第2章通信基础知识6h.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第2章通信基础知识6h,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,(,Base band),与,宽带,(,Broadband),信号,一些术语,解释,解释,解释,2.1 基本概念,9/10/2026,2,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：A 5V 40C,0,开关量：二进制 0，1,16进制,9/10/2026,3,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,t,t,a)模拟信号,b)数字信号,9/10/2026,4,基带,(Base band),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。,9/10/2026,5,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,(,Code Cell)：,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,9/10/2026,6,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=log,2,W W：有效值状态,9/10/2026,7,波特率,(,Baud)：,每秒传送的码元数。,码元速率,1,Baud=（log,2,M）bps,其中,M,是信号的编码级数。也可以写成,R,bit,=,R,baud,log,2,M,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,(,Bit Rate)：,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：,9/10/2026,8,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,(,Channel capacity)：,信道的最大数据率,误码率,(,Bit error rate)：,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,9/10/2026,9,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,0,1,0,0,0,0,0,1,t,9/10/2026,10,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,9/10/2026,11,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,。,9/10/2026,12,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,9/10/2026,13,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）,9/10/2026,14,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,9/10/2026,15,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,t,t,a)模拟信号,b)数字信号,9/10/2026,16,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。,t,t,T,T,T,T,T,T,周期信号,9/10/2026,17,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。,9/10/2026,18,4.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,9/10/2026,19,5.,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。,9/10/2026,20,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）,9/10/2026,21,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。,t,1,0,0,1,0,信号,同步脉冲,9/10/2026,22,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。,t,1,0,1,1,0,信号,9/10/2026,23,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8/11,72,9/10/2026,24,信号,起始位,12位,停止位,7位数据位,图2-11,9/10/2026,25,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-n,8bit,8bit,8-32,m,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。,9/10/2026,26,7.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=log,2,M,T:,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,1,T,9/10/2026,27,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,1,T,信道容量：指信道能够传送的最大数据速率,关系,:,C=B,log,2,M,9/10/2026,28,信道最大数据传输率,M 最大数据率(C),2 6000 bps,4 12000 bps,8 18000 bps,16 24000 bps,32 30000 bps,64 36000 bps,C=,2w log,2,M,C=传输率，单位b/s或bps,W=带宽，单位Hz,M=信号电平级数,例如：,话音级线路(3000 Hz),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,9/10/2026,29,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,。,9/10/2026,30,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,s,的干扰可以破坏约,560,个比特（,56Kbps,）。,9/10/2026,31,Shannel公式,：高斯噪声干扰信道,S/N,dB,信噪比（dB分贝）的定义:,C=,W log,2,(1+,S,N,),S/N,dB,=10 log,10,S/N,例：信道带宽W=3KHz，信噪比为30dB，则,C=3000*log,2,(1+1000)30Kbps,C=传输率，单位b/s,W=带宽，单位Hz,即：,9/10/2026,32,Nyquist公式和Shannel公式的比较,C=2W log,2,M,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=W log,2,(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：kHZ,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。,9/10/2026,33,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),9/10/2026,34,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,9/10/2026,35,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,9/10/2026,36,表2-3是,UTP,电缆的常见类型，,10,BaseT,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,100,m,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。,9/10/2026,37,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：,1 2 3 4 5 6 7 8,A线序：绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕,1 2 3 4 5 6 7 8,B线序：橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕,1 2 3 4 5 6 7 8,RJ-45插座,水晶头,9/10/2026,38,网线用途,水晶头线序,交换机/HUB计算机,BB,计算机计算机,BA,交换机/HUB下级交换机/HUB(普通口),交换机/HUB下级交换机/HUB(uplink),BA,BB,9/10/2026,39,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，,300450,MHz，100km，,需要放大器,铜芯,绝缘层,外导体屏蔽层,保护套,9/10/2026,40,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,-,500,m、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,9/10/2026,41,表2-4,是网络工程施工中常常用到的一些,IEEE802.3 10BaseT,系列网络拓扑经验，仅供读者参考。,9/10/2026,42,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,9/10/2026,43,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,9/10/2026,44,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:1300,1550 nm,波长:850,1300 nm,h2,h1,芯/封套特性,h1,h2,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,9/10/2026,45,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,缓变/增强型MMF,突变型SMF,玻璃包层125um,9/10/2026,46,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,9/10/2026,47,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,100,MHz,时，,5,类双绞线随着频率的增加衰减愈来愈大；而光纤在,300,MHz,以内，衰减基本不变。,光纤与电缆频率与衰减关系图,9/10/2026,48,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.,9/10/2026,49,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,9/10/2026,50,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,F,2,F,3,F,1,F,2,F,3,F,1,F,2,F,3,F,1,F,2,F,2,F,3,F,1,F,1,F,2,F,3,=使用的频率,9/10/2026,51,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100 km。,9/10/2026,52,地球,两个地面站之间传送,距离：50-100 km,地面站之间的直视线路,微波传送塔,9/10/2026,53,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,9/10/2026,54,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,9/10/2026,55,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,9/10/2026,56,常用传输媒体的比较,9/10/2026,57,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,9/10/2026,58,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,1010,1010,Modem,9/10/2026,59,Encoder,Decoder,数字或,模拟,数字信号,g(t),x(t),g(t),数字或,模拟,编码,Modulator,Demodulator,数字或,模拟,模拟信号,m(t),p,s(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,9/10/2026,60,1.数字数据的数字信号编码,不归零制,(,NRZ，Non-Return to Zero),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,NRZ,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,9/10/2026,61,曼彻斯特编码,(,Manchester code),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”;,Manchester,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,9/10/2026,62,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-Synchronizing Code）,。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%,9/10/2026,63,差分曼彻斯特编码,(Differential,Manchester code),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,Manchester,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,9/10/2026,64,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,NRZ,Manchester,差分,Manchester,三种数字编码的波形图,9/10/2026,65,在光纤分布式数据接口（FDDI，Fiber Distributed Data Interface）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bit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,9/10/2026,66,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。,9/10/2026,67,图2-4 4B/5B编码方式,特点：属于自同步码，编码效率：4/5=80%,9/10/2026,68,2.数字数据的调制编码,三种常用的调制技术：1）幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅 2）频移键控FSK(Frequency Shift Keying)，调频 3）相移键控PSK(Phase Shift Keying)，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)=A cos(,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,9/10/2026,69,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,ASK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KHz)KHz),PSK：用载波的起始相位的变化表示0(同相)和1(反相),9/10/2026,70,多级调制方法1-单参量多级调制,01,10,00,0,+90,+180,+270,11,数据率=信号速率 x log,2,M,M：调制级数,+90,0,01,0,0,00,+270,0,11,+180,0,10,4-PSK,9/10/2026,71,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,0,45,16-QAM的星座图,90,180,270,135,315,225,9/10/2026,72,高速(56Kbps)MODEM,D/A,A/D,A/D,D/A,D/A,A/D,(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 35kbps,D/A,A/D,D/A,(56kbps),交换机1,交换机2,ISP,(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56Kbps,9/10/2026,73,3.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,9/10/2026,74,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 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（Pulse Coded Modulation）信号（脉码调制信号）,9/10/2026,75,PCM转换过程举例,原始信号,011100011011001100,PCM 输出,3,4,3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,PCM 脉冲,（有量化误差）,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,离散脉冲,9/10/2026,76,PCM 转换波形图,B,A,C,D,A,B,C,D,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,9/10/2026,77,通信系统的例子电话系统,公用电话交换网PSTN,(Public Switched Telephone Network),-端到端的数据传输率：10,4,b/s,-干线的数据传输率：10,10,b/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,9/10/2026,78,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,9/10/2026,79,本地回路,编码解码器Codec,编码解码器Codec,用户设备,用户设备,Modem,Modem,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,9/10/2026,80,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,MUX,2.5 多路复用技术,9/10/2026,81,复用类型,FDM(频分复用),WDM(,波分复用,),TDM(,时分复用,),9/10/2026,82,1.频分复用Frequency Division Multiplexing,CH2,CH1,CH3,原带宽,CH1,CH2,CH3,移频后带宽,MUX,CH1,CH2,CH3,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,9/10/2026,83,2.波分复用Wave Division Multiplexing,F2,F1,F3,光谱,F1,F2,F3,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。,9/10/2026,84,3.时分复用Time Division Multiplexing,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。,A2,A1,A3,原始信号,D2,D1,D3,数字化信号,MUX,复用后数据,时隙,1,2,3,4,D3,D2,D,1,适用于数字信号传输,时间片,9/10/2026,85,统计(异步)TDMSTDM,A,B,C,D,待发数据,t,1,t,2,t,3,A,1,B,1,C,1,D,1,C,2,D,2,A,2,B,2,周期1,周期2,同步 TDM,带宽浪费,A,1,B,1,C,2,B,2,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。,9/10/2026,86,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,。,9/10/2026,87,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,125 us/32=3.90625 us,每通道一次传送,8,位二进制数据，即每个二进制位占用,0.48828125 us,，所以,E1,速率=,Mb/s,E1,标准,也可以这样计算E1速率,E1速率=(32x8bit)/125,m,s=2.048 Mb/s,9/10/2026,88,E1-帧格式,0,1,2,16,31,125,m,s=32 时隙=2.048 Mbps,帧同步,信令信道,30 路话音数据信道+2 路控制信道,9/10/2026,89,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,9/10/2026,90,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。,9/10/2026,91,两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,9/10/2026,92,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,9/10/2026,93,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,9/10/2026,94,(,(,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,B,C,D,9/10/2026,95,计算机,终端,早期的计算机网络采用电路交换,那时计算机很少，非常昂贵。远地终端（没有处理功能）,通过通信线路（可能要经过许多个交换机）,使用处于网络中心的计算机的资源。,9/10/2026,96,报文交换,整个报文作为一个整体一起发送。,在交换过程中，,交换设备将接收,到的,报文先存储，,待信道空闲时,再转发出去,，,一级一级中转,，直到目的地,。这种,数据传输,技术称为,存储,-,转发,。,缺点：,1,）,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；,3,）,出错后整个报文全部重发。,9/10/2026,97,分组交换,（包交换）,将报文划分,为若干个大小相等,的分组,(,Packet),进行存储转发。,优点：,1,）存储量要求较小，,可以用内存来缓冲分组,速度,快；,2,）转发延时小,适用于交互式通信,；,3,）,某个分组出错仅重发该分组,效率,高；,4,）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。,特点：,1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。,2）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。,9/10/2026,98,数 据,数 据,数 据,分组交换,在发送端,把要发送的报文分隔为较短的数据块,每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）,依次把各分组发送到接收端,接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文,数 据,分组,11010011101,00101001110,报文,发送端,首部,分组,数 据,首部,分组,首部,数 据,发,送,发,送,发送,在前,发,送,接收端,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,00101001110,9/10/2026,99,分组从,A 传送到 B 的过程,网络,网络,网络,网络,网络,网络,网络,路由器,路由器,路由器,路由器,路由器,路由器,A,B,查找路由表,目 的 地 下一跳路由器,查找路由表,目 的 地 下一跳路由器,查找路由表,目 的 地 下一跳路由器,这就是基于存储转发的分组交换,9/10/2026,100,三种交换方式的事件顺序,呼叫请求,呼叫应答,数据,A,B,C,D,分组1,分组2,分组3,报文,A,B,C,D,A,B,C,D,寻路延迟,排队延迟,线路交换,报文交换,分组交换,9/10/2026,101,异步传输模式,ATM,ATM,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，故又称为信元交换。,ATM,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、优先级等控制信息构成信元。,信元由信元头部和有效载荷构成：,信元头部 有效载荷,5B 48B,9/10/2026,102,在ATM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。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为,异步传输模式,。,ATM特点：,1)面向连接（虚连接），按序递交；,2)固定大小的信元，便于高速处理（可用硬件实现），传输速率622Mb/s；,3)QoS特性保证了ATM可以实时地传送语音和活动图像。,1,2,3,4,5,6,数据块,信元流,9/10/2026,103,作业：P44 2-4 2-5，2-7，2-9,补充：,1.,码元速率与数据速率的关系如何？,2.,带宽为,3KHz,的信道。,a)不考虑噪声的情况下，其最大数据传输速率为多少？,b),若信号电平分为,16,级，重做a),c)若信噪比,S/N,为,30dB,，其最大数据传输速率为多少,?,3.设：信息码为：1010001。G(x)=x,4,+x,2,+x+1,求：CRC冗余码？画出实现CRC校验的线路图。,9/10/2026,104,Thank You!,不尽之处，恳请指正！,谢谢！,