以抽象為以下模型：噪聲噪聲信源信源編碼編碼調(diào)制調(diào)制信道信道解調(diào)解調(diào)解解碼碼信宿信宿編碼器：編碼器：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)倪m合傳輸?shù)男盘栃盘柋阌谧R別、糾錯便于識別、糾錯調(diào)制器：調(diào)制器：信號信號適合傳輸?shù)男芜m合傳輸?shù)男问绞桨窗搭l率、幅度、相位頻率、幅度、相位解調(diào)器：接收波形解調(diào)器：接收波形數(shù)字?jǐn)?shù)字信號信號序列序列解解碼器：傳輸碼器：傳輸信號信號原始原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2022/6/30page 7信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號信號在介質(zhì)上傳輸在介質(zhì)上傳輸信號信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息通信系統(tǒng)的任務(wù)通信系統(tǒng)的任務(wù)信息通過通信系統(tǒng)傳輸信息通過通信系統(tǒng)傳輸

6、把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過介質(zhì)傳送到把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過介質(zhì)傳送到目的地。目的地。信息和數(shù)據(jù)（信息和數(shù)據(jù)（0、1比特）不能直接在介質(zhì)上傳輸比特）不能直接在介質(zhì)上傳輸。2022/6/30page 8數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)： 1）傳輸線路（包括傳輸介質(zhì)和中繼設(shè)備）傳輸線路（包括傳輸介質(zhì)和中繼設(shè)備） 2）傳輸設(shè)備：調(diào)制解調(diào)器、多路復(fù)用器、交換機、）傳輸設(shè)備：調(diào)制解調(diào)器、多路復(fù)用器、交換機、路由器等路由器等數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：如指計算機。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：如指計算機。建立物理連接建立物理連接建立邏輯連接建立邏輯連接數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送斷開邏輯斷開邏輯連接連接斷開物理連接（對比：打電話的過程

7、）斷開物理連接（對比：打電話的過程）2022/6/30page 92.1 數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳（離散信號）傳 輸數(shù)據(jù)的信道。輸數(shù)據(jù)的信道。模擬信道：以連續(xù)模擬信號模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。2022/6/30page 102.2 模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：時間上連續(xù)，包含無窮多個值模擬信號：時間上連續(xù)，包含無窮多個值字信號：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的預(yù)定值字信號：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的預(yù)定值tta) 模擬信號b) 數(shù)字信號2022/6/30page 11

8、2.3 周期信號和非周期信號周期信號和非周期信號周期信號：信號由不斷重復(fù)的固定模式組周期信號：信號由不斷重復(fù)的固定模式組成成（如正弦波）（如正弦波）非周期信號：信號沒有固定的模式和波形非周期信號：信號沒有固定的模式和波形循環(huán)循環(huán)（如語音的音波信號）（如語音的音波信號），能被分解成無數(shù)個，能被分解成無數(shù)個周期信號的疊加。周期信號的疊加。ttTTTTTT周期信號周期信號2022/6/30page 12數(shù)字通信的優(yōu)點數(shù)字通信的優(yōu)點 抗噪聲（干擾）能力強抗噪聲（干擾）能力強 可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量 便于用計算機進行處理便于用計算機進行處理 易于加密、保密性強易于加密、

9、保密性強 可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活 僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信。 如用如用modem通過撥號線路傳輸數(shù)字信號通過撥號線路傳輸數(shù)字信號。2022/6/30page 132.4 傳輸模式傳輸模式(通信方式通信方式)數(shù)據(jù)流動的方向數(shù)據(jù)流動的方向 單工：數(shù)據(jù)單向單工：數(shù)據(jù)單向傳輸傳輸（無線電廣播）（無線電廣播） 半雙工：數(shù)據(jù)半雙工：數(shù)據(jù)可以可以雙向雙向傳輸傳輸，但不能，但不能在在同同一時刻雙向一時刻雙向傳輸傳輸（對講機）（對講機） 全全雙工：數(shù)據(jù)可同時雙向雙工：數(shù)據(jù)可同時雙向傳輸傳輸（電話）（電話） 兩個方向

10、的信號共享鏈路帶寬：兩個方向的信號共享鏈路帶寬： 1）鏈路具有兩條物理上獨立的傳輸線路，或）鏈路具有兩條物理上獨立的傳輸線路，或 2）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號傳輸）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號傳輸2022/6/30page 142022/6/30page 151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）有效性）有效性 用單位時間內(nèi)傳輸信息量的多少來衡量；用單位時間內(nèi)傳輸信息量的多少來衡量；（2）可靠性）可靠性 用信號與噪聲平均功率之比或均方誤差來衡量；用信號與噪聲平均功率之比或均方誤差來衡量；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) （1）傳輸速率）傳輸

11、速率 （2）差錯率）差錯率數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)常用，誤碼率數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)常用，誤碼率和誤比特率表示。和誤比特率表示。 返回本節(jié)返回本節(jié)2022/6/30page 162.5 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸方式數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸方式 基帶傳輸：不調(diào)制，編碼后的數(shù)基帶傳輸：不調(diào)制，編碼后的數(shù)字字脈沖信脈沖信號直接在信道上傳送號直接在信道上傳送。 例如：以太網(wǎng)例如：以太網(wǎng) 頻帶傳輸：調(diào)制頻帶傳輸：調(diào)制成模擬信號成模擬信號后再傳送，接后再傳送，接收方需要解調(diào)收方需要解調(diào) 例如：通過電話模擬信道傳輸例如：通過電話模擬信道傳輸2022/6/30page 172.6 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)同步方式同步方式 目的是使目的是使接收

12、端與發(fā)送端在時間基準(zhǔn)上接收端與發(fā)送端在時間基準(zhǔn)上一致一致 (包括開始時間、包括開始時間、位邊界、位邊界、重復(fù)頻率重復(fù)頻率等等)。 有三種同步方法：有三種同步方法： 位同步位同步 字符同步（異步傳輸）字符同步（異步傳輸） 幀同步（同步傳輸）幀同步（同步傳輸）2022/6/30page 18位同步：位同步：目的是使接收端接收的目的是使接收端接收的每一每一位信息位信息都都與發(fā)送端與發(fā)送端保持同步保持同步 外同步外同步發(fā)送發(fā)送端端發(fā)送發(fā)送同步時鐘信號，接收方用它同步時鐘信號，接收方用它來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。 自自同步同步通過特殊編碼通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），這（如曼

13、徹斯特編碼），這些數(shù)據(jù)編碼信號包含了同步脈沖，接收方提取些數(shù)據(jù)編碼信號包含了同步脈沖，接收方提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。 2022/6/30page 19字符同步：以字符為邊界實現(xiàn)字符的同步接收字符同步：以字符為邊界實現(xiàn)字符的同步接收，也稱，也稱為為起止式起止式或或異異步制步制每兩個字符之間的間隔每兩個字符之間的間隔時間不固定。時間不固定。 每個字符的傳輸需要：每個字符的傳輸需要： l l1個起始位個起始位 l l5，6，7，8個數(shù)據(jù)位個數(shù)據(jù)位 l l1，1.5，2個停止位個停止位 頻率的漂移不會積累，每個字符頻率的漂移不會積累，每個字符開始時開始時

14、都會重都會重新同步新同步 增加了增加了輔助位，所以效率低輔助位，所以效率低 例如，1個起始位、 8個數(shù)據(jù)位、 2個停止位時，其效率為8/11722022/6/30page 20幀（幀（Frame）包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊（包）包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊（包）幀起始幀起始控制信息控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀結(jié)束幀結(jié)束校驗和校驗和0 - n8bit8bit8-32m面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH）作為幀（起始）標(biāo)）作為幀（起始）標(biāo)志來標(biāo)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型志來標(biāo)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀。的幀。面向字符的面向字符的以以同步字符同步字符（SYN，16H）來標(biāo)

15、識一個幀的）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀。開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀。幀同步：幀同步：識別一個幀的起始和結(jié)束。識別一個幀的起始和結(jié)束。2022/6/30page 21M 最大數(shù)據(jù)率最大數(shù)據(jù)率 (C) 2 6000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps16 24000 bps32 30000 bps64 36000 bps C = 2W log2 MC = 傳輸率，單位傳輸率，單位b/s或或bpsW = 帶寬，單位帶寬，單位HzM = 信號電平級數(shù)信號電平級數(shù)例如：例如：話音級線路話音級線路(3000 Hz)的信道容量計算，如右的信道容量計算，如右圖所示。圖

16、所示。Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高速率提供了依據(jù)公式為估算已知帶寬信道的最高速率提供了依據(jù)。2022/6/30page 222.8 非理想信道非理想信道實際的信道上存在三類損耗：實際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲衰減、延遲、噪聲。衰減衰減 信道的損耗引起信號強度減弱，導(dǎo)致信噪比信噪比S/N降低降低。延遲延遲 信號中的各種頻率成分在信道上的延遲時間各不相同，在接收端會產(chǎn)生信號畸變信號畸變。噪聲噪聲 熱噪聲熱噪聲：由導(dǎo)體內(nèi)的熱擾動引起，又稱為白噪聲。 串?dāng)_串?dāng)_：信道間產(chǎn)生的不必要的耦合。例：多對雙絞線 脈沖噪聲脈沖噪聲：非連續(xù)、隨機、振幅較大。多由外部電磁干擾造成（閃電、大功

17、率電機啟動等）。 噪聲將破壞信號，產(chǎn)生誤碼破壞信號，產(chǎn)生誤碼。持續(xù)時間0.01s的干擾可以破壞約560個比特（56Kbps）。2022/6/30page 23l光纖傳輸技術(shù)光纖傳輸技術(shù)l微波傳輸技術(shù)微波傳輸技術(shù)l衛(wèi)星傳輸技術(shù)衛(wèi)星傳輸技術(shù)2022/6/30page 24l光纖導(dǎo)光原理光纖導(dǎo)光原理l光纖的分類光纖的分類l光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)l光纖傳輸?shù)膬?yōu)點光纖傳輸?shù)膬?yōu)點2022/6/30page 25l實際上，只要射到光纖表面的光線的入射角大于某一臨界實際上，只要射到光纖表面的光線的入射角大于某一臨界角度，就可以產(chǎn)生全反射，并且可以存在許多條不同角度角度，就可以產(chǎn)生全反射，并且可以存在許多條不

18、同角度入射的光線在一條光纖中傳輸，這種光纖就稱為多模光纖入射的光線在一條光纖中傳輸，這種光纖就稱為多模光纖（Multimode FiberMultimode Fiber），如圖所示。），如圖所示。 （a）折射角大于入射角）折射角大于入射角 （b）光波在纖芯中傳播）光波在纖芯中傳播 （c）62.5/125m漸變漸變增強型多模光纖增強型多模光纖 2022/6/30page 26l光纜的結(jié)構(gòu)大致可分為纜芯（光纜的結(jié)構(gòu)大致可分為纜芯（Cable CoreCable Core）和保護層（）和保護層（SheathSheath）兩大部分，圖為四芯光纜剖面的示意圖。）兩大部分，圖為四芯光纜剖面的示意圖。四芯光

19、纜剖面示意圖四芯光纜剖面示意圖 2022/6/30page 27單模光纖與多模光纖單模光纖與多模光纖單模光纖單模光纖只能傳輸一種模式光波的光纖稱為單只能傳輸一種模式光波的光纖稱為單模光纖。模光纖。單模光纖的纖芯直徑很小，在給定的工作波長上只單模光纖的纖芯直徑很小，在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸，傳輸頻帶寬，傳輸容量大。能以單一模式傳輸，傳輸頻帶寬，傳輸容量大。多模光纖多模光纖在給定的工作波長上，能傳輸多種光在給定的工作波長上，能傳輸多種光波模式的光纖稱為多模光纖。波模式的光纖稱為多模光纖。與單模光纖相比，多模光纖的傳輸性能較差，但是與單模光纖相比，多模光纖的傳輸性能較差，但是其制造、耦合

20、與連接比單模光纖簡單。其制造、耦合與連接比單模光纖簡單。2022/6/30page 28跳變式光纖跳變式光纖纖芯的折射率和保護層的折射率都纖芯的折射率和保護層的折射率都是一個常數(shù)。在纖芯和保護層的交界面，折射率呈是一個常數(shù)。在纖芯和保護層的交界面，折射率呈階梯型變化。階梯型變化。漸變式光纖漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小，在纖芯與保護層交界處減小為保護層定規(guī)律減小，在纖芯與保護層交界處減小為保護層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。2022/6/30page 29光纖通信系統(tǒng)主要是由光源、光纖線路和

21、光檢測器光纖通信系統(tǒng)主要是由光源、光纖線路和光檢測器三個基本部分組成。如圖所示。三個基本部分組成。如圖所示。2022/6/30page 30傳輸頻帶非常寬，通信容量大。傳輸損耗小，中繼距離長，對遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟?？估纂姾碗姶徘_性能好。無串音干擾，保密性好，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)。體積小，重量輕。資源豐富，節(jié)約有色金屬和能源。2022/6/30page 31圖2.58 光纖與電纜頻率衰減關(guān)系圖62.5/125m漸變增強型多模光纖01101003001000頻率(MHz)衰減(dB/km)051015202530355類UTP雙絞電纜 光纖與電纜頻率與衰光纖與電纜頻率與衰減關(guān)系圖減關(guān)系圖2022

22、/6/30page 32l在一些電纜光纖難于通過或施工困難的場合，例如，在一些電纜光纖難于通過或施工困難的場合，例如，高山、湖泊或島嶼等，即使在城市中挖開馬路敷設(shè)電高山、湖泊或島嶼等，即使在城市中挖開馬路敷設(shè)電纜有時也很不劃算，特別是通信距離很遠(yuǎn)，對通信安纜有時也很不劃算，特別是通信距離很遠(yuǎn)，對通信安全性要求不高，敷設(shè)電纜或光纖既昂貴又費時，若利全性要求不高，敷設(shè)電纜或光纖既昂貴又費時，若利用無線電波等無線傳輸介質(zhì)在自由空間傳播，就會有用無線電波等無線傳輸介質(zhì)在自由空間傳播，就會有較大的機動靈活性，可以輕松實現(xiàn)多種通信，抗自然較大的機動靈活性，可以輕松實現(xiàn)多種通信，抗自然災(zāi)害能力和可靠性也較高

23、。災(zāi)害能力和可靠性也較高。2022/6/30page 33波段波段波長范圍波長范圍頻率名稱頻率名稱頻率范圍頻率范圍代號代號長波長波100010000m低頻低頻30300KHzLF中波中波1001000m中頻中頻3003000KHzMF短波短波10100m高頻高頻330MHzHF超短波超短波110m甚高頻甚高頻30300MHzVHF微微波波分米波分米波110dm高頻高頻3003000MHzUHF厘米波厘米波110cm高頻高頻330GHzSHF毫米波毫米波110mm高頻高頻30300GHzEHF分米波、厘米波、毫米波的波長小于分米波、厘米波、毫米波的波長小于1米，稱之米，稱之為微波。為微波。中波主

24、要沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力比較強，適合中波主要沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力比較強，適合廣播和海上通信；廣播和海上通信；短波具有較強的電離層反射能力，適合于環(huán)球短波具有較強的電離層反射能力，適合于環(huán)球通信；通信；超短波和微波以直線傳播為主，作視距或超視超短波和微波以直線傳播為主，作視距或超視距中繼通信。距中繼通信。微波的傳播特性如同光波，在傳播途徑上沒有微波的傳播特性如同光波，在傳播途徑上沒有或基本沒有阻擋時繞射可忽略，與利用電離層反射或基本沒有阻擋時繞射可忽略，與利用電離層反射進行的進行的“超視距超視距”傳播相比，視距微波的傳播特性傳播相比，視距微波的傳播特性穩(wěn)定、外界干擾也比較小。穩(wěn)定、外界干擾也比較小

25、。2022/6/30page 34l無線電數(shù)字微波通信系統(tǒng)頻率范圍為無線電數(shù)字微波通信系統(tǒng)頻率范圍為300MHz300MHz300GHz300GHz，主，主要有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。要有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。 l微波在空間主要是直線傳播，并且能穿透電離層進入宇宙微波在空間主要是直線傳播，并且能穿透電離層進入宇宙空間，不像短波那樣經(jīng)電離層反射傳播到地面上其他很遠(yuǎn)空間，不像短波那樣經(jīng)電離層反射傳播到地面上其他很遠(yuǎn)的地方，由于地球表面是個曲面，因此其傳播距離受到限的地方，由于地球表面是個曲面，因此其傳播距離受到限制且與天線的高度有關(guān)，一般只有制且與天線的高度有關(guān)，一般

26、只有50km50km左右，長途通信時左右，長途通信時必須建立多個中繼站，中繼站把前一站發(fā)來的信號經(jīng)過放必須建立多個中繼站，中繼站把前一站發(fā)來的信號經(jīng)過放大后再發(fā)往下一站，類似于大后再發(fā)往下一站，類似于“接力接力”，如果中繼站采用，如果中繼站采用100m100m高的天線塔，則接力距離可增大到高的天線塔，則接力距離可增大到100 km100 km。 2022/6/30page 352022/6/30page 362022/6/30page 37l衛(wèi)星通信就是利用位于衛(wèi)星通信就是利用位于3萬萬6千公里高空的人造地球同步衛(wèi)千公里高空的人造地球同步衛(wèi)星作為太空無人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力

27、星作為太空無人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力通信。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信的距離限制，其最大特通信。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信的距離限制，其最大特點就是通信距離遠(yuǎn)，且通信費用與通信距離無關(guān)。點就是通信距離遠(yuǎn)，且通信費用與通信距離無關(guān)。 l衛(wèi)星通信的優(yōu)點是：衛(wèi)星通信的頻帶比微波接力通信更寬衛(wèi)星通信的優(yōu)點是：衛(wèi)星通信的頻帶比微波接力通信更寬，通信容量更大，信號所受到的干擾也較小，誤碼率也較小，通信容量更大，信號所受到的干擾也較小，誤碼率也較小，通信比較穩(wěn)定可靠。通信比較穩(wěn)定可靠。 l衛(wèi)星通信的缺點是：傳播時延較長。衛(wèi)星通信的缺點是：傳播時延較長。 返回本節(jié)返回本節(jié)2022/6/30

28、page 382022/6/30page 392022/6/30page 40lVSAT（Very Small Aperture Terminal，甚小口徑地，甚小口徑地球終端球終端）是是20世紀(jì)世紀(jì)80年代末發(fā)展起來并于年代末發(fā)展起來并于90年代得到年代得到廣泛應(yīng)用的新一代數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用的新一代數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)。VSAT網(wǎng)通常由網(wǎng)通常由一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、一個大型主站和大量的一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、一個大型主站和大量的VSAT小站組小站組成，能單雙向傳輸數(shù)據(jù)、語音、圖像、視頻等多媒體綜成，能單雙向傳輸數(shù)據(jù)、語音、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務(wù)。合業(yè)務(wù)。VSAT具有很多優(yōu)點，如：設(shè)備簡單、體積小具

29、有很多優(yōu)點，如：設(shè)備簡單、體積小、耗電少、組網(wǎng)靈活、安裝維護簡便、通信效率高等，、耗電少、組網(wǎng)靈活、安裝維護簡便、通信效率高等，尤其適用于大量分散的業(yè)務(wù)量較小的用戶共享主站，所尤其適用于大量分散的業(yè)務(wù)量較小的用戶共享主站，所以許多部門和企業(yè)多使用以許多部門和企業(yè)多使用VSAT網(wǎng)來建設(shè)內(nèi)部專用網(wǎng)。網(wǎng)來建設(shè)內(nèi)部專用網(wǎng)。2022/6/30page 41數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號：模擬信號、數(shù)字信號信號：模擬信號、數(shù)字信號 信道：模擬信道、數(shù)字信道信道：模擬信道、數(shù)字信道不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種組合，種組合，每一種相應(yīng)地

30、需要進行不同的編碼處理。每一種相應(yīng)地需要進行不同的編碼處理。2022/6/30page 42話音話音模擬傳輸模擬傳輸模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬模擬模擬CODEC數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010Modem2022/6/30page 43EncoderDecoderModulatorDemodulator用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼編碼用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制調(diào)制20

31、22/6/30page 441. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 l l不歸零制不歸零制(NRZ，Non-Return to Zero) 二進制數(shù)字二進制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示。分別用兩種電平來表示。常用常用5V表示表示1，5V表示表示0。 缺點：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；缺點：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器； 不具備自同步機制，必須使用外同步。不具備自同步機制，必須使用外同步。l l曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼(Manchester code) 用電壓的變化表示用電壓的變化表示0和和1。2022/6/30page 45 規(guī)定在規(guī)定在每個碼元的中間每個碼元的中間

32、發(fā)生跳變：發(fā)生跳變： 高高 低的跳變低的跳變0，低，低高的跳變高的跳變1 每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與發(fā)送設(shè)備的時鐘保持一致。發(fā)送設(shè)備的時鐘保持一致。 曼徹斯特編碼也稱為曼徹斯特編碼也稱為自同步碼（自同步碼（Self-Synchronizing Code）。它具有自同步機制，無需外同步信號。它具有自同步機制，無需外同步信號。 缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的據(jù)速率的2倍）。倍）。2022/6/30page 4

33、6l l差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼(Differential Manchester code) 與與曼徹斯特編碼相同，曼徹斯特編碼相同，在每個碼元的中間，信在每個碼元的中間，信號都會發(fā)生跳變；不同之處在于：號都會發(fā)生跳變；不同之處在于： 用在碼元開始處有無跳變來表示用在碼元開始處有無跳變來表示0和和1 ： 碼元開始處有跳變碼元開始處有跳變0 碼元開始處無跳變碼元開始處無跳變12022/6/30page 47三種數(shù)字編碼的波形圖三種數(shù)字編碼的波形圖2022/6/30page 482. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼 載波載波 S(t) = A cos ( t+ ) S(t)的參量包括

34、的參量包括： 幅度幅度A、頻率頻率 、相位相位 調(diào)制就是調(diào)制就是要使這三個參量隨要使這三個參量隨數(shù)字?jǐn)?shù)字基帶信號的變化而變化基帶信號的變化而變化2022/6/30page 49PSK：用載波的兩個不同振幅表示：用載波的兩個不同振幅表示0(0v)和和1(+5v)FSK：用載波的兩個不同頻率表示：用載波的兩個不同頻率表示0(1.2KHz)和和1(2.4KHz)PSK：用載波的起始相位的變化表示：用載波的起始相位的變化表示0 (同相同相)和和1(反相反相)2022/6/30page 50D/AA/DA/DD/AD/AA/D V.34(28.8-33.6kbps)最大的噪聲來源于最大的噪聲來源于模數(shù)轉(zhuǎn)

35、換模數(shù)轉(zhuǎn)換的量化噪聲，信道容量極限值約的量化噪聲，信道容量極限值約 35kbpsD/AA/DD/A V.90(56kbps)交換機交換機1交換機交換機2ISP V.34(28.8-33.6kbps)模擬模擬模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬上行仍需上行仍需模數(shù)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，速率最高為，速率最高為35kbps；下行則可達(dá)；下行則可達(dá)56Kbps2022/6/30page 51通信系統(tǒng)的例子通信系統(tǒng)的例子電話系統(tǒng)電話系統(tǒng)公用電話交換網(wǎng)公用電話交換網(wǎng)PSTN(Public Switched Telephone Network) -端到端的數(shù)據(jù)傳輸率：端到端的數(shù)據(jù)傳輸率：104

36、 b/s -干線的數(shù)據(jù)傳輸率：干線的數(shù)據(jù)傳輸率：1010 b/s -總體總體誤碼率：誤碼率：10-5 -通信通信干線采用光纖干線采用光纖或或微波微波數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)。 優(yōu)點：出錯率低、優(yōu)點：出錯率低、可傳輸可傳輸語音語音/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)/圖像圖像、速率高、成本低、維護容易、速率高、成本低、維護容易2022/6/30page 52構(gòu)成構(gòu)成：本地回路、交換局、干線：本地回路、交換局、干線端局端局端局端局長途局長途局中心局中心局長途局長途局本地回路本地回路準(zhǔn)長途干線準(zhǔn)長途干線高帶寬長途高帶寬長途干線干線準(zhǔn)長途干線準(zhǔn)長途干線本地回路本地回路光纖、微波、同軸光纖、微波、同軸雙絞線雙絞線雙絞線雙絞線20

37、22/6/30page 53本地回路本地回路編碼解碼器編碼解碼器Codec編碼解碼器編碼解碼器Codec用戶設(shè)備用戶設(shè)備用戶設(shè)備用戶設(shè)備ModemModem端局端局端局端局長途局長途局?jǐn)?shù)字干線數(shù)字干線模擬線路模擬線路（本地回路）（本地回路）模擬線路模擬線路（本地回路）（本地回路）絕大多數(shù)絕大多數(shù)為為模擬模擬線路線路計算機間傳輸：以計算機間傳輸：以模擬模擬為主，為主，所以信號要經(jīng)所以信號要經(jīng)過多次變換：過多次變換：數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字2022/6/30page 54DEMUX復(fù)用器復(fù)用器解復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX5. 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)2022/6/30page 5

38、5lFDM (頻分復(fù)用頻分復(fù)用)lWDM (波分復(fù)用波分復(fù)用)lTDM (時分復(fù)用時分復(fù)用)2022/6/30page 56CH2CH1CH3原帶寬原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬移頻后帶寬MUXCH1 CH2 CH3帶寬復(fù)用帶寬復(fù)用f原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每個用原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每個用戶占用一個頻率通道。頻率通道之間留有防護頻帶。戶占用一個頻率通道。頻率通道之間留有防護頻帶。適用于模擬信號傳輸適用于模擬信號傳輸 2022/6/30page 57可用頻段頻率時間子信道A子信道B子信道C子信道D圖2.24 FDM子信道示意圖通道（1）通道（2）通道（

39、3）通道（4）通道（5）通道（6）多路復(fù)用器MUXMUX源1源2源3源4源5源6目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4目標(biāo)5目標(biāo)6多路復(fù)用器2022/6/30page 58F2F1F3 光譜光譜F1F2F3共享光纖的光譜共享光纖的光譜光纖光纖2光纖光纖3光纖光纖1共享光纖共享光纖 采用無源設(shè)備，更可靠采用無源設(shè)備，更可靠棱柱棱柱/衍射光柵衍射光柵原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每個用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每個用戶占用一個波長范圍來進行傳輸。戶占用一個波長范圍來進行傳輸。2022/6/30page 59原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個原理：把時間分割成小的時間片

40、，每個時間片分為若干個通道（時隙）通道（時隙） ，每個用戶占用一個通道傳輸數(shù)據(jù)。，每個用戶占用一個通道傳輸數(shù)據(jù)。 A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后數(shù)據(jù)復(fù)用后數(shù)據(jù)時隙時隙1234D3D2D1適用于數(shù)字信號傳輸適用于數(shù)字信號傳輸 時間片時間片2022/6/30page 60可用頻段頻率時間圖2.28 TDM子信道示意圖A B C D A B C D A B C D A B C D組成子信道A的時隙時分復(fù)用幀圖2.29 TDM原理2多路復(fù)用器MUX源1源2源3源4源5源6多路復(fù)用器MUX目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4目標(biāo)5目標(biāo)63 4 5 6 1 2 3 4 5162022/6/30

41、page 61ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步 TDM帶寬浪費A1B1C2B2周期周期1周期周期2統(tǒng)計統(tǒng)計TDM可用帶寬TDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該通道，將會的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該通道，將會造成帶寬浪費。造成帶寬浪費。改進：統(tǒng)計時分多路復(fù)用（改進：統(tǒng)計時分多路復(fù)用（STDM），用戶不固定占用某個通道，有空），用戶不固定占用某個通道，有空槽就將數(shù)據(jù)放入。槽就將數(shù)據(jù)放入。2022/6/30page 626. 交換交換技術(shù)技術(shù)為降低通信線路造價，大型網(wǎng)絡(luò)主要采用部分連為降低通信線路造價

42、，大型網(wǎng)絡(luò)主要采用部分連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。兩個端節(jié)點之間的通信連接一般都要通過中間節(jié)兩個端節(jié)點之間的通信連接一般都要通過中間節(jié)點的轉(zhuǎn)接，中間節(jié)點要在它所連接幾條線路中選點的轉(zhuǎn)接，中間節(jié)點要在它所連接幾條線路中選擇一條進行接續(xù)。擇一條進行接續(xù)。就像電話交換機為通話雙方接續(xù)線路一樣，這個就像電話交換機為通話雙方接續(xù)線路一樣，這個過程被稱為過程被稱為交換交換。 實現(xiàn)交換的方法主要有：實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換、電路交換、報文交換、分組交換分組交換。 2022/6/30page 636.1 電路交換電路交換交換設(shè)備在通信雙方找出一條實際的物理線路交換設(shè)備在通信雙方找出一條實際的

43、物理線路的的過程過程。(最早的電路交換連接是由最早的電路交換連接是由電話接線員電話接線員通過插塞建立的通過插塞建立的，現(xiàn)在現(xiàn)在則則由計算機化的由計算機化的程控程控交換機實現(xiàn)交換機實現(xiàn)。)特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。 呼叫呼叫建立連接建立連接傳輸傳輸掛斷掛斷 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 建立連接的時間長；建立連接的時間長； 一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低； 無糾錯機制；無糾錯機制； 建立連接后，傳輸延遲小。建立連接后，傳輸延遲小。2022/6/30page 64 6.2 報文交換報文交換整個報文作為一個整體

44、一起發(fā)送。整個報文作為一個整體一起發(fā)送。在交換過程中，在交換過程中，交換設(shè)備將接收交換設(shè)備將接收到的到的報文先報文先存儲，存儲，待信道空閑時待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中一級一級中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，直到目的地，直到目的地。這種。這種數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為技術(shù)稱為存儲存儲-轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)。缺點：缺點：1）報文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復(fù)雜報文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復(fù)雜。2）大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長；大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長；3）出錯后整個報文全部重發(fā)。出錯后整個報文全部重發(fā)。2022/6/30page 656.3 分組交換分組交換（包交換）（包交換）將報文劃分將報文劃分為若干個大小相等為若

45、干個大小相等的分組的分組(Packet)進進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)點：優(yōu)點：存儲量要求較小，可以用內(nèi)存來緩沖分組存儲量要求較小，可以用內(nèi)存來緩沖分組速度快；速度快；轉(zhuǎn)發(fā)延時小轉(zhuǎn)發(fā)延時小適用于交互式通信；適用于交互式通信；某個分組出錯僅重發(fā)該分組某個分組出錯僅重發(fā)該分組效率高；效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，可靠性高。各分組可通過不同路徑傳輸，可靠性高。特點：特點：數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路。有強大的糾錯機制、流量控制和路由選擇功能。有強大的糾錯機制、流量控制和路由選擇功能。2022/6/30page 666.4 三種交換方式的事件順序三種交

46、換方式的事件順序呼叫請求呼叫應(yīng)答數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)ABCD分組分組1分組分組2分組分組3報文報文ABCDABCD尋路延遲排隊延遲線路交換線路交換報文交換報文交換分組交換分組交換2022/6/30page 676.5 異步傳輸模式異步傳輸模式ATMATM是一種高速分組交換技術(shù)，采用了以信元是一種高速分組交換技術(shù)，采用了以信元（cell）為單位的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，故又稱為信元為單位的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，故又稱為信元交換。交換。ATM將話音、數(shù)據(jù)和圖像等數(shù)據(jù)分解成長度固將話音、數(shù)據(jù)和圖像等數(shù)據(jù)分解成長度固定的數(shù)據(jù)塊，并在各數(shù)據(jù)塊前裝配地址、優(yōu)先定的數(shù)據(jù)塊，并在各數(shù)據(jù)塊前裝配地址、優(yōu)先級等控制信息構(gòu)成信元。級等控制信息構(gòu)

47、成信元。信元由信元頭部和有效載荷構(gòu)成：信元由信元頭部和有效載荷構(gòu)成：信元頭部信元頭部 有效載荷有效載荷5B 48B2022/6/30page 68在在ATM網(wǎng)絡(luò)中，空信元以一定的速率出現(xiàn)，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)中，空信元以一定的速率出現(xiàn)，發(fā)送站只要獲得空信元即可插入信息發(fā)送。因信息插站只要獲得空信元即可插入信息發(fā)送。因信息插入位置無周期性，故稱這種傳送方式為入位置無周期性，故稱這種傳送方式為異步傳輸異步傳輸模式模式。ATM特點：特點：1)1) 面向連接（虛連接），按序遞交；面向連接（虛連接），按序遞交；2)2) 固定大小的信元，便于高速處理（可用硬件固定大小的信元，便于高速處理（可用硬件實現(xiàn)），傳輸速率實現(xiàn)），傳輸速率622Mb/s；3)3) QoS特性保證了特性保證了ATM可以實時地傳送語音和可以實時地傳送語音和活動圖像。活動圖像。123456數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊信元流信元流2022/6/30page 697. 差錯控制差錯控制產(chǎn)生差錯的原因：產(chǎn)生差錯的原因：1）信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位）信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；的畸變；2）信號反射；）信號反射；3）串?dāng)_；）串?dāng)_；4）閃電、大功率電機的啟停等。）閃電、大功率電機的啟停等。線路傳輸差錯是不可避免的，但要盡量減小其線路傳輸差錯是不可避免的，但要盡量減小其影響。影響。2022/6/30page 70基本方法：接