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第二章数据通信基础第一节通信的历史第二节通信的概念第三节通信系统的主要性能指标第四节物理信道第五节数据编码第六节数字调制技术第七节脉冲编码调制第八节多路复用技术第九节差错控制【问题一】讲一讲您看到过或者听到过有趣的通讯故事？故事一、故事二【问题二】您知道有哪些通讯方式？至少说出五种。表情、动作、语言、文字、烽火台、金鼓、锦旗、

航行用的信号灯、电话、电报、鸽子、手机、书信、

邮件、聊天工具思考【问题三】FM、AM、SW、MW、LW是什么意思？调频

FrequencyModulation（中国为87.5-108MHz）调幅

AmplitudeModulation（503-1060KHz）短波ShortWave（中国为2MHz-24MHz）中波MiddleWave（中国为535～1605kHz）长波LongWave（300kHz以下）【问题四】VHF、UHF、SHF、EHF、HDTV

是什么意思？甚高频VeryHighFrequency（30-300MHz）特高频

UltraHighFrequency

（300-3000MHz）超高频

SuperHighFrequency（3-30GHz）极高频

ExtremelyHighFrequency（30-300GHz）高清晰度电视

HighDefinitionTelevision（高清电视=高清电视机+高清机顶盒+高清频道）【问题五】AMPS、GSM、CDMA、PHS、WCDMA、

CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX、OFDM是什么意思？北美蜂窝系统

AdvancedMobilePhoneSystem全球移动通信系统GlobalSystemforMobileCommunications码分多址

CodeDivisionMultipleAccess个人手持式电话系统PersonalHandy-phoneSystem宽带码分多址WidebandCodeDivisionMultipleAccess第三代CDMA

CodeDivisionMultipleAccess2000时分同步码分多址

TimeDivision-SynchronousCode

DivisionMultipleAccess微波存取全球互通WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess正交频分复用技术OrthogonalFrequencyDivision

Multiplexing4G公元前400多年，被人们誉为历史之父的古希腊历史学家希罗多德在著作中讲述了一个故事：一个名叫Histiaus的人筹划着与他的朋友合伙发起叛乱，里应外合，以便推翻波斯人的统治。他找来一位忠诚的奴隶，剃光其头发并把消息纹刺在头皮上，等到头发又长起来了，再把他派出去送“信”，最后叛乱成功了故事一故事二波斯宫廷中的一个希腊人Demeratus想要告知希腊的斯巴达，有人要来侵犯他们。在那个时候，书写用的木匾通常是用两片打上蜡的书片，连起来作为一本书，字是写在蜡上的，再用时把蜡熔化掉就可以了。而Demeratus使用的方法是先将蜡去掉，把消息写在木片上，然后在木片上打上蜡。这样从外观上就看不出蜡下面藏着信息了一.通信发展简史人类自存在以来,就总是要进行思想交流和消息传

递的远古时代的人类用表情和动作进行信息交流，这是

最原始的通信方式后来，人类在漫长的生活中创造了语言和文字人类还创造了许多信息传递方式，如古代的烽火台、

金鼓、锦旗，航行用的信号灯等，这些都是解决远

距离信息传递的方式2.1通信的历史

第二章数据通信基础表1-1与通信相关的历史事件

进入19世纪后，人们开始试图用电信号进行通信表1－1中列出一些与通信相关的历史事件：表1-1与通信相关的历史事件

二.通信技术的发展与展望电缆通信是最早发展起来的通信技术，它用于长途

通信已有60多年的历史，在通信中占有突出地位在光纤通信和移动通信发展之前，电话、传真、电

报等各用户终端与交换机的连接全靠市话电缆电缆还曾是长途通信和国际通信的主要手段，大西

洋、太平洋均有大容量的越洋电缆据1982年的统计，我国公用网长途线路总长为18万

余公里，其中90％为明线目前，同轴电缆所占的比例已上升到三分之一左右。

电缆通信中主要采用模拟单边带调制和频分多路复

用(SSB／FDM)方式国际上同轴电缆每芯最高容量可达13200路(或6路广

播电视)，我国沪—杭、京—汉—广同轴电缆干线可通

1800路载波电话。自从数字电话问世以来，各国大

力发展脉冲编码调制时分多路信号在同轴电缆中的

基带传输技术，数字电话容量可达4032路目前广泛应用的是第二代移动通信系统，采用窄

带时分多址(TDMA)和窄带码分多址(CDMA)数字接

入技术，已形成的国家和地区标准有欧洲的GSM系

统、美国的IS-95系统、日本的PDC系统。我国

主要采用的是欧洲的GSM系统第二代移动通信系统实现了区域内制式的统一，覆

盖了大中小城市，为人们的信息交流提供了极大

的便利。随着移动通信终端的普及，移动用户数

量成倍地增长，第二代移动通信系统的缺陷也逐

渐显现，如全球漫游问题、系统容量问题、频谱

资源问题、支持宽带业务问题等

第三代移动通信系统是向未来个人通信发展的一个

重要阶段，具有里程碑和划时代的意义，让我们关

注其发展态势，迎接它的到来目前，我国电话网的规模和技术层次均有质的变

化，已初步建成了以光缆为主，微波、卫星综合利

用，固定电话、移动通信、多媒体通信多网并存，

覆盖全国城乡，通达世界各地，大容量、

高速度、

安全可靠的电信网1.2通信的概念

一.通信的定义通信(Communication)就是信息的传递，是指由一地

向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息然而，随着社会生产力的发展，人们对传递消息的

要求也越来越高在各种各样的通信方式中，利用“电”来传递消息的

通信方法称为电信(Telecommunication)，这种通信

具有迅速、准确、可靠等特点，且几乎不受时间、

地点、空间、距离的限制，因而得到了飞速发展和

广泛应用二.通信的分类1.按传输媒质分类有线通信:是指传输媒质为导线、电缆、光缆、波

导、纳米材料等形式的通信，其特点是媒质能看得

见，摸得着(明线通信、电缆通信、光缆通信)采用架空明线来传递电信号，这种方式易遭受自然灾害而影响通信质量采用埋设在地下的电缆来传递电信号，与架空明线比，电缆的优点是容纳线对的数量较多，受气候影响和外界的损害较少，埋在地下时，保密性较好；缺点是衰耗比明线大得多，投资也比明线高无线通信:是指传输媒质看不见、摸不着(如电磁波)

的一种通信形式(微波通信、短波通信、移动通信、

卫星通信、散射通信)2.按信道中传输的信号分类模拟信号：凡信号的某一参量(如连续波的振幅、频

率、相位，脉冲波的振幅、宽度、位置等)可以取

无限多个数值，且直接与消息相对应的，模拟信号

有时也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量

可以连续变化数字信号：凡信号的某一参量只能取有限个数值，

并且常常不直接与消息相对应的，也称离散信号3.按工作频段分类长波通信中波通信短波通信微波通信表1-2通信使用的频段及主要用途

通信的中工作频率和工作波长互换公式：

λ为工作波长f为工作频率C为电波在自由空间中的传播速度，通常认为

C=3×108m/s4.按调制方式分类基带传输：是指信号没有经过调制而直接送到信道

中去传输的通信方式频带传输：是指信号经过调制后再送到信道中传

输，接收端有相应解调措施的通信方式表1-3常用的调制方式三.通信的方式1.按消息传送的方向与时间分类单工通信半双工通信全双工通信图2-1按消息传送的方向和时间划分的通信方式（a）

单工方式；(b)半双工方式；(c)全双工方式

2.按数字信号排序分类串序传输：将代表信息的数字信号序列按时间顺序

一个接一个地在信道中传输的通信方式并序传输：如果将代表信息的数字信号序列分割成

两路或两路以上的数字信号序列同时在信道上传输图2-2按数字信号排序划分的通信方式(a)串序传输方式

；(b)并序传输方式

3.按通信网络形式分类两点间直通方式分支方式交换方式图2-3按通信网络形式划分的通信方式(a)两点间直通方式；(b)分支方式；(c)交换方式

4.按同步方式分:异步传输(起止式):简单,但传输的速率不高终止位校验字符起始位1位1位1位7位同步传输:由于前后加入控制字符SYNC,所以效率更高5.交换方式:交换结点转发信息的方式交换方式特点线路交换连接时间长,无干扰,无延迟(适合传输大量数据)报文交换无专用链路,线路利用率高,有时延(适合电子邮件系统)分组交换数据报PAD(PacketAssemblyandDisassemblydevice)方式灵活,效率高虚电路可靠的通信,更多技术,更大开销(虚呼叫与永久虚电路)报文交换ABCD分组交换包1包2包3包1包2包3包1包2包3ABCD线路交换ABCDABCEDFGH线路交换：ABCEDFGH报文交换：MSG1MSG1MSG2ABCEDFGH分组交换：22221111333334444四.通信系统的模型通信的任务是完成消息的传递和交换以点对点通信为例，可以看出要实现消息从一地向

另一地的传递，必须有三个部分：一是发送端二是接收端三是收发端之间的信道图2-4通信系统的模型

五.模拟通信系统把信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统模拟通信系统的组成(模型)可由一般通信系统的模

型略加改变而成图2-5模拟通信系统模型

六.数字通信系统1.数字频带传输通信系统数字通信的基本特征是：它的消息或信号具有“离

散”或“数字”的特性，从而使数字通信具有许多特

殊的问题例如，在模拟通信中强调变换的线性特性（强调已

调参量与代表消息的模拟信号之间的比例特性），

而在数字通信中则强调已调参量与代表消息的数字

信号之间的一一对应关系

数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，

原则上是可以控制的（通过差错控制编码实现）。于

是，就需要在发送端增加一个编码器，在接收端需要

一个解码器当需要实现保密通信时，可对数字基带信号进行“扰

乱”(加密)，此时在接收端就必须进行解密由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送

的数字信号，因而接收端必须有一个与发送端相同的

节拍，否则就会因收发步调不一致而造成混乱另外，为了表述消息内容，基带信号都是按消息特

征编组形成的码组，于是，在收发之间一组组的编码

的规律也必须一致，否则接收时消息的真正内容将无

法恢复在数字通信中，称节拍一致为“位同步”或“码元同

步”，而称码组一致为“群同步”或“帧同步”，故数字

通信中还必须有“同步”这个重要环节图2-6点对点的数字频带传输通信系统模型

2.数字基带传输通信系统与频带传输系统相对应，把没有调制器/解调器的

数字通信系统称为数字基带传输通信系统图2-7数字基带传输通信系统模型

3.模拟信号数字化传输通信系统要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发

送端将模拟信号数字化，即进行A/D转换在接收端需进行相反的转换，即D/A转换图2-8模拟信号数字化传输通信系统模型

七.数字通信的主要优点和缺点1.数字通信的主要优点

(1)抗干扰、抗噪声性能好以二进制为例，在接收端恢复信号时，首先对其进

行抽样判决，再确定是“1”码还是“0”码，并再生“1”、

“0”码的波形因此，只要不影响判决的正确性，即使波形有失真

也不会影响再生后的信号波形而在模拟通信中，如果模拟信号叠加上噪声，即使

噪声很小，也很难消除数字通信的抗噪声性能好还表现在微波中继(接力)

通信时，它可以消除噪声积累。这是因为数字信号

在每次再生后，只要不发生错码，它仍然像信源中

发出的信号一样，没有噪声叠加在上面。因此，中

继站再多，数字通信仍具有良好的通信质量，而模

拟通信中继时只能增加信号能量(对信号放大)，

不

能消除噪声

(2)差错可控。数字信号在传输过程中出现的错误(差错)，可通过纠错编码技术来控制

(3)易加密。数字信号与模拟信号相比，它容易加密和解密。因此，数字通信的保密性好

(4)易于与现代技术相结合。由于计算机、数字存储、数字交换以及数字处理等现代技术飞速发展，许多设备、终端接口均采用数字信号，因此极易与数字通信系统相连接。正因为如此，

数字通信才得以高速发展

2.数字通信的主要缺点数字通信相对于模拟通信来说，主要有以下两个缺点：

(1)频带利用率不高。数字通信中，数字信号占用的频带较宽。以电话为例，一路数字电话一般要占据约20～60kHz的带宽，而一路模拟电话仅占用约4kHz的带宽。如果系统传输带宽一定的话，

模拟电话的频带利用率要高出数字电话5~15倍

(2)需要严格的同步系统。数字通信中，要准确地恢复信号，必须要求接收端和发送端保持严格同步。因此，数字通信系统及设备一般都比较复杂，体积较大。随着数字集成技术的发展，各种中、大规模集成器件的体积不断减小，加上数字压缩技术的不断完善，数字通信设备的体积将会越来越小。随着科学技术的不断发展，数字通信的两个缺点也越来越显得不重要了。实践表明，数字通信是现代通信的发展方向2.3通信系统的主要性能指标一.一般通信系统的性能指标有效性：要求通信系统高效率地传输消息，即以最合理、最经济的方法传输最大数量的消息可靠性：要求通信系统可靠地传输消息适应性保密性标准性维修性工艺性可靠性决定于系统抵抗干扰的能力，就是说，决定

于通信系统的抗干扰性一般情况下，要增加系统的有效性，就得降低可靠

性，反之亦然计算机网络的性能特征：（1）速率（datarate、bitrate）（2）带宽（bandwidth）（3）吞吐量（throughput）（4）时延（delay、latency）（5）时延带宽积（6）往返时间RTT（Round-TripTime）（7）利用率二.通信系统的有效性指标码元：在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示

一位二进制数字。这样的时间间隔内的信号称为

二进制码元，而这个间隔被称为码元长度一个数字脉冲称为一个码元一个码元携带的信息量n（比特）由码元取的离

散值个数N的关系：一个二进制码元所含的信息量是一个比特（1）速率：bit（

binarydigit），一个比特就是二进制数字中的一个1或0，比特是信息技术中的最小单位1Byte=8bit速率（数据率datarate、比特率bitrate）速率的单位是b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s等速率往往是指额定速率或标称速率信息：指消息中包含的有意义的内容，它是通过消息来表达的，消息是信息的载体。例如:教师在课堂上讲课，具体讲授的内容即为信息，而所要传授的内容是通过语言(话)表达的，语言(消息)即为信息的载体消息：可分为离散消息和连续消息离散消息：离散消息中元素之间的差异明显、并且有界可数。主要特点是状态离散。例如，文字、符号和数字连续消息：连续消息中消息的数目无穷多个，相邻元素的差异很小。例如，语音、连续图像信号：指随时间变化的物理量。因为消息不适合于在信道中直接传输，需将其调成适合在信道中传输的信号。信号可以分为连续时间信号和离散时间信号信息是指消息中所包含的有意义的内容，消息是信息的载体，消息又是以具体信号形式表现出来的符号：用于表示某数字码型(据位数不同，对应不同的键控调制方式)的一定相位或幅度值的一段正弦载波(其长度即符号长度)。符号速率即载波信号的参数（如相位）转换速率，实际上是载波状态的变化速率。符号率越高，响应的传输速率也越高，但信号中包含的频谱成分越高，占用的带宽越宽信道：指传输信号的通道，可以是有线的，也可以是无线的，有线和无线均有多种传输媒质。信道既给信号以通路，也对信号产生各种干扰和噪声（2）带宽：宽带：即数据传输率，也就是单位时间的数据吞吐量（单位时间内网络层输出的分组数），比如：我们常说ADSL的2Mbps（bitpersecond）的宽带。（有人说拉的是2M带宽的线，此人说法不严谨，应该说是2M宽带。）带宽：通信信道的频带宽度，是通信信道的频率上界与下界之间的差，是介质传输的能力的度量值，通常以赫兹为单位计量（信号带宽）每秒

106

个比特时间1

01

0

111s带宽为1Mb/s时间每秒

4

106

个比特0.25s带宽为4Mb/s在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄信道带宽：则限定了允许通过该信道的信号下限频率和上限频率，也就是限定了一个频率通带。比如一个信道允许的通带为1.5kHz至15kHz，其带宽为13.5kHz，如果不考虑衰减、时延以及噪声等因素，通过此信道的该信号会毫不失真。如果一个基频为1kHz的方波，通过该信道肯定失真会很严重；方波信号若基频为2kHz，但最高谐波频率为18kHz，带宽超出了信道带宽，其9次谐波会被信道滤除，通过该信道接收到的方波没有发送的质量好；那么，如果方波信号基频为500Hz，最高频率分量是11次谐波的频率为5.5kHz，其带宽只需要5kHz，远小于信道带宽，是否就能很好地通过该信道呢？其实，该信号在信道上传输时，基频被滤掉了，仅各次谐波能够通过，信号波形一定是不堪入目电平：就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。这里的电量自然指“电功率”、“电压”、“电流”并将倍数化为对数，用“分贝”表示，记作“dB”。分别记作：10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)上式中P、U、I分别是电功率、电压、电流。用“dB”有两个好处：其一读写、计算方便。如多级放大器的总放大倍数为各级放大倍数相乘，用分贝则可改用相加。其二能如实地反映人对声音的感觉。实践证明，声音的分贝数增加或减少一倍，人耳听觉响度也提高或降低一倍。即人耳听觉与声音功率分贝数成正比。例如蚊子叫声与大炮响声相差100万倍，但人的感觉仅有60倍的差异，而100万倍恰是60dB（3）吞吐量（throughput）：表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制（4）时延：传输时延（发送时延delay或latency）：发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间发送时延=数据块长度（比特）发送速率（比特/秒）传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）处理时延：

交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延1011001…发送器队列在链路上产生传播时延结点

B结点

A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点

A中产生处理时延和排队时延数据链路总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延带宽时延带宽积=传播时延带宽（传播）时延（5）时延带宽积：（6）往返时间（RTT）：表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接收方收到数据后便立即发送确认），总共经历的时间当使用卫星通信时，往返时间RTT相对较长，是很重要的一个性能指标（7）利用率：信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）完全空闲的信道的利用率是零网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值信道利用率并非越高越好，过高会产生非常大的时延，因此一些拥有较大主干网的ISP通常控制他们的信道利用率不超过50%，如果超过了就要准备扩容，增大线路的带宽根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系：（U是网络的利用率，数值在0到1之间）时延

D利用率

U10D0时延急剧增大计算机网络的非性能特征：（1）费用：速率越高，价格也越高（2）质量：取决所有构件的质量（3）标准化：最好采用国际标准（4）可靠性：（5）可扩展性和可升级性：（6）易于管理和维护：1.码元传输速率RB又称码元速率、数码率、传码率、码率、信号速率、波形速率、波特率，用符号RB来表示码元速率是指单位时间(每秒钟)内传输码元的数目，单位为波特(Baud)，常用符号“B”表示(注意，不能用小写)例如，某系统在2s内共传送了4800个码元，则系统的传码率为2400B为了纪念电报码的发明者法国人波特数字信号一般有二进制与多进制之分，但码元速率RB与信号的进制数无关，只与信号码元宽度Tb有关(1-7)发射脉冲波形，μs有的书B=1/T尼奎斯特定理：有限带宽无噪声信道的极限波特率B＝2W（W为信道带宽）数据速率：（无噪声）数据速率：（有噪声）S为信号平均功率N为噪声平均功率S/N叫做信噪比例如：设信道带宽为3MHz,信噪比S/N为20dB，若传送BPSK信号则可达到的最大数据速率是多少？解答：带噪信道用香农公式计算,最大数据速率为：3M×log2(1+100)=3M×6.65=20Mb/s,对于BPSK信号，正弦载波用两种相位状态，表示1比特(0或1)。其波特率也是20Mb/s因为n0B就是噪声的功率，令N=n0BC值就称为信道容量就是著名的香农信道容量公式，简称香农公式（有噪声）根据香农公式可以得出以下重要结论：

(1)任何一个连续信道都有信道容量在给定B、S/N的情况下，信道的极限传输能力为C，如果信源的信息速率R小于或等于信道容量C，那么在理论上存在一种方法使信源的输出能以任意小的差错概率通过信道传输如果R大于C，则无差错传输在理论上是不可能的因此，实际传输速率(一般地)要求不能大于信道容量，

除非允许存在一定的差错率

(2)增大信号功率S可以增加信道容量C若信号功率S趋于无穷大时，则信道容量C也趋于无穷大:

（2-148）减小噪声功率N也可以增加信道容量C。若噪声功率N趋于零，则信道容量趋于无穷大:（2-149）增大信道带宽B可以增加信道容量C，但不能使信道容量C无限制地增大。当信道带宽B趋于无穷大时，信道容量C的极限值为:

(2-150)(3)当信道容量保持不变时，信道带宽B、信号噪声功率比S/N及传输时间三者是可以互换的若增加信道带宽，可以换来信号噪声功率比的降低,反之亦然如果信号噪声功率比不变，那么增加信道带宽可以换取传输时间的减少，反之亦然当信道容量C给定时，B1、S1/N1和B2、S2/N2分别表示互换前后的带宽和信号噪声比，则有(2-151)当维持同样大小的信号噪声功率比S/n0时，给定的信息量可以用不同带宽B和传输时间T来互换。若T1、B1和T2、B2分别表示互换前后的传输时间和带宽，则有(2-152)通常把实现了极限信息速率传输(即达到信道容量值)且能做到任意小差错率的通信系统称为理想通信系统香农公式只证明了理想通信系统的“存在性”，却没有指出具体的实现方法因此，理想系统常常只作为实际系统的理论界限如果传输的是QPSK的信号，一个正弦载波可以有4个不同的相位，可以表示两位二进制数位的4种信息状态。那么波特率为0.5×20MB=10MB,所以根据香农定理移项可知，只需要占用1.5MHz的带宽可以这样理解，对于待传输的货物(一定数目的二进制比特)，用箱子（符号或者调制方式）去装货，如果每个箱子多装一点（每符号多表示几个比特），那么运的次数少一些，效率高（带宽少）；反之则效率低通常在给出系统码元速率时，有必要说明码元的进制，多进制(N)码元速率RBN与二进制码元速率RB2，在保证系统信息速率不变的情况下可相互转换，转换关系式为RB2=RBN·lbN(B)式中，N=2k，k=2,3,4…

(2-8)2.信息传输速率Rb简称信息速率、传信率、比特率指单位时间(每秒钟)内传送的信息量，单位为比特/秒(bit/s)，简记为b/s或bps例如，某信源在1秒钟内传送1200个符号，且每一个符号的平均信息量为1(bit)，则该信源的=1200b/s或1200bps信息量与信号进制数N有关,因此Rb也与N有关3.Rb与RB之间的互换在二进制中，码元速率RB2同信息速率Rb2在数值上相等，但单位不同在多进制中，RBN与RbN之间数值不同，单位亦不同它们之间在数值上有如下关系式:(2-9)在码元速率保持不变的条件下，二进制信息速率Rb2与多进制信息速率RbN之间的关系为:(2-10)【例】已知二进制数字信号在2min内共传送了72000个码元，(1)问其码元速率和信息速率各为多少?(2)如果码元宽度不变(即码元速率不变)，但改为八进制数字信号，则其码元速率为多少?信息速率又为多少?解：(1)在2×60s内传送了72000个码元

(2)若改为八进制

4.频带利用率η指的是传输效率问题如果频带利用率高，说明通信系统的传输效率高频带利用率的定义：单位频带内码元传输速率的大小(1-11)频带宽度频带宽度B的大小取决于码元速率RB，而码元速率RB与信息速率有确定的关系因此，频带利用率还可用信息速率Rb的形式来定义，以便比较不同系统的传输效率(1-12)三.通信系统的可靠性指标

1.码元差错率Pe简称误码率，要求小于10-6(传送1兆位出错1位)指接收错误的码元数在传送总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率（1-13）

2.信息差错率Pb简称误信率、误比特率指接收的错误信息量在传输的信息总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率3.误码率和误信率之间的关系对于二进制而言，误码率和误比特率显然相等而M进制信号的每个码元含有n=lbM比特，并且一个特定的错误码元可以有(M-1)种不同的错误样式其中恰好错i比特的错误样式有个（1-15）

假设这些错误样式以等概率出现，则当一个码元发生错误时，在n个比特中错误比特所占比例的数学期望值等于:所以，当M大时，误比特率等于:

（1-16）

在某些通信系统中，例如在采用格雷(Gray)码的多相制系统中，错误码元中仅发生1比特错误的概率最大。这时，近似地有：

（1-17）

4.误字率Pw指接收的错误字数在传输的总字数中所占的比例若一个字由k比特组成，每比特用一码元传输，则误字率等于：【例1.6】已知某八进制数字通信系统的信息速率为12000b/s，在接收端半小时内共测得错误码元有216个，试求系统的误码率。解：已知Rb8=12000b/s

则系统误码率：

2.4物理信道同轴电缆，分为粗缆和细缆双绞线：布线工程中最常用的一种传输介质双绞线是由相互按一定扭距绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线加绝缘层并有色标来标记使用双绞线组网，双绞线和其他网络设备（例如网卡）连接必须是RJ45接头（也叫水晶头）UTP和STP五种不同质量的型号双绞线(上)及RJ45头（下）：网线制作：8芯4组√EIA/TIA-568B:白橙-橙白绿-蓝白蓝-绿白棕-棕√EIA/TIA-568A:白绿-绿白橙-蓝白蓝-橙白棕-棕光缆:光缆不仅是目前可用的媒体，而且是今后若干年后将会继续使用的媒体，其主要原因是这种媒体具有很大的带宽.适于高速网络和骨干网.利用光缆连接网络，每端必须连接光/电转换器，另外还需要一些其它辅助设备左图是单模光纤，右图是多模光纤传输媒介价格电磁干扰频带宽度单段最大长度UTP最便宜高低100米STP一般低中等100米同轴电缆一般低高185/500米光缆最高没有极高几十公里同轴电缆、双绞线、光缆的性能比较无线媒体：无线媒体最好应用于难以布线的场合或远程通信无线媒体有三种主要类型：无线电、微波、红外线

优点

缺点双绞线价格便宜,安装容易10Mb/s(局域网)抗干扰差同轴电缆基带价格便宜,安装容易信号易畸变与衰减宽带传输远,提供多信道技术复杂,价格贵

光缆(单/多模)高数据速率、极宽的频带、低误码率和低延迟,安全保密性好,轻小易铺设价格昂贵,安装和配置技术复杂.无线信道微波高带宽,容量大,便于安装和移动电磁干扰,信号衰减,时延激光更高带宽,方向性好,不受电磁干扰不怕偷听会衰减,距离近红外线高带宽,价格便宜距离近,易受影响短波价格便宜,便于移动,距离远(中继站)电磁干扰,地形影响带宽小磁介质方便(拷在盘上)距离近传输码型的选择，主要考虑以下几点：(1)码型中低频、高频分量尽量少(2)码型中应包含定时信息，以便定时提取(3)码型变换设备要简单可靠(4)码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测2.5数据编码(5)编码方案对发送消息类型不应有任何限制，适合于所有的二进制信号(6)编码效率高(7)误码增殖低单个的数字传输错误在接收端解码时造成错误码元的平均个数增加1.单极性不归零(NRZ)码1：正电平0：零电平在表示一个码元时，电压均无需回到零，故称不归零码0

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单极性码它有如下特点：(1)发送能量大，有利于提高接收端信噪比(2)在信道上占用频带较窄(3)有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直流分量的存在，无法使用一些交流耦合的线路和设备(4)不能直接提取位同步信息(5)接收单极性NRZ码的判决电平应取“1”码电平的一半2.双极性不归零(NRZ)码1：正电平0：负电平0

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双极性码其特点除与单极性NRZ码特点(1)、(2)、(4)相同外，还有以下特点：从统计平均角度来看，“1”和“0”数目各占一半时无直流分量，但当“1”和“0”出现概率不相等时，仍有直流成份(2)接收端判决门限为0，容易设置并且稳定，因此抗干扰能力强(3)可以在电缆等无接地线上传输0

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3.单极性归零(RZ)码1：发送1个宽度小于码元持续时间的归零脉冲0：不发送脉冲其特征是所用脉冲宽度比码元宽度窄，即还没有到一个码元终止时刻就回到零值，因此，称其为单极性归零码脉冲宽度τ与码元宽度Tb之比τ/Tb叫占空比单极性RZ码与单极性NRZ码比较，除仍具有单极性码的一般缺点外，主要优点是可以直接提取同步信号此优点虽不意味着单极性归零码能广泛应用到信道上传输，但它却是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。即它是适合信道传输的，但不能直接提取同步信号的码型，可先变为单极性归零码，再提取同步信号4.双极性归零(RZ)码1：正脉冲0：负脉冲相邻脉冲间必有零电平区域存在0

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在接收端根据接收波形归于零电平便知道1比特信息已接收完毕，以便准备下一比特信息的接收所以，在发送端不必按一定的周期发送信息可以认为正负脉冲前沿起了启动信号的作用，后沿起了终止信号的作用,因此，可以经常保持正确的比特同步此外，双极性归零码也具有双极性不归零码的抗干扰能力强及码中不含直流成分的优点双极性归零码得到了比较广泛的应用

5.差分码对0差分码：利用相邻前后码元电平极性改变表示“0”，不变表示“1”对1差分码：利用相邻前后码元极性改变表示“1”，不变表示“0”0

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特点：即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确地进行判决6.交替极性(AMI)码双极方式码、平衡对称码、信号交替反转码0：零电平1：交替的正、负电平0

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这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的符号序列(故叫伪三元序列)其优点如下：(1)在“1”、“0”码不等概率情况下，也无直流成分，且零频附近低频分量小。因此，对具有变压器或其他交流耦合的传输信道来说，不易受隔直特性影响(2)若接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确判决(3)只要进行全波整流就可以变为单极性码。如果交替极性码是归零的，变为单极性归零码后就可提取同步信息。北美系列的一、二、三次群接口码均使用经扰码后的AMI码

7.三阶高密度双极性(HDB3)码

AMI码有一个很大的缺点：连“0”码过多时提取定时信号困难这是因为在连“0”时AMI输出均为零电平，连“0”码这段时间内无法提取同步信号，而前面非连“0”码时提取的位同步信号又不能保持足够的时间HDB3码就是一系列高密度双极性码(HDB1、HDB2、HDB3等)中最重要的一种编码原理：先把消息变成AMI码，然后检查AMI的连“0”情况，当无3个以上连“0”串时，则这时的AMI码就是HDB3码当出现4个或4个以上连“0”情况，则将每4个连“0”小段的第4个“0”变换成“１”码这个由“0”码改变来的“１”码称为破坏脉冲(符号)，用符号V表示，而原来的二进制码元序列中所有的“１”码称为信码，用符号B表示。下面(a)、(b)、(c)分别表示一个二进制码元序列、相应的AMI码以及信码B和破坏脉冲V的位置当信码序列中加入破坏脉冲以后，信码B和破坏脉冲V的正负必须满足如下两个条件：

(1)B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以便确保编好的码中没有直流成分(2)V码必须与前一个码(信码B)同极性，以便和正常的AMI码区分开来。如果这个条件得不到满足，那么应该在四个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与V码同极性的补信码，用符号B′表示。此时B码和B′码合起来保持条件(1)中信码极性交替变换的规律(a)代码：01000011000001010(b)AMI码：0+10

0

00-1

+1

000

0

0-10

+1

0(c)B和V：0B000VBB000V0B0B0(d)B′：

0B+0

0

0V+B-

B+

B`-

00

V-

0B+0

B-0(e)HDB3：0+1000+1–1+1-100-10+10-10

(a)代码：00000011000001010(b)AMI码：000

0

00+1

-1

000

0

0+10

-1

0(c)B和V：000V00BB000V0B0B0(d)B′：

B`+0

0V+

0

0B-

B+

B`-

00

V-

0B+0

B-0(e)HDB3：+100+100–1+1-100-10+10-10

是否添加补信码B′还可根据如下规律来决定：当(c)中两个V码间的信码B的数目是偶数时，应该把后面的这个V码所表示的连“0”段中第一个“0”变为B′，其极性与前相邻B码极性相反，V码极性作相应变化如果两V码间的B码数目是奇数，就不要再加补信码B′了0

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(a)代码：01011001(b)AMI码：0+10

-1

+100

-1(c)B和V：0B0BB00B(d)B′：

0B+0

B-

B+00

B-(e)HDB3：0+10–1+100–1在接收端译码时，由两个相邻同极性码找到V码，即同极性码中后面那个码就是V码由V码向前的第3个码如果不是“0”码，表明它是补信码B′把V码和B′码去掉后留下的全是信码把它全波整流后得到的是单极性码HDB3编码的步骤可归纳为以下几点：(1)从信息码流中找出四连“0”，使四连“0”的最后一个“0”变为“V”(破坏码)(2)使两个“V”之间保持奇数个信码B，如果不满足，使四连“0”的第一个“0”变为补信码B′，若满足，则无需变换(3)使B连同B′按“+1”、“-1”交替变化，同时V也要按“+1”、“-1”规律交替变化，且要求V与它前面的相邻的B或者B′同极性其解码的步骤为：(1)找V，从HDB3码中找出相邻两个同极性的码元，后一个码元必然是破坏码V(2)找B′，V前面第三位码元如果为非零，则表明该码是补信码B′(3)将V和B′还原为“0”，将其他码元进行全波整流,即将所有“+1”、“-1”均变为“1”，这个变换后的码流就是原信息码HDB3码的优点是：无直流成分，低频成分少，即使有长连“0”码时也能提取位同步信号缺点是：编译码电路比较复杂HDB3码是CCITT建议欧洲系列一、二、三次群的接口码型8.PST码PST码是成对选择的三进码其编码过程是：先将二进制代码两两分组，然后再把每一码组编码成两个三进制数字(+、-、0)。因为两位三进制数字共有9种状态，故可灵活地选择其中的4种状态0+000-+0+++--0---+下表列出了其中一种使用最广的格式：代码：01001110101100PST码（以+模式开头）：0+-++-+0+0+--+PST码（以-模式开头）：0--++--0-0+--+

为防止PST码的直流漂移，当在一个码组中仅发送单个脉冲时，即二进制码为10或01，两个模式应交替变换(+模式变成－模式，－模式变成+模式)；而当码组为00或11时，+模式和-模式编码规律相同。

例如：

代码：01001110101100PST码（以+模式开头）：0+-++--0+0+--+PST码（以-模式开头）：0--++-+0-0+--+

PST码能提供足够的定时分量，且无直流成分，编码过程也较简单但这种码在识别时需要提供“分组”信息，即需要建立帧同步在某些高速远程传输系统中，lB／1T码的传输效率偏低为此可以将输入二进制码分成若干位一组，然后用较少位数的三元码来表示，以降低编码后的码速率，从而提高频带利用率4B／3T码型是lB／1T码型的改进型，它把4个二进制码变换成3个三元码显然，在相同的码速率下，4B／3T码的信息容量大于1B／1T，因而可提高频带利用率4B／3T码适用于较高速率的数据传输系统，如高次群同轴电缆传输系统9.双相（BiphaseCode）码数字分相码或曼彻斯特（Manchester）码它的特点：每个二进制代码分别用两个具有不同相位的二进制代码来取代0：用01表示1：用10表示0

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该码的优点是无直流分量，最长连“0”、连“1”数为2，定时信息丰富，编译码电路简单但其码元速率比输入的信码速率提高了一倍双相码适用于数据终端设备在中速短距离上传输如以太网采用分相码作为线路传输码双相码当极性反转时会引起译码错误，为解决此问题，可以采用差分码的概念，将数字双相码中用绝对电平表示的波形改为用相对电平变化来表示这种码型称为差分双相码或差分曼彻斯特码数据通信的令牌网即采用这种码型10.密勒(Miller)码1：用10和01交替变化表示0：单个“0”时，在码元持续内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变，即00和11交替0

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00000011000001010若两个“１”码中间有一个“０”码时，密勒码流中出现最大宽度为2Ts的波形，即两个码元周期这一性质可用来进行误码检错11.信号反转(CMI)码0：用01表示1：用00和11交替表示0

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它的优点是：没有直流分量，且有频繁出现波形跳变，便于定时信息提取，具有误码监测能力CMI码同样有因极性反转而引起的译码错误问题由于CMI码具有上述优点，再加上编、译码电路简单，容易实现，因此，在高次群脉冲码调制终端设备中广泛用作接口码型，在速率低于8448kb／s的光纤数字传输系统中也被建议作为线路传输码型。国际电联(ITU)的G.703建议中，也规定CMI码为PCM四次群的接口码型。日本电报电话公司在32kb／s及更低速率的光纤通信系统中也采用CMI码12.差分模式反转(DMI)码0：若前面为01或11，则为01；若前面为10或00，则为101：00和11交替变化0

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0

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01000111001001010随编码器的初始状态不同，同一个输入二元码序列，变换后的DMI码有两种相反的波形，即把图6-1（k）波形反转，也代表输入的二元码DMI码和差分双相码的波形是相同的，只是延后了半个输入码元因此，若输入码是0、1等概率，前后独立，则DMI码的功率谱密度和差分双相码的功率谱密度相同DMI码和CMI码相比较，CMI码可能出现3个连“0”或3个连“1”，而DMI码的最长连“0”或连“1”为2个13.多进制码图(a)只有正电平(即0、1、2、3四个电平)，而图(b)是正、负电平(即+3、+1、-1、-3四个电平)均有的采用多进制码的目的是在码元速率一定时提高信息速率图

四进制代码波形

单极性码单极性归零码双极性码双极性归零码差分码交替极性码单极性不归零码0

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曼彻斯特码密勒码信号反转码差分模式反转码双相码0

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差分曼彻斯特码(k)DMI码(a)单极性(NRZ)码(b)双极性(NRZ)码(c)单极性(RZ)码(d)双极性(RZ)码(e)差分码(f)交替极性码(AMI)(g)三阶高密度双极性码(h)双相码(i)Miller码(j)信号反转码(CMI)2.6数字调制技术基本模拟调制方式表示方法特点幅度键控(ASK)载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值实现简单抗干扰差频移键控(FSK)按照数字数据的值(0或1)调制载波的频率抗干扰好带宽较大相移键控(PSK)用数字数据的值调制载波抗干扰好定时信息数字调制:用数字数据调制模拟信号ASKFSKPSK010110012.7脉冲编码调制编码解码器(Codec):与Modem作用相反

模拟数据的数字化:用Codec把模拟数据变换为数字信号的过程PCM(PulseCodeModulation):常用的数字化技术PCM原理内容取样f1=1/T1>2fmax(Nyquist取样定理)量化连续值量化为离散值,离散值个数决定量化的精度编码把量化后的样本值变成相应的二进制代码1.61.82.43.02.24.05.25.84.8f1>2fmax数字等效二进制数脉码波形0000

1001

2010

30114100

5

101

611071112.8多路复用技术数据通信方式多路复用技术:它是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术MUXMUXABCABC复用技术特点FDM在一条传输介质上使用多个频率不同的模拟载波信号进行多路传输.(CATV与宽带局域网)TDM同步时分整个传输时间划分为固定大小的周期.易浪费统计时分在发送端,集中器(MUX)依次循环扫描各个子通道.(每个时槽加入一个控制域)2.9差错控制一.差错的起因和特点差错起因特点随机错误(热噪声)热噪声时刻存在,宽频谱,幅度小(全局)突发错误(冲击噪声)持续时间短而幅度大(局部)二.检错码1.奇偶校验:在7单位的ASCII代码后增加一位,使码字中1的个数成奇数(奇校验)或偶数(偶校验)适合随机性错误k1k2k3k4…kn信息码校验码2.检查和:把数据块中的每个字节当作一个二进制整数,在发送过程中按模256相加.数据