數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

2.1數(shù)據(jù)通信技術(shù)

2.1.1模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信

1.幾個(gè)術(shù)語的解釋

1＞數(shù)據(jù)一定義為有意義的實(shí)體。數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)是在某區(qū)

間內(nèi)連續(xù)變化的值；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是離散的值。

2＞信號(hào)一是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是隨

時(shí)間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波；數(shù)字信號(hào)則是一系列離散的電脈沖?？蛇x擇適當(dāng)?shù)?/p>

參量來表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

3＞信息一是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。

4＞信源一通信過程中產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī)。

5＞信宿一通信過程中接收和處理信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī)。

6＞信道一信源和信宿之間的通信線路。

2.模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的表示

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)可通過參量〈幅度〉來表示：

圖2.1模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的表示

3.模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的表示

模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)來表示,因而無論信源產(chǎn)生的是模擬

數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在傳輸過程中都可以用適合于信道傳輸?shù)哪撤N信號(hào)形式來傳輸。

1＞模擬數(shù)據(jù)可以用模擬信號(hào)來表示。模擬數(shù)據(jù)是時(shí)間的函數(shù)，并占有一定的頻率范圍,

即頻帶。這種數(shù)據(jù)可以直接用占有相同頻帶的電信號(hào),即對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)來表示。模擬電話

通信是它的一個(gè)應(yīng)用模型。

2＞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用模擬信號(hào)來表示。如M如em可以把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號(hào)；也可

以把模擬信號(hào)解調(diào)成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。用Modem撥號(hào)上網(wǎng)是它的一個(gè)應(yīng)用模型。

3＞模擬數(shù)據(jù)也可以用數(shù)字信號(hào)來表示。對(duì)于聲音數(shù)據(jù)來說,完成模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)

換功能的設(shè)施是編碼解碼器CODEC。它將直接表示聲音數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)，編碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)

制流近似表示的數(shù)字信號(hào);而在線路另一端的CODEC,則將二進(jìn)制流碼恢復(fù)成原來的模擬數(shù)

據(jù)一數(shù)字電話通信是它的一個(gè)應(yīng)用模型。

4＞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用數(shù)字信號(hào)來表示。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可直接用二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號(hào)來表示，但

為了改善其傳播特性，一般先要對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)專線網(wǎng)DDN網(wǎng)絡(luò)通信是

它的一個(gè)應(yīng)用模型。

4.數(shù)據(jù)通信的長(zhǎng)距離傳輸及信號(hào)衰減的克服

1＞模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可以在合適的傳輸媒體上進(jìn)行傳輸（如圖2.2＞；

模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)甥

模擬儲(chǔ)號(hào)

校擬「；',二我波翔率數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)

圖2.2模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的傳輸表示

2>模擬信號(hào)無論表示模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在傳輸一定距離后都會(huì)衰減?？朔霓k法

是用放大器來增強(qiáng)信號(hào)的能量，但噪音分量也會(huì)增強(qiáng),以至引起信號(hào)畸變。

3>數(shù)字信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸也會(huì)衰減,克服的辦法是使用中繼器，把數(shù)字信號(hào)恢復(fù)為“0、1”的

標(biāo)準(zhǔn)電平后繼續(xù)傳輸。

2.1.2數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo)

1.數(shù)據(jù)傳輸速率

1>數(shù)據(jù)傳輸速率--每秒傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，單位為位/秒,記作皿或兇。

計(jì)算公式:S=l/T*log2N<bps>......(1)

式中T為一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度〈全寬碼〉或重復(fù)周期〈歸零碼〉單位為秒；

N為一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù)。

通常N=2K,K為二進(jìn)制信息的位數(shù),K=log2N。

N=2時(shí),S=l/T,表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率。

2>信號(hào)傳輸速率--單位時(shí)間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特，記作Baud?

計(jì)算公式：B=l/T<Baud>......⑵

式中T為信號(hào)碼元的寬度，單位為秒.

信號(hào)傳輸速率，也稱碼元速率、調(diào)制速率或波特率。

由⑴、⑵式得：S=B*log2N<bps>......⑶

或B=S/Iog2N<Baud>......(4)

［例1］采用四相調(diào)制方式，即N=4,且T=833xl0-6秒，則

S=l/T*log2N=l/<833xl0-6>*Iog24=2400<bps>

B=1/T=l/<833x10-6>=1200<Baud>

2.信道容量

1>信道容量表示一個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率,單位:位/秒<bps>

信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別是，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率,是信道傳輸數(shù)

據(jù)能力的極限，而后者是實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。像公路上的最大限速與汽車實(shí)際速度的關(guān)系

一樣。

2>離散的信道容量

奈奎斯特<Nyquist>無噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬H的關(guān)系：

B=2*H<Baud>......(5)

奈奎斯特公式--無噪信道傳輸能力公式：

C=2*H*log2N<bps>......(6)

式中H為信道的帶寬，即信道傳輸上、下限頻率的差值,單位為Hz；

N為一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù)。

［例2］普通電話線路帶寬約3kHz,則碼元速率極限值B=2*H=2*3k=6kBaud；

若碼元的離散值個(gè)數(shù)N=16,則最大數(shù)據(jù)傳輸速率C=2*3k*log216=24kbps。

3>連續(xù)的信道容量

香農(nóng)公式一帶噪信道容量公式：

C=H*log2<l+S/N><bps>......(7)

式中S為信號(hào)功率，

N為噪聲功率，

S/N為信噪比,通常把信噪比表示成101g<S/N>分貝<dB>。

［例3］已知信噪比為30dB,帶寬為3kHz,求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。

V101g<S/N>=30:.S/N=1030/10=1000

:.C=3klog2<l+1000>=30kbps

3.誤碼率-二進(jìn)制數(shù)據(jù)位傳輸時(shí)出錯(cuò)的概率。

它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標(biāo)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般

要求誤碼率低于106若誤碼率達(dá)不到這個(gè)指標(biāo),可通過差錯(cuò)控制方法檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。

誤碼率公式：

Pe=Ne/N......(8)

式中Ne為其中出錯(cuò)的位數(shù)；

N為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總數(shù)。

2.1.3通信方式

1.并行通信方式

并行通信傳輸中有多個(gè)數(shù)據(jù)位,同時(shí)在兩個(gè)設(shè)備之間傳輸。發(fā)送設(shè)備將這些數(shù)據(jù)位通過

對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備,還可附加一位數(shù)據(jù)校驗(yàn)位。接收設(shè)備可同時(shí)接收到這些數(shù)據(jù),

不需要做任何變換就可直接使用。并行方式主要用于近距離通信。計(jì)算機(jī)內(nèi)的總線結(jié)構(gòu)就

是并行通信的例子。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快，處理簡(jiǎn)單。

圖2.3并行數(shù)據(jù)傳輸

2.串行通信方式

串行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線上傳輸?shù)?，先由具有幾位總線的計(jì)算機(jī)內(nèi)

的發(fā)送設(shè)備，將幾位并行數(shù)據(jù)經(jīng)如串巷換硬件轉(zhuǎn)換成串行方式,再逐位經(jīng)傳輸線到達(dá)接收站

的設(shè)備中，并在接收端將數(shù)據(jù)從串行方式重新轉(zhuǎn)換成并行方式，以供接收方使用。串行數(shù)據(jù)傳

輸?shù)乃俣纫炔⑿袀鬏斅枚?，但?duì)于覆蓋面極其廣闊的公用電話系統(tǒng)來說具有更大的現(xiàn)實(shí)

意義。

并行到串

接行的找換發(fā)

收送

串行到并

石行的轉(zhuǎn)換

設(shè)設(shè)

備口回回回備

圖2.4串行數(shù)據(jù)傳輸

3.串行通信的方向性結(jié)構(gòu)

串行數(shù)據(jù)通信的方向性結(jié)構(gòu)有三種，即續(xù)工、半雙工和全雙工。

接收設(shè)品|二

(b)半雙工

|發(fā)送設(shè)簽WZAT接收設(shè)備1

接收設(shè)缶巾送設(shè)胡

通信連接

(C)全雙工

圖2.5單工、半雙工、全雙工

單工數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在二朝囪上傳輸；

半雙工數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在西仝左向上傳輸，但是，在某一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向

上傳輸，它實(shí)際上是一種切換方向的單工通信;

全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，因此.全雙工通信是兩個(gè)單工通信方

式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。

2.2數(shù)據(jù)編碼技術(shù)和時(shí)鐘同步

2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼

為了利用廉價(jià)的公共電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信，必須將發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)

變換成能夠在公共電話網(wǎng)上傳輸?shù)囊纛l信號(hào)，經(jīng)傳輸后再在接收端將音頻信號(hào)逆變換成對(duì)應(yīng)

的數(shù)字信號(hào)。實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)互換的設(shè)備稱作調(diào)制解調(diào)器〈Modem"

數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)

J-LH_JT-TL

IModem/公用電話*TModemH工作站B

圖2.6遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)器

模擬信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波具有三大要素：幅度、頻率和相位，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以針對(duì)

載波的不同要素或它們的組合進(jìn)行調(diào)制。

1.數(shù)字調(diào)制的基本形式

數(shù)字調(diào)制的三種基本形式：移幅鍵控法ASK、移頻鍵控法FSK、移相鍵控法PSK。

I1I0I1I1<0I0I1I01

ASK~I

圖2.7數(shù)字調(diào)制的三種基本形式

在ASK方式下，用載波的兩種不同幅度來表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)。ASK方式容易受增

益變化的影響，是一種低效的調(diào)制技術(shù)。在電話線路上，通常只能達(dá)到1200bps的速率。

在FSK方式下，用載波頻率附近的兩種不同頻率來表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)。在電話線路

上，使用FSK可以實(shí)現(xiàn)全雙工操作，通?？蛇_(dá)到1200bps的速率。

在PSK方式下，用載波信號(hào)相位移動(dòng)來表示數(shù)據(jù)。PSK可以使用二相或多于二相的相移,

利用這種技術(shù)，可以對(duì)傳輸速率起到加倍的作用。

由PSK和ASK結(jié)合的相位幅度調(diào)制PAM,是解決相移數(shù)已達(dá)到上限但還要提高傳輸速

率的有效方法。

2.公共電話交換網(wǎng)中使用調(diào)制解調(diào)器的必要性

公共電話交換網(wǎng)是一種頻帶模擬信道，音頻信號(hào)頻帶為300Hz?3400Hz,而數(shù)字信號(hào)頻

寬為0Hz?幾千兆Hzo若不加任何措施利用模擬信道來傳輸數(shù)字信號(hào),必定出現(xiàn)極大的失真

和差錯(cuò)。所以，要在公共電話網(wǎng)上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，必須將數(shù)字信號(hào)變換成電話網(wǎng)所允許的音頻

頻帶范圍300Hz?3400Hz。

2.2.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

數(shù)字信號(hào)可以直接采用基帶傳輸?；鶐鬏斁褪窃诰€路中直接傳送數(shù)字信號(hào)的電脈沖,

它是一種最簡(jiǎn)單的傳輸方式，近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸?；鶐鬏敃r(shí)，需要解決的

問題是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示及收發(fā)兩端之間的信號(hào)同步兩個(gè)方面。

1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示

對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)來說，最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，即

數(shù)字信號(hào)由矩形脈沖組成。

a>單極性脈沖

b＞雙極性脈沖

】八八01101001

I.U?--Tnr-p-

判決門限---------------------------

o-----LLJJ-----U-----------L

c＞單極性歸零脈沖

j101101001

1.0.…Tnnn

判決門限

uu

-1.0U

d＞雙極性歸零脈沖

0110100

1.0

判決門限TH一一n—.

-1.0u

e＞交替雙極性歸零脈沖

圖2.8基脈沖編碼方案

a＞單極性不歸零碼，無電壓表示“0”,恒定正電壓表示“1”,每個(gè)碼元時(shí)間的中間點(diǎn)是采樣

時(shí)間，判決門限為半幅電平。

b＞雙極性不歸零碼,?！按a和“0“碼都有電流為正電流為負(fù)電流,正和負(fù)的幅度

相等,判決門限為零電平。

c＞單極性歸零碼，當(dāng)發(fā)“1“碼時(shí)，發(fā)出正電流，但持續(xù)時(shí)間短于一個(gè)碼元的時(shí)間寬度，即發(fā)

出一個(gè)窄脈沖；當(dāng)發(fā)“0”碼時(shí)，仍然不發(fā)送電流。

d＞雙極性歸零碼，其中”廣碼發(fā)正的窄脈沖J0”碼發(fā)負(fù)的窄脈沖，兩個(gè)碼元的時(shí)間間隔可

以大于每一個(gè)窄脈沖的寬度，取樣時(shí)間是對(duì)準(zhǔn)脈沖的中心。

2.歸零碼和不歸零碼、單極性碼和雙極性碼的特點(diǎn)

不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始，需要用某種方法使發(fā)送器和接

收器之間進(jìn)行定時(shí)或同步;歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系.

因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。

單極性碼會(huì)積累直流分量，這樣就不能使變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良

好絕緣的交流耦合，直流分量還會(huì)損壞連接點(diǎn)的表面電鍍層;雙極性碼的直流分量大大減少,

這對(duì)數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。

3.同步過程

1＞位同步

位同步又稱同步傳輸，它是使接收端對(duì)每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端保持同步。實(shí)現(xiàn)位同步

的方法可分為外同步法和自同步法兩種。

在外同步法中，接收端的同步信號(hào)事先由發(fā)送端送來，而不是自己產(chǎn)生也不是從信號(hào)中

提取出來。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前.發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時(shí)鐘脈沖，接收端按照這一時(shí)

鐘脈沖頻率和時(shí)序鎖定接收端的接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過程中始終與發(fā)送端保持同

步。

自同步法是指能從數(shù)據(jù)信號(hào)波形中提取同步信號(hào)的方法。典型例子就是著名的曼徹斯

特編碼，常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變,位中間的跳變既作時(shí)

鐘信號(hào)，又作數(shù)據(jù)信號(hào)；從高到低跳變表示“1”,從低到高跳變表示''0”。還有一種是差分曼徹

斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，而用每位開始時(shí)有無跳變表示“0“或“1”,直跳變

為"O''，無跳變?yōu)?T'。

?.0.0.I,1,0,1.

：im-Ti

_i：（iail不A歸h零lm碼辦j：

!（避曼初蜥特編碼：

（力差分曼力斯特編碼:

I??*?It

圖2.9數(shù)字信號(hào)的同步編碼

兩種曼徹斯特編碼是將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時(shí)，也將時(shí)鐘

同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方,每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良

好的抗干擾性能。但每一個(gè)碼元都被調(diào)成兩個(gè)電平,所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。

2>群同步

在數(shù)據(jù)通信中，群同步又稱異步傳輸。是指?jìng)鬏數(shù)男畔⒈环殖扇舾伞叭骸?。?shù)據(jù)傳輸過程

中，字符可順序出現(xiàn)在比特流中,字符間的間隔時(shí)間是任意的，但字符內(nèi)各個(gè)比特用固定的時(shí)

鐘頻率傳輸。字符間的異步定時(shí)與字符內(nèi)各個(gè)比特間的同步定時(shí)，是群同步即異步傳輸?shù)奶?/p>

征。

群同步是靠起始和停止位來實(shí)現(xiàn)字符定界及字符內(nèi)比特同步的。起始位指示字符的開

始，并啟動(dòng)接收端對(duì)字符中比特的同步；而停止位則是作為字符間的間隔位設(shè)置的，沒有停止

位，下一字符的起始位下降沿便可能丟失。

群同步傳輸每個(gè)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(cuò)；

4>1?2位停止位,以邏輯”1”表示,用作字符間的間隔。

空閑位或前第n個(gè)字符空閑位第n+1個(gè)字符

?停」I.位號(hào)始*.呼校驗(yàn)位_____________

11105-8位數(shù)據(jù)位0"11_,br

1-2位停止位

圖2.10群同步的字符格式

2.2.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

1.脈碼調(diào)制PCMo

脈碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)，對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行周期性采樣，利用之有效信號(hào)

最高頻率或其帶寬2倍的采樣頻率，通過低通濾波器從這些采樣中重新構(gòu)造出原始信號(hào)。

采樣定理表達(dá)公式：

Fs<=l/Ts>>2Fmax或Fs>2Bs

式中Ts為采樣周期

Fs為采樣頻率

Fmax為原始信號(hào)的最高頻率

Bs＜=Fmax-Fmin＞為原始信號(hào)的帶寬

2.模擬信號(hào)數(shù)字化的三步驟

1＞采樣，以采樣頻率Fs把模擬信號(hào)的值采出；

2＞量化,使連續(xù)模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間軸上的離散值;

3＞編碼，將離散值變成一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)碼。

用J1L叩REn凹

011001100H1110000010101

圖2.11脈碼調(diào)制＜PCM＞原理

2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)就是把許多個(gè)單個(gè)信號(hào)在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)。頻分多路復(fù)用

FDM和時(shí)分多路復(fù)用TDM是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。

1.頻分多路復(fù)用FDM技術(shù)原理

在物理信道的可用帶寬超過單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下,可將該物理信道的總聾寬分

割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同〈或略寬〉的子信道,每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào),這就是

步分多路復(fù)用。

多路原始信號(hào)在步分復(fù)用前,先要通過頻譜搬移技術(shù)將各路信號(hào)的頻譜搬移到物理信道

頻譜的不同段上，使各信號(hào)的帶寬不相互重疊,然后用不同的頻率調(diào)制每一個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)

要一個(gè)樣以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止互相干擾，使用保護(hù)帶來隔離

每一個(gè)通道。

撅

施

源

通指】：】）

I分

分

源

通道2多

源

uM;多

通道:；路

源

I路

通道1復(fù)

源1-U

用

油

h用

106~滸

源

;器

心

源W?-

,、

><Ml速道8〈18]

＜a＞頻分多路復(fù)用

時(shí)

時(shí)

分

各

跆

V

用

器

MCXMCX

<b>時(shí)分多路復(fù)用

圖2.12頻分多路復(fù)用與時(shí)分多路復(fù)用

2.時(shí)分多路復(fù)用TDM技術(shù)原理

若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率，可采用時(shí)分多路復(fù)用

TDM技術(shù)，即將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)

間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用，這樣，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信道上

傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。

時(shí)分多路復(fù)用TDM不僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。

3.T1載波與E1載波的幀結(jié)構(gòu)

1>T1載波

Bell系統(tǒng)的T1載波利用脈碼調(diào)制PCM和時(shí)分TDM技術(shù)，使24路采樣聲音信號(hào)復(fù)用

一個(gè)通道。每一個(gè)幀包含193位，每一幀用125us時(shí)間傳送。T1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為

1.544Mbps,

圖2.13T1載波幀結(jié)構(gòu)

2>E1載波

CCITT建議了一種2.048Mbps速率的PCM載波標(biāo)準(zhǔn)，稱為E1載波〈歐洲標(biāo)準(zhǔn)〉。它每

一幀開始處有8位同步作用,中間有8位作用信令,在組織30路8位數(shù)據(jù)，全幀包括256位，每

一幀用125us時(shí)間傳送?？捎?jì)算出E1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為256位/125us=2.048Mbps。

2.2.5異步傳輸和同步傳輸

1.異步傳輸方式中，一次只傳輸一個(gè)字符。每個(gè)字符用一位起始位引導(dǎo)、一位停止位結(jié)

束。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，發(fā)送方可發(fā)送連續(xù)的停止位。接收方根據(jù)“「至“0”的跳變來判斷一

個(gè)新字符的開始，然后接收字符中的所有位。

2.同步傳輸時(shí)，為使接收雙方能判別數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束，還需要在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始處

和結(jié)束處各加一個(gè)幀頭和一個(gè)幀尾，加有幀頭、幀尾的數(shù)據(jù)稱為一幀。

2.3數(shù)據(jù)交換技術(shù)

數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸,按數(shù)據(jù)傳送技術(shù)劃分，交換網(wǎng)絡(luò)又可分為電路交

換網(wǎng)、報(bào)文交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)。圖2.14為一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

H2o

網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)

A

III11-1

D

115網(wǎng)絡(luò)站

圖2.14交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.3.1電路交換的工作原理

1.電路交換的三個(gè)過程

1＞曳路建立:在傳輸任何數(shù)據(jù)之前,要先經(jīng)過呼叫過程建立一條端到端的電路。如圖2.14

所示，若H1站要與H3站連接，典型的做法是,H1站先向與其相連的A節(jié)點(diǎn)提出請(qǐng)求，然后A

節(jié)點(diǎn)在通向C節(jié)點(diǎn)的路徑中找到下一個(gè)支路。比如A節(jié)點(diǎn)選擇經(jīng)B節(jié)點(diǎn)的電路，在此電路上

分配一個(gè)未用的通道，并告訴B它還要連接C節(jié)點(diǎn)；B再呼叫C,建立電路BC,最后，節(jié)點(diǎn)C

完成到H3站的連接。這樣A與C之間就有一條專用電路ABC,用于H1站與H3站之間的

數(shù)據(jù)傳輸。

2＞數(shù)據(jù)傳輸:電路ABC建立以后,數(shù)據(jù)就可以從A發(fā)送到B,再由B交換到C；C也可

以經(jīng)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中，所建立的電路必須始終保持連接狀態(tài)。

3＞電路拆除:數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由某一方（A或C發(fā)出拆除請(qǐng)求，然后逐節(jié)拆除到對(duì)方節(jié)

點(diǎn)。

2.電路交換技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其特點(diǎn)

1＞優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速,數(shù)據(jù)不會(huì)丟失且保持原來的序列。

2＞缺點(diǎn)：在某些情況下，電路空閑時(shí)的信道容易被浪費(fèi)：在短時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)電路建立

和拆除所用的時(shí)間得不償失。因此，它適用于系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。

3＞特點(diǎn)：在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條專用的通路。在線路釋放之前，該通路由

一對(duì)用戶完全占用。對(duì)于猝發(fā)式的通信,電路交換效率不高。

傳輸延遲處理延遲

拆除

節(jié)點(diǎn)ABCDABCD

3）電路交換（b）報(bào)文交換2.3.2報(bào)文交換的工作原理

問題的提出：當(dāng)端點(diǎn)間交換的數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性和突發(fā)性時(shí)，采用電路交換方法的缺點(diǎn)是

信道容量和有效時(shí)間的浪費(fèi)。采用報(bào)文交換則不存在這種問題。

1.報(bào)文交換原理

報(bào)文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文，報(bào)文就是站點(diǎn)一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長(zhǎng)度不限

且可變。當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送報(bào)文時(shí),它將一個(gè)目的地址附加到報(bào)文上.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文上的目

的地址信息，把報(bào)文發(fā)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一直逐個(gè)節(jié)點(diǎn)地轉(zhuǎn)送到目的節(jié)點(diǎn)。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)在收到整個(gè)報(bào)文并檢查無誤后，就暫存這個(gè)報(bào)文，然后利用路由信息找出下一?個(gè)

節(jié)點(diǎn)的地址,再把整個(gè)報(bào)文傳送給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。因此，端與端之間無需先通過呼叫建立連接。

一個(gè)報(bào)文在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲時(shí)間，等于接收?qǐng)?bào)文所需的時(shí)間加上向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)所需

的排隊(duì)延遲時(shí)間之和。

2.報(bào)文交換的特點(diǎn)

1＞報(bào)文從源點(diǎn)傳送到目的地采用”存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”方式.在傳送報(bào)文時(shí).一個(gè)時(shí)刻僅占用一段

通道。

2＞在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲(chǔ)，報(bào)文需要排隊(duì)，故報(bào)文交換不能滿足實(shí)時(shí)通信的要求。

3.報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)

1＞電路利用率高。由于許多報(bào)文可以分時(shí)共享兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通道，所以對(duì)于同樣的通

信量來說，對(duì)電路的傳輸能力要求較低。

2＞在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大很大時(shí)，就不能接受新的呼叫。而在報(bào)文交換網(wǎng)

絡(luò)上，通信量大時(shí)仍然可以接收?qǐng)?bào)文，不過傳送延遲會(huì)增加。

3＞報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點(diǎn)。

4＞報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。

4.報(bào)文交換的缺點(diǎn)

1＞不能滿足實(shí)時(shí)或交互式的通信要求，報(bào)文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間長(zhǎng)且不定。

2＞有時(shí)節(jié)點(diǎn)收到過多的數(shù)據(jù)而無空間存儲(chǔ)或不能及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，就不得不丟棄報(bào)文，而且

發(fā)出的報(bào)文不按順序到達(dá)目的地。

2.3.3分組交換的工作原理分組交換是報(bào)文交換的一種改進(jìn)，它將報(bào)文分成若干個(gè)分組，每個(gè)

分組的長(zhǎng)度有一個(gè)上限，有限長(zhǎng)度的分組使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需的存儲(chǔ)能力降低了，分組可以存儲(chǔ)

到內(nèi)存中，提高了交換速度。它適用于交互式通信,如終端與主機(jī)通信。分組交換有虛電路分

組交換和數(shù)據(jù)報(bào)分組交換兩種。它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。

1.虛電路分組交換原理與特點(diǎn)

在虛電路分組交換中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間要先建一條邏輯

通路。每個(gè)分組除了包含數(shù)據(jù)之外還包含一個(gè)虛電路標(biāo)識(shí)符。在預(yù)先建好的路徑上的每個(gè)節(jié)

點(diǎn)都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去，不再需要路由選擇判定。最后,由某一個(gè)站用清除請(qǐng)求分

組來結(jié)束這次連接。它之所以是“虛”的，是因?yàn)檫@條電路不是專用的。

虛電路分組交換的主要特點(diǎn)是：在數(shù)據(jù)傳送之前必須通過虛呼叫設(shè)置一條虛電路。但并

不像電路交換那樣有一條專用通路，分組在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上仍然需要緩沖，并在線路上進(jìn)行排隊(duì)等

待輸出。

2.數(shù)據(jù)報(bào)分組交換原理與特點(diǎn)

在數(shù)據(jù)報(bào)分組交換中，每個(gè)分組的傳送是被單獨(dú)處理的。每個(gè)分組稱為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，每個(gè)

數(shù)據(jù)報(bào)自身攜帶足夠的地址信息。一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)后，根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)中的地址值息和

節(jié)點(diǎn)所儲(chǔ)存的路由信息，找出一個(gè)合適的出路.把數(shù)據(jù)報(bào)原樣地發(fā)送到下一節(jié)點(diǎn)。由于各數(shù)據(jù)

報(bào)所走的路徑不一定相同，因此不能保證各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)按順序到達(dá)目的地,有的數(shù)據(jù)報(bào)甚至?xí)?/p>

途丟失。整個(gè)過程中，沒有虛電路建立，但要為每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)做路由選擇。

2.3.4各種數(shù)據(jù)交換技術(shù)的性能比較

圖2.15幾種交換方法的時(shí)序圖

1.電路交換：在數(shù)據(jù)傳輸之前必須先設(shè)置一條完全的通路。在線路拆除〈釋放》之前，該

通路由一對(duì)用戶完全占用。電路交換效率不高，適合于較輕和間接式負(fù)載使用租用的線路進(jìn)

行通信。

2.報(bào)文交換：報(bào)文從源點(diǎn)傳送到目的地采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，報(bào)文需要排隊(duì)。因此報(bào)文交

換不適合于交互式通信,不能滿足實(shí)時(shí)通信的要求。

3.分組交換：分組交換方式和報(bào)文交換方式類似，但報(bào)文被分成分組傳送,并規(guī)定了最大

長(zhǎng)度。分組交換技術(shù)是在數(shù)據(jù)網(wǎng)中最廣泛使用的一種交換技術(shù)，適用于交換中等或大量數(shù)據(jù)

的情況。

2.4拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳輸媒體2.4.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵妇W(wǎng)絡(luò)形狀，或者是它在物理上的連通性。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有：星形拓

撲、總線拓?fù)?、環(huán)形拓?fù)?、樹形拓?fù)洹⒒旌贤負(fù)浼熬W(wǎng)形拓?fù)洹?/p>

(a)星形拓?fù)?b)總線拓?fù)?/p>

(e)混合拓?fù)?f)網(wǎng)形拓?fù)?/p>

圖2.16各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇往往與傳輸媒體的選擇及媒體訪問控制方法的確定緊密相關(guān)。在選擇網(wǎng)

絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮的因素有下列幾點(diǎn):

1＞可靠性。

2＞費(fèi)用。

3＞靈活性。

4＞響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。

1.星形拓?fù)涞奶攸c(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1＞控制簡(jiǎn)單；

2＞故障診斷和隔離容易；

3＞方便服務(wù)；

缺點(diǎn)：1＞電纜長(zhǎng)度和安裝工作量可觀；

2＞中央節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)較重，形成瓶頸;

3＞各站點(diǎn)的分布處理能力較低。

2.總線拓?fù)涞奶攸c(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1＞總線結(jié)構(gòu)所需電纜數(shù)量少；

2＞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又是無源工作，有較高的可靠性；

3＞易于擴(kuò)充，增減用戶方便。

缺點(diǎn)：1＞傳輸距離有限，通信范圍受到限制；

2＞故障診斷和隔離困難；

3＞分布式協(xié)議不保證信息及時(shí)傳送，不具實(shí)時(shí)功能。站點(diǎn)必須是智能的，要有媒體

訪問控制功能，增加站點(diǎn)軟件和硬件的開銷。

3.環(huán)形拓?fù)涞奶攸c(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1＞電纜長(zhǎng)度短；

2＞增減工作站時(shí)只需簡(jiǎn)單連接；

3＞可用光纖。

缺點(diǎn)：1＞節(jié)點(diǎn)故障會(huì)引起全網(wǎng)的故障;

2＞故障難檢測(cè)；

3＞媒體訪問協(xié)議都用令牌傳遞方式,在負(fù)載很輕時(shí)，信道利用率較低。

4.樹形拓?fù)涞亩x及優(yōu)缺點(diǎn)

樹形拓?fù)洌簭目偩€拓?fù)溲葑兌鴣?，像一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個(gè)分支

還可帶子分支。樹根接收各站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后再?gòu)V播發(fā)送到全網(wǎng)。

優(yōu)點(diǎn)：1＞易于擴(kuò)展；

2＞故障隔離較容易。

缺點(diǎn)：1＞節(jié)點(diǎn)對(duì)根依賴性太大.若根發(fā)生故障，則發(fā)網(wǎng)不能正常工作。

5.混合形拓?fù)涞亩x及優(yōu)缺點(diǎn)

混合形拓?fù)洌簩煞N單一拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)混合起來,取兩者的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)成的拓?fù)洹?/p>

優(yōu)點(diǎn)：1＞故障診斷和隔離方便；

2＞易于擴(kuò)展；

3＞安裝方便；

缺點(diǎn)：1＞需用帶智能的集中器；

2＞集中器到各站點(diǎn)的電纜長(zhǎng)度會(huì)增加。

6.網(wǎng)形拓?fù)涞奶攸c(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1＞應(yīng)用廣泛；

2＞不受瓶頸問題和失效問題的影響。

缺點(diǎn)：1＞結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也復(fù)雜,建設(shè)成本高。

2.4.2傳輸媒體

傳輸媒體是通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方之間的物理通路，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸媒體

分有線和無線兩大類。

傳輸媒體的特性對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量有很大影響,這些特征是：

⑴物理特性：說明傳輸媒體的特性。

⑵傳輸特性：包括是使用模擬信號(hào)發(fā)送還是使用數(shù)字信號(hào)發(fā)送、調(diào)制技術(shù)、傳輸容量及

傳輸頻率范圍。

⑶連通性：采用點(diǎn)到點(diǎn)連接還是多點(diǎn)連接。

⑷地理范圍：在不用中間設(shè)備并將失真限制在允許范圍內(nèi)的情況下，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所允許的

最大距離。

⑸抗干擾性：防止噪音、電磁干擾對(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。

⑹相對(duì)價(jià)格：包括元件、安裝和維護(hù)等價(jià)格。

1.有線傳輸媒體

1＞雙絞線＜TP＞-由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導(dǎo)線組成。雙絞線一般分為非屏蔽雙絞線

＜UTP＞和屏蔽雙絞線＜STP＞。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最常用的是第三類和第五類非屏蔽雙絞線。

⑴物理特性：銅質(zhì)線芯，傳導(dǎo)性能良好。

⑵傳輸特性：可用于傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，對(duì)于模擬信號(hào)，約5-6公里需要一個(gè)放大

器對(duì)于數(shù)字信號(hào)，約2-3公里需耍一個(gè)中繼器。雙絞線的帶寬達(dá)268kHz。

對(duì)于模擬信號(hào)，可用頻分多路復(fù)用技術(shù)把它分成24路來傳輸音頻模擬信號(hào)，根據(jù)目前的

Modem技術(shù)，若使用移相鍵控法PSK,每路可達(dá)9600bps以上，這樣，在一條24路的雙絞線上,

總傳輸率可達(dá)230kbpso

對(duì)于數(shù)字信號(hào)，使用T1線路總傳輸率可達(dá)1.544Mbps。達(dá)到更高傳輸率也是可能的，但與

距離有關(guān)。

對(duì)于局域網(wǎng)C10BASE-T和100BASE-T總線〉，傳輸速率可達(dá)lOMbps-lOOMbps。常用的

3類雙絞線和5類雙絞線電纜均由4對(duì)雙絞線組成,3類雙絞線傳輸速率可達(dá)10Mbps,5類雙

絞線傳輸速率可達(dá)100Mbps。但與距離有關(guān)。

⑶連通性：可用于點(diǎn)到點(diǎn)連接或多點(diǎn)連接。

⑷地理范圍：對(duì)于局域網(wǎng)，速率100Kbps,可傳輸1公里；速率10Mbps--100Mbps,可傳輸

100米。

⑸抗干擾性：低頻＜10kHz以下〉抗干擾性能強(qiáng)于同軸電纜，高頻＜10-100kHz＞抗干擾性能

弱于同軸電纜。

⑹相對(duì)價(jià)格：比同軸電纜和光纖便宜得多。

2＞同軸電纜-由繞同一軸線的兩個(gè)導(dǎo)體所組成,被廣泛用于局域網(wǎng)中。為保持同軸電纜的

正確電氣特性,電纜必須接地，同時(shí)兩頭要有端接器來削弱信號(hào)反射作用。

內(nèi)心絕緣材料屏蔽塑料外皮圖2.17同軸電纜

⑴物理特性：?jiǎn)胃S電纜直徑約為1.02-2.54cm,可在較寬頻范圍工作。

⑵傳輸特性：基帶同軸電纜僅用于數(shù)字傳輸,阻抗為50C,并使用曼徹斯特編碼,數(shù)據(jù)傳輸

速率最高可達(dá)10Mbps。寬帶同軸電纜可用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)傳輸.阻抗為75Q,對(duì)于模擬

信號(hào)，帶寬可達(dá)300-450MHzo在CATV電纜上，每個(gè)電視通道分配6MHz帶寬,而廣播通道的

帶寬要窄得多，因此，在同軸電纜上使用頻分多路復(fù)用技術(shù)可以支持大量的視、音頻通道。

⑶連通性：可用于點(diǎn)到點(diǎn)連接或多點(diǎn)連接。

⑷地理范圍：基帶同軸電纜的最大距離限制在幾公里；寬帶電纜的最大距離可以達(dá)幾十

公里。

⑸抗干擾性：能力比雙絞線強(qiáng)。

⑹相對(duì)價(jià)格：比同軸電纜貴，比光纖便宜。

3＞光纖-由能技昱光波的石英玻璃纖維外加保護(hù)層構(gòu)成的。光纖具有寬帶、數(shù)據(jù)傳輸率

高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。按使用的波長(zhǎng)區(qū)的不同分為單模和多模光纖通信方

式。

電信號(hào)電信號(hào)

圖2.18光纖的電信號(hào)傳送過程

⑴物理特性：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖〈一來一去〉組成傳輸系統(tǒng)。按波長(zhǎng)范圍

可分為三種：0.85um波長(zhǎng)＜0.8-O.9um＞、1.3um波長(zhǎng)＜1.25-1.35um＞和1.5分01波長(zhǎng)區(qū)

＜1.53-1.58um＞。不同的波長(zhǎng)范圍光纖損耗特性也不同，其中0.85um波長(zhǎng)區(qū)為多模光纖通信方

式,1.55um波長(zhǎng)區(qū)為單模光纖通信方式,1.3um波長(zhǎng)區(qū)有多模和單模兩種方式。

⑵傳輸特性：光纖通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號(hào)，內(nèi)部的全反射可以

在任何折射指數(shù)高于包層媒體折射指數(shù)的透明媒體中進(jìn)行。實(shí)際上光纖作為頻率范圍從

1014-1015HZ的波導(dǎo)管，這一范圍覆蓋了可見光譜和部分紅外光譜。光纖的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)

Gbps級(jí)，傳輸距離達(dá)數(shù)十公里。目前,一條光纖線路上只能傳輸一個(gè)載波，隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)

展，會(huì)出現(xiàn)實(shí)用的多路復(fù)用光纖。

⑶連通性：采用點(diǎn)到點(diǎn)連接還是多點(diǎn)連接。

⑷地理范圍：可以在6-8公里的距離內(nèi)不用中繼器傳輸，因此光纖適合于在幾個(gè)建筑物

之間通過點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接局域網(wǎng)。

⑸抗干擾性：不受噪聲或電磁影響，適宜在長(zhǎng)距離內(nèi)保持高數(shù)據(jù)傳輸率，而且能夠提供良

好的安全性。

(6)＞相對(duì)價(jià)格：目前價(jià)格比同軸電纜和雙絞線都貴。

2.無線傳輸媒體

1＞微波通信：載波頻率為2GHz至40GHZ。頻率高，可同時(shí)傳送大量信息；由于微波是

沿直線傳播的,故在地面的傳播距離有限。

2＞衛(wèi)星通信：是利用地球同步衛(wèi)星作為中繼來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)的一種特殊微波通信形式。

衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制，三個(gè)同步衛(wèi)星可以覆蓋地球上全部通信區(qū)域。

3＞紅外通信和激光通信：和微波通信一樣，有很強(qiáng)的方向性,都是沿直線傳播的。但紅外

通信和激光通信要把傳輸?shù)男盘?hào)分別轉(zhuǎn)換為紅外光信號(hào)和激光信號(hào)后才能直接在空間沿直

線傳播。

微波、紅外線和激光都需要在發(fā)送方和接收方之間有一條視線通路，故它們統(tǒng)稱為視線

媒體。

3.傳輸媒體的選擇

取決于以下諸因素；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)、實(shí)際需要的通信容量、可靠性要求、能承受的價(jià)

格范圍。

4.基帶同軸電纜與寬帶同軸電纜

基帶同軸電纜用于直接傳輸數(shù)字信號(hào),阻抗為50Q基帶同軸電纜的最大距離限制在幾公

里；寬帶同軸電纜既可傳輸數(shù)字信號(hào)也可傳輸模擬信號(hào),阻抗為75C,寬帶電纜的最大距離可

以達(dá)幾十公里。

2.5差錯(cuò)控制方法2.5.1差錯(cuò)的產(chǎn)生原因及其控制方法

差錯(cuò)控制在數(shù)據(jù)通信過程中能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯(cuò)，把差錯(cuò)限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的

技術(shù)和方法。

信號(hào)在物理信道中傳輸時(shí).線路本身電器特性造成的隨機(jī)噪聲、信號(hào)幅度的衰減、頻率

和相位的畸變、電器信號(hào)在線路上產(chǎn)生反射造成的回音效應(yīng)、相鄰線路間的里戰(zhàn)以及各種外

界因素（如大氣中的閃電、開關(guān)的跳火、外界強(qiáng)電流磁場(chǎng)的變化、電源的波動(dòng)等都會(huì)造成信

號(hào)的失真。在數(shù)據(jù)通信中，將會(huì)使接受端收到的二進(jìn)制數(shù)位和發(fā)送端實(shí)際發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)位

不一致,從而造成由"0"變成"1"或由"1"變成"0”的差錯(cuò)。

1.熱噪聲和沖擊噪聲

傳輸中的差錯(cuò)都是由噪聲引起的。噪聲有兩大類.一類是信道固有的、持續(xù)存在的隨機(jī)

熱噪聲;另一類是由外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲。

熱噪聲引起的差錯(cuò)稱為隨機(jī)差錯(cuò)所引起的某位碼元的差錯(cuò)是孤立的，與前后碼元沒有關(guān)

系。它導(dǎo)致的隨機(jī)錯(cuò)通常較少。

沖擊噪聲呈突發(fā)狀，由其引起的差錯(cuò)稱為突發(fā)錯(cuò)。沖擊噪聲幅度可能相當(dāng)大，無法靠提高

幅度來避免沖擊噪聲造成的差錯(cuò),它是傳輸中產(chǎn)生差錯(cuò)的主要原因。沖擊噪聲雖然持續(xù)時(shí)間

較短,但在一定的數(shù)據(jù)速率條件下，仍然會(huì)影響到一串碼元。

2.差錯(cuò)的控制方法

最常用的差錯(cuò)控制方法是差錯(cuò)控制編碼。數(shù)據(jù)信息位在向信道發(fā)送之前,先按照某種關(guān)

系附加上一定的笈余位，構(gòu)成一個(gè)碼字后再發(fā)送,這個(gè)過程稱為差錯(cuò)控制編碼過程。接收端收

到該碼字后，檢查信息位和附加的冗余位之間的關(guān)系，以檢查傳輸過程中是否有差錯(cuò)發(fā)生，這

個(gè)過程稱為檢驗(yàn)過程。

差錯(cuò)控制編碼可分為檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼。

①檢錯(cuò)碼一一能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的編碼；

②糾錯(cuò)碼一一不僅能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)而且能自動(dòng)糾正差錯(cuò)的編碼。

差錯(cuò)控制方法分兩類，一類是自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ,另一類是前向糾錯(cuò)FECo

在ARQ方式中，當(dāng)接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，就設(shè)法通知發(fā)送端重發(fā)，直到收到正確的碼字為

止。ARQ方式只使用檢錯(cuò)碼。

在FEC方式中，接收端不但能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，而且能確定二進(jìn)制碼元發(fā)生錯(cuò)誤的位置，從而加

以糾正。FEC方式必須使用糾錯(cuò)碼。

3.編碼效率

衡量編碼性能好壞的一個(gè)重要參數(shù)是編碼效率R,它是碼字中信息位所占的比例。編碼

效率越高，即R越大,信道中用來傳送信息碼元的有效利用率就越高。編碼效率計(jì)算公式為：

R=k/n=k/<k+r>

式中k為碼字中的信息位位數(shù)

r為編碼時(shí)外加冗余位位數(shù)

n為編碼后的碼字長(zhǎng)度

2.5.2奇偶校驗(yàn)碼

奇偶校驗(yàn)碼是一種通過增加冗余位使得碼字中"1"的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法，它

是一種檢錯(cuò)碼。

I.垂直奇偶校驗(yàn)的特點(diǎn)及編碼規(guī)則

發(fā)送順序

T

IllI12...Ilq

信

息

位

121122...I2q

IplIp2...Ipq

rlr2...rq

冗余位

1>編碼規(guī)則：

偶校驗(yàn):ri=Ili+I2i+...+Ipi<i=l,2,...,q>

奇校驗(yàn)：ri=Ili+I2i+...+Ipi+l<i=l,2,...,q>

式中p為碼字的定長(zhǎng)位數(shù)

q為碼字的個(gè)數(shù)

垂直奇偶校驗(yàn)的編碼效率為R=p/<p+l>o

2>特點(diǎn)：垂直奇偶校驗(yàn)又稱縱向奇偶校驗(yàn)，它能檢測(cè)出每列中所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)，但檢測(cè)不出

偶數(shù)個(gè)的錯(cuò)。因而對(duì)差錯(cuò)的漏檢率接近l/2o

位'數(shù)字

0123456789

C1

0101010101

C2

00I1001I00

C3

0000111100

C4

0000000011

C5

1111111111

C6

C7

0000000000

偶

co

0110100110

奇

1001011001

2.水平奇偶校驗(yàn)的特點(diǎn)及編碼規(guī)則

1＞編碼規(guī)則：

發(fā)送順序

T

111112...Ilq

rl

印

121122...I2q

IplIp2...Ipq

L____________J

T

信息位

冗余位

偶校驗(yàn)：ri=Iil+Ii2+...+Iiq<i=l,2,...,p>

奇校驗(yàn)：ri=Iil+Ii2+...+Iiq+1<i=l,2,...,p>

式中p為碼字的定長(zhǎng)位數(shù)

q為碼字的個(gè)數(shù)

水平奇偶校驗(yàn)的編碼效率為R=q/<q+l>o

2>特點(diǎn)：水平奇偶校驗(yàn)又稱橫向奇偶校驗(yàn),它不但能檢測(cè)出各段同一位上的奇數(shù)個(gè)錯(cuò)，而

且還能檢測(cè)出突發(fā)長(zhǎng)度

位'數(shù)字

0123456789

偶校驗(yàn)

Cl

0101010101

1

C2

0011001100

0

C3

0000111100

0

C4

0000000011

0

C5

1111111111

1

C6

1111111111

1

C7

0000000000

0

3.水平垂直奇偶校驗(yàn)的特點(diǎn)及編碼規(guī)則

1＞編碼規(guī)則：

發(fā)送順序

T

ill

112

Hq

rl,q+l

121

122

I2q

r2,q+l

Ipl

Ip2

ipq

rp,q+l

rp+1,1

rp+1,2

rp+l,q

rp+l,q+l

若水平垂直都用偶校驗(yàn)，則

ri,q+l=Iil+Ii2+...+Iiq<i=l,2,...,p>

rp+l,j=Ilj+I2j+...+Ipj<j=12…,q>

rp+1,q+1=rp+1,1+rp+1,2+...+rp+l,q

=rl,q+1+r2,q+1+...+rp,q+1

水平垂直奇偶校驗(yàn)的編碼效率為R=pq/[<p+1><q+1。

2>特點(diǎn)：水平垂直奇偶校驗(yàn)又稱縱橫奇偶校驗(yàn)。它能檢測(cè)出所有3位或3位以下的錯(cuò)

誤、奇數(shù)個(gè)錯(cuò)、大部分偶數(shù)個(gè)錯(cuò)以及突發(fā)長(zhǎng)度

位'數(shù)字

0123456789

校驗(yàn)碼字

C1

0101010101

1

C2

0011001100

0

C3

0000111100

0

C4

0000000011

0

C5

1111111111

1

C6

1111111111

1

C7

0000000000

0

C8

0110100110

1

2.5.3循環(huán)冗余碼（CRC

1.CRC的工作方法

在發(fā)送端產(chǎn)生一個(gè)循環(huán)冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端，接收端收到的信息

按發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進(jìn)行校驗(yàn),若有錯(cuò)，需重發(fā)。

2.循環(huán)冗余碼的產(chǎn)生與碼字正確性檢驗(yàn)例子。

例1.已知：信息碼信息多項(xiàng)式:K<X>=X5+X4+X+1

生成碼:11001生成多項(xiàng)式:G<X>=X4+X3+l<r=4>

求：循環(huán)冗余碼和碼字。

解：1><X5+X4+X+1>*X4的積是X9+X8+X5+X4對(duì)應(yīng)的碼是1100110000?

2>積/G<X><按模二算法》。

由計(jì)算結(jié)果知冗余碼是1001,碼字就是1100111001..

________100001<-O<X>

G〈x>—11001>1100110000—F〈X>*Xr

11001,

10000

11001

100冗余碼〉

例2.已知：接收碼字:1100111001多項(xiàng)式:T<X>=X9+X8+X5+X4+X3+1

生成碼：11001生成多項(xiàng)式:G<X>=X4+X3+l<m4>

求：碼字的正確性。若正確，則指出冗余碼和信息碼。

解：1>用字碼除以生成碼,余數(shù)為0,所以碼字正確。

________100001<-O<X>

G<x>^l1001>110011100，F(xiàn)<X>*Xr+R<x>

11001,

11001

11001

0-S<X>v余數(shù)〉

2>因r=4,所以冗余碼是：11001,信息碼是:110011

3.循環(huán)冗余碼的工作原理

循環(huán)冗余碼CRC在發(fā)送端編碼和接收端校驗(yàn)時(shí),都可以利用事先約定的生成多項(xiàng)式

G<X>來得到,K位要發(fā)送的信息位可對(duì)應(yīng)于一個(gè)<k-l>次多項(xiàng)式K<X>,i■位冗余位則對(duì)應(yīng)于一

個(gè)<r-l>次多項(xiàng)式R<X>,由r位冗余位組成的n=k+r位碼字則對(duì)應(yīng)于一個(gè)<n-l>次多項(xiàng)式

T<X>=Xr*K<X>+R<X>c

4.循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的特點(diǎn)

1>可檢測(cè)出所有奇數(shù)位錯(cuò)：

2>可檢測(cè)出所有雙比特的錯(cuò)；

3>可檢測(cè)出所有小于、等于校驗(yàn)位長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)。

5.4種生成碼<P44>

2.5.4海明碼

1.海明碼的概念

海明碼是一種可以糾正一位差錯(cuò)的編碼。它是利用在信息位為k位，增加r位冗余位，構(gòu)

成一個(gè)n=k+r位的碼字,然后用r個(gè)監(jiān)督關(guān)系式產(chǎn)生的r