信息传输基础知识

1、2022/6/30page 1重点内容重点内容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2022/6/30page 2数据数据(Data)：传递（携带）信息的实体，信息传递（携带）信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释。则是数据的内容或解释。 -模拟模拟(Analog)数据与数据与数字数字(Digital)数据数据信号信号(Signal)：数据的物理量编码（数据的物理量编码（通常为电编通常为电编码）码），数据以信号的形式传播。，数据以信号的形式传播。 -模拟模拟信号与信号与数字数字信号信号 -基

2、带基带( Base band ) 与与宽带宽带( Broadband )信号信号1.1 一些术语一些术语2022/6/30page 3信道信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。传送信息的线路（或通路）。比特率比特率(Bit Rate)：数据传输速率数据传输速率 (bps，b/s)。码元码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元时间轴上的一个信号编码单元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2022/6/30page 4波特率波特率(Baud)：每

3、秒传送的码元数每秒传送的码元数(即信号传送速率即信号传送速率)。 1 Baud = （log2M） bps 其中其中M是信号的编码级数。也可以写成是信号的编码级数。也可以写成 Rbit = Rbaud log2M例如：例如：4级编码级编码 一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的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。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（换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。）。2022/6/30page 5带宽带宽(Bandwidth)：信号或信道占据的频率范围信号或信道占据

4、的频率范围信道容量信道容量(Channel capacity)：信道的最大数据率信道的最大数据率误码率误码率(Bit error rate)：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：将信息用数据表示的方法将信息用数据表示的方法。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01000001t2022/6/30page 61.2 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

5、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解解码器：传输码器：传输信号信号原始原始数据数据2022/6/30page 7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

6、把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传送到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。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。2022/6/30page 8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：如指计算机。数据处理系统：如指计算机。建立物理连接建立物理连接建立逻辑连接建立逻辑连接数据传送数据传送断开逻辑断开逻辑连接连接断开物理连接（对比：打电话的过程

7、）断开物理连接（对比：打电话的过程）2022/6/30page 92.1 数字信道和模拟信道数字信道和模拟信道数字信道：以数字脉冲形式数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传（离散信号）传 输数据的信道。输数据的信道。模拟信道：以连续模拟信号模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。形式传输数据的信道。2022/6/30page 102.2 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，包含无穷多个值字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值字信号：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2022/6/30page 11

8、2.3 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周期信号：信号由不断重复的固定模式组成成（如正弦波）（如正弦波）非周期信号：信号没有固定的模式和波形非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环循环（如语音的音波信号）（如语音的音波信号），能被分解成无数个，能被分解成无数个周期信号的叠加。周期信号的叠加。ttTTTTTT周期信号周期信号2022/6/30page 12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、

9、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。2022/6/30page 132.4 传输模式传输模式(通信方式通信方式)数据流动的方向数据流动的方向 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） 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

10、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2022/6/30page 142022/6/30page 151模拟通信系统的质量指标模拟通信系统的质量指标 （1）有效性）有效性 用单位时间内传输信息量的多少来衡量；用单位时间内传输信息量的多少来衡量；（2）可靠性）可靠性 用信号与噪声平均功率之比或均方误差来衡量；用信号与噪声平均功率之比或均方误差来衡量；2数字通信系统的质量指标数字通信系统的质量指标 （1）传输速率）传输

11、速率 （2）差错率）差错率数字通信系统的可靠性指标常用，误码率数字通信系统的可靠性指标常用，误码率和误比特率表示。和误比特率表示。 返回本节返回本节2022/6/30page 162.5 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脉冲信号直接在信道上传送号直接在信道上传送。 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，接后再传送，接收方需要解调收方需要解调 例如：通过电话模拟信道传输例如：通过电话模拟信道传输2022/6/30page 172.6 数据数据同步方式同步方式 目的是使目的是使接收

12、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)。 有三种同步方法：有三种同步方法： 位同步位同步 字符同步（异步传输）字符同步（异步传输） 帧同步（同步传输）帧同步（同步传输）2022/6/30page 18位同步：位同步：目的是使接收端接收的目的是使接收端接收的每一每一位信息位信息都都与发送端与发送端保持同步保持同步 外同步外同步发送发送端端发送发送同步时钟信号，接收方用它同步时钟信号，接收方用它来锁定自己的时钟脉冲频率。来锁定自己的时钟脉冲频率。 自自同步同步通过特殊编码通过特殊编码（如曼彻斯特编码），这（如曼

13、彻斯特编码），这些数据编码信号包含了同步脉冲，接收方提取些数据编码信号包含了同步脉冲，接收方提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。 2022/6/30page 19字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称，也称为为起止式起止式或或异异步制步制每两个字符之间的间隔每两个字符之间的间隔时间不固定。时间不固定。 每个字符的传输需要：每个字符的传输需要： l l1个起始位个起始位 l l5，6，7，8个数据位个数据位 l l1，1.5，2个停止位个停止位 频率的漂移不会积累，每个字符频率的漂移不会积累，每个字符开始时开始时

14、都会重都会重新同步新同步 增加了增加了辅助位，所以效率低辅助位，所以效率低 例如，1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其效率为8/11722022/6/30page 20帧（帧（Frame）包含数据和控制信息的数据块（包）包含数据和控制信息的数据块（包）帧起始帧起始控制信息控制信息数据数据帧结束帧结束校验和校验和0 - n8bit8bit8-32m面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH）作为帧（起始）标）作为帧（起始）标志来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型志来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧。的帧。面向字符的面向字符的以以同步字符同步字符（SYN，16H）来标

15、识一个帧的）来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧。开始，适用于数据为字符类型的帧。帧同步：帧同步：识别一个帧的起始和结束。识别一个帧的起始和结束。2022/6/30page 21M 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 C = 2W log2 MC = 传输率，单位传输率，单位b/s或或bpsW = 带宽，单位带宽，单位HzM = 信号电平级数信号电平级数例如：例如：话音级线路话音级线路(3000 Hz)的信道容量计算，如右的信道容量计算，如右图所示。图

16、所示。Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。2022/6/30page 222.8 非理想信道非理想信道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。衰减衰减 信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比信噪比S/N降低降低。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同，在接收端会产生信号畸变信号畸变。噪声噪声 热噪声热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。 串扰串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线 脉冲噪声脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功

17、率电机启动等）。 噪声将破坏信号，产生误码破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps）。2022/6/30page 23l光纤传输技术光纤传输技术l微波传输技术微波传输技术l卫星传输技术卫星传输技术2022/6/30page 24l光纤导光原理光纤导光原理l光纤的分类光纤的分类l光纤通信系统光纤通信系统l光纤传输的优点光纤传输的优点2022/6/30page 25l实际上，只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界实际上，只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射，并且可以存在许多条不同角度角度，就可以产生全反射，并且可以存在许多条不

18、同角度入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤（Multimode FiberMultimode Fiber），如图所示。），如图所示。 （a）折射角大于入射角）折射角大于入射角 （b）光波在纤芯中传播）光波在纤芯中传播 （c）62.5/125m渐变渐变增强型多模光纤增强型多模光纤 2022/6/30page 26l光缆的结构大致可分为缆芯（光缆的结构大致可分为缆芯（Cable CoreCable Core）和保护层（）和保护层（SheathSheath）两大部分，图为四芯光缆剖面的示意图。）两大部分，图为四芯光缆剖面的示意图。四芯光

19、缆剖面示意图四芯光缆剖面示意图 2022/6/30page 27单模光纤与多模光纤单模光纤与多模光纤单模光纤单模光纤只能传输一种模式光波的光纤称为单只能传输一种模式光波的光纤称为单模光纤。模光纤。单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。多模光纤多模光纤在给定的工作波长上，能传输多种光在给定的工作波长上，能传输多种光波模式的光纤称为多模光纤。波模式的光纤称为多模光纤。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差，但是与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差，但是其制造、耦合

20、与连接比单模光纤简单。其制造、耦合与连接比单模光纤简单。2022/6/30page 28跳变式光纤跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面，折射率呈是一个常数。在纤芯和保护层的交界面，折射率呈阶梯型变化。阶梯型变化。渐变式光纤渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小，在纤芯与保护层交界处减小为保护层定规律减小，在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。2022/6/30page 29光纤通信系统主要是由光源、光纤线路和

21、光检测器光纤通信系统主要是由光源、光纤线路和光检测器三个基本部分组成。如图所示。三个基本部分组成。如图所示。2022/6/30page 30传输频带非常宽，通信容量大。传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。抗雷电和电磁千扰性能好。无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据。体积小，重量轻。资源丰富，节约有色金属和能源。2022/6/30page 31图2.58 光纤与电缆频率衰减关系图62.5/125m渐变增强型多模光纤01101003001000频率(MHz)衰减(dB/km)051015202530355类UTP双绞电缆 光纤与电缆频率与衰光纤与电缆频率与衰减关系图减关系图2022

22、/6/30page 32l在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合，例如，在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合，例如，高山、湖泊或岛屿等，即使在城市中挖开马路敷设电高山、湖泊或岛屿等，即使在城市中挖开马路敷设电缆有时也很不划算，特别是通信距离很远，对通信安缆有时也很不划算，特别是通信距离很远，对通信安全性要求不高，敷设电缆或光纤既昂贵又费时，若利全性要求不高，敷设电缆或光纤既昂贵又费时，若利用无线电波等无线传输介质在自由空间传播，就会有用无线电波等无线传输介质在自由空间传播，就会有较大的机动灵活性，可以轻松实现多种通信，抗自然较大的机动灵活性，可以轻松实现多种通信，抗自然灾害能力和可靠性也较高

23、。灾害能力和可靠性也较高。2022/6/30page 33波段波段波长范围波长范围频率名称频率名称频率范围频率范围代号代号长波长波100010000m低频低频30300KHzLF中波中波1001000m中频中频3003000KHzMF短波短波10100m高频高频330MHzHF超短波超短波110m甚高频甚高频30300MHzVHF微微波波分米波分米波110dm高频高频3003000MHzUHF厘米波厘米波110cm高频高频330GHzSHF毫米波毫米波110mm高频高频30300GHzEHF分米波、厘米波、毫米波的波长小于分米波、厘米波、毫米波的波长小于1米，称之米，称之为微波。为微波。中波主

24、要沿地面传播，绕射能力比较强，适合中波主要沿地面传播，绕射能力比较强，适合广播和海上通信；广播和海上通信；短波具有较强的电离层反射能力，适合于环球短波具有较强的电离层反射能力，适合于环球通信；通信；超短波和微波以直线传播为主，作视距或超视超短波和微波以直线传播为主，作视距或超视距中继通信。距中继通信。微波的传播特性如同光波，在传播途径上没有微波的传播特性如同光波，在传播途径上没有或基本没有阻挡时绕射可忽略，与利用电离层反射或基本没有阻挡时绕射可忽略，与利用电离层反射进行的进行的“超视距超视距”传播相比，视距微波的传播特性传播相比，视距微波的传播特性稳定、外界干扰也比较小。稳定、外界干扰也比较小

25、。2022/6/30page 34l无线电数字微波通信系统频率范围为无线电数字微波通信系统频率范围为300MHz300MHz300GHz300GHz，主，主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。 l微波在空间主要是直线传播，并且能穿透电离层进入宇宙微波在空间主要是直线传播，并且能穿透电离层进入宇宙空间，不像短波那样经电离层反射传播到地面上其他很远空间，不像短波那样经电离层反射传播到地面上其他很远的地方，由于地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限的地方，由于地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限制且与天线的高度有关，一般只有制且与天线的高度有关，一般

26、只有50km50km左右，长途通信时左右，长途通信时必须建立多个中继站，中继站把前一站发来的信号经过放必须建立多个中继站，中继站把前一站发来的信号经过放大后再发往下一站，类似于大后再发往下一站，类似于“接力接力”，如果中继站采用，如果中继站采用100m100m高的天线塔，则接力距离可增大到高的天线塔，则接力距离可增大到100 km100 km。 2022/6/30page 352022/6/30page 362022/6/30page 37l卫星通信就是利用位于卫星通信就是利用位于3万万6千公里高空的人造地球同步卫千公里高空的人造地球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力

27、星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特通信。卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。点就是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。 l卫星通信的优点是：卫星通信的频带比微波接力通信更宽卫星通信的优点是：卫星通信的频带比微波接力通信更宽，通信容量更大，信号所受到的干扰也较小，误码率也较小，通信容量更大，信号所受到的干扰也较小，误码率也较小，通信比较稳定可靠。通信比较稳定可靠。 l卫星通信的缺点是：传播时延较长。卫星通信的缺点是：传播时延较长。 返回本节返回本节2022/6/30

28、page 382022/6/30page 392022/6/30page 40lVSAT（Very Small Aperture Terminal，甚小口径地，甚小口径地球终端球终端）是是20世纪世纪80年代末发展起来并于年代末发展起来并于90年代得到年代得到广泛应用的新一代数字卫星通信系统。广泛应用的新一代数字卫星通信系统。VSAT网通常由网通常由一个卫星转发器、一个大型主站和大量的一个卫星转发器、一个大型主站和大量的VSAT小站组小站组成，能单双向传输数据、语音、图像、视频等多媒体综成，能单双向传输数据、语音、图像、视频等多媒体综合业务。合业务。VSAT具有很多优点，如：设备简单、体积小具

29、有很多优点，如：设备简单、体积小、耗电少、组网灵活、安装维护简便、通信效率高等，、耗电少、组网灵活、安装维护简便、通信效率高等，尤其适用于大量分散的业务量较小的用户共享主站，所尤其适用于大量分散的业务量较小的用户共享主站，所以许多部门和企业多使用以许多部门和企业多使用VSAT网来建设内部专用网。网来建设内部专用网。2022/6/30page 41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

30、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。2022/6/30page 42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10101010Modem2022/6/30page 43EncoderDecoderModulatorDemodulator用数字信号承载数字或模拟数据用数字信号承载数字或模拟数据编码编码用模拟信号承载数字或模拟数据用模拟信号承载数字或模拟数据调制调制20

31、22/6/30page 441. 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 l l不归零制不归零制(NRZ，Non-Return to Zero) 二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示。分别用两种电平来表示。常用常用5V表示表示1，5V表示表示0。 缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器； 不具备自同步机制，必须使用外同步。不具备自同步机制，必须使用外同步。l l曼彻斯特编码曼彻斯特编码(Manchester code) 用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1。2022/6/30page 45 规定在规定在每个码元的中间每个码元的中间

32、发生跳变：发生跳变： 高高 低的跳变低的跳变0，低，低高的跳变高的跳变1 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（Self-Synchronizing Code）。它具有自同步机制，无需外同步信号。它具有自同步机制，无需外同步信号。 缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的据速率的2倍）。倍）。2022/6/30page 4

33、6l l差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码(Differential Manchester code) 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12022/6/30page 47三种数字编码的波形图三种数字编码的波形图2022/6/30page 482. 数字数据的调制编码数字数据的调制编码 载波载波 S(t) = A cos ( t+ ) S(t)的参量包括

34、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2022/6/30page 49PSK：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)PSK：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)2022/6/30page 50D/AA/DA/DD/AD/AA/D V.34(28.8-33.6kbps)最大的噪声来源于最大的噪声来源于模数转

35、换模数转换的量化噪声，信道容量极限值约的量化噪声，信道容量极限值约 35kbpsD/AA/DD/A V.90(56kbps)交换机交换机1交换机交换机2ISP V.34(28.8-33.6kbps)模拟模拟模拟模拟数字数字数字数字数字数字数字数字模拟模拟上行仍需上行仍需模数模数(A/D)转换转换，速率最高为，速率最高为35kbps；下行则可达；下行则可达56Kbps2022/6/30page 51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(Public Switched Telephone Network) -端到端的数据传输率：端到端的数据传输率：104

36、 b/s -干线的数据传输率：干线的数据传输率：1010 b/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2022/6/30page 52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20

37、22/6/30page 53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，所以信号要经所以信号要经过多次变换：过多次变换：数字数字模拟模拟数字数字模拟模拟数字数字2022/6/30page 54DEMUX复用器复用器解复用器解复用器共享信道MUX5. 多路复用技术多路复用技术2022/6/30page 5

38、5lFDM (频分复用频分复用)lWDM (波分复用波分复用)lTDM (时分复用时分复用)2022/6/30page 56CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽移频后带宽MUXCH1 CH2 CH3带宽复用带宽复用f原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个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。适用于模拟信号传输适用于模拟信号传输 2022/6/30page 57可用频段频率时间子信道A子信道B子信道C子信道D图2.24 FDM子信道示意图通道（1）通道（2）通道（

39、3）通道（4）通道（5）通道（6）多路复用器MUXMUX源1源2源3源4源5源6目标1目标2目标3目标4目标5目标6多路复用器2022/6/30page 58F2F1F3 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理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个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。2022/6/30page 59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

40、，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2022/6/30page 60可用频段频率时间图2.28 TDM子信道示意图A B C D A B C D A B C D A B C D组成子信道A的时隙时分复用帧图2.29 TDM原理2多路复用器MUX源1源2源3源4源5源6多路复用器MUX目标1目标2目标3目标4目标5目标63 4 5 6 1 2 3 4 5162022/6/30

41、page 61ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2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TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会造成带宽浪费。造成带宽浪费。改进：统计时分多路复用（改进：统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个通道，有空），用户不固定占用某个通道，有空槽就将数据放入。槽就将数据放入。2022/6/30page 626. 交换交换技术技术为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连为降低通信线路造价

42、，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。接的拓扑结构。两个端节点之间的通信连接一般都要通过中间节两个端节点之间的通信连接一般都要通过中间节点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选择一条进行接续。择一条进行接续。就像电话交换机为通话双方接续线路一样，这个就像电话交换机为通话双方接续线路一样，这个过程被称为过程被称为交换交换。 实现交换的方法主要有：实现交换的方法主要有：电路交换、报文交换、电路交换、报文交换、分组交换分组交换。 2022/6/30page 636.1 电路交换电路交换交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路交换设备在通信双方找出一条实际的

43、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机化的由计算机化的程控程控交换机实现交换机实现。)特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。 呼叫呼叫建立连接建立连接传输传输挂断挂断 优缺点：优缺点： 建立连接的时间长；建立连接的时间长； 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低； 无纠错机制；无纠错机制； 建立连接后，传输延迟小。建立连接后，传输延迟小。2022/6/30page 64 6.2 报文交换报文交换整个报文作为一个整体

44、一起发送。整个报文作为一个整体一起发送。在交换过程中，在交换过程中，交换设备将接收交换设备将接收到的到的报文先报文先存储，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。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。2022/6/30page 656.3 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

45、干个大小相等的分组的分组(Packet)进进行存储转发。行存储转发。优点：优点：存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组速度快；速度快；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；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高；效率高；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。特点：特点：数据传输前不需要建立一条端到端的通路。数据传输前不需要建立一条端到端的通路。有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。2022/6/30page 666.4 三种交换方式的事件顺序三种交

46、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2022/6/30page 676.5 异步传输模式异步传输模式ATMATM是一种高速分组交换技术，采用了以信元是一种高速分组交换技术，采用了以信元（cell）为单位的存储转发方式，故又称为信元为单位的存储转发方式，故又称为信元交换。交换。ATM将话音、数据和图像等数据分解成长度固将话音、数据和图像等数据分解成长度固定的数据块，并在各数据块前装配地址、优先定的数据块，并在各数据块前装配地址、优先级等控制信息构成信元。级等控制信息构

47、成信元。信元由信元头部和有效载荷构成：信元由信元头部和有效载荷构成：信元头部信元头部 有效载荷有效载荷5B 48B2022/6/30page 68在在ATM网络中，空信元以一定的速率出现，发送网络中，空信元以一定的速率出现，发送站只要获得空信元即可插入信息发送。因信息插站只要获得空信元即可插入信息发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传输异步传输模式模式。ATM特点：特点：1)1) 面向连接（虚连接），按序递交；面向连接（虚连接），按序递交；2)2) 固定大小的信元，便于高速处理（可用硬件固定大小的信元，便于高速处理（可用硬件实现），传输速率实现），传输速率622Mb/s；3)3) QoS特性保证了特性保证了ATM可以实时地传送语音和可以实时地传送语音和活动图像。活动图像。123456数据块数据块信元流信元流2022/6/30page 697. 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。2022/6/30page 70基本方法：接