1、1數據通信基礎數據通信基礎2l數據通信的基本概念數據通信的基本概念l數據傳輸模式數據傳輸模式l數據編碼技術數據編碼技術l多路復用技術多路復用技術l數據交換技術數據交換技術l差錯控制差錯控制 3l 理解信息、數據與信號的概念理解信息、數據與信號的概念l 掌握數據通信系統的模型及其性能指標掌握數據通信系統的模型及其性能指標l 理解并能區分三種不同的通信方式理解并能區分三種不同的通信方式l 掌握并行傳輸和串行傳輸兩種基本的傳輸方式掌握并行傳輸和串行傳輸兩種基本的傳輸方式l 掌握異步傳輸和同步傳輸兩種同步方式掌握異步傳輸和同步傳輸兩種同步方式l 掌握數字數據的數字信號編碼方案掌握數字數據的數字信號編碼

2、方案l 掌握常用的調制解調技術掌握常用的調制解調技術 l 理解脈沖編碼調制的原理及過程理解脈沖編碼調制的原理及過程l 理解并掌握幾種常用的多路復用技術理解并掌握幾種常用的多路復用技術l 理解并掌握幾種常用的數據交換技術理解并掌握幾種常用的數據交換技術l 掌握差錯控制的原理及方式掌握差錯控制的原理及方式l 了解幾種常用的檢糾錯碼了解幾種常用的檢糾錯碼4l信息、數據與信號的概念信息、數據與信號的概念l數據通信系統的模型數據通信系統的模型l數據通信系統的性能指標數據通信系統的性能指標5l通信的目的是交換信息。信息的載體可以是通信的目的是交換信息。信息的載體可以是數字、文字、語音、圖形或圖像等數字、文

3、字、語音、圖形或圖像等。而數據。而數據是信息的表現形式，在計算機內信息用二進是信息的表現形式，在計算機內信息用二進制代碼數據（制代碼數據（0 0或或1 1）來表示。反過來，信息）來表示。反過來，信息則是數據的具體內容和解釋，有具體的含義。則是數據的具體內容和解釋，有具體的含義。信息涉及數據所表現的內涵，而數據涉及信信息涉及數據所表現的內涵，而數據涉及信息的表現形式。而數據是通過信號進行傳輸息的表現形式。而數據是通過信號進行傳輸的。的。l信號是數據在傳輸過程中的具體物理表現形信號是數據在傳輸過程中的具體物理表現形式，通常的表示形式是電磁波信號。信號可式，通常的表示形式是電磁波信號。信號可分為模擬

4、信號和數字信號兩種。分為模擬信號和數字信號兩種。6l模擬信號模擬信號：是指信號的幅度隨時間呈連續變是指信號的幅度隨時間呈連續變化的信號，即在時間特性上幅度（信號強度）化的信號，即在時間特性上幅度（信號強度）的取值是連續的，一般用連續變化的電壓表的取值是連續的，一般用連續變化的電壓表示。比如：示。比如：語音信號、電視圖像信號、溫度語音信號、電視圖像信號、溫度壓力傳感器的輸出信號以及許多遙感遙測信壓力傳感器的輸出信號以及許多遙感遙測信號都是模擬信號。號都是模擬信號。7l數字信號數字信號：是在時間上不連續的、離散的信：是在時間上不連續的、離散的信號，即在時間特性上幅度的取值是有限的離號，即在時間特性

5、上幅度的取值是有限的離散值，一般用脈沖電壓來表示。最簡單也是散值，一般用脈沖電壓來表示。最簡單也是最常用的數字是二進制數字最常用的數字是二進制數字0和和1，分別表示，分別表示脈沖電壓的低電平和高電平兩個狀態信號。脈沖電壓的低電平和高電平兩個狀態信號。比如：電報、計算機數據、數字電話信號和比如：電報、計算機數據、數字電話信號和數字電視信號等都是數字信號。數字電視信號等都是數字信號。l模擬信號與數字信號，在傳輸過程中都會受模擬信號與數字信號，在傳輸過程中都會受到干擾導致信號的變形。但數字信號的可靠到干擾導致信號的變形。但數字信號的可靠性比模擬信號要高。性比模擬信號要高。l模擬信號和數字信號是可以相

6、互轉換的。模模擬信號和數字信號是可以相互轉換的。模擬信號通過模數轉換變為數字信號，數字信擬信號通過模數轉換變為數字信號，數字信號通過數模轉換變為模擬信號。號通過數模轉換變為模擬信號。8l數據通信數據通信是計算機與計算機或計算機與其他數是計算機與計算機或計算機與其他數據終端之間傳輸數據的過程。數據通信技術是據終端之間傳輸數據的過程。數據通信技術是計算機技術計算機技術和和通信技術通信技術相結合的產物。相結合的產物。l下圖給出了一個通信系統的基本模型，通信系下圖給出了一個通信系統的基本模型，通信系統由源系統、目的系統和傳輸系統組成。統由源系統、目的系統和傳輸系統組成。傳輸系統9源系統源系統：一般由：

7、一般由信源信源和和轉換器轉換器組成。信源是發組成。信源是發出待傳送數據的設備。出待傳送數據的設備。信源信源設備產生要傳輸的設備產生要傳輸的數據，數據，轉換器轉換器將將信源信源產生的數據編碼為能在傳產生的數據編碼為能在傳輸系統中傳輸的信號。輸系統中傳輸的信號。目的系統目的系統：由：由信宿信宿和和反轉換器反轉換器組成。信宿是接組成。信宿是接收所傳送數據的設備。其中收所傳送數據的設備。其中反轉換器反轉換器負責接收負責接收傳輸系統傳過來的信號，并將其轉換為能夠被傳輸系統傳過來的信號，并將其轉換為能夠被信宿信宿設備處理的數據，設備處理的數據，信宿信宿設備接收從反轉換設備接收從反轉換器傳來的數據并進行處理

8、。器傳來的數據并進行處理。傳輸系統傳輸系統：也稱為：也稱為信道信道，它是源系統和目標系，它是源系統和目標系統間傳輸數據信號的通路。統間傳輸數據信號的通路。10l信道是通信雙方信道是通信雙方 以傳輸介質為基礎的傳輸數以傳輸介質為基礎的傳輸數據的通道，是建立在通信線路上的。一條傳據的通道，是建立在通信線路上的。一條傳輸介質構成的通信線路上可以包含多條信道。輸介質構成的通信線路上可以包含多條信道。l信道可分為模擬信道和數字信道。用以傳輸信道可分為模擬信道和數字信道。用以傳輸模擬信號的信道叫做模擬信道；用以傳輸數模擬信號的信道叫做模擬信道；用以傳輸數字信號的信道叫做數字信道。字信號的信道叫做數字信道。

9、l信道還可按傳輸介質的物理類型，分為有線信道還可按傳輸介質的物理類型，分為有線 信道和無線信道。有線信道就是由有線傳輸信道和無線信道。有線信道就是由有線傳輸介質（如雙絞線、同軸電纜、光纜等）構成介質（如雙絞線、同軸電纜、光纜等）構成的通信信道；無線信道就是由無線傳輸介質的通信信道；無線信道就是由無線傳輸介質（如微波、衛星）構成的通信信道。（如微波、衛星）構成的通信信道。11l根據傳輸信號的不同，數據通信系統可分為模擬通信系統和數字通信系統。l數字通信系統是用數字信號傳輸數據的通信系統。l模擬通信系統是用摸擬信號傳輸數據的通信系統。12l兩臺計算機通過調制解調器，經由公用電話兩臺計算機通過調制解

10、調器，經由公用電話網進行通信。網進行通信。13l數據通信系統的主要任務是數據通信系統的主要任務是及時準確及時準確地把數地把數據從信源傳遞到信宿。據從信源傳遞到信宿。l評價一個數據通信系統的性能時，可從如下評價一個數據通信系統的性能時，可從如下兩個方面考慮：兩個方面考慮： 數據傳輸的有效性：數據傳輸的有效性： 數據傳輸速率、信道帶寬、傳輸延遲數據傳輸速率、信道帶寬、傳輸延遲 數據傳輸的可靠性：數據傳輸的可靠性： 誤碼率誤碼率14l信道的帶寬信道的帶寬：指在該信道上：指在該信道上能夠不失真地傳能夠不失真地傳送信號的頻率范圍送信號的頻率范圍，通常取信道頻率響應曲，通常取信道頻率響應曲線上幅度頻帶中心

11、處值的線上幅度頻帶中心處值的0.7070.707倍的兩個頻倍的兩個頻率之間的寬度作為信道的帶寬。率之間的寬度作為信道的帶寬。l圖中，帶寬圖中，帶寬B B = =f f2 2- -f f1 1，其中其中f f1 1和和f f2 2分別是信道分別是信道能通過的能通過的最低頻率最低頻率和和最高頻率最高頻率，它們是由信，它們是由信道的物理特性決定的。道的物理特性決定的。15l數據傳輸速率數據傳輸速率也稱為比特率，是指信道每秒也稱為比特率，是指信道每秒所能傳輸的二進制比特數，單位為所能傳輸的二進制比特數，單位為bps。l數據傳輸速率的高低，由每位數據所占用的數據傳輸速率的高低，由每位數據所占用的時間決定

12、時間決定 。l碼元傳輸速率碼元傳輸速率：單位時間內通過信道傳輸的單位時間內通過信道傳輸的碼元個數碼元個數（一個數字脈沖稱為一個碼元）。（一個數字脈沖稱為一個碼元）。l若信號碼元寬度為若信號碼元寬度為T秒，則碼元傳輸速率秒，則碼元傳輸速率RB = 1/T。l碼元速率的單位為碼元速率的單位為波特（波特（Baud），所以碼元所以碼元傳輸速率也稱為傳輸速率也稱為波特率波特率。16l信道的容量是指信道傳輸數據速率的上限，即信道的最大傳輸速率，一般表示為單位時間內最多可傳輸的二進制數據的位數。l奈奎斯特定理給出了有限帶寬、無噪聲離散信道的信道容量。l香農定理給出了有噪聲信道的信道容量與帶寬的關系。17l奈

13、奎斯特定理奈奎斯特定理（無噪聲有限帶寬信道的最大（無噪聲有限帶寬信道的最大碼元傳輸速率的公式）：若信道帶寬為碼元傳輸速率的公式）：若信道帶寬為B，則則最大碼元傳輸速率為最大碼元傳輸速率為RB = 2Bl信號碼元攜帶的信息量信號碼元攜帶的信息量由由碼元所取離散值碼元所取離散值的的個數決定。若碼元只取個數決定。若碼元只取兩個兩個離散值，則一個離散值，則一個碼元攜帶碼元攜帶1比特比特（bit）信息；若碼元可取信息；若碼元可取4種種離散值，則一個碼元攜帶離散值，則一個碼元攜帶2比特比特信息。信息。18l 一般地，一般地，一個碼元攜帶的信息量一個碼元攜帶的信息量I與與碼元所碼元所 取離散值取離散值的個數

14、的個數V之間存在如下關系：之間存在如下關系： I = log2V l無噪聲有限帶寬信道無噪聲有限帶寬信道的的最大數據傳輸速率最大數據傳輸速率：即即單位時間內在信道上傳送的信息量單位時間內在信道上傳送的信息量：R Rb b = = R RB Bloglog2 2V V= 2= 2B Bloglog2 2V Vl R Rb b表示數據傳輸速率，它的單位是表示數據傳輸速率，它的單位是比特每秒比特每秒（bits per secondbits per second），），簡寫為簡寫為bpsbps或或b/sb/s。 19l例：對于普通電話線路，例：對于普通電話線路，帶寬帶寬為為3000 Hz，其其最高碼元

15、傳輸速率最高碼元傳輸速率為為6000 Baud，而而最高數據最高數據傳輸速率傳輸速率可隨編碼方式的不同取不同的值，可隨編碼方式的不同取不同的值，如果如果1個碼元能夠攜帶個碼元能夠攜帶3 bit的信息量的信息量，則，則最高最高數據傳輸速率數據傳輸速率為為18000 bps。20l按奈奎斯特定理給出的是按奈奎斯特定理給出的是無噪聲的理想情況無噪聲的理想情況下下的極限值。實際上，信道會受到各種噪聲的極限值。實際上，信道會受到各種噪聲的干擾，因而遠遠達不到按奈奎斯特定理計的干擾，因而遠遠達不到按奈奎斯特定理計算出的數據傳輸速率。算出的數據傳輸速率。l19481948年，香農給出了有限年，香農給出了有限

16、帶寬帶寬且且有噪聲干擾有噪聲干擾的信道的的信道的最大數據傳輸速率最大數據傳輸速率計算公式：計算公式：C C = = B Bloglog2 2(1+(1+S S/ /N N) ) l這個公式稱為這個公式稱為香農定理香農定理，其中，其中，C C為為最大數最大數據傳輸速率據傳輸速率，B B為為信道的帶寬信道的帶寬，S S為信道內所為信道內所傳信號的傳信號的平均功率平均功率，N N為信道內部的為信道內部的噪聲功噪聲功率率，S/NS/N叫做叫做信噪比信噪比。 香農定理香農定理21l誤碼率誤碼率：表示：表示傳輸數據時出現差錯的概率傳輸數據時出現差錯的概率l定義為：定義為： P Pe e = = 出現錯誤的

17、碼元數出現錯誤的碼元數/ /傳輸的總碼元數傳輸的總碼元數l特別地，在二進制系統中特別地，在二進制系統中 P Pb b = = 出現錯誤的比特數出現錯誤的比特數/ /傳輸的總比特數傳輸的總比特數lP Pb b和和P Pe e之間存在著一定的換算關系，但它與之間存在著一定的換算關系，但它與譯碼方法譯碼方法和和選用的碼型選用的碼型有很大關系，較為復有很大關系，較為復雜。在雜。在一般情況下一般情況下有有P Pb b P Pe e，并且當且僅當并且當且僅當在在二進制系統中二進制系統中才有才有P Pb b = = P Pe e。 22l信號沿信道傳輸需要一定的時間，這就是信道延遲。l信道延遲發送和接收處理

18、時間傳輸介質的延遲時間發送和接收設備的響應時間通信設備轉發時間l信道的延遲是產生信號失真的重要原因之一。23l吞吐量是信道在單位時間內成功傳輸的信息量。單位為 bps。l例如某信道在10分鐘內成功傳輸了8.4Mb的數據，則該信道的吞吐量為8.4Mb/600s=14Kbps.l利用率是吞吐量與最大數據傳輸率之比。24l數據傳輸模式定義了比特組合從一個設數據傳輸模式定義了比特組合從一個設備傳輸到另一個設備的方式，它包括：備傳輸到另一個設備的方式，它包括：l通信方式通信方式l傳輸方式傳輸方式l同步方式同步方式 25在通信線路上，數據在通信線路上，數據只可按一個固定的方向只可按一個固定的方向傳送而傳送

19、而不能進行相反方向不能進行相反方向傳送的通信方式，稱為單工通信。傳送的通信方式，稱為單工通信。1. 1. 單工通信單工通信數據數據可以雙向傳輸可以雙向傳輸，但，但不能同時進行不能同時進行，采用分時間，采用分時間段傳輸，在任一時刻只允許在一個方向上傳輸信息，這段傳輸，在任一時刻只允許在一個方向上傳輸信息，這種通信方式稱為半雙工通信。種通信方式稱為半雙工通信。2. 2. 半雙工通信半雙工通信可可同時雙向傳輸同時雙向傳輸數據的通信方式稱為全雙工通信。數據的通信方式稱為全雙工通信。3. 3. 全雙工通信全雙工通信2627l數據信號在通信信道中的基本傳輸方式分為數據信號在通信信道中的基本傳輸方式分為:

20、:并行傳輸：并行傳輸：同時傳輸一組比特；同時傳輸一組比特； 串行傳輸：串行傳輸：逐個地傳輸所有的比特逐個地傳輸所有的比特28l并行傳輸并行傳輸 優點：傳送速率高，收發雙方之間不存在優點：傳送速率高，收發雙方之間不存在字符同步的問題字符同步的問題 缺點：需要多個并行信道，增加了設備的缺點：需要多個并行信道，增加了設備的成本成本 不適合用于長距離通信的場合不適合用于長距離通信的場合l串行傳輸串行傳輸 優點：只使用一條信道，降低了設備的成優點：只使用一條信道，降低了設備的成本，且易于實現本，且易于實現 缺點：效率較低，需要解決同步問題缺點：效率較低，需要解決同步問題 常用于長距離的數據傳輸常用于長距

21、離的數據傳輸 29l對于串行傳輸，在傳輸過程中，發送方和接對于串行傳輸，在傳輸過程中，發送方和接收方必須在時間上保持同步，才能準確地傳收方必須在時間上保持同步，才能準確地傳送信息。送信息。l目前所采用的同步方式有兩種：目前所采用的同步方式有兩種：l異步傳輸方式異步傳輸方式l同步傳輸方式同步傳輸方式 30l在異步傳輸方式中，在異步傳輸方式中，各個字符分開傳輸各個字符分開傳輸，每，每一字符的起始時刻可以為任意，一字符的起始時刻可以為任意，字符之間插字符之間插入同步信息入同步信息。l優點優點：簡單，不需要在線路兩端設置專門的：簡單，不需要在線路兩端設置專門的同步設備；同步設備；缺點缺點：每發送一個字

22、符就要填加：每發送一個字符就要填加一對起止信號，降低了傳輸的效率。一對起止信號，降低了傳輸的效率。 31l同步傳輸方式是同步傳輸方式是以固定的時鐘節拍以固定的時鐘節拍來串行傳輸來串行傳輸數據的一種方法。在傳輸的數據流中，各碼元數據的一種方法。在傳輸的數據流中，各碼元的寬度相同且字符間無間隙。為使接收方能夠的寬度相同且字符間無間隙。為使接收方能夠從連續不斷的數據流中正確區分出每個比特，從連續不斷的數據流中正確區分出每個比特，首先必須首先必須建立收發雙方的同步時鐘建立收發雙方的同步時鐘。l效率更高，實現起來較為復雜。效率更高，實現起來較為復雜。 32l通信線路的連接方式可分為點對點連接和多點連接方

23、式。l點對點的連接就是在發送端和接收端之間采用一條線路連接，使用的線路可以是專用線路、租用線路或交換線路。l使用租用或交換線路的連接方式，適合于在地理上比較分散的站點之間傳輸數據，比如通過公用電話交換網，實現點-點的連接。33l多點線路連接是指各個站點通過一條公共通信線路連接。l在多點線路連接方式中，一條線路被所有的站點共享，若所有的站點可以同時發送數據，則這條線路在空間上是共享的，通常采用頻分復用或波分復用技術傳輸數據；若所有的站點只能輪流使用線路發送數據時，那么它在時間上是共享的，通常采用時分復用技術傳輸數據。34l數據信號的傳輸方法有基帶傳輸和頻帶傳輸兩種。l基帶傳輸是指在數字信道上傳輸

24、數字信號的方法。l頻帶傳輸是指利用模擬信道傳輸數字信號的方法。35l在數據通信中，二進制比特序列在數據通信中，二進制比特序列0和和1的數字信的數字信號是典型的矩形脈沖信號。號是典型的矩形脈沖信號。l基帶：矩形脈沖信號的固有頻帶基帶：矩形脈沖信號的固有頻帶l基帶信號：矩形脈沖信號基帶信號：矩形脈沖信號l基帶傳輸：在數據通信信道上直接傳輸數據的基帶傳輸：在數據通信信道上直接傳輸數據的基帶信號的通信方式基帶信號的通信方式l基帶傳輸是一種最簡單最基本的傳輸方式基帶傳輸是一種最簡單最基本的傳輸方式l基帶傳輸的優點：在不改變數字信號波形的情基帶傳輸的優點：在不改變數字信號波形的情況下直接傳輸數字信號，具有

25、速率高和誤碼率況下直接傳輸數字信號，具有速率高和誤碼率低等優點。低等優點。l基帶傳輸適合于近距離（幾公里以內）傳輸，基帶傳輸適合于近距離（幾公里以內）傳輸，基帶信號不適合遠距離傳輸基帶信號不適合遠距離傳輸36l頻帶傳輸方式是將數字信號調制成模擬音頻信號頻帶傳輸方式是將數字信號調制成模擬音頻信號后再發送和傳輸，到達接收端時再把音頻信號解后再發送和傳輸，到達接收端時再把音頻信號解調成原來的數字信號。調成原來的數字信號。l在采用頻帶傳輸方式時，要求在發送端安裝調制在采用頻帶傳輸方式時，要求在發送端安裝調制器，在接收端安裝解調器。器，在接收端安裝解調器。l在實現全雙工通信時，則要求收發兩端都安裝調在實

26、現全雙工通信時，則要求收發兩端都安裝調制解調器。制解調器。l頻帶傳輸不僅可以利用電話系統傳輸數字信號，頻帶傳輸不僅可以利用電話系統傳輸數字信號，而且可以實現多路復用，提高信道的利用率。而且可以實現多路復用，提高信道的利用率。l頻帶傳輸既適合于近距離（幾公里以內）傳輸，頻帶傳輸既適合于近距離（幾公里以內）傳輸，也適合遠距離傳輸也適合遠距離傳輸 37l數字數據的數字數字數據的數字信號編碼信號編碼l數字數據的模擬數字數據的模擬信號編碼信號編碼l模擬數據的數字模擬數據的數字信號編碼信號編碼38l利用數字通信信道直接傳輸數字數據信號的利用數字通信信道直接傳輸數字數據信號的方法稱為數字信號的基帶傳輸。方法

27、稱為數字信號的基帶傳輸。l數字數據在傳輸之前，需要進行數字編碼。數字數據在傳輸之前，需要進行數字編碼。l常用的數字數據的編碼方式有三種：常用的數字數據的編碼方式有三種：1.不歸零編碼不歸零編碼2.曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼3.差分曼徹斯特編碼。差分曼徹斯特編碼。39l不歸零編碼（不歸零編碼（Non-Return to Zero, NRZ ）規定可用負電平表示邏輯規定可用負電平表示邏輯“0”，用正電平，用正電平表示邏輯表示邏輯“1”l缺點：（缺點：（1）難以決定一位的結束和另一）難以決定一位的結束和另一位的開始，需要使用某種方法使發送器和位的開始，需要使用某種方法使發送器和接收器之間進行定時和同步

28、。（接收器之間進行定時和同步。（2） 脈沖脈沖序列含有直流分量，特別是出現多個序列含有直流分量，特別是出現多個1或或0信號時，直流分量會積累信號時，直流分量會積累 。1.不歸零編碼不歸零編碼40l曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼：其編碼規則是：其編碼規則是信號電平在信號電平在每個碼元內有一個躍變每個碼元內有一個躍變，從高電平躍變到從高電平躍變到低電平低電平表示二進制數據表示二進制數據“1”“1”，而，而從低電從低電平躍變到高電平平躍變到高電平表示數據表示數據“0”“0”。l優缺點：優缺點：自含時鐘編碼自含時鐘編碼 不含直流分量不含直流分量編碼效率比較低編碼效率比較低 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼41l該編

29、碼方案與曼徹斯特編碼相同的是信號電平在每個碼元內有一個躍變，但不同的是，這種碼元中間的電平躍變只作為同步信號，而不表示數據。數據的表示在于每一個碼元開始處是否有電平轉換，無電平轉換表示二進制數據“1”，有電平轉換表示“0”。l差分曼徹斯特編碼比曼徹斯特編碼的變化要少，因此更適合于傳輸高速的信息，被廣泛用于寬帶高速網中。4243l在模擬信道上傳輸數字數據時，必須通過調在模擬信道上傳輸數字數據時，必須通過調制解調器將數字數據調制成模擬信號后才能制解調器將數字數據調制成模擬信號后才能進行傳輸。進行傳輸。l調制解調器的作用調制解調器的作用l常用的調制方式常用的調制方式44l調制解調器調制解調器實際上由

30、實際上由調制器調制器和和解調器解調器兩部分兩部分組成，其中調制器是一個波形變換器，它用組成，其中調制器是一個波形變換器，它用在發送端，在發送端，將基帶數字信號的波形變換成適將基帶數字信號的波形變換成適合模擬信道傳輸的波形合模擬信道傳輸的波形；解調器是一個波形；解調器是一個波形識別器，它用在接收端，識別器，它用在接收端，將經過調制器變換將經過調制器變換后的模擬信號恢復為原來的數字信號后的模擬信號恢復為原來的數字信號。 45l所謂所謂調制調制就是就是利用調制信號利用調制信號（即攜帶有用信（即攜帶有用信息的基帶信號）息的基帶信號）去改變高頻振蕩載波的某一去改變高頻振蕩載波的某一個或幾個參量個或幾個參

31、量的波形變換過程。的波形變換過程。l最常用的載波是正弦波，它有最常用的載波是正弦波，它有振幅振幅A，角角頻率頻率和和初始相位初始相位三個參量，其表達式為：三個參量，其表達式為： u(t) = A sin(u(t) = A sin(t+t+) )l調制信號就是數字信號，它通常只有兩個狀調制信號就是數字信號，它通常只有兩個狀態態“1”“1”和和“0”“0”，當用數字信號去改變正弦，當用數字信號去改變正弦波的振幅波的振幅A、角頻率角頻率或初始相位或初始相位這三個參量這三個參量中的任意一個時，便分別實現了中的任意一個時，便分別實現了調幅調幅、調頻調頻和和調相調相三種基本的調制方式。三種基本的調制方式。

32、4647l調幅，又稱幅移鍵控(Amplitude-shift keying，ASK） 該方法能過改變載波信號振幅來表示數字信號1、0。 用載波原有的振幅表示數字“1”，用載波振幅0表示數字“0” 特點：信號容易實現，技術簡單，但抗干擾能力差。48l調頻，又稱移頻鍵控（Frequency-shift keying，FSK） 相移鍵控方法是通過改變載波信號角頻率來表示數字信號1、0。 用角頻率1表示數字1，用角頻率2表示數字0 特點：信號容易實現，技術簡單，抗干擾能力優于幅移鍵控（ASK）方式。 廣泛應用于高頻的無線電傳輸，是目前最常用的調制方法之一。 49l調相，又稱相移鍵控（Phase-shi

33、ft keying，PSK） 相移鍵控方法是通過改變載波信號的相位值表示數字信號1、0。 如果用相位的絕對值表示數字信號1、0，則稱為絕對相移。 如果用相位的相對偏移值表示數字信號1、0，則稱為相對相移 特點：抗干擾能力強，但實現技術復雜50l在數字信道上傳輸模擬數據時，必須通過在數字信道上傳輸模擬數據時，必須通過編編碼解碼器碼解碼器將模擬數據變換為數字信號后才能將模擬數據變換為數字信號后才能進行傳輸，這個變換過程叫模擬數據的數字進行傳輸，這個變換過程叫模擬數據的數字化。常用的數字化技術是化。常用的數字化技術是PCMPCM（脈沖編碼調（脈沖編碼調制）調制技術制）調制技術。lPCMPCM的工作過

34、程如下圖所示，它包括的工作過程如下圖所示，它包括采樣采樣、量化量化和和編碼編碼三個階段。三個階段。5152l采樣:模擬信號是電平連續變化的信號。采樣是隔一定的時間間隔，將模擬信號的電平幅度值取出來作為樣平，讓其表示原來的信號。l奈奎斯特采樣理論：在理想的無噪聲信道，奈奎斯特采樣理論：在理想的無噪聲信道，若若 f 是信道的最大傳輸頻率是信道的最大傳輸頻率, 則采樣頻率為則采樣頻率為2*f 時，接收方才可以從采樣脈沖信號中完全時，接收方才可以從采樣脈沖信號中完全恢復原信號恢復原信號53l量化：量化是將采樣樣本幅度按量化級決定取值的過程。經過量化后的樣本幅度為離散的量級值，已不是連續值。量化之前要規

35、定將信號分為若干量化級，并規定每一級對應的幅度范圍，然后將采樣樣本幅值與上述量化級幅值相比，確定樣本的量化級值。l編碼：用相應位數的二進制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。如果有K個量化級，則二進制的位數為log2K。常用的是128個量化級，需要7位編碼。54l由由PCMPCM調制的原理可以看出，采樣頻率越高，調制的原理可以看出，采樣頻率越高，傳輸的質量越高，但代價也越大；量化的等傳輸的質量越高，但代價也越大；量化的等級數則決定了取樣的精度，但是量化的級數級數則決定了取樣的精度，但是量化的級數越多，得到的數據量就越大。越多，得到的數據量就越大。lPCMPCM最重要的應用是將長途電話線上的語音最重

36、要的應用是將長途電話線上的語音信號進行數字化。按照國際標準，采樣頻率信號進行數字化。按照國際標準，采樣頻率為為8 kHz8 kHz，量化等級為，量化等級為256256個，每個樣本用個，每個樣本用8 8位二進制數字表示。可以計算出在數字信道位二進制數字表示。可以計算出在數字信道上傳輸這種數字化的話音信號的速率是上傳輸這種數字化的話音信號的速率是8 88000=64 Kbps8000=64 Kbps。55l提高通信系統傳輸信息效率的方法提高通信系統傳輸信息效率的方法 - - 信源壓縮技術：對信源進行適當的簡化處理，信源壓縮技術：對信源進行適當的簡化處理，減少冗余，從而提高通信的有效性。減少冗余，從

37、而提高通信的有效性。 - - 信道利用技術：通過采取適當措施，使多個信道利用技術：通過采取適當措施，使多個信號共用一個信道，從而提高傳輸效率。信號共用一個信道，從而提高傳輸效率。l用一對傳輸線路傳送幾路或多路信息的技術稱用一對傳輸線路傳送幾路或多路信息的技術稱為為多路復用多路復用（MultiplexingMultiplexing）。）。復用器復用器在發送在發送端根據某種約定的規則把多個低帶寬的信號復端根據某種約定的規則把多個低帶寬的信號復合成一個高帶寬的信號；而合成一個高帶寬的信號；而解復用器解復用器在接收端在接收端根據同一規則把高帶寬信號分解成多個低帶寬根據同一規則把高帶寬信號分解成多個低帶

38、寬信號。信號。 56l常用的多路復用方式：常用的多路復用方式：l頻分多路復用（頻分多路復用（FDMFDM）l時分多路復用（時分多路復用（TDMTDM）l波分復用（波分復用（WDMWDM）l碼分多址（碼分多址（CDMACDMA） DEMUX復用器復用器解復用器解復用器共享信道MUX57l頻分多路復用頻分多路復用是是在一條傳輸線路上使用多個在一條傳輸線路上使用多個頻率不同的模擬載波信號進行多路傳輸頻率不同的模擬載波信號進行多路傳輸的技的技術。其術。其工作原理工作原理是：把線路或空間的頻帶資是：把線路或空間的頻帶資源分成多個頻段（帶），將各個頻段分別分源分成多個頻段（帶），將各個頻段分別分配給多個用

39、戶，每個用戶終端的數據通過分配給多個用戶，每個用戶終端的數據通過分配給它的子通路（頻段）傳輸。配給它的子通路（頻段）傳輸。 58l頻分多路復用是最早使用的多路復用技術，頻分多路復用是最早使用的多路復用技術，它主要應用于它主要應用于模擬信道模擬信道中，如無線電廣播系中，如無線電廣播系統、電話系統和有線電視系統（統、電話系統和有線電視系統（CATVCATV）。l例如，在例如，在CATVCATV系統中，用于傳送電視信號電系統中，用于傳送電視信號電纜的帶寬（纜的帶寬（54 54 MHz806 MHzMHz806 MHz）被分成被分成6868個頻個頻道，每個頻道占用道，每個頻道占用6 6 MHzMHz的

40、帶寬，可用于傳的帶寬，可用于傳送一路電視節目。送一路電視節目。 59l時分多路復用時分多路復用的基本思想是的基本思想是將每個信號在時將每個信號在時間上分時采樣，使之互不重疊間上分時采樣，使之互不重疊。其。其工作原理工作原理如下：將整個傳輸時間分為若干個時間片，如下：將整個傳輸時間分為若干個時間片，每個時間片被一路信號占用，不同信號在不每個時間片被一路信號占用，不同信號在不同時間內傳送。同時間內傳送。60l時分多路復用比較適合于時分多路復用比較適合于數字信號數字信號的傳送，的傳送，如如T1T1主干線路（主干線路（1.5441.544MbpsMbps）能傳輸能傳輸2424路電路電話信號。話信號。l

41、時分多路復用按照子通道動態利用情況又可時分多路復用按照子通道動態利用情況又可再分為：再分為：l同步時分復用同步時分復用l統計時分復用（統計時分復用（STDMSTDM） 61l同步時分復用同步時分復用采用采用固定時間片分配方式固定時間片分配方式，將，將傳輸信號的時間按特定長度連續地劃分成特傳輸信號的時間按特定長度連續地劃分成特定時間段，再將每一時間段劃分成等長度的定時間段，再將每一時間段劃分成等長度的多個時間片，多個時間片，每個時間片以固定的方式分配每個時間片以固定的方式分配給各路數字信號給各路數字信號，各路數字信號在每一時間，各路數字信號在每一時間段都順序分配到一個時間片。段都順序分配到一個時

42、間片。l缺點缺點：時隙預先分配且固定，形成時隙浪費，：時隙預先分配且固定，形成時隙浪費，利用率低。利用率低。62l又稱又稱異步時分復用異步時分復用，采用統計時分復用時，采用統計時分復用時，發送端集中器依次循環掃描各個子通道，若發送端集中器依次循環掃描各個子通道，若某個子通道有信息要發送則為它分配一個時某個子通道有信息要發送則為它分配一個時間片，若沒有就跳過該子通道，這樣就沒有間片，若沒有就跳過該子通道，這樣就沒有時間片在線路上傳播了。時間片在線路上傳播了。l動態地按需分配動態地按需分配時隙，避免空閑時隙；傳輸時隙，避免空閑時隙；傳輸速率高。速率高。6364l波分復用波分復用是把光波長分割復用，

43、在一根光纖是把光波長分割復用，在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術。其中同時傳輸多波長光信號的一項技術。其基基本原理本原理是在發送端將不同的光信號組合起來，是在發送端將不同的光信號組合起來，耦合到光纜線路上在一根光纖中進行傳輸，耦合到光纜線路上在一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號區分開來，在接收端又將組合波長的光信號區分開來，再經過進一步處理，恢復出原信號后送入不再經過進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。同的終端。l從本質上來說，從本質上來說，WDMWDM是光域上的頻分多路復用是光域上的頻分多路復用技術技術，由于光載波的頻率很高，因此習慣上，由于光載波的頻率很高，因此

44、習慣上用波長而不用頻率來表示所使用的光載波。用波長而不用頻率來表示所使用的光載波。 6566l碼分多址碼分多址也稱為也稱為碼分復用碼分復用（CDMCDM），），不同用不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區分，而是用各自不同的編碼序列隙不同來區分，而是用各自不同的編碼序列來區分，或者說，靠信號的不同波形來區分。來區分，或者說，靠信號的不同波形來區分。如果從頻域或時域來觀察，多個信如果從頻域或時域來觀察，多個信號是互相重疊的。號是互相重疊的。l在該復用方式中，每一個用戶可以在同樣的在該復用方式中，每一個用戶可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信

45、。由于各用戶時間使用同樣的頻帶進行通信。由于各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此各用戶之間不會造成干擾。之間不會造成干擾。67l要實現兩個終端之間的通信可以在它們之間要實現兩個終端之間的通信可以在它們之間建立建立固定式鏈路固定式鏈路，但是隨著終端數目的增多，但是隨著終端數目的增多，這種這種“點點點點”式鏈路就失去了它的經濟性式鏈路就失去了它的經濟性和實際性，因此必須解決和實際性，因此必須解決數據交換問題數據交換問題。l解決數據交換問題的辦法是將各地的終端連解決數據交換問題的辦法是將各地的終端連接到一個接到一個具有某種交換能力具有某種交換能力的通信網絡上。

46、的通信網絡上。該通信網絡由許多該通信網絡由許多交換結點交換結點互連而成，交換互連而成，交換結點轉發數據的方式就是所謂的交換方式。結點轉發數據的方式就是所謂的交換方式。l目前最常用的三種基本交換方式是目前最常用的三種基本交換方式是電路交換電路交換、報文交換報文交換和和分組交換分組交換。 68l電路交換要求在通信的雙方之間建立一條電路交換要求在通信的雙方之間建立一條實實際的物理通路際的物理通路，并且在整個通信過程中，這，并且在整個通信過程中，這條通路被條通路被獨占獨占。69l優點：優點： 傳輸時延小傳輸時延小 信息傳送的吞吐量大信息傳送的吞吐量大 獨占傳輸通道，傳輸數據的可靠性和實時獨占傳輸通道，

47、傳輸數據的可靠性和實時性較好性較好l缺點：缺點： 數據通信的效率較低數據通信的效率較低 網絡資源的利用率較低網絡資源的利用率較低 存在著呼損存在著呼損l適合于傳輸大量數據的場合，在傳輸少量數適合于傳輸大量數據的場合，在傳輸少量數據時效率不高。據時效率不高。70l報文交換是根據報文傳輸的特點提出來的，報文交換是根據報文傳輸的特點提出來的，采取了采取了“存儲轉發存儲轉發”（SFSF）的技術，提高的技術，提高了線路利用率。了線路利用率。l工作原理：當一個結點發送數據時，它把要工作原理：當一個結點發送數據時，它把要發送的數據組織成數據包發送的數據組織成數據包報文報文，該報文該報文中某個約定的位置含有目

48、標結點的地址。完中某個約定的位置含有目標結點的地址。完整的報文在網絡中一站一站地傳送，每一個整的報文在網絡中一站一站地傳送，每一個交換結點接收整個報文，檢查目標結點地址，交換結點接收整個報文，檢查目標結點地址，然后根據網絡中的通信情況在適當的時候轉然后根據網絡中的通信情況在適當的時候轉發到下一個結點，經過多次的發到下一個結點，經過多次的“存儲轉存儲轉發發”，最后到達目標結點。，最后到達目標結點。 7172l優點：優點： 不獨占信道，大大提高了線路的利用率不獨占信道，大大提高了線路的利用率 不存在呼損不存在呼損l缺點：缺點： 當長報文通過交換機存儲并等待發送時，當長報文通過交換機存儲并等待發送時

49、，會在交換機中產生較大時延，不適合用于會在交換機中產生較大時延，不適合用于實時通信實時通信 要求交換機有高速處理能力及大的存儲容要求交換機有高速處理能力及大的存儲容量，增加了設備的成本量，增加了設備的成本l比較適用于公共電報及電子信箱系統，不適比較適用于公共電報及電子信箱系統，不適合用于交互式數據通信中。合用于交互式數據通信中。73l分組交換同樣采用分組交換同樣采用“存儲轉發存儲轉發”原理，它原理，它把報文分割成若干較短的按一定格式組成的把報文分割成若干較短的按一定格式組成的分組（分組（PacketPacket）進行交換和傳輸。進行交換和傳輸。l分組具有分組具有統一格式統一格式并且并且長度較短

50、長度較短，便于在交，便于在交換機中存儲及處理。分組通過一個交換機的換機中存儲及處理。分組通過一個交換機的平均時延僅為數毫秒，因此能夠滿足大多數平均時延僅為數毫秒，因此能夠滿足大多數數據通信用戶對數據傳輸的數據通信用戶對數據傳輸的實時性實時性要求。要求。l分組交換中，分組在網絡中傳播又有兩種方分組交換中，分組在網絡中傳播又有兩種方式，一種稱為式，一種稱為數據報（數據報（DatagramDatagram），另一種另一種稱為稱為虛電路（虛電路（Virtual CircuitVirtual Circuit）。 74l數據報方式類似于數據報方式類似于報文交換報文交換。每個分組都有。每個分組都有完整的地址

51、信息完整的地址信息，它們在網絡中的傳播路徑，它們在網絡中的傳播路徑是根據網絡當時的狀況隨機決定的，到達目是根據網絡當時的狀況隨機決定的，到達目的地的順序可能和發送的順序不一致，目標的地的順序可能和發送的順序不一致，目標主機必須對收到的分組主機必須對收到的分組重新排序重新排序才能恢復原才能恢復原來的信息。來的信息。 75l虛電路方式類似于虛電路方式類似于電路交換電路交換。它要求在發送。它要求在發送端和接收端之間建立一條端和接收端之間建立一條邏輯連接邏輯連接。邏輯連。邏輯連接建立后，發送端發出的一系列分組都通過接建立后，發送端發出的一系列分組都通過這條邏輯連接傳輸，直到會話結束，拆除連這條邏輯連接

52、傳輸，直到會話結束，拆除連接。接。76l優點：優點： 不獨占信道且無呼損不獨占信道且無呼損 數據數據傳輸時延較小，能較好滿足會話型通信傳輸時延較小，能較好滿足會話型通信的實時性要求的實時性要求 能夠實現統計時分復用，通信線路利用率高能夠實現統計時分復用，通信線路利用率高l缺點：缺點： 技術實現較為復雜技術實現較為復雜 網絡附加的傳輸信息較多，大大降低了網絡網絡附加的傳輸信息較多，大大降低了網絡的有效性的有效性 l主要應用于計算機、終端連網，有些網絡同時主要應用于計算機、終端連網，有些網絡同時提供數據報和虛電路兩種服務，用戶可根據需提供數據報和虛電路兩種服務，用戶可根據需要選用。要選用。7778l數據通信是計算機與計算機之間以及計算機數據通信是計算機與計算機之間以及計算機與數據終端之間的通信，數據在傳輸過程中與數據終端之間的通信，數據在傳輸過程中不可避免地要引入差錯，因此必須考慮不可避免地要引入差錯，因此必須考慮如何如何發現和糾正信號傳輸中的差錯發現和糾正信號傳輸中的差錯。l可以采用的差錯控制方法有兩種，一是可以采用的差錯控制方法有兩種，一是改善改善傳輸信道的電特性傳輸信道的電特性，這要受到經濟和技術條，這要受到經濟和技術條件等方面的限制。另一種方法是件等方面的限制。另一種方法是采取檢錯和采取檢錯和糾錯碼技術糾錯碼技術