第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識本章內(nèi)容：2.1數(shù)據(jù)通信基本概念2.2傳輸介質(zhì)2.3數(shù)據(jù)傳輸方式2.4數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.5多路復(fù)用技術(shù)2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.7數(shù)據(jù)通信的性能指標(biāo)2.8數(shù)據(jù)傳輸中的檢錯與糾錯第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識本章學(xué)習(xí)要求:了解:數(shù)據(jù)通信的基本概念了解:數(shù)據(jù)通信的性能指標(biāo)了解:數(shù)據(jù)傳輸方式了解:常用傳輸介質(zhì)掌握:數(shù)據(jù)編碼技術(shù)掌握:數(shù)據(jù)交換技術(shù)掌握:多路復(fù)用技術(shù)掌握:差錯校驗(yàn)第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來的信息。傳輸系統(tǒng)噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)2.1數(shù)據(jù)通信基本概念第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基本過程5個階段包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程與打電話比較建立物理連接撥號，撥通對方建立邏輯連接互相確認(rèn)身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話斷開邏輯連接互相確認(rèn)要結(jié)束通話斷開物理連接雙方掛機(jī)*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個階段第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.1.2數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)（Data）傳遞（攜帶）信息的實(shí)體；數(shù)據(jù)是定義為有意義的實(shí)體，是表征事物的形式；如文字、聲音和圖像等。信息（Information）數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信號（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在介質(zhì)中傳播第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識模擬信號時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值數(shù)字信號時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號ta）模擬信號tb）數(shù)字信號第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識周期信號 信號由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號 信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。tTTTtTTT周期信號非周期信號tt第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法例如：ASCII編碼、BCD編碼等。數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法例如：字符“A”的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為：01000001t第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過信道傳送到目的地信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸編碼：數(shù)據(jù)→適合傳輸?shù)臄?shù)字信號——便于同步、識別、糾錯調(diào)制：數(shù)字信號→適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形→數(shù)字信號解碼：數(shù)字信號→原始數(shù)據(jù)信息→數(shù)據(jù)→信號→在信道上傳輸→信號→數(shù)據(jù)→信息數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信息編碼信息解碼第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種情況：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)字信號信道：模擬信道數(shù)字信道第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字模擬數(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)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識調(diào)制與解調(diào)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制解調(diào)制第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.1.3信道信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道CATV、無線電廣播、電話撥號線路第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信在模擬信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量便于用計算機(jī)進(jìn)行處理易于加密、保密性強(qiáng)可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.1.4網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中要解決的幾個基本問題數(shù)據(jù)傳輸類型模擬通信數(shù)字通信數(shù)據(jù)通信方式串行通信、并行通信單工通信、半雙工或全雙工通信同步方式同步通信異步通信第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.2傳輸介質(zhì)磁介質(zhì)

高帶寬、低費(fèi)用、高延時（小時）——在通信中很少使用金屬導(dǎo)體雙絞線、同軸電纜(粗、細(xì))光纖無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識同軸電纜（CoaxialCable，CC）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜阻抗50，有粗同軸和細(xì)同軸兩種應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s，500m/185m銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根4對、25對、1800對典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭優(yōu)缺點(diǎn)：成本低組裝密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛常用的雙絞線：3類（16Mb/s）

和5類（155Mb/s）兩種第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn)色彩標(biāo)記和連接方法：交叉線：交換機(jī)—交換機(jī)、PC-PC、HUB-HUB(標(biāo)準(zhǔn)端口)直連線：PC/路由器—交換機(jī)/HUB、HUB-HUB(級連端口)線對色彩碼1白藍(lán)，藍(lán)2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線EIA-568B直連線EIA-568A第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識光纖（OpticalFiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點(diǎn)：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價格較高需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：塑料二氧化硅

（高純玻璃）第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識光纖傳輸原理——光的反射光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。纖芯——折射率高，玻璃包層——折射率低亮度調(diào)制：有光脈沖-1，無光脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD單向傳輸，雙向需兩根光纖應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個光波波長多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識典型的光纜單芯光纜多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：纖芯——50um緩變型-MMF62.5um緩變型/增強(qiáng)型-MMF8.3um突變型-SMF包層——125um第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識無線介質(zhì)（信號在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波或光波攜帶信息優(yōu)缺點(diǎn)：無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾反射，為障礙物所阻隔主要類型：無線電、地面微波通信衛(wèi)星紅外線第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識微波通信通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：50～100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（≈270ms）廣播式傳輸應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784km地球第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識激光將激光束調(diào)制成光脈沖傳輸數(shù)據(jù)特點(diǎn)：激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕偷聽受天氣影響只能在短距離通信中使用第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識紅外線紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng)。特點(diǎn)：紅外通信的設(shè)備相對便宜，可獲得較高的帶寬；傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識短波無線電基站與終端之間通信采用無線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站用戶計算機(jī)和終端第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價格應(yīng)用雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s模擬:10km數(shù)字:500m較好低模擬/數(shù)字信號傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數(shù)字信號75Ω同軸電纜寬帶≤450MHz100km較好較低模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻光纖基帶40Gb/s20km以上很好較高遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶4～6GHz幾百km好中等遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星寬帶1～10GHz18000km很好高遠(yuǎn)程通信第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)傳輸以信號傳輸為基礎(chǔ)，在理想情況下，接收信號的幅度和波形應(yīng)與發(fā)送信號完全一樣。數(shù)據(jù)傳輸方式可以從不同的角度劃分，其傳輸方式有很多；常見的有：

單工、半雙工和全雙工；基帶傳輸和頻帶傳輸；同步傳輸和異步傳輸?shù)取?.3數(shù)據(jù)傳輸方式第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

單工傳輸：信息發(fā)送只能是單方向的；即發(fā)送端只能發(fā)送，接收端只能接收；只有一個單向通道。如：電視機(jī)、收音機(jī)等。

半雙工傳輸：兩設(shè)備之間有兩個通道，但在任一段時間中，只能有一端發(fā)送數(shù)據(jù)，另一端接收數(shù)據(jù)，不能雙向同時進(jìn)行；如常見的無線對講機(jī)等。

全雙工傳輸：兩設(shè)備之間有兩個通道，他們可以同時在兩個方向上傳輸數(shù)據(jù)；如計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信等。2.3.1單工、半雙工和全雙工傳輸?shù)?章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(a)單工(b)半雙工(c)全雙工第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識同步：數(shù)據(jù)從發(fā)送端到接收端必須保持雙方步調(diào)一致。同步的因素：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結(jié)束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在二個層次上實(shí)現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步或幀(Frame)——幀同步2.3.2同步傳輸和異步傳輸?shù)?章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始

●同步脈沖也可位于碼元的中部●一個碼元也可有多個同步脈沖相對應(yīng)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖t第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識目的：使接收端與發(fā)送端在時間基準(zhǔn)上一致外同步——發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。（1）位同步第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識目的：找到正確的字符邊界采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”或“異步傳輸”；（3）幀同步目的：識別一個幀的起始和結(jié)束

幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊。（2）字符同步解決同步問題的方法有兩種:同步傳輸和異步傳輸?shù)?章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識1).同步傳輸同步傳輸方式中以稱為幀(frame)的數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳送。同步傳輸使用特殊的標(biāo)志位進(jìn)行幀同步，界定一個幀的始末。由于一個信息幀可以包含的位數(shù)很多，同步傳輸還必須進(jìn)行嚴(yán)格的位同步，要求通信雙方使用同一時鐘信號進(jìn)行發(fā)送與接收。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2).異步傳輸異步傳輸以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。每個字符前后通過加起始位和停止位來實(shí)現(xiàn)字符同步，通信的雙方各自使用獨(dú)立的基準(zhǔn)定位時鐘，但要約定同樣的傳輸速率，以實(shí)現(xiàn)位同步。

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

異步傳輸每個字符由四部組成：

1)1位起始位，以邏輯"0"表示；

2)5～8位數(shù)據(jù)位，即要傳輸?shù)淖址麅?nèi)容；

3)1位奇偶校驗(yàn)位，用于檢錯；

4)1～2位停止位，以邏輯"1"表示,用作字符間的間隔。異步傳輸?shù)淖址袷降?章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

【例1】A、B兩臺設(shè)備進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)定字符位數(shù)8位，傳輸速率9.6kb/s。如果雙方的時鐘相差0.1%，試問每次傳輸(傳輸1個字符)最大能造成多少微秒的累積錯位？如果設(shè)計要求最大累積錯位不超過位寬度的5%，是否達(dá)到了設(shè)計要求？如果雙方的時鐘相差1%，結(jié)果又如何？第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識【解答】：

在異步傳輸中，傳輸速率9.6kb/s則每位時間為：1b÷9.6kb/s=104.17us，如果字符位數(shù)8位，加上起始位、奇偶校驗(yàn)位和停止位可以有12位，當(dāng)雙方的時鐘相差0.1%，最大的累積錯位為：104.17us×12×0.1%=1.25us，占1.2%(1.25÷104.17）的位寬度，達(dá)到了設(shè)計要求。如果雙方的時鐘相差1%，最大的累積錯位為：104.17us×12×1%=12.5us，占12%（12.5÷104.17）的位寬度，超出了設(shè)計要求。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.3.3串行傳輸和并行傳輸?shù)?章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.3.4基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸基帶信號：信源發(fā)出的沒有經(jīng)過調(diào)制（進(jìn)行頻譜搬移和變換）的原始電信號，其特點(diǎn)是頻率較低。根據(jù)原始電信號的特征，基帶信號可分為數(shù)字基帶信號和模擬基帶信號（相應(yīng)地，信源也分為數(shù)字信源和模擬信源。）其由信源決定。通俗一點(diǎn),基帶信號就是發(fā)出的直接表達(dá)了要傳輸?shù)男畔⒌男盘?，比如我們說話的聲波就是基帶信號。由于在近距離范圍內(nèi)基帶信號的衰減不大，從而信號內(nèi)容不會發(fā)生變化。因此在傳輸距離較近時，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用基帶傳輸方式。如從計算機(jī)到監(jiān)視器等外設(shè)的信號就是基帶傳輸?shù)摹４蠖鄶?shù)的局域網(wǎng)使用基帶傳輸。

基帶傳輸?shù)?章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識在信道上直接傳送基帶信號的方法稱為基帶傳輸?；鶐盘柟逃蓄l帶稱做基本頻帶,簡稱為基帶。***在計算機(jī)等數(shù)字設(shè)備中，二進(jìn)制數(shù)字序列最方便的電信號形式為方波（即矩形脈沖信號），即“1”或“0”分別用高(或低)電平或低(或高)電平表示，通常人們把方波固有的頻帶稱為基帶，方波電信號稱為基帶信號。

在發(fā)送端基帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要經(jīng)過編碼器變換變?yōu)橹苯觽鬏數(shù)幕鶐盘?，如曼徹斯特編碼等；在接收端由解碼器恢復(fù)成與發(fā)送端相同的矩形脈沖信號；基帶傳輸是一種最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式；可以利用時分多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，提高傳輸信道的利用率。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

頻帶傳輸將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號，利用模擬信道進(jìn)行傳輸?shù)姆椒ǚQ為頻帶傳輸；頻帶傳輸借助于模擬的正弦載波信號，用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（0或1）調(diào)制載波，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)寄生在載波的某個參數(shù)上（振幅、頻率和相位），借助于模擬信道進(jìn)行傳輸。它需要利用調(diào)制解調(diào)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。頻帶傳輸可以利用頻分多路復(fù)用（FDM）實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，提高傳輸信道的利用率。調(diào)制(D/A)：將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)寄生在正弦載波的某個參數(shù)上，把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成連續(xù)的模擬信號。解調(diào)(A/D)：將已調(diào)制信號還原為原來的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

寬帶傳輸通過借助頻帶傳輸，將信道分成多個子信道，分別傳送音頻、視頻和數(shù)字信號，稱為寬帶傳輸。寬帶是比音頻帶寬更寬的頻帶，它包括大部分電磁波頻譜。使用這種寬頻帶傳輸?shù)南到y(tǒng)，稱為寬帶傳輸系統(tǒng)。即把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百M(fèi)HZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。寬帶傳輸中的所有信道都可以同時發(fā)送信號。如CATV、ISDN等。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.4數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼類型第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.4.1模擬數(shù)據(jù)編碼方法模擬數(shù)據(jù)編碼即頻帶傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)技術(shù)等第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

（1）幅度調(diào)制幅度調(diào)制又稱“移幅鍵控”（ASK），頻率和相位都是常數(shù)，振幅為變量；即載波的幅度隨發(fā)送的信號而變化，表示為：上圖（a）是具有0、1兩個幅度值的調(diào)幅波形（二元制調(diào)幅波），具有一定幅度的載波信號表示“1”，幅度等于0的載波信號表示“0”。ω(t)=ω0φ(t)=φ0A(t)=A1，A2，…，An第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

(2)頻率調(diào)制頻率調(diào)制又稱“移頻鍵控”(FSK)，振幅和相位為常量，頻率為變量，表示為：

(3)相位調(diào)制相位調(diào)制又稱“移相鍵控”(PSK)，振幅、頻率為常量，相位為變量，其函數(shù)表達(dá)式為：(相對相位調(diào)制：為0時相位相對前一個不變，為1時相位相對前一個變）

A(t)=A0φ(t)=φ0ω(t)=ω1，ω2，…,ωn

A(t)=A0ω(t)=ω0φ(t)=φ1,φ2,…,φn第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.4.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法基帶傳輸在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號頻帶（即波形）的情況下直接傳輸數(shù)字信號，可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率與系統(tǒng)效率;但數(shù)據(jù)在發(fā)送前要進(jìn)行編碼?；鶐鬏敂?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的編碼方式主要有：

非歸零碼NRZ

曼徹斯特（manchester）編碼

差分曼徹斯特（differencemanchester）編碼第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

數(shù)字信號三種編碼波形第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(1)非歸零編碼（NRZ）

用1表示高電位，0表示低電位。

NRZ碼的缺點(diǎn)是無法判斷一位的開始與結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步；

為保證收發(fā)雙方的同步，必須在發(fā)送NRZ碼的同時，用另一個信道同時傳送同步信號；第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(2)曼徹斯特編碼

曼徹斯特編碼是目前廣泛使用的編碼方法之一

0=由高電位轉(zhuǎn)到低電位

1=由低電位轉(zhuǎn)到高電位

且在每位期間中央處變換電位狀態(tài)。

利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號

曼徹斯特編碼信號又稱做“自含鐘編碼”信號，發(fā)送曼徹斯特編碼信號時無需另發(fā)同步信號。

10-BASE-T網(wǎng)絡(luò)常采用這種傳輸方式。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(3)差分曼徹斯特編碼

差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進(jìn)，

0=顛倒上一位的電位狀態(tài)變化方式

1=沿用上一位的電位狀態(tài)變化方式差分曼徹斯特編碼與曼徹斯特編碼不同點(diǎn)主要是：

每比特的中間跳變僅做同步之用；每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定;一個比特開始處出現(xiàn)電平跳變表示傳輸二進(jìn)制0,不發(fā)生跳變表示傳輸二進(jìn)制1。

TokenRing網(wǎng)絡(luò)采用這種傳輸方式。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識*脈沖編碼調(diào)制方法采樣量化編碼PCM用于數(shù)字語音系統(tǒng)：第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.5多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用的工作原理：

把兩個以上的單獨(dú)的信號合并起來，同時在一個通信線路上進(jìn)行傳輸。信號復(fù)合信號分離第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識多路復(fù)用技術(shù)的分類：

頻分多路復(fù)用FDM

時分多路復(fù)用TDM

波分多路復(fù)用WDM第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下，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(或略寬)的子信道，每個子信道傳輸一路信號，這就是頻分多路復(fù)用。在一條通信線路設(shè)計多路通信信道;每路信道的信號以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制;各個載波頻率是不重疊的,那么一條通信線路就可以同時獨(dú)立地傳輸多路信號。FDM主要用于模擬通信

2.5.1頻分多路復(fù)用（FDM）第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

(a)原來的帶寬(b)頻率遷移(調(diào)制)(c)復(fù)合的通道每路電話信號的帶寬是300-3100Hz,每個通道分配4000Hz作為標(biāo)準(zhǔn)帶寬。例子：電話系統(tǒng)中采用FDM的一個例子第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

利用每個信號在時間上交叉，可以在一個傳輸通路上傳輸多個數(shù)字信號。常用于傳輸數(shù)字信號。時分多路復(fù)用不只局限于傳輸數(shù)字信號，模擬信號也可以同時交叉?zhèn)鬏?。另外，對于模擬信號，時分多路復(fù)用和頻分多路復(fù)用結(jié)合起來使用也是可能的。一個傳輸系統(tǒng)可以頻分許多條通道，每條通道再用時分多路復(fù)用來細(xì)分。

TDM是將信道用于傳輸?shù)臅r間劃分為若干個時間片（時隙）；

TDM將傳輸信號分成固定長度的幀，每個幀又劃分若干個時間片。

每個信號源分得一個時間片；

在每個信號源占有的時間片內(nèi)，它使用通信信道的全部帶寬。

2.5.2時分多路復(fù)用（TDM）第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識例：目前應(yīng)用最廣泛的TDM是貝爾系統(tǒng)的T1載波24路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上；每路音頻模擬信號在送到多路復(fù)用器之前，要通過一個PCM編碼器；編碼器每秒取樣8000次；24路PCM信號的每一路輪流將一個字節(jié)插入到幀中；

(1幀中包含每個信號原1時間片的數(shù)據(jù))每個字節(jié)的長度為8位，其中7位是數(shù)據(jù)位，1位用于信道控制；每幀由24×8=192位組成，附加一位作為幀開始標(biāo)志位，所以每幀共有193位；發(fā)送一幀需要125毫秒；T1載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.544Mb/s。(193/0.125)第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識時分多路復(fù)用工作原理如下圖：第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

時分多路復(fù)用可分類:

①同步時分復(fù)用（STDM）（事先分配好時隙）將一幀中的各時隙以固定的方式預(yù)先分配給各路信號;主要缺點(diǎn)時隙的利用率低。②異步（統(tǒng)計）時分復(fù)用技術(shù)(ATDM/STDM)異步時分復(fù)用技術(shù)又被稱為統(tǒng)計時分復(fù)用或智能時分復(fù)用（ITDM）技術(shù)，它能動態(tài)地按需分配時隙，時間片位置與信號源沒有固定的對應(yīng)關(guān)系，突發(fā)數(shù)據(jù)的用戶等可以利用其它信號源的時間片，以避免每幀中出現(xiàn)空閑時隙；能提高時隙的利用率。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.5.3波分多路復(fù)用（WDM）光纖通道（fiberopticchannel）技術(shù)采用了波長分隔多路復(fù)用方法，簡稱為波分復(fù)用WDM;光信號的一個波長即一種頻率;從概念上講WDM和FDM是相同的,但WDM是對光信號的復(fù)合和分離;而FDM是對電信號的復(fù)合和分離；在一根光纖上復(fù)用80路或更多路的光載波信號稱為密集波分復(fù)用DWDM；目前一根單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到20Gb/s。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識波分多路復(fù)用示意圖第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)

交換也稱為轉(zhuǎn)接。是在多結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，兩結(jié)點(diǎn)要通信時，在雙方之間建立一條物理的或邏輯的通道，稱為鏈路。常用的交換技術(shù)主要有：

線路交換

報文交換

分組交換第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.6.1線路交換線路交換是面向連接的服務(wù)；兩臺計算機(jī)通過通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個實(shí)際的物理線路連接；線路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過建立連接、數(shù)據(jù)傳輸與釋放連接的三個階段；線路交換方式的優(yōu)點(diǎn)是：通信實(shí)時性強(qiáng)，適用于交互式會話類通信；線路交換方式的缺點(diǎn)是：對突發(fā)性通信不適應(yīng)，系統(tǒng)效率低，系統(tǒng)不具有存儲數(shù)據(jù)的能力。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識線路交換過程示意圖

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

報文是網(wǎng)絡(luò)中一次傳輸?shù)男畔K。

可以是一個程序、一個文件等

每個節(jié)點(diǎn)（交換設(shè)備）都對報文進(jìn)行存儲/轉(zhuǎn)發(fā)（緩存報文并根據(jù)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)）；

報文傳輸不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少，都把它當(dāng)作一個邏輯單元發(fā)送；直到終點(diǎn)。

適合于長報文、無實(shí)時要求的通信、不適合會話式通信

2.6.2報文交換(采用存儲/轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù))第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的郵政通信工作模式

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

2.6.3分組交換(采用存儲/轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù))

綜合前兩種的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的。

分組（packet)是傳輸?shù)男畔挝?，也稱報。

（把長的報文分割成短的分組）分組交換又可分為數(shù)據(jù)報分組交換和虛電路分組交換

兩種。（1）數(shù)據(jù)報分組方式數(shù)據(jù)報方式是通信子網(wǎng)將進(jìn)入子網(wǎng)的分組當(dāng)作“小報文”處理.每個分組獨(dú)立尋徑，分組通常稱數(shù)據(jù)報。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)報分組交換

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)報方式的特點(diǎn)：

同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)；

同一報文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象；

每個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址；

數(shù)據(jù)報方式報文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式通信。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與線路交換方式結(jié)合起來，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果;

數(shù)據(jù)報方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不需要預(yù)先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路;

每個分組傳輸都使用同一條路徑傳輸。

虛電路方式與線路交換方式相同，整個通信過程分為以下三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路

釋放階段。（2）虛電路方式第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識虛電路方式原理示意圖第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識虛電路方式的特點(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。這是因?yàn)椴恍枰嬲ソ⒁粭l物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在；

一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送，因此報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)時不會出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象；

分組通過虛電路上的每個結(jié)點(diǎn)時，結(jié)點(diǎn)只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇；

每個結(jié)點(diǎn)可以和任何結(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識虛電路方式與線路交換方式的不同之處虛電路是在傳輸分組時建立起的邏輯連接，稱為“虛電路”是因?yàn)檫@種電路不是專用的。每個結(jié)點(diǎn)到其它結(jié)點(diǎn)間可能有無數(shù)條虛電路存在；一個結(jié)點(diǎn)可以同時與多個結(jié)點(diǎn)之間具有虛電路；每條虛電路支持特定的兩個結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸。由于虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，因此在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

三種交換方式比較:

各種交換過程的事件時序比較(a)電路交換(b)報文交換(c)分組交換第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.7數(shù)據(jù)通信的性能指標(biāo)

描述數(shù)據(jù)傳輸速率的大小和傳輸質(zhì)量的好壞，往往需要運(yùn)用比特率、波特率、出錯率和信道容量等技術(shù)指標(biāo)。

1)數(shù)據(jù)傳輸率C數(shù)據(jù)傳輸率又稱比特率，是一種數(shù)字信號的傳輸速率，它表示單位時間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制代碼的有效位（bit）數(shù)，單位用比特/每秒（b/s）表示。

2)波特率B波特率是一種調(diào)制速率，也稱波形速率或碼元速率。是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)編碼后的傳輸信號在信道上的傳輸速率;指每秒傳輸?shù)拇a元數(shù),即每秒鐘傳輸信號變化的次數(shù),單位為波特(baud)。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識一般情況下，如果碼元狀態(tài)數(shù)為M（M為2的整數(shù)次冪），則C和B的關(guān)系為：C=Blog2M(b/s)

【例如】：NRZ編碼一個碼元表示一個比特的信息，因此C=B；如四進(jìn)制碼，有4種碼元狀態(tài)(00、01、10、11），每個碼元帶2比特數(shù)據(jù)，所以C=2B

3)信道容量信道的極限傳輸能力。

信號帶寬：信號變化的變動范圍。線路帶寬：線路傳輸最大速率。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識4)誤碼率(出錯率)二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，它在數(shù)值上近似等于：

Pe=Ne/N其中，N為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)，Ne為被傳錯的比特數(shù)第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識討論誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)；對于一個實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求；對于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制比特，要折合成二進(jìn)制比特來計算；差錯的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實(shí)際測量一個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時，只有被測量的傳輸二進(jìn)制比特數(shù)越大，才會越接近于真正的誤碼率值。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識5)信道速率的極限值

【奈奎斯特準(zhǔn)則】：在一個通信信道帶寬為W（單位Hz）的無噪聲低通信道上，最高的碼元傳輸速率Bmax為2W即Bmax=2W（baud）；最大數(shù)據(jù)傳輸速率Cmax=2Wlog2M(b/s)

【香農(nóng)定理】：在有隨機(jī)熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號時，數(shù)據(jù)傳輸速率Cmax與信道帶寬W，信噪比S/N的關(guān)系為Cmax=W·log2（1+S/N）S/N為信噪比；第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識【例】計算機(jī)的屏幕圖象包含640×480個像素點(diǎn)，每個像素占24個比特，現(xiàn)每秒傳輸30幅屏幕圖象，如果采用四進(jìn)制編碼，問信號能否用5類非屏蔽雙絞線傳輸（無噪聲，帶寬為100MHz）？如果計算機(jī)的屏幕圖象包含1024×768個像素點(diǎn)呢？第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，在一個帶寬為W（單位Hz）的無噪聲低通信道上，最高的碼元傳輸速率Bmax為2W即Bmax=2W（baud）；如果編碼方式的碼元狀態(tài)數(shù)為M，那么信道容量即最大數(shù)據(jù)傳輸速率Cmax=2Wlog2M(b/s)；由于5類非屏蔽雙絞線的帶寬為100MHz；當(dāng)M=4時，則：Cmax=2Wlog2M=400Mb/s。當(dāng)計算機(jī)的屏幕圖象包含640×480個像素點(diǎn)時，所需的信息傳輸速率為：640×480×24×30=221Mb/s；故5類非屏蔽雙絞線能夠傳輸。如果像素點(diǎn)為1024×768，所需的信息傳輸速率為：566MB/S，故5類非屏蔽雙絞線不能傳輸?！窘獯稹浚旱?章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.8數(shù)據(jù)傳輸中的檢錯與糾錯

數(shù)據(jù)在通信線上傳輸時，由于傳輸線路上的噪聲或其他干擾信號的影響，使發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)不能正確地被接收端接收，這就產(chǎn)生了差錯。差錯可用誤碼率Pe來度量。常用的提高傳輸質(zhì)量的方法主要有：

第一種方法是選擇好的通信線路，即改善通信線路的電氣性能，使誤差的出現(xiàn)概率降低到系統(tǒng)的要求。

第二種方法是在通信線路上，設(shè)法檢查錯誤，采取措施對錯誤進(jìn)行差錯控制；即檢錯與糾錯。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(1)糾錯碼

糾錯碼是指在發(fā)送每一組信息時發(fā)送足夠的附加位。

接收端通過這些附加位在接收譯碼器的控制下不僅可以發(fā)現(xiàn)錯誤，而且還能自動地糾正錯誤。

要求附加的冗余碼較多，這將會降低傳輸?shù)男省?/p>

目前常見的糾錯碼有：

1)

海明糾錯碼

2)

正反糾錯碼第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(2)檢錯碼

檢錯碼是指分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯的冗余信息。

接收端通過這些附加位可以對所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷看其是否正確，如果存在錯誤，它不能糾正錯誤而是通過反饋信道傳送一個應(yīng)答幀把這個錯誤的結(jié)果告訴給發(fā)送端，讓發(fā)送端重新發(fā)送該信息，直至接收端收到正確的數(shù)據(jù)為止。

常用的檢錯碼

1)奇偶校驗(yàn)碼

2)循環(huán)冗余編碼CRC

---目前應(yīng)用最廣的檢錯碼編碼方法之一第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識1)奇偶校驗(yàn)碼

在偶校驗(yàn)時，要在每一個字符上增加一個附加位，使該字符中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。

在奇校驗(yàn)時，要在每一個字符上增加一個附加位，使該字符中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。

接收端檢測位數(shù)的奇偶性以確定是否有差錯發(fā)生。

奇偶校驗(yàn)并不是一種十分安全可靠的檢錯方法，如果有偶數(shù)個數(shù)據(jù)位在傳輸中同時出錯，接收端無法檢測出差錯的數(shù)據(jù)，所以其檢錯概率為50%。對于低速傳輸來說，奇偶校驗(yàn)是一種令人滿意的檢錯法。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

差錯控制用得最廣泛的方法還是發(fā)檢錯碼，接收端發(fā)現(xiàn)錯誤后反饋給發(fā)送端，發(fā)送端重發(fā)信息，直至正確接收為止，這種方式稱反饋重發(fā)糾錯；如下圖:第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

2）循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）循環(huán)冗余校驗(yàn)碼是基于將位串看成是系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式，一個k位幀可看成是從xk-1