第二章第二章数据通信的基础知识数据通信的基础知识本章重点本章重点l基本概念基本概念多路复用多路复用l信道信道数据交换技术数据交换技术l传输媒体传输媒体差错控制差错控制l编码编码8/11/202412.1基本概念基本概念l数据数据(Data)：传递（携带）信息的实体（描述物体的数字、传递（携带）信息的实体（描述物体的数字、字母或符号），信息字母或符号），信息(Information)则是数据的内容或解则是数据的内容或解释。释。-模拟模拟(Analog)数据数据是指在某个区间内连续变化的值。是指在某个区间内连续变化的值。例如：声音和视频例如：声音和视频 数字数字(Digital)数据数据在某个区间内是离散的值。在某个区间内是离散的值。 例如：文本和整数例如：文本和整数一些术语一些术语8/11/20242信号信号(Signal)：数据的物理量编码（数据的物理量编码（通常为电编码）通常为电编码），数据，数据以信号的形式传播。以信号的形式传播。 -模拟模拟信号信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波。是随时间连续变化的电流、电压或电磁波。 数字数字信号信号是指利用其某个参量（如幅度、频率或相位等）是指利用其某个参量（如幅度、频率或相位等）的变化来表示数据的变化来表示数据结合你的生活经历结合你的生活经历请举例说明信息、数据、信号之间的关系请举例说明信息、数据、信号之间的关系8/11/20243信源信源:通信过程中产生和发送信息的设备通信过程中产生和发送信息的设备或计算机或计算机。信宿信宿:通信过程中接收和处理信息的设备通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。或计算机。信道信道:信源和信宿之间的通信线路（或通信源和信宿之间的通信线路（或通路）是传输信号的通路，由传输线路及相应路）是传输信号的通路，由传输线路及相应的附属设备组成。同一条传输线路上可以有的附属设备组成。同一条传输线路上可以有多个信道。多个信道。例如：一条光缆可以同时供几千人通话，有例如：一条光缆可以同时供几千人通话，有几千条电话信道。几千条电话信道。8/11/20244信号带宽信号带宽是指信号的频率范围；是指信号的频率范围；信信道道带带宽宽是是指指信信道道上上能能够够传传输输信信号号的的最最大大频频率率范范围围。信信号号带带宽宽不不能能大大于于信信道道带带宽宽，否否则则无无法法实实现现通信。通信。实实例例：传传输输线线路路和和信信道道之之间间的的关关系系可可以以看看作作马马路路与与车车道道之之间间的的关关系系，一一条条马马路路可可以以划划分分成成一一车车道道，也也可可以以划划分分成成多多车车道道；信信号号带带宽宽和和信信道道带带宽宽之之间间的的关关系系可可以以看看作作汽汽车车宽宽度度与与车车道道宽宽度度之之间间的的关关系系，汽车宽度不能大于汽车宽度不能大于车道宽度，否则交通无法实现。车道宽度，否则交通无法实现。8/11/20245l比特率比特率(BitRate)：数据传输速率数据传输速率(bps，b/s)是是单位时间内所传送的二进制位的个数，单位为单位时间内所传送的二进制位的个数，单位为bps或或b/s。l码元码元(CodeCell)：时间轴上的一个时间轴上的一个信号编码单元信号编码单元l码字码字:码元的有意义的序列称为码字。码元的有意义的序列称为码字。t码元码元1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号同步脉冲同步脉冲同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始8/11/20246l波特率波特率(Baud)：即即信号传送速率信号传送速率是单位时间内所传送的信号的个数是单位时间内所传送的信号的个数（码元数）码元数），单位为，单位为baud(波特波特)。1Baud=（log2M）bps其中其中M是信号的编码级数，是信号的编码级数，2N=M。例如：例如：4级编码级编码,即即每个信号可有每个信号可有4种不种不同状态同状态00011011，则一个码元由两个比特位构成，则一个码元由两个比特位构成 一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特（波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。 t码元码元1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号同步脉冲同步脉冲8/11/20247数数据据传传输输速速率率和和信信号号传传输输速速率率之之间间的的关关系系：两两者者都都是是衡衡量量信信息息在在传传输输线线路路上上传传输输快快慢慢的的指指标标，但但两两者者针针对对的的对对象象不不同同，前前者者针针对对二二进制位，进制位，后者针对信号后者针对信号8/11/20248 带宽带宽(Bandwidth)：信号或信道占据的频率范围信号或信道占据的频率范围信道容量信道容量(Channelcapacity)：信道的最大数据率信道的最大数据率 误码率误码率(Biterrorrate)：信道传输可靠性指标信道传输可靠性指标P=错误的位数错误的位数/传输的总位数传输的总位数信息编码：信息编码：将信息用二进制数表示的方法将信息用二进制数表示的方法。数据编码数据编码：将数据用物理量表示的规则将数据用物理量表示的规则。例如：字母例如：字母A的的ASCII编码为编码为01000001，其数据编码可能为，其数据编码可能为01000001t8/11/20249通信系统模型通信系统模型通信的三个要素：通信的三个要素：信源、信宿和信道信源、信宿和信道任何一个通信系统都可以抽象为以下模型：任何一个通信系统都可以抽象为以下模型：噪声噪声信源信源编码编码调制调制信道信道解调解调解解码码信宿信宿编码器：编码器：数据数据适合传输的适合传输的信号信号便于识别、纠错便于识别、纠错调制器：调制器：信号信号适合传输的形适合传输的形式式按按频率、幅度、相位频率、幅度、相位解解码器：传输码器：传输信号信号原始原始数据数据解调器：接收波形解调器：接收波形数字数字信号信号序列序列8/11/202410信息信息数据数据信号信号在介质上传输在介质上传输信号信号数据数据信息信息通信系统的任务通信系统的任务信息通过通信系统传输信息通过通信系统传输把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传送到目的地。送到目的地。信息和数据（信息和数据（0、1比特）不能直接在介质上传输比特）不能直接在介质上传输。8/11/202411通信系统的构成通信系统的构成数据传输系统：数据传输系统：1）传输线路（包括传输介质和中继设备）传输线路（包括传输介质和中继设备）2）传输设备：调制解调器、多路复用器、交换机、）传输设备：调制解调器、多路复用器、交换机、路由器等路由器等数据处理系统：主要是指计算机。数据处理系统：主要是指计算机。8/11/202412通信基本过程通信基本过程包含两项内容：数据传输和通信控制包含两项内容：数据传输和通信控制建立物理连接建立物理连接拨号拨号数据传输链路建立阶段数据传输链路建立阶段确认对方确认对方数据及控制信息的传输数据及控制信息的传输通话阶段通话阶段数据传输链路拆除阶段数据传输链路拆除阶段证实通话结束证实通话结束通信线路拆除阶段通信线路拆除阶段挂机挂机8/11/202413数据通信中的主要技术指标数据通信中的主要技术指标1.数据传输速率数据传输速率1)数据传输速率数据传输速率-每秒传输二进制信息的位数，单位每秒传输二进制信息的位数，单位为位为位/秒，记作秒，记作bps或或b/s。计算公式计算公式:S=1/Tlog2M(bps)T为一个数字脉冲信号的宽度单位为秒；为一个数字脉冲信号的宽度单位为秒；M为一个码元所取的离散值个数（信号状态数）。为一个码元所取的离散值个数（信号状态数）。通常通常M=2K，K为二进制信息的位数，为二进制信息的位数，K=log2M。M=2时，时，S=1/T，表示数据传输速率等于信号传输速表示数据传输速率等于信号传输速率。率。8/11/2024142)信号传输速率信号传输速率-单位时间内通过信道传输的码元数，单单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作位为波特，记作Baud。计算公式计算公式:B=1/T(Baud)式中式中T为信号码元的宽度，单位为秒为信号码元的宽度，单位为秒信号传输速率信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率。也称码元速率、调制速率或波特率。由由、式得：式得：S=Blog2N(bps)或或B=S/log2N(Baud)（3）、（）、（4）式即为式即为数据传输速率和信号传输速率的关系数据传输速率和信号传输速率的关系8/11/202415信道容量信道容量1)信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒秒(bps)信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。2)离散的信道容量离散的信道容量奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)无噪声无噪声下的下的码元速率码元速率极限值极限值B与信道带宽与信道带宽H的关系：的关系：B=2H(Baud)奈奎斯特公式奈奎斯特公式-无噪无噪信道传输能力公式：信道传输能力公式：C=2Hlog2M(bps)式中式中H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单位为位为Hz；M为一个码元所取的离散值个数（信号状态数）为一个码元所取的离散值个数（信号状态数）。C为最大数据传输速率为最大数据传输速率8/11/202416M最大数据率最大数据率(C) 2 6000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps16 24000 bps32 30000 bps64 36000 bps 例如：例如：话音级线路话音级线路(3000Hz)的信道容量计算，如右的信道容量计算，如右图所示。图所示。C=2Hlog2M(bps)8/11/202417实际的信道上存在三类损耗：实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声衰减、延迟、噪声。a）衰减衰减信道的损耗引起信号强度减弱，导致信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比信噪比S/N降降低低。b）延迟延迟信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生同，在接收端会产生信号畸变信号畸变。8/11/202418c）噪声噪声是指信号在传输过程中受到的干扰，按产生的是指信号在传输过程中受到的干扰，按产生的原因可分为原因可分为内部噪声内部噪声和和外部噪声外部噪声热噪声热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声，：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声，属于内部噪声，引起的差错是随机差错。属于内部噪声，引起的差错是随机差错。串扰串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线线脉冲噪声脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等），属于磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等），属于内部内部噪声噪声，引起的差错是突发差错。，引起的差错是突发差错。噪声将噪声将破坏信号，产生误码破坏信号，产生误码。持续时间。持续时间0.01s的的干干扰可以破坏约扰可以破坏约560个比特个比特（56Kbps）。）。8/11/2024193)连续的信道容量连续的信道容量香农公式香农公式-带噪带噪信道容量公式：信道容量公式：C=Hlog2(1+S/N)(bps)式中式中S为信号功率，为信号功率，N为噪声功率，为噪声功率，S/N为信噪比，通常把信噪比表示成为信噪比，通常把信噪比表示成10lg(S/N)分分贝贝(dB)。8/11/202420S/NdB信噪比（信噪比（dB分贝）的定义分贝）的定义S/NdB=10log10S/N例：信道带宽例：信道带宽W=3KHz，信噪比为信噪比为30dB，则则 S/NdB=10lg S/NC=3000*log2(1+1000) 30Kbps即：即：8/11/2024212.2信道及其主要特征信道及其主要特征1.数字信道和模拟信道数字信道和模拟信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。数据的信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。道。8/11/2024222.模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值tta) 模拟信号b) 数字信号8/11/2024233.周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号周期信号：信号由不断重复的固定模式组成周期信号：信号由不断重复的固定模式组成（如正弦（如正弦波）波）非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环（如语（如语音的音波信号）音的音波信号），能被分解成无数个周期信号的叠加。，能被分解成无数个周期信号的叠加。ttTTTTTT周期信号周期信号8/11/202424数字通信的优点数字通信的优点抗噪声（干扰）能力强抗噪声（干扰）能力强可以控制差错，提高了传输质量可以控制差错，提高了传输质量便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理易于加密、保密性强易于加密、保密性强可以传输语音、数据、影像，通用、灵活可以传输语音、数据、影像，通用、灵活仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信。 如用如用modem通过拨号线路传输数字信号通过拨号线路传输数字信号。8/11/2024252.3传输模式传输模式(通信方式通信方式) 按按照照通通信信中中字字节节使使用用的的信信道道数数，数数据据通通信信方方式式可可分为串行通信和并行通信。分为串行通信和并行通信。1 1并行传输方式并行传输方式采采用用并并行行传传输输方方式式，可可以以一一次次传传输输多多位位数数据据。相相应应地地，从从发发送送端端到到接接收收端端的的信信道道需需要要若若干干根根传传输输线线。例例如如，计计算算机机的的并并行行口口常常用用于于连连接接打打印印机机，每每次次并并行输出行输出8 8位数据，位数据，如图所示如图所示。2 2串行传输方式串行传输方式串串行行传传输输是是一一位位一一位位地地传传送送的的，从从发发送送端端到到接接收收端端只要一根传输线即可只要一根传输线即可如图所示如图所示。8/11/2024261、并行传输方式8/11/2024272、串行传输方式 注： 串行数据通信又有三种不同的方向性结构：单工、半双工和全双工，如图所示。8/11/202428单工：数据单向单工：数据单向传输传输（无线电广播）（无线电广播）为保证正确传送数据信号，接收端要对接收的数据进行校验，若校验出为保证正确传送数据信号，接收端要对接收的数据进行校验，若校验出错，则通过监控信道发送请求重发的信号。错，则通过监控信道发送请求重发的信号。半双工：数据半双工：数据可以可以双向双向传输传输，但不能，但不能在在同同一时刻双向一时刻双向传输传输（对讲机）（对讲机）全全双工：数据可同时双向双工：数据可同时双向传输传输（电话）（电话） 两个方向的信号共享链路带宽：两个方向的信号共享链路带宽：1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或）链路具有两条物理上独立的传输线路，或2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输如图：如图：8/11/2024298/11/2024305.数字数据的传输方式数字数据的传输方式基带传输：不调制，编码后的数基带传输：不调制，编码后的数字字脉冲信号直接在信道脉冲信号直接在信道上传送上传送。例如：以太网例如：以太网频带传输：调制频带传输：调制成模拟信号成模拟信号后再传送，接收方需要解调后再传送，接收方需要解调例如：通过电话模拟信道传输例如：通过电话模拟信道传输其中，发送端将数字信号转化为模拟信号称为其中，发送端将数字信号转化为模拟信号称为调制调制。接收。接收端将模拟信号转化为数字信号，称为端将模拟信号转化为数字信号，称为解解调调。宽带传输宽带传输比音频带宽（比音频带宽（2003400HZ）更宽的频带，包括大部分电更宽的频带，包括大部分电磁波频道。磁波频道。8/11/2024316.数据数据同步方式同步方式目的是使目的是使接收端与发送端在时间基准上接收端与发送端在时间基准上一致一致(包括开始时间、包括开始时间、位边界、位边界、重复频率重复频率等等)。有两种同步方法：有两种同步方法：同步传输同步传输异步传输异步传输8/11/202432一、同步传输一、同步传输不是以字符为单位而是以数据块（一组字符）不是以字符为单位而是以数据块（一组字符）为单位传输的。在每个数据块前后加上起始和结束为单位传输的。在每个数据块前后加上起始和结束标志，使接收和发送建立同步。标志，使接收和发送建立同步。两种形式同步传输：两种形式同步传输：面向字符的同步传输面向字符的同步传输面向比特的同步传输面向比特的同步传输8/11/202433面向字符的同步传输面向字符的同步传输是一次传送由若干字符组成的数据块，并规定十个是一次传送由若干字符组成的数据块，并规定十个特殊字符作为数据块的起始和结束标志以及整个传特殊字符作为数据块的起始和结束标志以及整个传输过程的控制信息。输过程的控制信息。SYNSYN数据块数据块块校验块校验ETB/ETXSOH标题标题STXSYN是同步字符一个是同步字符一个SYN是单同步两个是单同步两个SYN是双同步是双同步SOH是序始字符，表示标题开始。是序始字符，表示标题开始。标题包括信息源地址、目的地址和路由指示等标题包括信息源地址、目的地址和路由指示等STX叫文始字符标志传送文字的开始。叫文始字符标志传送文字的开始。正文很长，需分成若干个分数据块，正文很长，需分成若干个分数据块，ETB是组终是组终字符加在字符加在每个分数据块的后面，每个分数据块的后面，ETX文终字符加在最后的分数据块文终字符加在最后的分数据块后。后。8/11/2024340111110地址场地址场控制场和数据场控制场和数据场0111110校验场校验场0-n位位帧起始帧起始帧结束帧结束8-32位位8位位面向比特的同步传输面向比特的同步传输所传的一帧数据是任意位，起止标志由约定所传的一帧数据是任意位，起止标志由约定的位模式来标志。的位模式来标志。帧起始帧起始字段字段：表示数据帧的开始表示数据帧的开始地址字段：包括源地址（发送方地址）和目的地址地址字段：包括源地址（发送方地址）和目的地址（接收方地址）（接收方地址）控制字段：用于控制信息（该部分对于不同数据帧控制字段：用于控制信息（该部分对于不同数据帧可能变化较大）可能变化较大）数据字段：用户数据（可以是字符组合，也可以是数据字段：用户数据（可以是字符组合，也可以是比特组合）比特组合）检验字段：用于检错检验字段：用于检错帧结束字段：表示数据帧的结束帧结束字段：表示数据帧的结束8/11/202435二、异步传输二、异步传输以以字符为字符为单位单位实现字符的同步接收实现字符的同步接收，每个字符前需加每个字符前需加一位起始位一位起始位，以表示一，以表示一个字符的开始，字符后加个字符的开始，字符后加一位校验位一位校验位，以便接收方进行错误校验，然后再加以便接收方进行错误校验，然后再加1，1.5，2个停止位个停止位，以表示一个字符结束。，以表示一个字符结束。8/11/202436异步传输的工作原理异步传输的工作原理异步传输的工作原理如图异步传输的工作原理如图所示，无数据传输时，所示，无数据传输时，传输线处于停止状态，即高电平；当检测到传输线状传输线处于停止状态，即高电平；当检测到传输线状态从高电平变为低电平时，即检测到起始位时，接收态从高电平变为低电平时，即检测到起始位时，接收端启动定时机构，按收、发双方端启动定时机构，按收、发双方约定约定的时钟频率对的时钟频率对约约定定的字符比特数（的字符比特数（58bit）进行接收，并以约定的进行接收，并以约定的校验算法（如果有校验位）进行差错控制；待传输线校验算法（如果有校验位）进行差错控制；待传输线状态从低电平变为高电平时（检测到终止位），接收状态从低电平变为高电平时（检测到终止位），接收结束。结束。停止位停止位起起11100001校校停止位停止位一个字符一个字符8/11/202437异步传输分析异步传输分析1、各字符分组所含比特数相同，、各字符分组所含比特数相同，用固定的时用固定的时钟频率传输钟频率传输都同步，因此传输每一字符所用的时都同步，因此传输每一字符所用的时间相同。间相同。2、起始位的作用是使每一字符内的各比特收、起始位的作用是使每一字符内的各比特收发同步。发同步。3、发送各字符的时间间隔、发送各字符的时间间隔不固定不固定，也就是不，也就是不同步。同步。8/11/202438异步传输的特点异步传输的特点1、实现简单、实现简单2、数据传输额外开销大、数据传输额外开销大因为每个字符需加起始位和终止位因为每个字符需加起始位和终止位因此，这种方式主要用于低速设备，因此，这种方式主要用于低速设备，如键盘和某些打印机等。如键盘和某些打印机等。8/11/2024392.4数据编码数据编码数据：模拟数据、数字数据数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信号：模拟信号、数字信号信道：模拟信道、数字信道信道：模拟信道、数字信道不同类型的信号在不同类型的信道上传输有不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。每一种相应地需要进行不同的编码处理。8/11/202440模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输话音话音模拟传输模拟传输模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟CODEC数字数字数字数字数字编码数字编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010Modem8/11/2024411.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 不不归零制归零制(NRZ，Non-ReturntoZero)a)单极性不归零码，无电压表示单极性不归零码，无电压表示“0”，恒定正电，恒定正电压表示压表示“1”，每个码元时间的中间点是采样时间，每个码元时间的中间点是采样时间，判决门限为半幅电平。判决门限为半幅电平。011100001 判决门限判决门限E8/11/202442011100001判决门限判决门限b)双极性不归零码，双极性不归零码，“1”码和码和“0”码都有电流，码都有电流，“1”为正电流，为正电流，“0”为负电流，正和负的幅度相等，判决门限为零电平。为负电流，正和负的幅度相等，判决门限为零电平。练习：练习：1011001思考：需要同步机制吗？思考：需要同步机制吗？E-E8/11/202443 归零制归零制a)单极性归零码，当发单极性归零码，当发“1”码时，发出正电流，但持续时间短码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲；当发于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲；当发“0”码时，码时，仍然不发送电流。仍然不发送电流。011100001判决门限判决门限8/11/202444b)双极性归零码，其中双极性归零码，其中1码发正的窄脉冲，码发正的窄脉冲，0码发负的窄脉冲，码发负的窄脉冲，两个码元的时间间隔可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间是对两个码元的时间间隔可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间是对准脉冲的中心。准脉冲的中心。011100001 判决门限判决门限E-E8/11/202445c)交替双极性归零码交替双极性归零码，在发，在发“1”时发一窄脉冲，且脉冲时发一窄脉冲，且脉冲的极性总是交替的，即如果发前一个的极性总是交替的，即如果发前一个1时是正脉冲，则发时是正脉冲，则发后一个后一个“1”时是负脉冲；而发时是负脉冲；而发“0”时不发脉冲。时不发脉冲。011010010E判决门限判决门限-E练习：练习：10110018/11/202446规定在规定在每个码元的中间每个码元的中间发生跳变：发生跳变：高高低的跳变低的跳变1，低，低高的跳变高的跳变0每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。发送设备的时钟保持一致。曼彻斯特编码也称为曼彻斯特编码也称为自同步码自同步码。它具有自同它具有自同步机制，无需外同步信号。步机制，无需外同步信号。 曼彻斯特编码曼彻斯特编码用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1。8/11/202447 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码(DifferentialManchestercode)与与曼彻斯特编码相同，曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之处在于：号都会发生跳变；不同之处在于：用在码元开始处有无跳变来表示用在码元开始处有无跳变来表示0和和1：码元开始处有跳变码元开始处有跳变0码元开始处无跳变码元开始处无跳变18/11/2024481 10 01 11 10 00 01 11 11 10 00 0 时钟时钟时钟时钟ManchesterManchester差分差分差分差分ManchesterManchester数字编码的波形图数字编码的波形图练习：练习：10110018/11/202449下列编码中，属于自同步码的是下列编码中，属于自同步码的是。A.单极性归零码单极性归零码B.双极性归零码双极性归零码C.曼彻斯特编码曼彻斯特编码D.幅移键控编码幅移键控编码8/11/2024502.数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码三种常用的调制技术：三种常用的调制技术：三种常用的调制技术：三种常用的调制技术：11） 幅移键控幅移键控幅移键控幅移键控ASK(AmplitudeShiftKeying)ASK(AmplitudeShiftKeying)，调幅调幅调幅调幅22） 频移键控频移键控频移键控频移键控FSK(FrequencyShiftKeying)FSK(FrequencyShiftKeying)，调频调频调频调频33） 相移键控相移键控相移键控相移键控PSK(PhaseShiftKeying)PSK(PhaseShiftKeying)，调相调相调相调相基本原理基本原理基本原理基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。：用数字信号对载波的不同参量进行调制。：用数字信号对载波的不同参量进行调制。：用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波载波S(t)=Acos( t+ )S(t)的参量包括的参量包括：幅度幅度A、频率频率 、相位相位 调制就是调制就是要使这三个参量随要使这三个参量随数字数字基带信号的变化而变化基带信号的变化而变化8/11/2024510 00 01 1 1 10 01 10 00 00 01 10 0ASKASK调幅调幅调幅调幅FSKFSK调频调频调频调频ASK：用载波的两个不同振幅表示用载波的两个不同振幅表示0(0v)和和1(+5v)FSK：用载波的两个不同频率表示用载波的两个不同频率表示0(1.2KHz)和和1(2.4KHz)8/11/202452PSK：用载波的起始相位的变化表示用载波的起始相位的变化表示0(同相同相)和和1(反相反相)0 00 01 1 1 10 01 10 00 00 01 10 0PSKPSK调相调相调相调相(1)绝对相移键控绝对相移键控 绝对相移键控用两个固定的不同相位表示数字绝对相移键控用两个固定的不同相位表示数字“0”和和“1” ” ，用公式可表示为：，用公式可表示为：8/11/202453(2)相对相移键控法相对相移键控法相对相移键控用载波在两位数字信号的交接处产生的相位相对相移键控用载波在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。最简单的相对调相方法偏移来表示载波所表示的数字信号。最简单的相对调相方法是：与前一个信号同相表示数字是：与前一个信号同相表示数字“0”，相位偏移，相位偏移180度表示度表示“1”.8/11/2024543.模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码奈奎斯特定理（采样定理）：奈奎斯特定理（采样定理）：如果连续变化的模拟信号最高频率为如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若若以以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。信号序列就能完整地恢复出原始信号。8/11/202455脉码调制脉码调制PCM是以采样定理为基础，对连续变化的是以采样定理为基础，对连续变化的模拟信号进行周期性采样，利用模拟信号进行周期性采样，利用有效信号最高频率有效信号最高频率或其带宽倍的采样频率，通过低通滤波器从这些采或其带宽倍的采样频率，通过低通滤波器从这些采样中重新构造出原始信号。样中重新构造出原始信号。采样定理表达公式采样定理表达公式:Fs(=1/Ts)2Fmax或或Fs2Bs式中式中Ts为采样周期为采样周期Fs为采样频率为采样频率Fmax为原始信号的最高频率为原始信号的最高频率Bs(=Fmax-Fmin)为原始信号的带宽为原始信号的带宽8/11/202456将模拟信号转换成数字信号。这需要经过三个步将模拟信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：骤：1）采样）采样按一定间隔对语音信号进行采样按一定间隔对语音信号进行采样2）量化）量化对每个样本舍入到量化级别上对每个样本舍入到量化级别上3）编码）编码对每个舍入后的样本进行编码对每个舍入后的样本进行编码8/11/202457模拟话音模拟话音模拟话音模拟话音采样时钟采样时钟采样时钟采样时钟PAMPAM信号信号信号信号PCMPCM信号信号信号信号采样电路采样电路量化和编码量化和编码 数字化声音数字化声音数字化声音数字化声音 数字化信道数字化信道数字化信道数字化信道-话音信道带宽话音信道带宽（3003400HZ）2倍倍话音话音最大频率最大频率)-量化级数：量化级数：256级级(8位二进制码表示位二进制码表示)-数据率：数据率：8000次次/s*8bit=64Kb/s每路每路PCM信号信号的速率的速率=64000bps编码后的信号称为编码后的信号称为PCM（PulseCodedModulation）信号信号（脉码调制信号）（脉码调制信号）8/11/202458PCM转换过程举例转换过程举例3.23.23.93.92.82.83.43.41.21.24.24.23 34 43 33 31 14 4011011100100011011011011001001100100 原始信号原始信号原始信号原始信号 PAMPAM脉冲脉冲脉冲脉冲 PCMPCM脉冲脉冲脉冲脉冲 （有量化误差）（有量化误差）（有量化误差）（有量化误差）011100011011001100011100011011001100 PCMPCM输出输出输出输出到线路到线路到线路到线路8/11/2024591. 用载波的两个不同的振幅来表示数字数据的调制方法称为用载波的两个不同的振幅来表示数字数据的调制方法称为。A.幅移键控幅移键控B.频移键控频移键控C.相移键控相移键控D.混合键控混合键控2. 若一物理媒体能达到的位传输速率为若一物理媒体能达到的位传输速率为64Kbps，采用采用PCM对模拟对模拟信号进行编码，每次采样使用信号进行编码，每次采样使用256个量化级进行量化，那么允许个量化级进行量化，那么允许每秒钟采样的次数是每秒钟采样的次数是。 A.256B.512C.128D.80003.数据传输技术有基带传输和频带传输，将数字信号调制数据传输技术有基带传输和频带传输，将数字信号调制为模拟信号在模拟信道中传输称为为模拟信号在模拟信道中传输称为8/11/202460作业：作业：1.分别采用不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码分别采用不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码画出画出10010101。2.使用使用NRZ编码实现编码实现10Mbps的数据传输速率需要多大的波特率？的数据传输速率需要多大的波特率？8/11/202461通信系统的例子通信系统的例子电话系统电话系统公用电话交换网公用电话交换网PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)-端到端的数据传输率：端到端的数据传输率：104b/s-干线的数据传输率：干线的数据传输率：1010b/s-总体总体误码率：误码率：10-5-通信通信干线采用光纤干线采用光纤或或微波微波数字传输系统数字传输系统。优点：出错率低、优点：出错率低、可传输可传输语音语音/数据数据/图像、图像、速率高、成本低、维护容易速率高、成本低、维护容易8/11/202462构成构成：本地回路、交换局、干线：本地回路、交换局、干线端局端局端局端局长途局长途局中心局中心局长途局长途局本地回路本地回路准长途干线准长途干线高带宽长途高带宽长途干线干线准长途干线准长途干线本地回路本地回路光纤、微波、同轴光纤、微波、同轴双绞线双绞线双绞线双绞线8/11/202463本地回路本地回路编码解码器编码解码器Codec编码解码器编码解码器Codec用户设备用户设备用户设备用户设备ModemModem端局端局端局端局长途局长途局数字干线数字干线模拟线路模拟线路（本地回路）（本地回路）模拟线路模拟线路（本地回路）（本地回路）绝大多数绝大多数为为模拟模拟线路线路计算机间传输：以计算机间传输：以模拟模拟为主，为主，所以信号要经过所以信号要经过多次变换：多次变换：数字数字模拟模拟数字数字模拟模拟数字数字8/11/202464 复用复用复用复用多个信息源共享一个公共信道多个信息源共享一个公共信道多个信息源共享一个公共信道多个信息源共享一个公共信道 为何要复用？线路成本为何要复用？线路成本DEMUX复用器复用器解复用器解复用器共享信道MUX2.5多路复用技术多路复用技术8/11/202465复用类型复用类型lFDM(频分复用频分复用)lTDM(时分复用时分复用)lWDM(波分复用波分复用)8/11/2024661.频分复用频分复用FrequencyDivisionMultiplexing原原理理：整整个个传传输输频频带带被被划划分分为为若若干干个个频频率率通通道道，每每个个用用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。把被传送的各路信号的频率分开，分配到不同的频率把被传送的各路信号的频率分开，分配到不同的频率段，如段，如f01、f02、f03、等。如果单个信道带宽为等。如果单个信道带宽为Bm，相邻频率段之间的警戒信道带宽为相邻频率段之间的警戒信道带宽为Bg，那么每个信道那么每个信道实际带宽为实际带宽为B=Bm+Bg，由由N个信道组成的频分多路复用个信道组成的频分多路复用系统的总带宽系统的总带宽BW为：为：例如例如:8/11/202467例如例如:常用双绞线的可用带宽为常用双绞线的可用带宽为100KHZ,语音信号为语音信号为300-3400HZ,因此一条双绞线上采用频分复用技术可传输因此一条双绞线上采用频分复用技术可传输多路电话信号多路电话信号.8/11/2024682.波分复用波分复用WaveDivisionMultiplexingF2F1F3光谱光谱F1F2F3共享光纤的光谱共享光纤的光谱光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤1共享光纤共享光纤 采用无源设备，更可靠采用无源设备，更可靠棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅原原理理：整整个个波波长长频频带带被被划划分分为为若若干干个个波波长长范范围围，每每个个用用户占用一个波长范围来进行传输。户占用一个波长范围来进行传输。8/11/2024693.时分复用时分复用TimeDivisionMultiplexing原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙）通道（时隙），每个用户占用一个通道传输数据。，每个用户占用一个通道传输数据。A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据复用后数据时隙时隙1234D3D2D1适用于数字信号传输适用于数字信号传输 时间片时间片8/11/2024701、同步时分多路复用、同步时分多路复用，在同步时分多路复用中，在同步时分多路复用中，采用固定时隙分配方式采用固定时隙分配方式,时间片是预先分配好的，时间片是预先分配好的，而且是固定不变的，即每个时间片与一个信号源对而且是固定不变的，即每个时间片与一个信号源对应，而不管此时是否有信息发送。在接收端，根据应，而不管此时是否有信息发送。在接收端，根据时间片序号可判断出是哪一路信号。时间片序号可判断出是哪一路信号。如图如图: :缺缺点点：某某用用户户无无数数据据发发送送，其其他他用用户户也也不不能能占占用用该通道，将会造成带宽浪费。该通道，将会造成带宽浪费。改改进进：统统计计时时分分多多路路复复用用，用用户户不不固固定定占占用用某某个通道，有空个通道，有空隙隙就将数据放入就将数据放入,即异步时分复用即异步时分复用。8/11/2024712.异步时分多路复用异步时分多路复用异步时分多路复用技术允许动态分配信道的时异步时分多路复用技术允许动态分配信道的时间片，以实现按需分配。如果某路信号源没有信间片，以实现按需分配。如果某路信号源没有信息发送，则允许其他信号源占用这个时间片，这息发送，则允许其他信号源占用这个时间片，这样可大大提高信道的利用率。样可大大提高信道的利用率。8/11/202472ABCD待发数据待发数据t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步TDM带宽浪费A1B1C2B2周期周期1周期周期2统计统计TDM可用带宽8/11/2024731.每个输入信号源的数据速率假设为每个输入信号源的数据速率假设为9.6Kbps，现有一条容量达现有一条容量达153.6Kbps的线路，若采用的线路，若采用TDM，则可容纳则可容纳个信号源。个信号源。A.2B.4C.8D.16时分复用应用系统举例时分复用应用系统举例8/11/202474数字载波标准数字载波标准l lT-标准标准l北美、日本l lE-标准标准l欧洲、中国、南美用数字信号传输语音和数据的用数字信号传输语音和数据的时分复用标准时分复用标准。8/11/202475每每125us为一个时间片，每时间片给为一个时间片，每时间片给32个用户轮流个用户轮流使用。使用。每通道占用每通道占用125us/32=3.90625us每通道一次传送每通道一次传送8位二进制数据，即每个二进制位位二进制数据，即每个二进制位占用占用0.48828125us，所以所以E1速率速率=1/0.48828125=2.048Mb/sE1标准标准8/11/202476E1-帧帧格式格式0121631125125m m m ms=32s=32时隙时隙时隙时隙=2.048=2.048MbpsMbps帧同步帧同步信令信道信令信道30路话音数据信道路话音数据信道+2路控制信道路控制信道8/11/2024772.6交换交换技术技术为什么产生交换技术？为什么产生交换技术？网络中所有设备都直接两两相连是不现实的，网络中所有设备都直接两两相连是不现实的，通常要经过通常要经过中间节点中间节点将数据从信源逐点传送到信将数据从信源逐点传送到信宿，从而实现两个互连设备之间的通信。宿，从而实现两个互连设备之间的通信。这些中间节点并不关心数据内容，它的目的这些中间节点并不关心数据内容，它的目的只是提供一个交换设备，把数据从一个节点传送只是提供一个交换设备，把数据从一个节点传送到另一个节点，直至到达目的地。通常将数据在到另一个节点，直至到达目的地。通常将数据在各节点间的数据传输过程称为数据交换。各节点间的数据传输过程称为数据交换。8/11/202478网络中常用的数据交换技术可分为两大类：网络中常用的数据交换技术可分为两大类：电路交换电路交换存储转发交换，其中存储转发交换技术又存储转发交换，其中存储转发交换技术又可分为可分为报文交换报文交换和和分组交换分组交换。8/11/202479电路交换电路交换交换设备在通信双方找出一条交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路实际的物理线路的的过程过程。(最早的电路交换连接是由最早的电路交换连接是由电话接线员电话接线员通过插塞建立的通过插塞建立的，现在现在则则由计算由计算机化的机化的程控程控交换机实现交换机实现。)利用利用电电路交换进行通信需以下三个阶段：路交换进行通信需以下三个阶段：8/11/202480利用利用电电路交换进行通信需以下三个阶段：路交换进行通信需以下三个阶段：(1)线路建立线路建立发送信息方发送信息方发出带有被呼叫方地址的呼叫请求发出带有被呼叫方地址的呼叫请求沿途经过沿途经过中间节点中间节点（一般是交换机）逐点接通一条物（一般是交换机）逐点接通一条物理通路理通路如果如果被呼叫方被呼叫方同意进行通信，就沿着已建立的通路发同意进行通信，就沿着已建立的通路发回接受呼叫的信息。回接受呼叫的信息。(2)数据传输数据传输两端点沿着已建立好的线路传输数据。两端点沿着已建立好的线路传输数据。(3)线路拆除线路拆除数据传送结束后，应拆除该物理连接，以释放该连接所占数据传送结束后，应拆除该物理连接，以释放该连接所占用的专用资源。用的专用资源。当通信双方中的一方提出拆除连接请求时，当通信双方中的一方提出拆除连接请求时，由沿途的交换机拆除物理通路。由沿途的交换机拆除物理通路。示意图示意图8/11/202481电路交换电路交换电路交换Circuit Switching8/11/202482l电路交换的特点电路交换的特点(1)优点优点线路建立后，所有数据直接传输。因此数据传输可靠、迅线路建立后，所有数据直接传输。因此数据传输可靠、迅速、有序（按原来的次序）。速、有序（按原来的次序）。(2)缺点缺点线路接通后即为专用信道，因此线路利用率低。例如，线路接通后即为专用信道，因此线路利用率低。例如，线路空闲时，信道容量被浪费。线路空闲时，信道容量被浪费。线路建立时间较长，造成有效时间的浪费。线路建立时间较长，造成有效时间的浪费。例如，只有少量数据要传送时，也要花不少时间用于建立和拆例如，只有少量数据要传送时，也要花不少时间用于建立和拆除电路。除电路。(3)结论结论线路交换适用于高负荷的持续通信和实时性要求较强的线路交换适用于高负荷的持续通信和实时性要求较强的场合（如会话式通信），不适合突发性通信。场合（如会话式通信），不适合突发性通信。8/11/202483报文交换报文交换报文传送过程报文传送过程:发送方将传送信息分为多个发送方将传送信息分为多个报文正文报文正文,在报文头部加在报文头部加上发上发/收站地址及其他控制信息收站地址及其他控制信息(即即报头报头)形成完整报文形成完整报文,在交换网络中传送在交换网络中传送,在交换过程中，在交换过程中，交换设备交换设备将接收将接收到到的的报文先存储，报文先存储，待信道空闲时待信道空闲时再转发出去再转发出去，一级一级中一级一级中转转，直到目的地，直到目的地。这种。这种数据传输数据传输技术称为技术称为存储存储-转发转发。缓缓冲冲存存储储信息信息处理处理和转和转发发输输入入输输出出8/11/202484缺点：缺点：1）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂报文大小不一，造成缓冲区管理复杂。2）大报文造成存储转发的延时过长；大报文造成存储转发的延时过长；3）出错后整个报文全部重发。出错后整个报文全部重发。8/11/202485分组交换分组交换（包交换）（包交换）将报文划分将报文划分为若干个大小相等为若干个大小相等的分组的分组(Packet)进行进行存储转发。存储转发。报文交换方式发送数据时，无论发送数据长度是多报文交换方式发送数据时，无论发送数据长度是多少，都把它看成一个逻辑单元，在发送的数据上加少，都把它看成一个逻辑单元，在发送的数据上加上目的地址、源地址和控制信息，按一定的格式打上目的地址、源地址和控制信息，按一定的格式打包后就组成一个报文。而报文分组方式是，限制数包后就组成一个报文。而报文分组方式是，限制数据的最大长度（典型值为一千或几千比特），发送据的最大长度（典型值为一千或几千比特），发送站将一个长报文分成多个报文分组，接收站再将多站将一个长报文分成多个报文分组，接收站再将多个报文分组按分组号顺序重新组织成一个长报文。个报文分组按分组号顺序重新组织成一个长报文。8/11/202486优点：优点：1）存储量要求较小，）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组可以用内存来缓冲分组速度速度快；快；2）转发延时小）转发延时小适用于交互式通信适用于交互式通信；3）某个分组出错仅重发该分组某个分组出错仅重发该分组效率效率高；高；4）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。各分组可通过不同路径传输，可靠性高。8/11/202487三种交换方式的事件顺序三种交换方式的事件顺序呼叫请求呼叫应答数数据据ABCD分组分组1分组分组2分组分组3报文报文ABCDABCD寻路延迟排队延迟线路交换线路交换报文交换报文交换分组交换分组交换8/11/2024882.7传输媒体传输媒体(介质介质)l磁介质磁介质高带宽、低费用、高带宽、低费用、高延时高延时（小时）（小时）例：例：7GB/8mm，1000盘盘/50*50*50cm，24h可送到任何地方。可送到任何地方。总容量总容量=7*1000*8Gbits，总时间总时间=24*60*60=86400s传送速率传送速率=56000Gb/86400s=648Mb/sl金属导体金属导体双绞线、双绞线、同轴电缆同轴电缆(粗、细粗、细)l光纤光纤l无线介质无线介质无线电、短波、微波、卫星、光波无线电、短波、微波、卫星、光波8/11/2024891.传输介质的分类传输介质的分类通信介质分为有线介质和无线介质两大类。网络中通信介质分为有线介质和无线介质两大类。网络中常用的有线介质是双绞线、同轴电缆和光纤；常用的无常用的有线介质是双绞线、同轴电缆和光纤；常用的无线介质是无线电波、微波和红外线等。线介质是无线电波、微波和红外线等。2.传输介质的特性传输介质的特性数据传输的质量除了与传送的数据信号及收发两端数据传输的质量除了与传送的数据信号及收发两端的设备特性有关外，还直接与通信线路本身的机械和电的设备特性有关外，还直接与通信线路本身的机械和电气特性有关。这些特性主要包括：气特性有关。这些特性主要包括：物理特性：指传输介质的特征。物理特性：指传输介质的特征。传输特性：传输信号调制技术、信道容量及传输的传输特性：传输信号调制技术、信道容量及传输的频带范围。频带范围。覆盖地理范围：指在不用中继设备情况下，无失真覆盖地理范围：指在不用中继设备情况下，无失真传输所能达到的最大距离。传输所能达到的最大距离。抗干扰特性：指防止噪声对传输信息影响的能力。抗干扰特性：指防止噪声对传输信息影响的能力。价格：指线路安装、维护等费用总和。价格：指线路安装、维护等费用总和。8/11/202490 双绞线双绞线内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘箔屏蔽箔屏蔽铜屏蔽铜屏蔽外套外套国际电器工业协会(EIA)为双绞线定义了1到5类不同的质量级别。计算机网络中常用的是3类和5类：8/11/202491屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线( (STP)STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线( (UTP)UTP)l以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音3类、5类、6类（16M、155M、1200M）双绞线外没有任何附加屏蔽8/11/202492 同轴电缆同轴电缆l基带同轴电缆基带同轴电缆采用采用基带传输基带传输，即采用数字信号进行传输，即采用数字信号进行传输，用于构建用于构建LAN。常用的基带同轴电缆有以常用的基带同轴电缆有以下两种：下两种：50，RG-8和和RG-11（用于用于粗缆以太粗缆以太网网）50，RG-58（用于用于细缆以太网细缆以太网）l宽带同轴电缆宽带同轴电缆采用采用宽带传输宽带传输，即采用模拟信号进行传输，即采用模拟信号进行传输，用于构建有线电视网。用于构建有线电视网。 铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套8/11/202493 光纤光纤l依靠光波承载信息依靠光波承载信息l速率高，通信容量大速率高，通信容量大仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（100Gb/s）l传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输l抗干扰性能极好，保密性好抗干扰性能极好，保密性好l轻便轻便8/11/202494光纤传送模式：MMF、SMF 多模多模多模多模 MMFMMF 输入电信号输入电信号输入电信号输入电信号输出电信号输出电信号输出电信号输出电信号单模单模单模单模 SMFSMF 波长波长: : 1300,1550 1300,1550 nmnm波长波长 : 850,1300 : 850,1300 nmnmh2h2h1h1芯芯芯芯/ /封套特性封套特性封套特性封套特性h1h1h2h2光纤的直径减小到一个光波波长多束光线以不同的反射角传播多束光线以不同的反射角传播单束光线沿直线传播单束光线沿直线传播8/11/202495典型的光缆玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯单芯光缆单芯光缆单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳8/11/202496 无线介质无线介质l使用电磁波或光波携带信息使用电磁波或光波携带信息l无需物理连接无需物理连接l适用于长距离或不便布线的场合适用于长距离或不便布线的场合l易受干扰易受干扰8/11/202497无线电无线电l固定终端点（基站）和终端之间是无线链路BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F2 2F F3 3F F1 1F1, F2, F3 = 使用的频率8/11/202498地面微波接力地面微波接力l两个地面站之间传送两个地面站之间传送l距离：距离：50-100km地球地球地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔微波传送塔微波传送塔8/11/202499地球同步卫星地球同步卫星l与地面站相对固定位置l使用3个卫星覆盖全球l传输延迟时间长22,30022,300公里公里公里公里地球地球地球地球8/11/2024100常用传输媒体的比较常用传输媒体的比较8/11/20241012.7差错控制差错控制产生差错的原因：产生差错的原因：1）信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位）信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；的畸变；2）信号反射；）信号反射；3）串扰；）串扰；4）闪电、大功率电机的启停等。）闪电、大功率电机的启停等。线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其影响。影响。8/11/2024102常用的差错控制方法有反馈检测、自动请求重发（常用的差错控制方法有反馈检测、自动请求重发（ARQ）和前向纠错（和前向纠错（FEC）。）。1.反馈检测反馈检测反馈检测方法又称回送校验法。双方在进行数据传输反馈检测方法又称回送校验法。双方在进行数据传输时，接收方将接收到的数据重新发回发送方，由时，接收方将接收到的数据重新发回发送方，由发送方发送方检查检查是否与原始数据完全相符。如不相符，则发送方发是否与原始数据完全相符。如不相符，则发送方发送一个控制信息通知接收方删去出错的数据。并重新发送一个控制信息通知接收方删去出错的数据。并重新发送该数据；如相符，则发送下一个数据。送该数据；如相符，则发送下一个数据。8/11/20241032.自动请求重发（自动请求重发（ARQ）自动请求重发简称自动请求重发简称ARQ(AutomaticRepeatreQuest)，是是计算机网络中较常采用的差错控制方法。计算机网络中较常采用的差错控制方法。ARQ的原理是：发的原理是：发送方将要发送的数据附加上一定的送方将要发送的数据附加上一定的冗余检错码冗余检错码一并发送，一并发送，接接收方收方则根据检错码对数据进行则根据检错码对数据进行差错检测差错检测，如发现差错，则接，如发现差错，则接收方返回请求重发的信息，发送方在收到请求重发的信息后，收方返回请求重发的信息，发送方在收到请求重发的信息后，重新传送数据；如没有发现差错，则发送下一个数据重新传送数据；如没有发现差错，则发送下一个数据8/11/20241043.前向纠错（前向纠错（FEC）前向纠错简称前向纠错简称FEC(ForwardErrorCorrection)，其原其原理是：发送方将要发送的数据附加上一定的理是：发送方将要发送的数据附加上一定的冗余纠错码冗余纠错码一并发送，一并发送，接收方接收方则根据纠错码对数据进行差错检测，则根据纠错码对数据进行差错检测，如发现差错，由接收方进行纠正如发现差错，由接收方进行纠正8/11/2024105基本方法：接收方进行基本方法：接收方进行差错检测差错检测，并向发送方应答，告知，并向发送方应答，告知是否正确是否正确接接收收。差错检测差错检测主要有两种方法：奇偶校验和循主要有两种方法：奇偶校验和循环冗余校验。环冗余校验。1.奇偶校验（奇偶校验（ParityChecking）在原始数据字节的最高位增加一个附加比特位，使结果中在原始数据字节的最高位增加一个附加比特位，使结果中1的个数为奇数的个数为奇数(奇校验奇校验)或偶数或偶数(偶校验偶校验)。增加的位称为奇。增加的位称为奇偶校验位。偶校验位。奇偶校验码又分为水平奇偶校验、垂直奇偶校验、奇偶校验码又分为水平奇偶校验、垂直奇偶校验、水平垂直奇偶校验。水平垂直奇偶校验。8/11/20241061)水平奇偶校验水平奇偶校验原理：原理：水平奇偶校验是在数据横向的尾部加上一个校验位，使得水平奇偶校验是在数据横向的尾部加上一个校验位，使得码组中码组中“1” “1” 的个数为偶数个（偶校验）或奇数个（奇检验）。的个数为偶数个（偶校验）或奇数个（奇检验）。若下列数据采用水平偶校验，请填充空白处：发送8/11/20241072)垂直奇偶校验垂直奇偶校验原理：原理：垂直奇偶校验是在整个数据段所有字节的垂垂直奇偶校验是在整个数据段所有字节的垂直方向进行奇偶校验直方向进行奇偶校验。 若下列数据采用垂直偶校验，请填充空白处：发送8/11/2024108(3)水平垂直奇偶校验原理：能同时进行水平和垂直奇偶校验：若下列数据采用水平垂直偶校验，请填充空白处：发送8/11/20241092.循环冗余校验（循环冗余校验（CRC,CyclicRedundancyCheck）一种通过多项式除法检测错误的方法。一种通过多项式除法检测错误的方法。 编码思想：将位串看成系数为编码思想：将位串看成系数为0或或1的多项式的多项式检错思想：收发检错思想：收发双方约定双方约定一个生成多项式一个生成多项式G(x)（其最高阶和最低阶系数必须为其最高阶和最低阶系数必须为1），发送方在帧），发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被G(x)整除整除。接收方收到后，用接收方收到后，用G(x)除多项式，若有除多项式，若有余数，则传输有错。余数，则传输有错。8/11/2024110发送端的编码步骤：发送端的编码步骤：(1)将要发送的二进制数据（将要发送的二进制数据（k位比特序列），对应一位比特序列），对应一个（个（k-1）阶多项式阶多项式K(x)；再选取一个收发双方预先约再选取一个收发双方预先约定的定的r阶生成码多项式阶生成码多项式G(x)例如：例如：待校验数据：待校验数据：1101,0110,119阶多项式阶多项式K（x)4阶阶生成多项式：生成多项式：G(x)=x4+x+1,即即10011(2)在原数据尾添加在原数据尾添加r个个0，即，即，xrK(x)。1101,0110,110000(3)进行进行xrK(x)/G(x)，求得余数求得余数R(x)。R(x)即为校验即为校验序列序列.(4)用用R(x)替代替代xrK(x)最后的最后的r个个0，得到待传送的得到待传送的CRC码多项式（数据位加校验位）码多项式（数据位加校验位）T(x)。即即T(x)xrK(x)R(x)8/11/2024111CRC校验示例校验示例待校验数据：待校验数据：1101,0110,11G(x)=x4+x+1,即即10011110101101100001001111000010101001110011100110000101101001110100100111110余数余数传送序列传送序列T(x)=1101,0110,1111,108/11/2024112接收端的检验接收端的检验(1)接收端收到的接收端收到的CRC码多项式码多项式T(x)(2)校验：进行校验：进行T(x)/G(x)，求得余数。求得余数。(3)若余数为若余数为0，则正确（即，则正确（即，T(x)/G(x)=K(x)）；）；若余数不为若余数不为0为为E(x)，则出错。则出错。纠错：纠错：T(x)=T(x)+E(x)注意注意发送方和接收方使用的发送方和接收方使用的G(x)要一致。要一致。例如：生成多项式例如：生成多项式G(X)x4+x3+1校验接收到的校验接收到的信息位信息位1010，0111,010是否正确并纠正。是否正确并纠正。8/11/2024113