网络技术与应用_CH03_数据通信技术基础

1、 数据和信号数据和信号 模拟数据模拟数据 数字数据数字数据 信息信息数据数据 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 有意义的实体有意义的实体 涉及数据的涉及数据的 内容和解释内容和解释 在某个区间产生连续的值在某个区间产生连续的值 产生离散的值产生离散的值 是数据的电磁是数据的电磁 (或电子或电子)编码编码 涉 及 到 事涉 及 到 事 物的形式物的形式 是一种连续变化的电磁波是一种连续变化的电磁波 是一系列的电压脉冲是一系列的电压脉冲 信号信号 模拟数据模拟数据模拟信号模拟信号 放大器放大器 调制器调制器 模拟数据模拟数据数字信号数字信号 PCM 编码器编码器 数字数据数字数据模拟信号模拟信号

2、调制器调制器 数字数据数字数据数字信号数字信号 数字数字 发送器发送器 信源和信宿：信源和信宿：信源就是信息的发送端，是发信源就是信息的发送端，是发 出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收 端，是接收所传送信息的设备。端，是接收所传送信息的设备。 信号转换设备：信号转换设备：是将信源发出的信息转换成是将信源发出的信息转换成 适合于在信道上传输的信号的设备。适合于在信道上传输的信号的设备。 传输传输 系统系统 输输 入入 信信 息息 输输 入入 数数 据据 发送发送 的信号的信号 接收接收 的信号的信号 输输 出出 数数 据据 源点源点终点终点发送器发送器接

3、收器接收器 调制解调器调制解调器 PC 机机 公用电话网公用电话网 调制解调器调制解调器 数字比特流数字比特流数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号 正文正文 正文正文 数据通信系统数据通信系统 源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统 输输 出出 信信 息息 PC 机机 通信系统举例通信系统举例 通信系统举例通信系统举例 (b) 局域网用户通过局域网用户通过Internet上网通信上网通信 SiSi Internet SiSi Token-ring 数据传输速率数据传输速率 数据传输速率数据传输速率 数据传输速率数据传输速率 信道带宽信道带宽 n模拟信道：表示通信线路允许通

4、过的信号频 带范围就称为线路带宽(通频带)。 信道带宽信道带宽 每秒 106 个比特 时间时间 1 0 1 0 1 1 1 s 带宽为带宽为 1 Mb/s 时间时间 每每秒秒 4 106 个比特个比特 0.25 s 带宽为带宽为 4 Mb/s 带宽带宽 误码率和误组率误码率和误组率 发送时延发送时延 = 数据块长度（比特）数据块长度（比特） 信道带宽（比特信道带宽（比特/秒）秒） 时延时延 传播时延传播时延 = 信道长度（米）信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米信号在信道上的传播速率（米/秒）秒） 时延时延 时延时延 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 时延时延 时延时延

5、1 0 1 1 0 0 1 发送器发送器 队列队列 在链路上产生在链路上产生 传播时延传播时延 结点结点 B 结点结点 A 在发送器产生发送时延在发送器产生发送时延 ( (即传输时延即传输时延) ) 在队列中产生在队列中产生 处理时延处理时延 数据数据 从结点从结点 A 向结点向结点 B 发送数据发送数据 链路链路 时延时延 时延时延 例例2-3若若AB两台计算机之间的距离为两台计算机之间的距离为1000km，假定在，假定在 电缆内信号的传播速度是电缆内信号的传播速度是2108m/s，试对下列类型的链，试对下列类型的链 路分别计算发送时延和传播时延。路分别计算发送时延和传播时延。 （1）数据块

6、长度为）数据块长度为108bit，数据发送速率为，数据发送速率为1Mb/s； （2）数据块长度为）数据块长度为1000bit，数据发送速率为，数据发送速率为1Gbit/s 信道容量信道容量 信道容量 噪声 误码率 带宽 数据传输速率 信道容量信道容量 信道容量信道容量 铜线铜线 铜线铜线 聚氯乙烯聚氯乙烯 套层套层 聚氯乙烯聚氯乙烯 套层套层 屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层 绝缘层绝缘层 无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STP A 扭绞距扭绞距线径线径 0.40.41.4 mm1.4 mm B 近端串扰近端串扰 远端串扰远端串扰 外导体屏蔽层外导体屏蔽层 绝缘层绝缘层 绝缘保护

7、套层绝缘保护套层 内导体内导体 远供电源远供电源 光纤及包层光纤及包层 填充物填充物 外护套外护套 包带层包带层 包层包层 纤芯纤芯 （a）光缆结构剖面图）光缆结构剖面图（b）光波在纤芯中传播）光波在纤芯中传播 折射角折射角 入射角入射角 包层包层 （低折射率的媒体）（低折射率的媒体） 包层包层 （低折射率的媒体）（低折射率的媒体） 纤芯纤芯 （高折射率的媒体）（高折射率的媒体） 包层包层 纤纤 芯芯 高折射率高折射率 ( (纤芯纤芯) ) 低折射率低折射率 ( (包层包层) ) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射 输入脉冲输入脉冲 输出脉冲输出脉冲单模光

8、纤单模光纤 输入脉冲输入脉冲 输出脉冲输出脉冲 多模光纤多模光纤 无线电无线电微波微波红外线红外线 可见光可见光紫外线紫外线 X射线射线 射线 射线 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 卫星卫星 地面微波地面微波 调幅调幅 无线电无线电 调频调频 无线电无线电 海事海事 无线电无线电 光纤光纤 电视电视 (Hz)f (Hz)f LFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF 波段波段 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020

9、 1022 1024 移动移动 无线电无线电 1、 频分复用频分复用 2、 时分复用时分复用 3、 码分复用码分复用 4、 波分复用波分复用 频率频率1 频率频率3 频率频率2 频率频率4 时间时间 频率频率 T4 T3 T2 T1T1 T2 T3 T4 频率频率 时间时间 B C DB C DB C DB C DAAAA 在在 TDM 帧中的位置不变帧中的位置不变 TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧 TDM 帧帧 频率频率 时间时间 C DC DC DC DAAAA TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧 TDM 帧帧 BBBB 在在 TDM 帧中帧中 的位置不变的位

10、置不变 频率频率 时间时间 BDBDBDBDAAAA TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧 TDM 帧帧 CCCC 在在 TDM 帧中帧中 的位置不变的位置不变 频率频率 时间时间 B CB CB CB CAAAA TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧 TDM 帧帧 在在 TDM 帧中帧中 的位置不变的位置不变 DDDD A B C D a ab b c d b ca t t t t t 4 个时分复用帧个时分复用帧 #1 a c b cd 静态时分复用静态时分复用 #2#3#4 用户用户 用户用户 A B C D a b c d t t t t t 3 个个 STDM

11、 帧帧 #1 a c b ab bcacd #2#3 统计时分复用统计时分复用 0TS m 1 TS m 1i ii m i m i i m i ii m S m SS m 11 22 1 1) 1( 111 SS S 站的码片序列站的码片序列 S 110 t t t t t t m 个码片个码片 tS 站发送的信号站发送的信号 Sx T 站发送的信号站发送的信号 Tx 总的发送信号总的发送信号 Sx + Tx 规格化内积规格化内积 S Sx 规格化内积规格化内积 S Tx 数据码元比特数据码元比特 发发 送送 端端 接接 收收 端端 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2

12、 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7 0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s 1310 nm 20 Gb/s 复复 用用 器器 分分 用用 器器 EDFA 120 km 网络拓扑结构网络拓扑结构 交换节点交换节点 转接中心转接中心 用户线用户线 中继线中继线 全连通全连通 交换交换 网络网络 用户用户 接口接口 中继中继 接口接口 控制控制 单元单元 信号信号 单元单元 中继线中继线 用户线

13、用户线 （1 1）建立连接）建立连接 （2 2）维持连接）维持连接 （3 3）拆除连接）拆除连接 电路交换电路交换报文交换报文交换分组交换分组交换 快速分组交换快速分组交换 多速率电路交换多速率电路交换 快速电路交换快速电路交换 存储存储 - - 转发转发 ATMATM交换交换 X.25X.25分组网分组网 帧中继、帧中继、 SMDSSMDS 信元交换信元交换 正向证实信号正向证实信号 正向拆线信号正向拆线信号 主叫挂机主叫挂机 反向拆线信号反向拆线信号 被叫挂机被叫挂机 被叫用户被叫用户主叫用户主叫用户 回铃音回铃音 取机取机 拨号拨号 拨号音拨号音 占用信号占用信号 占用信号占用信号 振铃

14、振铃 通话通话( (信息传送信息传送) ) 连接连接 释放释放 呼叫呼叫 建立建立 A A局局B B局局C C局局 挂机挂机 连接释放连接释放 数据传送数据传送 连接建立连接建立 A B C D t 报文报文 C1 C4 C3 C2 C3 本地网本地网 省中心省中心 省间中心省间中心 地市中心地市中心 县中心县中心 长途网长途网 A B t 用户电报机用户电报机B用户电报机用户电报机AA局局B局局C局局 M1 M1 M1 M1 传播时延传播时延 传输时延传输时延 存储存储 / 处理时延处理时延 报报 文文 报报 文文 报报 文文 A B C D t P2P1 报文报文 A 主机 B 主机 C

15、链路 P5P6 P4P3 P2P1 PSEaPSEb PSEc P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P3 P4 A B C D P2 P1 差错产生的原因差错产生的原因 n码间距离码间距离 ：两个码字的对应：两个码字的对应 位取值不同的个数。例：位取值不同的个数。例： 1010001001001001 1010110110001001 码间距离码间距离 d = 3 例例2 000000 000111 111000 111111 收到收到010111 4 1 5 2 恢复恢复000111 n检错码检错码 n纠错码纠错码 汉明码（汉明码（Hamming) n奇偶校验码的性质奇偶校验码的

16、性质 可以检测出所有的可以检测出所有的1位或奇数位错，但无法确位或奇数位错，但无法确 定错码的位置。定错码的位置。 无法检测出偶数个错。无法检测出偶数个错。 n合理安排不同的数据位与监督位的组合理安排不同的数据位与监督位的组 合，根据差错位所造成的影响不同，合，根据差错位所造成的影响不同， 有可能确定差错的位置。有可能确定差错的位置。 n汉明码能够确定汉明码能够确定一位差错一位差错的位置，并的位置，并 可以纠错。可以纠错。 例如例如 A A4 4=0111001=0111001，对应的码多项式为，对应的码多项式为 ： 码多项式码多项式 (n(n，k)k)循环码中，为了便于描述与计算，循环码中，

17、为了便于描述与计算， 经常使用经常使用 n-1 n-1 次次 码多项式来表示码字，码多项式来表示码字， 码字码字 A =aA =an-1 n-1 a an-2 n-2 a a1 1 a a0 0 ，它对应 ，它对应 的码多项式为：的码多项式为： 01 2 2 2 2 1 1 )(axaxaxaxaxA n n n n 1 1001110)( 345 23456 4 xxx xxxxxxxA 在在(n(n，k)k)循环码中，存在循环码中，存在惟一惟一的最高的最高 幂次为幂次为(n-k)(n-k)，编码中最多，编码中最多 k-1k-1 个个连续连续 的的 0 0 项，且项，且常数项必须为常数项必须

18、为1 1 的码多项式的码多项式 g(x)g(x)，此码多项式的幂次最低（，此码多项式的幂次最低（0 0 元除元除 外）；其它所有的码多项式都能被外）；其它所有的码多项式都能被g(x)g(x) 整除；并且整除；并且g(x)g(x)是是 x xn n+1 +1 的一个因式。的一个因式。 g(x)g(x)称为该编码集的称为该编码集的生成多项式生成多项式。 生成多项式生成多项式 g(x)g(x) CRC-16 CRC-CCITT CRC-32 1)( 21516 xxxxg 1)( 51216 xxxxg 1 )( 24578 1011121622232632 xxxxxx xxxxxxxxxg 标准生成多项式标准生成多项式 选择选择 r 阶生成多项式阶生成多项式 G(x) ，r = nk 在数据帧末尾加在数据帧末尾加 r 个个0，形成多项式，形成多项式 xrM(x) xrM(x) R(x) G(x) G(x) 移项得：移项得： xrM(x) R(x) Q(x) G(x) 得到循环码多项式：得到循环码多项式： T(x) = xrM(x) R(x)， 是一个可以被是一个可以被 G(x