總線技術(shù)與應(yīng)用03

第3講數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綌?shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù)數(shù)據(jù)的交換技術(shù)傳輸介質(zhì)13.1數(shù)據(jù)通信的基本概念一、信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)

1、通信的目的是為了交換信息（Information）。

信息的載體可以包含語(yǔ)音、音樂(lè)、圖形、圖像、文字和數(shù)據(jù)等多種媒體。計(jì)算機(jī)的終端產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字和符號(hào)的組合。

2、數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符號(hào)的二進(jìn)制代碼0和1比特序列的過(guò)程。被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼稱為數(shù)據(jù)（Data）。

2

3、信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的電信號(hào)的表示形式。電話線上傳送的按照聲音的強(qiáng)弱幅度連續(xù)變化的電信號(hào)稱為模擬信號(hào)（AnalogSignal）。模擬信號(hào)的電平是連續(xù)變化的。計(jì)算機(jī)中所產(chǎn)生的電信號(hào)是用兩種不同的電平去表示0、1比特序列的電壓脈沖信號(hào)，這種電信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)（DigitalSignal）。

模擬信號(hào)是一種波形連續(xù)變換的電信號(hào)，它的取值可以是無(wú)限個(gè)，比如語(yǔ)音信號(hào)；而數(shù)字信號(hào)是一種離散信號(hào)，它的取值是有限的。

3二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的通信模型來(lái)表示。產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源與信宿通過(guò)通信線路進(jìn)行通信。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，也將通信線路稱為信道。

4通信的三個(gè)要素：信源、信宿和信道噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)任何信道都不是完美無(wú)缺的，因此會(huì)對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生干擾，稱為“噪聲”。外界：閃電、串?dāng)_、電氣設(shè)備內(nèi)部：介質(zhì)特性（衰減、延遲－與頻率有關(guān)）51.模擬通信系統(tǒng)

普通的電話、廣播、電視等都屬于模擬通信系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)模型如下圖所示。模擬通信系統(tǒng)通常由信源、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信宿以及噪聲源組成。信源所產(chǎn)生的原始模擬信號(hào)一般都要經(jīng)過(guò)調(diào)制后再通過(guò)信道傳輸。到達(dá)信道后，再通過(guò)解調(diào)器將信號(hào)解調(diào)出來(lái)。

按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)類型，可以將通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成6無(wú)線電廣播發(fā)送演示系統(tǒng)7接收設(shè)備演示系統(tǒng)82.數(shù)字通信系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)通信、數(shù)字電話以及數(shù)字電視都屬于數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、信源編碼器、信道編碼器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信道譯碼、信源譯碼器、信宿、噪聲源組成。在發(fā)送端和接收端還要時(shí)鐘同步系統(tǒng)。

9信息通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸過(guò)程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過(guò)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(hào)（便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò)）調(diào)制：數(shù)字信號(hào)→適合傳輸?shù)男问剑ò搭l率、幅度、相位）解調(diào)：接收波形→數(shù)字信號(hào)解碼：數(shù)字信號(hào)→原始數(shù)據(jù)信息→數(shù)據(jù)→信號(hào)→在信道上傳輸→信號(hào)→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’信道105個(gè)階段包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制

過(guò)程與打電話比較建立物理連接撥號(hào)，撥通對(duì)方建立邏輯鏈路互相確認(rèn)身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話斷開(kāi)邏輯連接互相確認(rèn)要結(jié)束通話斷開(kāi)物理連接雙方掛機(jī)數(shù)據(jù)通信基本過(guò)程*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個(gè)階段。11三、信道及其主要特征

信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）。1.有線信道和無(wú)線信道

信道按所使用的傳輸介質(zhì)分類，可以分為有線信道與無(wú)線信道兩種。

有線信道：使用有形的媒體作為傳輸介質(zhì)的信道。它包括電話線、雙絞線、同軸電纜、光纜和電力線等。

無(wú)線信道：以電磁波在空間傳播方式傳送信息的信道。它包括無(wú)線電、微波、紅外線和衛(wèi)星通信信道等。

122.數(shù)字信道和模擬信道

按傳輸信道的類型分類，信道可以分為模擬信道和數(shù)字信道兩類。

模擬信道：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。如果利用模擬信道傳送數(shù)字信號(hào)，則必須經(jīng)過(guò)數(shù)字與模擬信號(hào)之間的變換（A/D變換器）。如，CATV、無(wú)線電廣播、電話撥號(hào)線路

數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號(hào)）傳輸數(shù)據(jù)的信道。離散的數(shù)字信號(hào)在計(jì)算機(jī)中是指由“0”和“1”的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列。當(dāng)利用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)不需要進(jìn)行變換，而通常需要進(jìn)行數(shù)字編碼。計(jì)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,

如，ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)133.2數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)

并行通信是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸。

常用的方式是將構(gòu)成1個(gè)字符代碼的幾位二進(jìn)制比特分別通過(guò)幾個(gè)并行的信道同時(shí)傳輸。一、數(shù)據(jù)通信方式（并/串行通信）并行通信的優(yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)送端與接收端之間有若干條線路，費(fèi)用高，僅適合于近距離和高速率的通信。并行通信在計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線以及并行口通信中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。14串行通信是指數(shù)據(jù)以串行方式在一條信道上傳輸。由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部都采用并行通信，因此，數(shù)據(jù)在發(fā)送之前，要將計(jì)算機(jī)中的字符進(jìn)行并/串變換，在接收端再通過(guò)串/并變換，還原成計(jì)算機(jī)的字符結(jié)構(gòu)，這樣才能實(shí)現(xiàn)串行通信。

串行通信的優(yōu)點(diǎn)是收、發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，但速度比較低。串行通信通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行口得到廣泛的應(yīng)用，而且在遠(yuǎn)程通信中一般采用串行通信方式。15二、通信線路的連接方式

1、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線路連接

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接就是在發(fā)送端和接收端之間采用一條線路連接，使用的線路可以是專用線路、租用線路和交換線路。使用租用或交換線路的連接方式，適合于在地理上比較分散的站點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)，比如，通過(guò)公用電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)－點(diǎn)的連接。16

2.多點(diǎn)線路連接

多點(diǎn)線路連接是指各個(gè)站點(diǎn)通過(guò)一條公用通信線路連接。在多點(diǎn)線路連接方式中，一條線路被所有的站點(diǎn)共享，若所有的站點(diǎn)可以同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，則這條線路在空間上是共享的。17三、信道的通信方式

按照信號(hào)傳送方向與時(shí)間的關(guān)系，信道的通信方式可以分為單工、半雙工和全雙工三種。

1.單工通信

單工方式指通信信道是單向信道，數(shù)據(jù)信號(hào)僅沿一個(gè)方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，而接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時(shí)候都不能改變信號(hào)傳送方向，如圖所示。例如，無(wú)線電廣播和電視都屬于單工通信。18

2.半雙工通信

半雙工通信是指信號(hào)可以沿兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送，即兩個(gè)方向的傳輸只能交替進(jìn)行。當(dāng)改變傳輸方向時(shí)，要通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)行切換。

半雙工信道適合于會(huì)話式通信。例如，公安系統(tǒng)使用的“對(duì)講機(jī)”和軍隊(duì)使用的“步話機(jī)”。19

3.全雙工通信全雙工通信是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)沿相反的兩個(gè)方向進(jìn)行雙向傳輸。

例如，現(xiàn)實(shí)生活中的電話機(jī)通話就是一個(gè)全雙工的通信過(guò)程。20四、數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式

1.基帶傳輸

就數(shù)字信號(hào)而言，它是一個(gè)離散的矩型波，“0”代表低電平，“1”代表高電平。這種矩形波固有的頻帶稱為基帶，矩形波信號(hào)稱為基帶信號(hào)。因此，基帶實(shí)際上就是數(shù)字信號(hào)所占用的基本頻帶。不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接在信道上傳送。

例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）。2.頻帶傳輸

在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時(shí)，經(jīng)常需要借助于電話線路，此時(shí)應(yīng)使用頻帶傳輸方式。所謂頻帶傳輸，在發(fā)送端將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻信號(hào)后再進(jìn)行發(fā)送和傳輸，當(dāng)音頻信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)，再把音頻信號(hào)解調(diào)成原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。例如：通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。213.寬帶傳輸

寬帶傳輸常采用75Ω的同軸電纜（CATV）或光纖作為傳輸媒體，寬帶為300MHz。使用時(shí)通常將整個(gè)帶寬劃分為若干個(gè)子頻帶，分別用這些子頻帶來(lái)傳送音頻信號(hào)、視頻信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)。

寬帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：一是傳輸距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)幾十公里；二是可同時(shí)提供多個(gè)信道。但它的技術(shù)較復(fù)雜，其傳輸系統(tǒng)的成本也相對(duì)較高。22

目的：使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上取得一致。同步不好會(huì)導(dǎo)致通信質(zhì)量的下降直至不能正常工作。同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開(kāi)始，什么時(shí)候結(jié)束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞?/p>

23

1、位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都與發(fā)送端保持同步，2種同步方法：

（1）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(hào)，接收方用接收到的同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。

（同步接收過(guò)程分兩步：1、校準(zhǔn)同步；2、用校準(zhǔn)后產(chǎn)生的同步信號(hào)作為定時(shí)信號(hào)接收數(shù)據(jù)信息。）

（2）自同步——通過(guò)特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。2425

2、字符同步：找到正確的字符邊界。（異步式和同步式兩種）

（1）異步式（起止式）：常用在異步傳輸方式中，每傳送1個(gè)字符（7或8位）都要在每個(gè)字符碼前加1個(gè)起始位，以表示字符代碼的開(kāi)始；在字符代碼和校驗(yàn)碼后面加1或2個(gè)停止位，表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位來(lái)判斷一個(gè)新字符的開(kāi)始和結(jié)束，從而起到通信雙方的同步作用。26異步式的優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）頻率的漂移不會(huì)積累，每個(gè)字符開(kāi)始時(shí)都會(huì)重新獲得同步；（2）每?jī)蓚€(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定；

（3）異步方式的實(shí)現(xiàn)比較容易，但每傳輸一個(gè)字符都需要多使用2-3位，所以適合于低速通信。增加了輔助位，所以傳輸效率低；例如，采用1個(gè)起始位、

8個(gè)數(shù)據(jù)位、2個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為8/11≈73％起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個(gè)字符時(shí)間邏輯“0”邏輯“1”27（2）同步式

通常，同步傳輸方式的信息格式是一組字符或一個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊（幀）。對(duì)這些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位和停止位，而是在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前先發(fā)送一個(gè)同步字符SYN(以01101000表示)或一個(gè)同步字節(jié)（01111110），用于接收方進(jìn)行同步檢測(cè)，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入同步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個(gè)字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來(lái)標(biāo)識(shí)整個(gè)發(fā)送過(guò)程的結(jié)束。283、幀同步：識(shí)別一個(gè)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。面向字符的——以同步字符（SYN，16H）來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開(kāi)始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀。面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開(kāi)始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀。幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗(yàn)和0–nbit8bit8bit8-32m7EH7EH29

不同類型的信號(hào)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(hào)：模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)信道：模擬信道數(shù)字信道3.4數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù)30模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)話音移頻,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(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制31

在計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)是以離散的二進(jìn)制“0”、“1”比特序列方式來(lái)表示的。數(shù)據(jù)的編碼方法包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼與調(diào)制和模擬數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)制。32

編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號(hào)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(hào)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33一、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制

典型的模擬通信信道是電話通信信道。它是當(dāng)前世界上覆蓋面最廣、應(yīng)用最普遍的通信信道之一。傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語(yǔ)音信號(hào)設(shè)計(jì)的，用于傳輸音頻300-3400Hz的模擬信號(hào)，不能直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。為了利用模擬語(yǔ)音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，(即，使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸)必須首先將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，也就是要對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。

34調(diào)制：在發(fā)送端將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬信號(hào)的過(guò)程稱為調(diào)制（Modulation），調(diào)制設(shè)備就稱為調(diào)制器（Modulator).

解調(diào)：在接收端將模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)(Demodulation),解調(diào)設(shè)備就稱為解調(diào)器(Demodulator).

若進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的發(fā)送端和接收端以雙工方式進(jìn)行通信時(shí)，就需要一個(gè)同時(shí)具備調(diào)制和解調(diào)功能的設(shè)備，稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem）。35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(hào)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36

對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制的基本方法有：幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)三種。

原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。

載波信號(hào)S(t)=Acos(t+)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、初相位調(diào)制就是要使A、或隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。371.幅移鍵控（ASK,AmplitudeShiftKeying）

ASK是通過(guò)改變載波信號(hào)的幅度值來(lái)表示數(shù)字信號(hào)“1”、“0”的，以載波幅度A1表示數(shù)字信號(hào)“1”，用載波幅度A2表示數(shù)字信號(hào)“0”（通常A1取1，A2取0），而載波信號(hào)的參數(shù)f和φ恒定。2.頻移鍵控（FSK,FrequencyShiftKeying）

FSK是通過(guò)改變載波信號(hào)頻率的方法來(lái)表示數(shù)字信號(hào)“1”、“0”的，用f1表示數(shù)字信號(hào)“1”，用f2表示數(shù)字信號(hào)“0”，而載波信號(hào)的A和φ不變。383.相移鍵控（PSK,PhaseShiftKeying）

PSK是通過(guò)改變載波信號(hào)的相位值（φ）來(lái)表示數(shù)字信號(hào)“1”、“0”的，而載波信號(hào)的A和f不變。PSK包括絕對(duì)調(diào)相和相對(duì)調(diào)相兩種類型：

（1）絕對(duì)調(diào)相絕對(duì)調(diào)相使用相位的絕對(duì)值，φ為0表示數(shù)字信號(hào)“1”，φ為π表示數(shù)字信號(hào)“0”。

（2）相對(duì)調(diào)相相對(duì)調(diào)相使用相位的偏移值，當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“0”時(shí)，相位不變化，而數(shù)字信號(hào)為“1”時(shí)，相位要偏移π。39ASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK40二、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼

在數(shù)字傳輸中，數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼方式主要有：不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼三種。1.不歸零編碼（NRZ,Non－ReturntoZero）

NRZ編碼可以用負(fù)電平表示邏輯“1”，用正電平表示邏輯“0”，反之亦然，常用－5V表示1，＋5V表示0。

NRZ編碼的缺點(diǎn)是存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。412.曼徹斯特編碼（Manchester）

曼徹斯特編碼的原則是：前T/2取反碼，后T/2取原碼。用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變：高→低的跳變代表0，低→高的跳變代表1（可根據(jù)實(shí)際情況定義）。每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)。

這種編碼也稱為自同步碼。

優(yōu)點(diǎn)：每一個(gè)比特中間的跳變可以作為接收端的時(shí)鐘信號(hào)，以保持接收端和發(fā)送端之間的同步。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。423.差分曼徹斯特編碼（DifferenceManchester）

差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)。每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼元開(kāi)始處有無(wú)跳變來(lái)表示0和1，有跳變代表0，無(wú)跳變代表1。

其特點(diǎn)是每一位二進(jìn)制信號(hào)的跳變依然提供收、發(fā)端之間的同步，但每位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的取值，必須要根據(jù)其開(kāi)始邊界是否發(fā)生跳變來(lái)決定，若一個(gè)比特開(kāi)始處存在跳變則表示“0”，無(wú)跳變則表示“1”。

43三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時(shí)鐘NRZManchester差分Manchester44三、模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制

在模擬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信源的信息經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換形成電信號(hào)。比如，人說(shuō)話的聲音經(jīng)過(guò)電話轉(zhuǎn)變?yōu)槟M的電信號(hào)，這也是模擬數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，模擬數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)具有比較低的頻率，不宜直接在信道中傳輸，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將信號(hào)搬移到適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)，接收端將接收的已調(diào)信號(hào)再搬回到原來(lái)信號(hào)的頻率范圍內(nèi)，恢復(fù)成原來(lái)的消息，比如無(wú)線電廣播。（AM、FM、PM）45四、模擬數(shù)據(jù)的編碼

脈沖編碼調(diào)制（PulseCodeModulation，PCM）是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法。由于數(shù)字信號(hào)傳輸失真小、誤碼率低、數(shù)據(jù)傳輸速率高，因此，在網(wǎng)絡(luò)中除計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)外，語(yǔ)音、圖像信息必須數(shù)字化才能經(jīng)計(jì)算機(jī)處理。

PCM技術(shù)的典型應(yīng)用是語(yǔ)音數(shù)字化，轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語(yǔ)音信號(hào)。語(yǔ)音可以用模擬信號(hào)的形式通過(guò)電話線路傳輸，但是在網(wǎng)絡(luò)中將語(yǔ)音與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字、文字、圖形、圖像同時(shí)傳輸，就必須首先將語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化。

46當(dāng)進(jìn)行常規(guī)的電話通信或者兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間通過(guò)Modem通信時(shí)，需要經(jīng)過(guò)程控交換機(jī)進(jìn)行傳輸（接續(xù)），該設(shè)備的一個(gè)概念就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行PCM脈沖編碼調(diào)制。

PCM編碼的典型應(yīng)用

47采樣定理：

如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。三個(gè)步驟：采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號(hào)稱為PCM信號(hào)（脈碼調(diào)制,PulseCodedModulation）。48脈沖編碼調(diào)制的過(guò)程

49PCM編碼過(guò)程舉例

語(yǔ)音信號(hào)011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號(hào)

（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號(hào)50什么是交換？按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開(kāi)該線路，該線路又可分配給其它用戶。最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換為什么要采用交換技術(shù)？節(jié)省線路投資，提高線路利用率。實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（報(bào)文交換和分組交換）。3.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)51

電路交換（CircuitSwitching），也稱為線路交換，它是一種直接的交換方式，為一對(duì)需要進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn)之間提供一條臨時(shí)的專用通道，即提供一條專用的傳輸通道，既可以是物理通道又可以是邏輯通道（使用時(shí)分或頻分復(fù)用技術(shù)）。一、電路交換

52特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。——稱為“面向連接的”（典型例子：電話）★過(guò)程：建立連接→數(shù)據(jù)通信→釋放連接優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無(wú)糾錯(cuò)機(jī)制；建立連接后，傳輸可靠、傳輸延遲小、實(shí)時(shí)性好?！锊贿m用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。53二、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（StoreandForwardSwitching）方式又可以分為報(bào)文存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換與分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換兩種方式。其中，分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式又可以分為數(shù)據(jù)報(bào)與虛電路方式。采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的郵政通信工作模式541.報(bào)文交換（MessageSwitching）

對(duì)于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信，廣泛使用的是報(bào)文交換技術(shù)。需要發(fā)送的整個(gè)數(shù)據(jù)塊，如一個(gè)數(shù)據(jù)文件、一篇新聞稿件等，而不是數(shù)據(jù)的一部分。每個(gè)報(bào)文包括三個(gè)部分：報(bào)頭、正文和報(bào)尾。

正文是要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊；報(bào)尾包含報(bào)文的校驗(yàn)信息，用來(lái)進(jìn)行差錯(cuò)檢查和糾錯(cuò)。

在報(bào)文交換網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常為一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)，備有足夠的外存，以便在報(bào)文進(jìn)入時(shí)進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)。節(jié)點(diǎn)接收一個(gè)報(bào)文之后，報(bào)文暫時(shí)存放在節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)設(shè)備之中，等輸出電路空閑時(shí)，再根據(jù)報(bào)文中所指的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)合適的節(jié)點(diǎn)，如此往復(fù)，直到報(bào)文到達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)終端為止。55報(bào)文交換的特點(diǎn)：源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在通信時(shí)不需要建立一條專用的通道，僅在相鄰結(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立結(jié)點(diǎn)間的連接。——稱為“無(wú)連接的”（典型例子：電報(bào)）；

與電路交換相比，報(bào)文交換沒(méi)有建立電路和拆除電路所需的等待和時(shí)延；線路利用率高，節(jié)點(diǎn)間可根據(jù)電路情況選擇不同的速度傳輸，能高效地傳輸數(shù)據(jù)；（不用獨(dú)占）

要求節(jié)點(diǎn)具備足夠地報(bào)文數(shù)據(jù)存放能力，一般節(jié)點(diǎn)由微機(jī)或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)；56數(shù)據(jù)傳輸可靠性高。（有差錯(cuò)檢查；某線路有故障可選其他路徑）；整個(gè)報(bào)文（Message）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要把報(bào)文完整的接收、存儲(chǔ)、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)、轉(zhuǎn)發(fā)，產(chǎn)生了節(jié)點(diǎn)延遲；報(bào)文交換對(duì)報(bào)文長(zhǎng)度沒(méi)有限制，報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜，緩沖器無(wú)法分配；大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；報(bào)文出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文要全部重發(fā)。比較：下載時(shí)若無(wú)斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯(cuò)你會(huì)怎樣做？

分組交換即所謂的包交換正是針對(duì)報(bào)文交換的缺點(diǎn)而提出的一種改進(jìn)方式。57將報(bào)文分割成若干個(gè)大小相等的分組（Packet）進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。分組頭部中包含分組編號(hào)。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路——也是“無(wú)連接的”。有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。

優(yōu)缺點(diǎn)：

對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)要求較低，可以用內(nèi)存來(lái)緩沖分組——速度快；

轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小——適用于交互式通信；某個(gè)分組出錯(cuò)可以僅重發(fā)出錯(cuò)的分組——效率高；

各分組可通過(guò)不同路徑傳輸，容錯(cuò)性好。需要分割報(bào)文和重組報(bào)文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式2.分組交換（PacketSwitching）

58（1）數(shù)據(jù)報(bào)方式（Datagram）各分組中包含目的站點(diǎn)的地址，根據(jù)其各分組可獨(dú)立地確定路由（傳輸路徑）不能保證分組按序到達(dá)，所以目的站點(diǎn)需要按分組編號(hào)重新排序和組裝數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證分組按序到達(dá)59數(shù)據(jù)報(bào)分組交換的特點(diǎn)：

同一報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過(guò)通信子網(wǎng)。

同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)或丟失現(xiàn)象。每一個(gè)報(bào)文在傳輸過(guò)程中都必須帶有源節(jié)點(diǎn)地址和目的節(jié)點(diǎn)地址。

使用數(shù)據(jù)報(bào)文方式時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，但不適用于長(zhǎng)報(bào)文、會(huì)話式通信。60（2）虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預(yù)先建立一條邏輯連接——虛電路虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車:分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車站:節(jié)點(diǎn)）也需要三個(gè)過(guò)程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除建立虛電路時(shí)，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時(shí)所需的所有資源提供的是“面向連接”的服務(wù)但卻沒(méi)有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個(gè)鏈路段可以看成是采用了電路交換思想的分組交換能夠保證分組按序到達(dá)61分組通過(guò)預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)62虛電路分組交換的特點(diǎn)：

虛電路無(wú)專用電路，而是選定了特定路徑進(jìn)行傳輸，報(bào)文分組所途徑的所有節(jié)點(diǎn)都對(duì)這些分組進(jìn)行存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)，而電路交換無(wú)此功能。

一次通信的所有報(bào)文分組都從這條邏輯連接的虛電路上通過(guò)，不再進(jìn)行路由選擇。因此，各個(gè)分組不必帶有目的地址、源地址等輔助信息，只需要攜帶虛電路標(biāo)識(shí)號(hào)。各個(gè)分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象。節(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測(cè)，而不需要做路徑選擇。

通信子網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以和任何節(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。63多路復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道為何要復(fù)用？——提高線路利用率適用場(chǎng)合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí)類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）3.6多路復(fù)用技術(shù)64復(fù)用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。復(fù)用方法頻分復(fù)用FDM

（FrequencyDivisionMultiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長(zhǎng)劃分不同的信道，用于光纖傳輸時(shí)分復(fù)用TDM

（TimeDivisionMultiplexing）按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途65頻分復(fù)用FDM原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。FDM適合于模擬信號(hào)。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號(hào)f復(fù)用器66波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖棱柱/衍射光柵67時(shí)分復(fù)用TDM原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。TDM適用于數(shù)字信號(hào)。A2A1A3原始信號(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時(shí)隙號(hào)1231D3D2D1時(shí)間片12時(shí)間片2D1時(shí)隙D2復(fù)用器t68同步時(shí)分復(fù)用

同步時(shí)分多路復(fù)用的原理圖69異步時(shí)分復(fù)用異步時(shí)分多路復(fù)用的原理圖

70碼分復(fù)用CDMA原理：每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列編碼（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被疊加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。地址碼序列兩兩相互正交：碼序列A、B，應(yīng)滿足

AB=0，AB'=0，AA=1，AA'=-1

其中為內(nèi)積運(yùn)算。在無(wú)線移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛。713.8傳輸介質(zhì)1.傳輸介質(zhì)傳輸信號(hào)經(jīng)過(guò)的各種物理環(huán)境物理上將計(jì)算機(jī)相互連接起來(lái)的介質(zhì)2.傳輸介質(zhì)的種類同軸電纜非屏蔽雙絞線（UTP）屏蔽雙絞線（STP）光纜無(wú)線電72磁介質(zhì)

高帶寬、低費(fèi)用、高延時(shí)——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(wú)線介質(zhì)無(wú)線電、微波、衛(wèi)星、紅外線73傳輸介質(zhì)的種類74雙絞線（TwistPair，TP）--螺旋絞合的雙導(dǎo)線--每根4對(duì)、25對(duì)、1800對(duì)--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(jì)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75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(wú)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76非屏蔽雙絞線優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、重量輕、容易彎曲價(jià)格便宜容易安裝和維護(hù)RJ-45連接器牢固、可靠缺點(diǎn)：抗干擾能力較弱傳輸距離比較短UTP分為：3類線、4類線、5類線和超5類線UTP非常適合于樓宇內(nèi)部的結(jié)構(gòu)化布線77屏蔽雙絞線優(yōu)點(diǎn)：傳輸質(zhì)量較高電纜尺寸和重量與UTP相當(dāng)缺點(diǎn)：安裝不合適有可能引入外界干擾78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(jí)連端口)線對(duì)色彩碼1白藍(lán)，藍(lán)2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕123456781234567812345678