五、通信技术

1、5、通信技术本章概要 1、数据通信基础技术：包括信道特征、数字编码、调制与解调 2、传输与交换技术：包括复用技术、差错控制技术基本概念 1、模拟信号、数字信号 2、波特率、比特率、码元 码元携带信息量n=2 N 3、频谱与带宽、信道容量 4、传输模式与通信模式尼奎斯特定理 基于有限带宽无噪声信道的最大数据传输速率 最大数据速率=2W（2）N（W是带宽，N是码元也即是离散值） 香农公式（考虑噪声）计算结果与尼奎斯特定理结果无可比性 W（2）（1+S/N） DB=10S/N编码和传输 数据必须经过编码转化为数字信号或模拟信号（4中编码方式） 数-数 数-模 模-数 （数字信号传输） 模-模（模拟信

2、号传输）编码类型 二进制数字信息在传输过程中可采用不同的代码，这些代码的抗噪性和定时能力各不相同。最基本的有单极性码，极性码，双极性码，归零码，双相码6种1、单极性码（正电压表示0，零电压表示1），极性码就是使用了正负两个电压。双极性码则使用了正负电压和零电压（典型是交替反转码AMI，零电压代表0,1则使电压在正负之间交替反转） 直流分量和同步问题，必须依赖时钟同步信号）2、归零性编码（指的是编码信号量是否回归零电压，指码元中间的信号回归到0电压） 非归零编码（nrz）（指的是不回归0电压，而是当1时电压反转，0时不翻转）也称 为差分机制3、双相码（通过不同方向的电压翻转（低到高代表0，高到低

3、代表1），这样不仅可以 提高抗干扰性，还可以实现自同步，它也是曼彻施特编码的基础）曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码1、曼彻斯特编码是一种双相码，用低到高电压代表0，高到低代表1，它可以实现自同步，常用于以太网2、差分曼彻斯特编码是在曼彻斯特编码的基础上添加了翻转特性，遇0翻转，遇1不变，常用于令牌环网。因为使用曼码和差分曼码时要求两次电压变化表示1bit，所以编码效率只有50%3、4B/5B编码每次对4位数据进行编码，将其转为5位符号，效率80%，应用在100base-FX，100base-TX，FDDI4、8B/10B编码每次对8位数据编码将其转为10位符号，效率80%，千兆以太网2、调制技术

4、ASK（幅度键控）-用恒定的载波振幅值表示一个数（1），无载波表示0，实现简单，但抗干扰性差，效率低（典型速率为1200b/s）FSK（频移键控）-由载波fc（中间频率）附近的两个频率f1，f2分别表示0,1抗干扰性较ASK有提升，但占用带宽大PSK（相移键控）-用载波的相位偏移表示数值。抗干扰性最好，而且相位的变化可以作为定时信息来同步时钟DPSK（差分相移键控）-利用调制信号前后码元之间载波相对相位的变化来传递信息 QAM（正交调幅）-结合ASK和PSK两种技术最常用的是PCM（脉冲编码调制）3、传输交换与差错控制技术数据通信方式：按传输方向分为单工，半双工，双工 按同步方式分为：1、异步

5、传输，即将各个字符分开传输，字 符间加上起止位同步信息，而且通常还加上校验信息，适合 长距离传输。2、同步传输，即顺序的连续传输，通常在传输 前同步，然后在传输时双方以同一频率工作，这种通信方式 适合短距离高速数据访问，如磁盘访问交换方式：1、电路交换，无传输延迟，适合大量数据传输和实时通信，传输 时间=链路建立时间+链路延迟时间+数据传输时间 2、报文交换，采用存储转发方式，线路利用率高，但传输延迟大。 传输时间=（链路延时时间+中间节点延迟时间+报文传送时间） *报文数 3、分组交换，有数据报方式，虚电路方式，信元交换方式传输时间=（链路延时时间+中间节点延迟时间+报文传送时间）*分组数或

6、信元数4、复用技术复用技术：包括FDM，TDM，WDM复用技术特点与描述典型应用FDM在一条传输介质上使用不同频率的模拟载波信号进行传输，每个载波信号形成一个不重叠，相互隔离的频带，接收端通过滤波器来分离信号无线电广播CATV宽带局域网模拟载波系统 TDM同步TDM-每个子通道安装时间片轮流占用带宽，但每个传输时间划分为固定大小的周期，信道利用率低T1/E1等数字载波系统ISDNSonet/Sdh（同步光纤网络统计TDM-固定大小的周期可以根据子通道的需求动态分配ATMWDM利用不同波长的光波承载不同的子通道用于光纤通信TDM计算题公式1、忽略网络中的控制开销、忽略网络中的控制开销公式如下：信

7、道（单位一般为个）公式如下：信道（单位一般为个）*时分多路每个分路的带宽（时分多路每个分路的带宽（kb/s)=带带宽（宽（kb/s)例题如下：例题如下：1、10个个9.6kb/s的信息按时分多路复用在一条线路上传输，如果忽略控的信息按时分多路复用在一条线路上传输，如果忽略控制开销，在同步制开销，在同步TDM情况下，复用线路的带宽应该是：情况下，复用线路的带宽应该是：10*9.6kb/s=96kb/s.2、即存在、即存在N%的时间在忙、另控制开销为的时间在忙、另控制开销为N%。公式如下：信道（单位一般为个）公式如下：信道（单位一般为个）*时分多路每个分路的带宽（时分多路每个分路的带宽（kb/s)

8、*N%的时间在忙的时间在忙/(1-N%控制开销）括号内的结果也有时候，直接被称为利用控制开销）括号内的结果也有时候，直接被称为利用率。率。2、10个个9.6kb/s的信息按时分多路复用在一条线路上传输，假定每个信的信息按时分多路复用在一条线路上传输，假定每个信道只有道只有30%在忙，利用线路的控制开销为在忙，利用线路的控制开销为10%，在同步，在同步TDM情况下，复用线情况下，复用线路的带宽应该是：路的带宽应该是：10*9.6kb/s*30%/(1-10%)=32kb/s。3、8个个128kb/s的信道通过统计时分复用到一条主干线路上，如果该线的信道通过统计时分复用到一条主干线路上，如果该线路

9、的利用率为路的利用率为90%，则其带宽应该是：，则其带宽应该是：8*128kb/s/0.9=1024kb/s/0.9=1137.775、流量控制技术流量控制技术是用来限制发送方发送的数据流量，使其不要超过接收方的接收处理速率，接收方一般都会有一个缓冲区，先把数据缓存，然后处理。常用的流量控制协议有停等协议和滑动窗口协议1、停等协议：最简单的流控协议，指如果发送方必须等待收到接收方的确认消息后才会发送。发送方发从发送消息到收到应答则 T=2tp（tp为传播延迟）+tf（发送一帧的时间） 线路利用率=tf/(2tp+tf)=1/(2a+1) 线路传播延迟tp=d（距离）/v(传播速度） 传播一帧的

10、时间tf=L（帧长度）/R（数据速率）2、滑动窗口协议：允许发送多个数据帧而不用等待，通过调整窗口大小实现流量控制 线路利用率=w（窗口大小）* tf/(2tp+tf)=1/(2a+1)6、差错控制技术两种差错编码方式： 检错码-只能让接收方判断数据是否有错，但无法确认错误位置（奇偶校 验码，CRC码） 纠错码-不仅能判断是否有错，还能纠正错误。（海明码）1、奇偶校验码通过增加一位校验位来使编码中1的各数为奇数（奇校验）或者偶数（偶校验）。分为水平奇偶校验，垂直奇偶校验，水平垂直奇偶校验。2、海明码 一个编码系统中两个合法编码之间不同的二进制位数叫这两个码子的海明 距离，也叫码距（d）。整个编

11、码系统中任意两个码字的最小距离就是海明 距离。 d位海明距离可以发现d-1位错，纠（d-1）/2位错海明码计算要采用海明码纠错，需要按以下步骤来进行：计算校验位数确定校验码位置确定校验码实现校验和纠错。下面来具体介绍这几个步骤 1、计算校验位数：n=m+r n为数据总长度，m是有效数据位数，r是校验位数 为纠正单个错误必须有2n=(n+1)2m2、确定校验码位置： 2n 4位校验码分别在20， 21， 22， 233、确定校验码：每个校验码都代表代码字中特定位数的奇偶性。第i位校验码从当前位开始，每次连续校验i（这里是数值i，不是第i位，下同）位后再跳过i位，然后再连续校验i位，再跳过i位，以

12、此类推。最后根据所采用的是奇校验，还是偶校验即可得出第i位校验码的值 。如p2是第二位，则连续校验2,3位，跳过2位校验6,7位依次类推4、实现校验和纠错：CRC校验其根本思想就是先在要发送的帧后面附加一个数（这个就是用来校验的校验码，但要注意，这里的数也是二进制序列的，下同），生成一个新帧发送给接收端。当然，这个附加的数不是随意的，它要使所生成的新帧能与发送端和接收端共同选定的某个特定数整除（注意，这里不是直接采用二进制除法，而是采用一种称之为“模2除法”）。到达接收端后，再把接收到的新帧除以（同样采用“模2除法”）这个选定的除数。因为在发送端发送数据帧之前就已通过附加一个数，做了“去余”处理（也就已经能整除了），所以结果应该是没有余数。如果有余数，则表明该帧在传输过程中出现了差错。 （1）先选择（可以随机选择，也可按标准选择，具体在后面介绍）一个用于在接收端进行校验时，对接收的帧进行除法运算的除数（是二进制比较特串，通常是以多项方式表示，所以CRC又称多项式编码方法，这个多项式也称之为“生成多项式”）。 （2）看所选定的除数二进制位数（假设为k位），然后在要发送的数据帧（假设为m位）后面加上k-1位“0”，然后以这个加了k-1个“0“的新帧（一共是m+k-1位）以“模2除法”方式除以上面这个除数，所得到的余数（也是二进制的比特串）就