第2章通信基础知识6h课件

第二章数据通信的基础知识本章重点基本概念●多路复用信道●数据交换技术传输媒体●差错控制编码8/8/20231计算机网络与通信第二章数据通信的基础知识本章重点8/1/20231计算数据(Data)：传递（携带）信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释。--模拟(Analog)数据与数字(Digital)数据信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播。--模拟信号与数字信号--基带(Baseband)与宽带(Broadband)信号●一些术语解释解释解释2.1基本概念8/8/20232计算机网络与通信数据(Data)：传递（携带）信息的实体，信息(Inform模拟数据和数字数据模拟数据：时间上连续，包含无穷多个值数字数据：时间上离散，仅包含有限数目的预定值例如：电流值、电压值、温度值：0.1A5V40C0

开关量：二进制0，116进制8/8/20233计算机网络与通信模拟数据和数字数据模拟数据：时间上连续，包含无穷多个值例如模拟信号和数字信号模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：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8/8/20234计算机网络与通信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tt基带(Baseband)与宽带(Broadband)信号基带信号：将“0”和“1”直接用两种电压表示，在线路上传输，即原始信号所占的基本频带。频带信号：将基带信号调制到较高频段进行传输。宽带信号：将多路基带信号分别调制到一条电缆的不同频段进行传输。8/8/20235计算机网络与通信基带(Baseband)与宽带(Broadband信道(Channel)：传送信息的媒体（或通路）。与电路区分

分为：模拟信道；数字信道码元(CodeCell)：时间轴上的一个信号编码单元即：一个单位脉冲信号为一码元。

t码元1码元2码元3码元4码元5信号同步脉冲同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始8/8/20236计算机网络与通信信道(Channel)：传送信息的媒体（或通路）。与电路区分

当一个单位脉冲信号表示二进制码两个有效值时(0,1)，一码元由一位构成；当一个单位脉冲信号表示二进制码四个有效值时(00,01,10,11)，一码元由两位构成；

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。换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。

码元位数D=log2WW：有效值状态

8/8/20237计算机网络与通信当一个单位脉冲信号表示二进制码两个有效值时(0波特率(Baud)：每秒传送的码元数。码元速率

1Baud=（log2M）bps

其中M是信号的编码级数。也可以写成 Rbit=Rbaudlog2M消息速率：指单位时间内所传送的消息数量。（字节/秒B/s）传输速率：比特率(BitRate)：数据传输速率(bps，b/s)。指每秒传输的二进制码位数，数据速率●数据通信的主要技术指标：8/8/20238计算机网络与通信波特率(Baud)：每秒传送的码元数。码元速率传输速率：●数带宽(Bandwidth)：信号或信道占据的频率范围(Hz)

信号带宽：信号占据的频率范围

信道带宽：信道占据的频率范围

关系：信道带宽>信号带宽信号才能通过信道信道容量(Channelcapacity)：信道的最大数据率

误码率(Biterrorrate)：信道传输可靠性指标

P=要求：误码率<10-6。即平均传送1兆位错一位传输的总位数错误的位数8/8/20239计算机网络与通信带宽(Bandwidth)：信号或信道占据的频率范围(Hz)信息编码：将信息用二进制数表示的方法。数据编码：将数据用物理量表示的规则。例如：字母‘A’的ASCII编码为01000001，其数据编码可能为01000001t8/8/202310计算机网络与通信信息编码：将信息用二进制数表示的方法。01000001t8/●通信系统模型通信的三个要素：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：噪声信源编码调制信道解调解码信宿编码器：数据适合传输的信号——便于识别、纠错调制器：信号适合传输的形式——按频率、幅度、相位解调器：接收波形数字信号序列解码器：传输信号原始数据8/8/202311计算机网络与通信●通信系统模型通信的三个要素：信源、信宿和信道噪声信源编码调信息→数据→信号→在介质上传输→信号→数据→信息通信系统的任务信息通过通信系统传输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。信息和数据（0、1比特）不能直接在介质上传输。8/8/202312计算机网络与通信信息→数据→信号→在介质上传输→信号→数据→信息通信系统的任●通信传输方式信源信道传输方式模拟模拟模拟传输模拟数字数字数字传输模拟或数字数据传输8/8/202313计算机网络与通信●通信传输方式信源信道传输方式模拟模拟模拟传输模拟数字数字数●通信系统的构成◆数据传输系统：1）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、路由器等◆数据处理系统：主要是指计算机。●通信基本过程—包含两项内容：数据传输和通信控制建立物理连接→建立逻辑连接→数据传送→断开逻辑连接→断开物理连接（对比：打电话的过程）8/8/202314计算机网络与通信●通信系统的构成◆数据传输系统：●通信基本过程—包含两项内容1.数字信道和模拟信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）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。2.2信道及其主要特征8/8/202315计算机网络与通信1.数字信道和模拟信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）2.模拟信号和数字信号模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：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8/8/202316计算机网络与通信2.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3.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成（如正弦波）非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号），能被分解成无数个周期信号的叠加。ttTTTTTT周期信号8/8/202317计算机网络与通信3.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数字通信的优点

•抗噪声（干扰）能力强

•可以控制差错，提高了传输质量

•便于用计算机进行处理

•易于加密、保密性强

•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。如用modem通过拨号线路传输数字信号。8/8/202318计算机网络与通信数字通信的优点8/1/202318计算机网络与通信4.传输模式(通信方式)—数据流动的方向•单工：数据单向传输（无线电广播）•半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机）•全双工：数据可同时双向传输（电话）

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2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输8/8/202319计算机网络与通信4.传输模式(通信方式)—数据流动的方向•单工：数据单向传5.数字数据的传输方式•基带传输：不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。

例如：以太网•频带传输：调制成模拟信号后再传送，接收方需要解调

例如：通过电话模拟信道传输•宽带传输：将多路基带信号分别调制到一条电缆的不同频段进行传输。8/8/202320计算机网络与通信5.数字数据的传输方式•基带传输：不调制，编码后的数字脉冲6.数据同步方式目的是使接收端与发送端在时间基准上一致(包括开始时间、位边界、重复频率等)。有三种同步方法：

●位同步

●字符同步（异步传输）

●帧同步（同步传输）8/8/202321计算机网络与通信6.数据同步方式目的是使接收端与发送端在时间基准上一位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步

●外同步——发送端发送同步时钟信号，接收方用它来锁定自己的时钟脉冲频率。t10010信号同步脉冲8/8/202322计算机网络与通信位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步t1●自同步——通过特殊编码（如曼彻斯特编码），这些数据编码信号包含了同步脉冲，接收方提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。t10110信号8/8/202323计算机网络与通信●自同步——通过特殊编码（如曼彻斯特编码），这些数t1011字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步制——每两个字符之间的间隔时间不固定。

每个字符的传输需要：（图2-11）

1个起始位

5，6，7，8个数据位

1，1.5，2个停止位—频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同步—增加了辅助位，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8/11＜72％8/8/202324计算机网络与通信字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步信号起始位1~2位停止位7位数据位图2-118/8/202325计算机网络与通信信号起始位1~2位7位数据位图2-118/1/202325计帧（Frame）——包含数据和控制信息的数据块（包）帧起始控制信息数据帧结束校验和0-n8bit8bit8-32m面向比特的——以特殊位序列（7EH）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的帧。面向字符的——以同步字符（SYN，16H）来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧。帧同步：识别一个帧的起始和结束。8/8/202326计算机网络与通信帧（Frame）——包含数据和控制信息的数据块（包）帧起始控7.信道的主要技术指标信道评价：两个方面数量：速度:数据速率、调制速率、信道容量、传输速度、吞吐量等。质量：出错率数据速率：每秒传输的二进制代码位数。比特率（b/s或bps）c=log2MT:单位脉冲宽度，传输电脉冲信号的周期M:电信号有效状态数1T8/8/202327计算机网络与通信7.信道的主要技术指标信道评价：两个方面数据速率：每秒传输调制速率：每秒传输的码元个数。码元速率。波特率（Baud）B=T:调制周期1T信道容量：指信道能够传送的最大数据速率关系:C=Blog2M

8/8/202328计算机网络与通信调制速率：每秒传输的码元个数。码元速率。波特率（Baud）1信道最大数据传输率M最大数据率(C)26000bps412000bps818000bps1624000bps3230000bps6436000bpsC=2wlog2MC=传输率，单位b/s或bpsW=带宽，单位HzM=信号电平级数例如：话音级线路(3000Hz)的信道容量计算，如右图所示。Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。Nyquist公式：用于理想低通信道8/8/202329计算机网络与通信信道最大数据传输率M最大数据率非理想信道实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a）衰减

信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。

信噪比S/N:S：表示信号功率

N：表示噪声功率b）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。8/8/202330计算机网络与通信非理想信道8/1/202330计算机网络与通信c）噪声

热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。

串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线

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、大功率电机启动等）。

噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps）。8/8/202331计算机网络与通信c）噪声8/1/202331计算机网络与通信Shannel公式：高斯噪声干扰信道S/NdB信噪比（dB分贝）的定义:C=Wlog2(1+SN)S/NdB=10log10S/N例：信道带宽W=3KHz，信噪比为30dB，则 C=3000*log2(1+1000)≈30KbpsC=传输率，单位b/sW=带宽，单位Hz

即：8/8/202332计算机网络与通信Shannel公式：高斯噪声干扰信道S/NdB信噪比（dBNyquist公式和Shannel公式的比较●C=2Wlog2M

此公式说明数据传输率C随信号编码级数增加而增加。设法使每个码元携带更多的比特信息。例：标准电话信道：带宽：2400HZ,采用16元制，传输速率达到9600b/s●C=Wlog2(1+S/N)

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。例：标准电话信道：带宽：3.1kHZ,S/N=2500,传输速率不可能超过35kb/s原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。8/8/202333计算机网络与通信Nyquist公式和Shannel公式的比较●C=2W金属导体双绞线、同轴电缆(粗、细)光纤

单、多模光纤无线介质无线电、短波、微波、卫星、光波2.3传输媒体(介质)8/8/202334计算机网络与通信金属导体2.3传输媒体(介质)8/1/202334计算机网●双绞线内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外套--螺旋绞合的双导线，≈1mm--每根4对、25对、1800对--典型连接距离100m（LAN）--RJ45插座、插头--优缺点：成本低密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）抗干扰性一般连接距离较短8/8/202335计算机网络与通信●双绞线内导体芯线--螺旋绞合的双导线，≈1mm8/1/2屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少干扰和串音3类、5类、6类（16M、155M、1200M）双绞线外没有任何附加屏蔽8/8/202336计算机网络与通信屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双表2-3是UTP电缆的常见类型，10BaseT局域网中主要使用3类和5类线，它们的有效传输距离一般在100m左右。另外还有超5类双绞线电缆，通过对其“信道”性能测试结果表明，与普通5类双绞线电缆比较，它的近端串扰、衰减和结构回波等主要性能指标都有很大提高。

8/8/202337计算机网络与通信表2-3是UTP电缆的常见类型，8/1/202337计算机网双绞线与工作站的网卡和集线器之间用水晶头连接.双绞线的制作分为工作站至工作站和工作站至集线器两种：12345678A线序：绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕

12345678B线序：橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕

12345678RJ-45插座水晶头8/8/202338计算机网络与通信双绞线与工作站的网卡和集线器之间用水晶头连接.1234网线用途水晶头线序交换机/HUB——计算机B——B计算机——计算机B——A交换机/HUB——下级交换机/HUB(普通口)交换机/HUB——下级交换机/HUB(uplink)B——AB——B8/8/202339计算机网络与通信网线用途水晶头线序交换机/HUB——计算机B——B计算机——●同轴电缆基带同轴电缆

一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输宽带同轴电缆

一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，75，用于模拟传输，300—450MHz，100km，需要放大器

铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套8/8/202340计算机网络与通信●同轴电缆基带同轴电缆 铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套8/1/细同轴

--50，D=1.02cm，10Mbps

--185m、4中继、5段（925m）

--优缺点：价格低 安装方便（T型连接器、BNC接头、Terminator） 抗干扰能力强 距离短 可靠性差粗同轴--50，D=2.54cm，10Mbps--500m、4中继、5段（2500m）

--优缺点：价格稍高 安装方便（收发器、收发器电缆、Terminator） 抗干扰能力强 距离中等 可靠性好

8/8/202341计算机网络与通信细同轴

--50，D=1.02cm，10Mbps8表2-4是网络工程施工中常常用到的一些IEEE802.310BaseT系列网络拓扑经验，仅供读者参考。8/8/202342计算机网络与通信表2-4是网络工程施工中常常用到的一些IEEE802.31●光纤依靠光波承载信息速率高，通信容量大

仅受光电转换器件的限制（＞100Gb/s）传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好，保密性好轻便8/8/202343计算机网络与通信●光纤依靠光波承载信息8/1/202343计算机网络与通信

光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角≥临界值时产生全反射，不会泄漏。

光纤：纤芯-折射率高、玻璃包层-折射率低

亮度调制，有脉冲-1，无脉冲-0

光传输系统：光源、介质、光检测器 光源:850nm/1300nm/1500nm波长发光二极管/激光二极管 介质:光纤 光检测器:光电二极管PIN/雪崩二极管APD

单向传输，双向需两根光纤光纤传输原理——利用了光的反射8/8/202344计算机网络与通信光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决●光纤传送模式：MMF、SMF多模MMF

输入电信号输出电信号单模SMF

波长:1300,1550nm波长:850,1300nmh2h1芯/封套特性h1h2光纤的直径减小到一个光波波长多束光线以不同的反射角传播单束光线沿直线传播8/8/202345计算机网络与通信●光纤传送模式：MMF、SMF多模MMF输●典型的光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳常见规格：玻璃内芯——50um缓变型MMF 62.5um缓变/增强型MMF 8.3um突变型SMF 玻璃包层——125um8/8/202346计算机网络与通信●典型的光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆多芯光缆玻璃内芯●高密度多芯光缆剖面结构芯封套外套加强芯光纤外鞘加强芯光纤束8/8/202347计算机网络与通信●高密度多芯光缆剖面结构芯封套外套加强芯光纤外鞘加强芯光纤束多模光纤和5类双绞线的衰减与频率关系如图2-13所示，当传输频率超过100MHz时，5类双绞线随着频率的增加衰减愈来愈大；而光纤在300MHz以内，衰减基本不变。

光纤与电缆频率与衰减关系图8/8/202348计算机网络与通信多模光纤和5类双绞线的衰减与频率关系如图2-13所示，当传输缺点：

就是光纤的切断和将两根光纤精确地连接所需要的技术要求较高。光纤联网时，常常将一段段的点到点的链路串起来构成一个环路，通过T型接头连接到计算机。T型接头：无源，有源。示意图p31.8/8/202349计算机网络与通信缺点：就是光纤的切断和将两根光纤精确地连接所需要的技●无线介质使用电磁波或光波携带信息无需物理连接适用于长距离或不便布线的场合易受干扰8/8/202350计算机网络与通信●无线介质使用电磁波或光波携带信息8/1/202350计算机无线电固定终端点（基站）和终端之间是无线链路BS基站用户计算机和终端BS基站覆盖的无线电区域F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的频率8/8/202351计算机网络与通信无线电固定终端点（基站）和终端之间是无线链路BS基站用户计地面微波接力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，

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50km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大后再发往下一站，类似于“接力”，如果中继站采用100m高的天线塔，则接力距离可增大到100km。8/8/202352计算机网络与通信地面微波接力微波在空间主要是直线传播，并且能穿透电离层进入宇地球两个地面站之间传送距离：50-100km地面站之间的直视线路

微波传送塔8/8/202353计算机网络与通信地球两个地面站之间传送地面站之间的直视线路微波传送塔8/1卫星通信就是利用位于3万6千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。优点: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，通信比较稳定可靠。缺点：传播时延较长。

地球同步卫星8/8/202354计算机网络与通信卫星通信就是利用位于3万6千公里高空的人造地球同步卫星作为太与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球传输延迟时间长22,300公里地球8/8/202355计算机网络与通信与地面站相对固定位置22,300地球8/1/202355计算红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强的方向性，难以窃听、插入数据和进行干扰，但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感。

红外线和激光8/8/202356计算机网络与通信红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转常用传输媒体的比较8/8/202357计算机网络与通信常用传输媒体的比较8/1/202357计算机网络与通信数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信道：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4种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。2.4数据编码8/8/202358计算机网络与通信数据：模拟数据、数字数据不同类型的信号在不同类型的信道上传输模拟传输和数字传输话音模拟传输模拟数字模拟模拟CODEC数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010Modem8/8/202359计算机网络与通信模拟传输和数字传输话音模拟传输模拟数字模拟模拟CODEC数EncoderDecoder数字或模拟数字信号g(t)x(t)g(t)数字或模拟编码ModulatorDemodulator数字或模拟模拟信号m(t)ps(t)m(t)数字或模拟P—调制参数调制编码和调制用数字信号承载数字或模拟数据——编码用模拟信号承载数字或模拟数据——调制8/8/202360计算机网络与通信EncoderDecoder数字或数字信号g(t)x(t)g1.数字数据的数字信号编码

不归零制(NRZ，Non-ReturntoZero)二进制数字0、1分别用两种电平来表示。 常用－5V表示1，＋5V表示0。

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。时钟NRZ010011000118/8/202361计算机网络与通信1.数字数据的数字信号编码不归零制(NRZ，Non-R曼彻斯特编码(Manchestercode)用电压的变化表示0和1。规定在每个码元的中间发生跳变：高→低的跳变——“0”;低→高的跳变——“1”;Manchester010011000118/8/202362计算机网络与通信曼彻斯特编码(Manchestercode)规定在每个码∵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，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。∴曼彻斯特编码也称为自同步码（Self-SynchronizingCode）。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（即信号速率是数据速率的2倍）。其编码效率：50%8/8/202363计算机网络与通信∵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差分曼彻斯特编码(DifferentialManchestercode)与曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之处在于：

用在码元开始处有无跳变来表示0和1：

码元开始处有跳变——“0”;码元开始处无跳变——“1”;差分Manchester010011000118/8/202364计算机网络与通信差分曼彻斯特编码(DifferentialManches01001100011时钟NRZManchester差分Manchester三种数字编码的波形图8/8/202365计算机网络与通信01001100011时钟NRZManchester差分三在光纤分布式数据接口（FDDI，FiberDistributedDataInterface）中采用了独特的4B/5B编码。这种编码的特点是将欲发送的数据流每４bit作为一个组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应5bit码。5bit码共有32种组合，但只采用其中的24种，16种对应4bit码的16种，8种用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（静止、空闲、暂停）等。标准4B/5B编码对照表见表2-1，用于100MbpsFDDIPMD的4B/5B编码控制码表见表2-2。现用不归零编码画出4bit码和5bit码的对应波形，5bit码经差分编码后，转换成光信号，如图2-4所示。

4B/5B编码8/8/202366计算机网络与通信在光纤分布式数据接口（FDDI，FiberDist特点：每个5B码至少含有2个“1”，（每个5B码至多含有3个“0”），保证每个5B码至少有两次电平跳变。8/8/202367计算机网络与通信特点：每个5B码至少含有2个“1”，（每个5B码至多含有3个图2-44B/5B编码方式特点：属于自同步码，编码效率：4/5=80%8/8/202368计算机网络与通信图2-44B/5B编码方式特点：属于自同步码，编码效率：2.数字数据的调制编码三种常用的调制技术：

1）幅移键控ASK(AmplitudeShiftKeying)，调幅

2）频移键控FSK(FrequencyShiftKeying)，调频

3）相移键控PSK(PhaseShiftKeying)，调相

基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。

载波S(t)=Acos(t+)S(t)的参量包括：幅度A、频率

、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8/8/202369计算机网络与通信2.数字数据的调制编码三种常用的调制技术：

1）00110100010ASK调幅FSK调频PSK调相ASK：用载波的两个不同振幅表示0(0v)和1(+5v)FSK：用载波的两个不同频率表示0(1.2KHz)和1(2.4KHz)PSK：用载波的起始相位的变化表示0(同相)和1(反相)8/8/202370计算机网络与通信00110100010ASK调幅FSK调频PSK调相ASK：多级调制方法1-单参量多级调制0110000+90+180+27011数据率=信号速率xlog2M M：调制级数+900010000+270011+1800104-PSK8/8/202371计算机网络与通信多级调制方法1-单参量多级调制0110000+90+180多级调制方法2–多参量多级调制16-QAM(正交振幅调制):使用振幅和相位的16种组合04516-QAM的星座图901802701353152258/8/202372计算机网络与通信多级调制方法2–多参量多级调制16-QAM(正交振幅调制)高速(56Kbps)MODEMD/AA/DA/DD/AD/AA/DV.34(28.8--33.6kbps)最大的噪声来源于模数转换的量化噪声，信道容量极限值约35kbpsD/AA/DD/AV.90(56kbps)交换机1交换机2ISPV.34(28.8--33.6kbps)模拟模拟数字数字数字数字模拟上行仍需模数(A/D)转换，速率最高为35kbps；下行则可达56Kbps8/8/202373计算机网络与通信高速(56Kbps)MODEMD/AA/DA/DD/AD/3.模拟数据的数字信号编码采样定理：

如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若以2F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。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：1）采样——按一定间隔对语音信号进行采样2）量化——对每个样本舍入到量化级别上3）编码——对每个舍入后的样本进行编码8/8/202374计算机网络与通信3.模拟数据的数字信号编码采样定理：语音信号要在数字线路上模拟话音采样时钟离散信号PCM信号采样电路量化和编码数字化声音--话音信道带宽<4KHz--采样时钟频率：8KHz(>2倍话音最大频率)--量化级数：256级(8位二进制码表示)--数据率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信号的速率=64000bps编码后的信号称为PCM（PulseCodedModulation）信号（脉码调制信号）8/8/202375计算机网络与通信模拟话音采样时钟离散信号PCM信号采样电路量化和编码数PCM转换过程举例 原始信号011100011011001100PCM输出343314011100011011001100PCM脉冲（有量化误差）3.23.92.83.41.24.2离散脉冲8/8/202376计算机网络与通信PCM转换过程举例 原始信号011100011011001PCM转换波形图BACDABCD模拟话音采样时钟离散信号PCM信号采样电路量化和编码数字化声音8/8/202377计算机网络与通信PCM转换波形图BACDABCD模拟话音采样时钟离散信号通信系统的例子——电话系统公用电话交换网PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)-端到端的数据传输率：104b/s-干线的数据传输率：1010b/s-总体误码率：<10-5

-通信干线采用光纤或微波数字传输系统。优点：出错率低、可传输语音/数据/图像、速率高、成本低、维护容易8/8/202378计算机网络与通信通信系统的例子——电话系统公用电话交换网PSTN(Publi构成：本地回路、交换局、干线端局端局长途局中心局长途局本地回路准长途干线高带宽长途干线准长途干线本地回路光纤、微波、同轴双绞线双绞线8/8/202379计算机网络与通信构成：本地回路、交换局、干线端局端局长途局中心局长途局本地回本地回路编码解码器Codec编码解码器Codec用户设备用户设备ModemModem端局端局长途局数字干线模拟线路（本地回路）模拟线路（本地回路）●绝大多数为模拟线路●计算机间传输：以模拟为主，所以信号要经过多次变换：数字→模拟→数字→模拟→数字8/8/202380计算机网络与通信本地回路编码解码器Codec编码解码器Codec用户设备用户•复用——多个信息源共享一个公共信道

为何要复用？线路成本DEMUX复用器解复用器共享信道MUX2.5多路复用技术8/8/202381计算机网络与通信•复用——多个信息源共享一个公共信道

为何要复用？线复用类型FDM(频分复用)WDM(波分复用)TDM(时分复用)8/8/202382计算机网络与通信复用类型FDM(频分复用)WDM(波分复用)TDM(时1.频分复用FrequencyDivisionMultiplexingCH2CH1CH3原带宽CH1CH2CH3移频后带宽MUXCH1CH2CH3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

8/8/202383计算机网络与通信1.频分复用FrequencyDivisionMulti2.波分复用WaveDivisionMultiplexingF2F1F3光谱F1F2F3共享光纤的光谱光纤2光纤3光纤1共享光纤采用无源设备，更可靠棱柱/衍射光栅原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。8/8/202384计算机网络与通信2.波分复用WaveDivisionMultiplexi3.时分复用TimeDivisionMultiplexing原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙），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复用后数据时隙1234D3D2D1适用于数字信号传输

时间片8/8/202385计算机网络与通信3.时分复用TimeDivisionMultiplexi统计(异步)TDM——STDMABCD待发数据t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期1周期2同步TDM带宽浪费A1B1C2B2周期1周期2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，将会造成带宽浪费。改进：统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个通道，有空槽就将数据放入。8/8/202386计算机网络与通信统计(异步)TDM——STDMABCD待发数据t1t数字载波标准T-标准北美、日本E-标准欧洲、中国、南美用数字信号传输语音和数据的时分复用标准。8/8/202387计算机网络与通信数字载波标准T-标准用数字信号传输语音和数据的时分复用标准。每125us为一个时间片，每时间片分为32个通道（供32个用户轮流使用）。每通道占用125us/32=3.90625us每通道一次传送8位二进制数据，即每个二进制位占用0.48828125us，所以

E1速率=1/0.48828125=2.048Mb/s

E1标准也可以这样计算E1速率E1速率=(32x8bit)/125ms=2.048Mb/s8/8/202388计算机网络与通信每125us为一个时间片，每时间片分为32个通道（供E1-帧格式0121631125ms=32时隙=2.048Mbps帧同步信令信道30路话音数据信道+2路控制信道8/8/202389计算机网络与通信E1-帧格式0121631125ms=32时隙=为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。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。就像电话交换机为通话双方接续线路一样，这个过程被称为交换。

实现交换的方法主要有：电路交换、报文交换、分组交换。

2.6交换技术8/8/202390计算机网络与通信为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。实现电路交换交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。(最早的电路交换连接是由电话接线员通过插塞建立的，现在则由计算机化的程控交换机实现。)特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。

呼叫——建立连接——传输——挂断

优缺点：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；无纠错机制；建立连接后，传输延迟小。8/8/202391计算机网络与通信电路交换8/1/202391计算机网络与通信

两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。传统电话网使用电路交换8/8/202392计算机网络与通信两部电话机只需要用一对电线传统电话网使用电路交换8/但若要将5部电话机两两相连，则需要10对电线。传统电话网使用电路交换

8/8/202393计算机网络与通信但若要将5部电话机两两相连，传统电话网使用电路交换

…

交换机当电话机的数量很大时，就必须使用电话交换机进行连接。传统电话网使用电路交换

8/8/202394计算机网络与通信…交换机当电话机的数量很大时((A通话前先拨号建立连接。可能只要经过一个交换机（如A到B）可能要经过多个交换机（如C到D）通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。通话结束后，挂机释放连接。电路交换的特点交换机交换机交换机交换机((((((交换机交换机BCD8/8/202395计算机网络与通信((A通话前先拨号建立连接。电路交换的