第2章数据通信

1、12.1 数据通信系统2.2 数据编码2.3 数据传输2.4 数据交换技术2.5 传输媒体22.1.1 数据和信号2.1.2 数据通信系统的基本构成2.1.3 信道特性3概念：概念：数据：是传递数据：是传递信息信息的实体的实体( (信息的载体信息的载体) )，它是容观事，它是容观事实、概念或图象等用于通信的一种形式化的表现。实、概念或图象等用于通信的一种形式化的表现。数据可分为数据可分为模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据两种形式。两种形式。n模拟数据：是在某个区间内模拟数据：是在某个区间内连续的值连续的值，例如，声音和视频，例如，声音和视频是强度连续改变的波形是强度连续改变的波形, ,例如传

2、感器采集温度、压力，以例如传感器采集温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。n数字数据：是数字数据：是离散的值离散的值。例如文本信息和整数。再例如在。例如文本信息和整数。再例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据据. . 4信号：是数据的电磁或电子的编码。信号：是数据的电磁或电子的编码。在通信中，我们把数据变成可在传输介质上传送的信号来发在通信中，我们把数据变成可在传输介质上传送的信号来发送，它也可以有两种形式：送，它也可以有两种形式：模拟信号和数字信号。模拟信

3、号和数字信号。模拟信号：是模拟信号：是连续变化的电磁波连续变化的电磁波，它是用电信号模拟原有信，它是用电信号模拟原有信息。息。( (时间上连续，包含无穷多个值时间上连续，包含无穷多个值) )时间上连续5使用可变电压以产生连续波。使用可变电压以产生连续波。模拟信号的一个优点是它能对细节进行表示，但模拟信号的一个优点是它能对细节进行表示，但是噪声、或来自其他源的干扰，会严重地影响模是噪声、或来自其他源的干扰，会严重地影响模拟信号，比数字信号更易于出错，因此模拟信号拟信号，比数字信号更易于出错，因此模拟信号对于数据发送并不是最佳选择。对于数据发送并不是最佳选择。数字信号：是一系列的数字信号：是一系列

4、的电脉冲电脉冲，直接用二种电平表示，直接用二种电平表示二进制的二进制的和和。( (时间上离散，仅包含有限数目时间上离散，仅包含有限数目的预定值的预定值) )6由脉冲值为由脉冲值为1 1 或或0 0 的精确电压组成，如同在任何二的精确电压组成，如同在任何二进制系统中用进制系统中用1 1 和和0 0 组合来对信息进行编码一样组合来对信息进行编码一样，在数字信号中每个脉冲被称为一个二进制数或，在数字信号中每个脉冲被称为一个二进制数或位。一个位只能有两种可能值：位。一个位只能有两种可能值：1 1或或0 0 。连续。连续8 8位位组成组成1 1个字节，个字节携带一个信息片。个字节，个字节携带一个信息片。

5、时间上离散7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( (只需识别脉冲的有无只需识别脉冲的有无) ) 无噪声积累。无噪声积累。 在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大，随着传输距离的增加，噪声免地叠加上的噪声也被同时放大，随着传输距离的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。 对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值对于

6、数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值( (通通常取两个幅值常取两个幅值) )，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用信号信号再生的方再生的方法法 ，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。以可实现长距离高质量的传输。8l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( (由于在传输由于在传输过程中可通过再生中继器将失真了的脉冲再生过程中可通过再生中继器将失真了的脉冲再生为

7、完整的脉冲，故失真不致沿线积累，传输距为完整的脉冲，故失真不致沿线积累，传输距离远离远) )l便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理l易于加密、保密性强易于加密、保密性强l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l 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modemmodem通过拨号线路传输数字信号。通过拨号线路传输数字信号。数字通信的优点数字通信的优点: :9信号的衰减：随着信号的传播，信号能量会信号的衰减：随着信号的传播，信号能量会逐渐减少，这就是信号的衰减。模拟信号和逐渐减少，这就是信号的衰减。模拟信号和数字信

8、号都存在着衰减。数字信号都存在着衰减。为了补偿衰减，要为了补偿衰减，要经常对数字信号和模拟信号进行转发，也即经常对数字信号和模拟信号进行转发，也即使将信号重新放大，以使它们传播得更远。使将信号重新放大，以使它们传播得更远。模拟信号的转发：在模拟信号转发过程中会模拟信号的转发：在模拟信号转发过程中会出现这样的问题出现这样的问题当它被转发时信号幅度当它被转发时信号幅度将增强，同时伴随的被累积的噪声幅度也将将增强，同时伴随的被累积的噪声幅度也将增强，这种杂乱无章的增强将使得模拟信号增强，这种杂乱无章的增强将使得模拟信号变形更加严重。变形更加严重。下图显示了因噪声而变形并下图显示了因噪声而变形并在随后

9、又被放大的模拟信号的波形。在随后又被放大的模拟信号的波形。10数字信号的转发：相对于模拟信号，数字信数字信号的转发：相对于模拟信号，数字信号被转发时，实际上是将原始信号以不变形号被转发时，实际上是将原始信号以不变形的、并且无噪声的放大形式重新发送，该过的、并且无噪声的放大形式重新发送，该过程也被称之为程也被称之为波形再生波形再生。再生一个数字信号。再生一个数字信号的设备被称之为的设备被称之为中继器中继器。11因噪声而变形的数字信号进而被转发因噪声而变形的数字信号进而被转发网络仅仅收发由精确脉冲所表示的1和0两种模式，因为数字传输要比依靠可变电压的模拟传输可靠得多，并且数字发送几乎不受噪声影响。

10、所以大部分网络仅限于使用数字传输。12也有使用模拟信号传输数据的情况：比如使也有使用模拟信号传输数据的情况：比如使用调制解调器连接两个系统。在发送端，调用调制解调器连接两个系统。在发送端，调制解调器将数字信号调制成模拟信号，通过制解调器将数字信号调制成模拟信号，通过传输模拟信号的电话线传输；在接收端，调传输模拟信号的电话线传输；在接收端，调制解调器将数字信号解调成模拟信号。制解调器将数字信号解调成模拟信号。Modem (Modem (调制解调器调制解调器) )是是Modulator(Modulator(调制调制) )Demodulator(Demodulator(解调解调) )。这个词反映了该

11、设备。这个词反映了该设备的功能。的功能。13模拟信号和数字信号都可以有模拟信号和数字信号都可以有周期周期和和非周期非周期两种形式。两种形式。周期信号：如果一个信号在一段可测量的时周期信号：如果一个信号在一段可测量的时间内完成一种模式，并且在随后同样长的时间内完成一种模式，并且在随后同样长的时段内不断重复这种模式，这个信号就是周期段内不断重复这种模式，这个信号就是周期信号。完成一个完整模式所需要的时间称作信号。完成一个完整模式所需要的时间称作一个周期，通用一个周期，通用T T表示。对于一个给定的周表示。对于一个给定的周期信号，其周期是固定的，如正弦波就是周期信号，其周期是固定的，如正弦波就是周期

12、信号。期信号。14l相关概念：相关概念：数据通信：是把数据从一个地方传送到另一个地方数据通信：是把数据从一个地方传送到另一个地方的过程。的过程。数据通信系统：用来实现数据通信过程的系统被称数据通信系统：用来实现数据通信过程的系统被称为数据通信系统。为数据通信系统。信道：是传输数据经过的路径，是连接两个信道：是传输数据经过的路径，是连接两个DTEDTE的线的线路，包括传输介质和有关设备路，包括传输介质和有关设备l数据通信系统的三个基本要素：数据通信系统的三个基本要素：信源、信息传输媒体信源、信息传输媒体和信宿和信宿。信源：是数据信息产生和出现的发源地。信源：是数据信息产生和出现的发源地。信息传输

13、媒体：是数据信息传输过程中承载数据信信息传输媒体：是数据信息传输过程中承载数据信息的媒体。息的媒体。信宿：是接收数据信息的目的地。信宿：是接收数据信息的目的地。15计计算算机机发送器发送器通信媒体通信媒体接收器接收器终端终端设备设备信源信源信宿信宿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码解码信宿信宿编码器：数据编码器：数据适合传输的信号适合传输的信号便于识别、纠错便于识别、纠错调制器：信号调制器：信号适合传输的形式适合传输的形式按频率、幅度、相位按频率、幅度、相位解调器：接收波形解调器：接收波形数字信号序列数字信号序列解码器：传输信号解码器：传输信号原始数据原始数据16通信系统的构

14、成通信系统的构成数据传输系统数据传输系统： 1）传输线路传输线路（包括传输介质和中继设备）（包括传输介质和中继设备） 2）传输设备传输设备：调制解调器、多路复用器、交换机、：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数据处理系统：主要是指计算机。：主要是指计算机。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）断开物理连接（对比：打电话的过程）17l信道分类信道分类按物理逻辑性按物理逻辑性: :物理信道：物理信道：用

15、来传送信号的一种物理通路，由用来传送信号的一种物理通路，由传输介质及有关设备组成。网络中两个节点之间传输介质及有关设备组成。网络中两个节点之间的物理通路也称为通信链路，简称链路。的物理通路也称为通信链路，简称链路。逻辑信道：逻辑信道：是一种能传输信号的通路，但在信是一种能传输信号的通路，但在信号的发送端和接收端之间，并不直接对应一条物号的发送端和接收端之间，并不直接对应一条物理上的传输介质，而是在物理通路的基础上，通理上的传输介质，而是在物理通路的基础上，通过节点设备内部的连接来实现的。过节点设备内部的连接来实现的。18传输信号类型传输信号类型数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据数字信

16、道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。的信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。传输介质传输介质有线信道有线信道无线信道无线信道使用权限使用权限专用信道专用信道公用信道公用信道19l相关概念：相关概念：信道带宽：信道带宽：指信道频率响应曲线上幅指信道频率响应曲线上幅度取其频带中心处值的度取其频带中心处值的1 12 2倍的两个倍的两个频率之间的宽度。带宽频率之间的宽度。带宽W=f2-f1W=f2-f1，其中，其中f1f1是信道能通过的最低频率，是信道能通过的最低频率，f2f2是信是信道能通过的最高频率，两者都是由信道能通过的最高频率，

17、两者都是由信道的物理特性决定的。道的物理特性决定的。码元：码元：一个数字脉冲（时间轴上的一一个数字脉冲（时间轴上的一个信号编码单元）个信号编码单元）20t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。 即在发送数据之前，发送端先向接收端发出一即在发送数据之前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这一时钟脉冲频率和串同步时钟脉冲，接收端按照这一时钟脉冲频率和时序锁定接收端的接收频率，以便在接收数据的过时序锁定接收端的接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同

18、步。程中始终与发送端保持同步。21码元速率（波特率）：码元速率（波特率）：单位时间内信号单位时间内信号波形的变换次数，即单位时间内通过信波形的变换次数，即单位时间内通过信道传输的码元个数道传输的码元个数.B=1/T.B=1/T数据速率：单位时间内在信道上传送的数据速率：单位时间内在信道上传送的信息量（比特数）信息量（比特数）注意码元速率与数据速率的区别：注意码元速率与数据速率的区别： 码元速率是单问时间内波形的变化次码元速率是单问时间内波形的变化次数，单位是数，单位是Baud;Baud;而数据速率是单位时间而数据速率是单位时间内在信道上传送的数据率。单位是内在信道上传送的数据率。单位是b/sb

19、/s22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01000001t23 信号码元携带的信息量由码元取的离散值个数即码信号码元携带的信息量由码元取的离散值个数即码元的种类数决定。若码元取两个离散值，则一个码元元的种类数决定。若码元取两个离散值，则一个码元携带携带1bit1bit信息；若码元可取信息；若码元可取4 4种离散值，则一个码元携种离散值，则一个码元携带两个带两个bitbit的信息。的

20、信息。B = 2WB =最大码元最大码元速率，单位速率，单位BaudW = 带宽，单位带宽，单位Hzn = log2 Nn =一个码元携带的数据量一个码元携带的数据量N =码元的种类数码元的种类数24N N 最大数据率最大数据率 (R) (R) 2 6000 bps 2 6000 bps 4 12000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps 8 18000 bps16 24000 bps16 24000 bps32 30000 bps32 30000 bps64 36000 bps 64 36000 bps R = 2W log2 NR =数据数据速率，单位速率，单位b/s或

21、或bpsW = 带宽，单位带宽，单位HzN = 信号电平级数（码元的种类数）信号电平级数（码元的种类数）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。25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。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降低降低。 (S为信号的平均功率，为信号的平均功率，N为噪声的平均功率为噪声的平均

22、功率)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同，信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生在接收端会产生信号畸变信号畸变。c）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。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）。扰造成（闪电、大功率电机启动等）。 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0.01

23、s的干扰可以的干扰可以破坏约破坏约560个比特（个比特（56Kbps）。）。26S/NS/NdBdB 信噪比（信噪比（dBdB分贝）的定义分贝）的定义C = W log2 (1+SN)S/NdB = 10 log10 S/N例：信道带宽例：信道带宽W=3KHz，信噪比为，信噪比为30dB，则，则C=3000*log2(1+1000) 30KbpsC = 噪声信道的极限数据噪声信道的极限数据速率，单位速率，单位b/sW = 带宽，单位带宽，单位HzS = 信号的平均功率信号的平均功率N = 噪声的平均功率噪声的平均功率 1010dBNSNS 即：即：S/N=?S/N=?27Nyquist公式和公

24、式和Shannel公式的比较公式的比较 R = 2W log2N 此公式说明数据传输率此公式说明数据传输率R随信号编码级数随信号编码级数增加而增加。增加而增加。 C = W log2(1+S/N) 无论采样频率多高，信号编码分多少级，无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。此公式给出了信道能达到的最高传输速率。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限 增加。增加。28l两种带宽的概念两种带宽的概念: :在模拟信道在模拟信道: :带宽按照公式带宽按照公式W=f2-f1W=f2-f1计计算，例如算，例如CATVCATV电缆的带宽

25、为电缆的带宽为600MHz600MHz；数字信道数字信道: :带宽为信道能够达到的最大带宽为信道能够达到的最大数据速率，例如以太网的带宽为数据速率，例如以太网的带宽为10Mb/s10Mb/s，两者可通过，两者可通过ShannonShannon定理互相定理互相转换。转换。29l误码率误码率: :在有噪声的信道中在有噪声的信道中( (实际中的信道都是有噪实际中的信道都是有噪声的声的) )，数据速率的增加意味着传输中出现，数据速率的增加意味着传输中出现差错的概率增加。我们用误码率来表示传输差错的概率增加。我们用误码率来表示传输二进制位时出现差错的概率。误码率以接收二进制位时出现差错的概率。误码率以接

26、收码元中错误码元占传输总码元数的比例来衡码元中错误码元占传输总码元数的比例来衡量。在计算机网络通信系统中，通常要求误量。在计算机网络通信系统中，通常要求误码率应低于码率应低于10-610-6。30l信道延迟信道延迟: :信号在信道中传播时，从源端到达宿端需要信号在信道中传播时，从源端到达宿端需要一定的时间。这个时间与源端和宿端的距离一定的时间。这个时间与源端和宿端的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。我们以后考虑的信号主要是电信号。我们以后考虑的信号主要是电信号( (虽然虽然在某些情况下可能会用到红外或激光在某些情况下可能会用到红外或激光) )，这

27、，这种信号一般以接近光速的速度种信号一般以接近光速的速度(300m/s)(300m/s)传传播，但随传输介质的不同而略有差别，例如播，但随传输介质的不同而略有差别，例如在电缆中的传播速度一般为光速的在电缆中的传播速度一般为光速的7777，即，即200m200mss左右。左右。31l2.2.1 2.2.1 模拟数据在模拟信道上传输、调制与编码模拟数据在模拟信道上传输、调制与编码l2.2.2 2.2.2 数字数据在模拟信道上传输、调制与编码数字数据在模拟信道上传输、调制与编码l2.2.3 2.2.3 模拟数据在数字信道上传输与编码模拟数据在数字信道上传输与编码l2.2.4 2.2.4 数字数据在数

28、字信道上传输、调制与编码数字数据在数字信道上传输、调制与编码32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。33 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

29、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10101010Modem34EncoderDecoderModulatorDemodulator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35l电话系统：电话系统：人的语音频率范围：人的语音频率范围：300-3400HZ300-3400HZ标准话路频带宽度：标准话路频带宽度：4KHZ4KHZ模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号频分多路复用器频分多路复用器模拟传输模拟传输频分多路复用器频分多路复用器模拟模拟话音话音36l调制器：调制器：数字信

30、号在进入模拟信道之前要由一个转换器完成数字信号在进入模拟信道之前要由一个转换器完成数字信号到模拟信号的转换，才能在模拟信道上传数字信号到模拟信号的转换，才能在模拟信道上传输，这样的变换过程叫调制输，这样的变换过程叫调制( (注意：这个调制过程并注意：这个调制过程并不改变信号的内容，只是把信号的表示形式进行了不改变信号的内容，只是把信号的表示形式进行了改变改变) )。这个转换器叫做调制器。（数字。这个转换器叫做调制器。（数字- -模拟）模拟）l解调器：解调器：而当调制后的模拟信号传到接收端后，在接收端也而当调制后的模拟信号传到接收端后，在接收端也有一个转换器再对这个信号进行反变换，即又把它有一个

31、转换器再对这个信号进行反变换，即又把它变回数字信号，这样的反变换过程叫解调，这个转变回数字信号，这样的反变换过程叫解调，这个转换器又叫解调器。（模拟换器又叫解调器。（模拟- -数字）数字）37三种常用的调制技术：三种常用的调制技术： 1 1） 幅移键控幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅，调幅 即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0 0对应对应于无载波输出，而于无载波输出，而1 1对应于有载波输出。对应于有载波输出。 2 2） 频移键控频移键控FSK(Frequen

32、cy Shift Keying)FSK(Frequency Shift Keying)，调频，调频 即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0 0对应对应于频率于频率f1f1，而，而1 1对应于频率对应于频率f2f2。 3 3） 相移键控相移键控PSK(Phase Shift Keying) PSK(Phase Shift Keying) ，调相，调相基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。38 即载波的初始相位随基带数字信号而变化。载波不即载波的初始相位随基带数字信号而变化。载波不产生相移代表数字产生

33、相移代表数字“0 0”，载波有，载波有180180o o相移代表数字相移代表数字“1 1”。此种方法称为两相调制；若载波相移为。此种方法称为两相调制；若载波相移为0 0o o、9090、180180、270270分别表示二进制数分别表示二进制数0000、0101、1010、1111，此，此种方法称为四相调制，每个调制时间间隔包含种方法称为四相调制，每个调制时间间隔包含2 2个比特个比特的信息，因此，使信息传输速率增加一倍。的信息，因此，使信息传输速率增加一倍。 4 4）正交幅度调制技术）正交幅度调制技术QAMQAM(Quadrature Amplitude (Quadrature Amplit

34、ude Modulation)Modulation)是一种结合是一种结合ASKASK与与PSKPSK的综合调制技术，同的综合调制技术，同时控制载波的时控制载波的“振幅强度振幅强度”与与“相位偏移量相位偏移量”，使同一，使同一载波信号得以呈现出更多的逻辑状态。载波信号得以呈现出更多的逻辑状态。39 载波载波 S(t) = A cos ( 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 调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化40ASK：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)

35、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)4142D/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/

36、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56Kbps43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，若以，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信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。号序列就能完整地恢复出原始信号。语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：信号。这需要经过三个步骤： 1）采样）采样按一定时间间隔对语音信号进行采样按一定时间间隔对语音信号进行采样

37、(PAM) 2）量化）量化把采样所得到的把采样所得到的PAM脉冲按量级比较，并且脉冲按量级比较，并且“取取整整” 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44采样电路采样电路量化和编码量化和编码-话音信道带宽话音信道带宽 2倍话音最大频率倍话音最大频率)-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信号的速率信号的速率 = 64000bps编码后的信号称为编码后的信号称为PCM（Pulse Coded Modulation）信号（脉码调制）信号（脉码调制信号）信号）45

38、原始信号原始信号PAM脉冲脉冲PCM 脉冲脉冲 （有量化误差）（有量化误差）46 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。47 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：

39、低低高的跳变高的跳变0，高，高 低的跳变低的跳变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）。48l l差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码(Diff

40、erential 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(前半个码元电平与上一个前半个码元电平与上一个码元的后半个码元的电平相反码元的后半个码元的电平相反)0 码元开始处无跳变码元开始处无跳变( (前半个码元电平与上一个前半个码元电平与上一个码元的后半个码元的电平一致码元的后半个码元的电平一致) ) 149三种数字编码三种数字编码的波形图的波形图50l2.3

41、.1 2.3.1 基带传输和频带传输基带传输和频带传输l2.3.2 2.3.2 多路复用技术多路复用技术l2.3.3 2.3.3 传输方向与串行传输方向与串行/ /并行传输并行传输l2.3.4 2.3.4 异步传输与同步传输异步传输与同步传输l2.3.5 2.3.5 差错控制差错控制51l基带传输基带传输概念：概念：基带：是指调制前基带：是指调制前原始信号原始信号所占用的频带，是原始所占用的频带，是原始电信号所固有的基本频带。电信号所固有的基本频带。基带传输：在信道中直接基带传输：在信道中直接传送基带信号传送基带信号的方式称为的方式称为基带传输。基带传输。基带系统一次仅能传输一个信号或占用一条

42、信道。基带系统一次仅能传输一个信号或占用一条信道。( (数字信号通过数字信号通过直流脉冲直流脉冲被发送，这种直流形式需被发送，这种直流形式需要独占电线的容量要独占电线的容量) )基带信号分基带信号分基带模拟信号基带模拟信号和和基带数字信号基带数字信号两种。信两种。信号的号的种类由信源决定种类由信源决定。通常基带网中传输的是。通常基带网中传输的是数字数字信号信号。在近距离通信的计算机局域网中常采用基带。在近距离通信的计算机局域网中常采用基带传输。传输。52l基带传输易受基带传输易受衰减衰减影响，也就是一个数字信号影响，也就是一个数字信号随着它从源出发向远处传输时将逐渐损失能量随着它从源出发向远处

43、传输时将逐渐损失能量。为了补偿信号损失，基带系统使用。为了补偿信号损失，基带系统使用中继器中继器再再生和放大信号，从而使数据传输的距离能超过生和放大信号，从而使数据传输的距离能超过电缆的最大段长度。一般来说基带系统是廉价电缆的最大段长度。一般来说基带系统是廉价的，而且安装简单的，而且安装简单53l频带传输频带传输概念：概念：频带传输：就是把基带数字信号经调制变换频带传输：就是把基带数字信号经调制变换，成为能在带宽较窄的公共电话线上传输的，成为能在带宽较窄的公共电话线上传输的模拟信号模拟信号( (如音频信号如音频信号) )，然后在信道中传送，然后在信道中传送。在接收端再经过解调器的解调，把音频信

44、。在接收端再经过解调器的解调，把音频信号还原成数字信号。频带传输实际上就是模号还原成数字信号。频带传输实际上就是模拟传输。拟传输。54l宽带传输宽带传输概念：概念：宽带：宽带是指比音频带宽更宽的频带，它宽带：宽带是指比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。包括大部分电磁波频谱。宽带传输：利用宽带传输：利用宽带宽带进行的传输称为宽带传进行的传输称为宽带传输，这样的系统称为输，这样的系统称为宽带传输系统宽带传输系统。宽带传。宽带传输系统能够在同一信道上进行数字信息或模输系统能够在同一信道上进行数字信息或模拟信息服务，宽带传输系统可以容纳全部广拟信息服务，宽带传输系统可以容纳全部广播信号，并可

45、进行高速数据传输。播信号，并可进行高速数据传输。55l宽带系统能同时接入几个信道，因而能够比基带系统传宽带系统能同时接入几个信道，因而能够比基带系统传输更多的数据。宽带传输能将有线电视带入家庭。有线输更多的数据。宽带传输能将有线电视带入家庭。有线电视能够传输的数据量至少是一个典型基带系统（如电视能够传输的数据量至少是一个典型基带系统（如EthernetEthernet）传输数据量的）传输数据量的2525倍。倍。l在宽带系统中，信号仅仅只能进行单向传输。因此，宽在宽带系统中，信号仅仅只能进行单向传输。因此，宽带电缆必须为数据的发送和接收提供独立的电缆。由于带电缆必须为数据的发送和接收提供独立的电

46、缆。由于大部分有线电视电缆只提供一条电线，若不做任何修改大部分有线电视电缆只提供一条电线，若不做任何修改，它将不能用于把数据从屋中向外传输。，它将不能用于把数据从屋中向外传输。l由于使用一些额外的硬件，宽带传输通常比基带传输昂由于使用一些额外的硬件，宽带传输通常比基带传输昂贵得多。贵得多。l另一方面，宽带系统能够比基带系统跨越更长的距离。另一方面，宽带系统能够比基带系统跨越更长的距离。56lNoteNote：在网络领域，一些术语根据上下文常有：在网络领域，一些术语根据上下文常有多种意思。宽带即是这样的术语。这里描述的多种意思。宽带即是这样的术语。这里描述的宽带是指通过多个信道在同轴电缆上传输宽

47、带是指通过多个信道在同轴电缆上传输RF RF 信号的传输系统，例如有线电视所使用的系统信号的传输系统，例如有线电视所使用的系统。这种定义是宽带的原始意义。在高速数字网。这种定义是宽带的原始意义。在高速数字网络中也用到了络中也用到了“宽带宽带”，这时，这时“宽带宽带”是指使是指使用数字信号并且有非常高的传输速率的网络。用数字信号并且有非常高的传输速率的网络。57l多路复用：多路复用：在数据通信或计算机网络系统中，传媒介质的在数据通信或计算机网络系统中，传媒介质的能力往往超过传输单一信息的需求，为了有效能力往往超过传输单一信息的需求，为了有效地利用通信线路，希望一个信道同时传输多路地利用通信线路，

48、希望一个信道同时传输多路信号，这就是所谓多路复用。采用多路复用技信号，这就是所谓多路复用。采用多路复用技术能够把多个信号组合在一条物理信道上进行术能够把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，这在远距离传输时，可大大节省电缆的传输，这在远距离传输时，可大大节省电缆的安装和维护费用。安装和维护费用。58l频分多路复用：频分多路复用：概念：概念：频分复用是将可用的传输频率范围分为多个较细的频分复用是将可用的传输频率范围分为多个较细的频带，每个分细的频带作为一个独立的信道分别分频带，每个分细的频带作为一个独立的信道分别分配给用户形成数据传输子通路。配给用户形成数据传输子通路。特点：特点：每个用户终端的

49、数据通过专门分配给它的子通路传每个用户终端的数据通过专门分配给它的子通路传输，在用户没有数据传输时，别的用户也不能使用输，在用户没有数据传输时，别的用户也不能使用适用范围：适用范围：适合于模拟信号的频分传输，主要用于电话和有线适合于模拟信号的频分传输，主要用于电话和有线电视电视(CATV)(CATV)系统以及调频广播，系统以及调频广播，59实例：有线电视实例：有线电视频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 560l同步时分多路复用：同步时分多路复用：概念：概念：同步时分复用是固定分配信道，在通信信道上形成一同步时分复用是固定分配信道，在通信信道上形成一种种时间上的逻辑子信道时间上的逻辑子

50、信道的通信媒体共享方式。的通信媒体共享方式。特点：特点：对信道进行固定的时隙分配，也就是将一帧中的各时对信道进行固定的时隙分配，也就是将一帧中的各时隙以固定的方式分配给各路数字信号。在隙以固定的方式分配给各路数字信号。在STDMSTDM方式中方式中，时隙是预先分配给各终端的，而且是固定的。不论，时隙是预先分配给各终端的，而且是固定的。不论终端是否有数据要发送，都要占用一个时隙，而实际终端是否有数据要发送，都要占用一个时隙，而实际上不是所有终端在每个时隙都有数据输出，所以，时上不是所有终端在每个时隙都有数据输出，所以，时隙的利用率较低。隙的利用率较低。61ABCDaabbcdb cattttt4

51、 个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户62 概念：概念：异步时分复用是只有当某一路用户有数据要发送时异步时分复用是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它。当用户暂时停止发送数据时，才把时隙分配给它。当用户暂时停止发送数据时，不给它分配线路资源，线路的传输能力可用于为其不给它分配线路资源，线路的传输能力可用于为其他用户传输更多的数据。这种他用户传输更多的数据。这种根据用户实际需要分根据用户实际需要分配线路资源的方法配线路资源的方法也称为统计时分复用。也称为统计时分复用。特点：特点：ATDMATDM的每个用户的数据传输速率可以高于平均速率的每个用户的数据传输速率可以高于平均速

52、率，最高可达到线路总的传输能力。，最高可达到线路总的传输能力。在在ATDMATDM中，由于数据不是以固定的顺序出现，所以中，由于数据不是以固定的顺序出现，所以接收端不知道应该将哪一个时隙内的数据送到哪一接收端不知道应该将哪一个时隙内的数据送到哪一个用户。为了解决这个问题，个用户。为了解决这个问题，ATDMATDM在发送数据中加在发送数据中加入了用户识别标记，以便使接收端的复用器按标记入了用户识别标记，以便使接收端的复用器按标记分送数据。分送数据。63用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3异步时分复用64l波分多路复用也称其为波分多路复用也称其为光的

53、频分复用光的频分复用。l应用范围：应用范围：全光纤全光纤组成的网络中，传输的是光信号，并按照光的波组成的网络中，传输的是光信号，并按照光的波长区分信号，最初，人们只能在长区分信号，最初，人们只能在1 1根光纤上复用根光纤上复用2 2路光信路光信号，这就是通常所说的波分多路复用号，这就是通常所说的波分多路复用WDMWDM。l密集波分多路复用系统密集波分多路复用系统随着技术的发展，目前已经能够在随着技术的发展，目前已经能够在1 1根光纤上复用根光纤上复用8080路路或更多的光信号，这种真正多路的光信号的复用被称为或更多的光信号，这种真正多路的光信号的复用被称为 (Dense Wave Divisi

54、on Multiplexing(Dense Wave Division Multiplexing，DWDM)DWDM)。l波分多路复用利用波分多路复用利用光分用器光分用器( (也称为分波器也称为分波器) )和和光光复用器复用器( (也称为合波器也称为合波器) )对光信号进行调制和解调对光信号进行调制和解调65常用的名词是码分多址常用的名词是码分多址 CDMA CDMA (Code Division Multiple Access) (Code Division Multiple Access)。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。此不

55、会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力每一个比特时间划分为每一个比特时间划分为 m m 个短的间隔，称为码个短的间隔，称为码片片(chip)(chip)。通常。通常m m的取值为的取值为6464或或128128。 66每个站被指派一个惟一的每个站被指派一个惟一的m bitm bit码片序列。码片序列。如发送比特如发送比特 1 1，则发送自己的，则发送自己的m bit m bit 码片序列。码片序列。如发送比特如发送比特 0 0，则发送该码片序列的二进制反码。，则发送该码片序列的二进制反码。 例如，例如，S S 站的站的 8 bit 8 bit 码片

56、序列是码片序列是 00011011 00011011。发送比特发送比特 1 1 时，就发送序列时，就发送序列 00011011 00011011，发送比特发送比特 0 0 时，就发送序列时，就发送序列 11100100 11100100。S S 站的码片序列：站的码片序列：( (1 1 1 1 1 +1 +1 1 +1 +1 1 +1 1 +1 +1) +1) 67数字载波标准数字载波标准北美、日本北美、日本欧洲、中国、南美欧洲、中国、南美68PCMPCMPCMPCMPCMPCMMUXDEMUXDS-1 frame69channel#1channel#2. . . . . . .channel

57、#2470710121631帧同步帧同步信令信道信令信道30个话音信道个话音信道 + 2个控制信道个控制信道7273l串行传送串行传送串行传送是一位一位地传送，到达对方后，串行传送是一位一位地传送，到达对方后，再由通信接收装置将串行比特流还原成字符再由通信接收装置将串行比特流还原成字符，串行传送虽然速度较低，但在接收端和发，串行传送虽然速度较低，但在接收端和发送端之间只需要送端之间只需要一根传输线一根传输线即可，因而造价即可，因而造价低，在计算机网络中各节点间普遍采用这种低，在计算机网络中各节点间普遍采用这种串行传送方式。串行传送方式。 ( (通信线路只有一条（或通信线路只有一条（或2 2、4

58、 4条），与传输数据无条），与传输数据无关，用于远距离传输。关，用于远距离传输。) )74l并行传送并行传送并行数据传输是在传输中有多个数据位同时并行数据传输是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输。一个编了码的字符在设备之间进行的传输。一个编了码的字符通常是由若干位二进制数表示，如用通常是由若干位二进制数表示，如用ASCIIASCII码编码的符号是由码编码的符号是由8 8位二进制数表示的，则位二进制数表示的，则并行传输并行传输ASCIIASCII编码符号就需要编码符号就需要8 8个传输信道个传输信道，使表示一个符号的所有数据位能同时沿着，使表示一个符号的所有数据位能同时沿着各自的信道并

59、排地传输。各自的信道并排地传输。（通信线路与数据传输的位数相同，用于短距离传输。（通信线路与数据传输的位数相同，用于短距离传输。) )75串行传输与并行传输串行传输与并行传输发送方发送方接收方接收方发送方发送方接收方接收方数据线数据线并行并行串行串行数据线数据线76l传输方向传输方向单工通信方式单工通信方式单工通信方式就是指信息的传送始终保持一个方单工通信方式就是指信息的传送始终保持一个方向，而不进行与此相反方向的传送，其中一端只向，而不进行与此相反方向的传送，其中一端只能作为发射端发送数据，另一端只能作为接收端能作为发射端发送数据，另一端只能作为接收端接收数据。接收数据。77 发送方发送方

60、接收方接收方2线环回线环回地线做回路地线做回路信息只能单方向传输信息只能单方向传输 发送方发送方 接收方接收方78半双工通信方式半双工通信方式半双工通信方式是指信息流可在两个方向半双工通信方式是指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。通信的两端都具有发送和接收功能，但。通信的两端都具有发送和接收功能，但传输线路只有一条，一端发送时，另一端传输线路只有一条，一端发送时，另一端只能接收。只能接收。792线线发送方发送方/接收方接收方发送方发送方/接收方接收方双向交替通信双向交替通信80全双工通信方式全双工通信方式全双工通信能在两个方向上同时发送