1、第2章 数据通信技术的基础知识2002年2数数据据通通信信技技术术的的基基本本内内容容数据通信基本概数据通信基本概念念数据通信系统基本结构数据通信系统基本结构信息、数据、信号信息、数据、信号数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标数据传输方式数据传输方式串行通信、并行通信串行通信、并行通信单工通信、半双工通信、全双工通信单工通信、半双工通信、全双工通信基带传输、频带传输、宽带传输基带传输、频带传输、宽带传输数据的同步技术数据的同步技术异步传输、异步传输、同步传输同步传输数据编码技术数据编码技术数字数据信号数字数据信号模拟传输模拟传输幅移键控幅移键控ASK、频移键控频移键控FSK、相移键控相
2、移键控PSK数字传输数字传输不归零码不归零码NRZ、曼彻斯特编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码模拟数据信号模拟数据信号模拟传输模拟传输调幅、调频、调相调幅、调频、调相数字传输数字传输脉冲编码调制脉冲编码调制PCM多路复用技术多路复用技术时分多路复用、时分多路复用、频分多路复用、波分多路复、码分多路复用频分多路复用、波分多路复、码分多路复用数据交换技术数据交换技术电路交换、电路交换、报文存储转发交换、报文分组存储转发交换（数据报文存储转发交换、报文分组存储转发交换（数据报方式、虚电路方式）报方式、虚电路方式）传输介质传输介质传输介质类型与特点传输介质类型与特点差错控制技术差错控
3、制技术检错码、纠错码和检错码、纠错码和差错控制机制差错控制机制2002年3信息、数据和信号 l通信的目的是交换信息。信息的载体可以是多媒体，包含语音、通信的目的是交换信息。信息的载体可以是多媒体，包含语音、音乐、图形图像、文字和数据等。计算机的终端产生的信息一音乐、图形图像、文字和数据等。计算机的终端产生的信息一般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要将般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要将每一个字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进每一个字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进制代码有国际制代码有国际5号码（号码（IA5）、扩充的二、十进制交换码
4、）、扩充的二、十进制交换码EBCDIC码和信息交换用标准代码码和信息交换用标准代码 ASCII码等。码等。l被传输的二进制代码称为数据（被传输的二进制代码称为数据（Data）。）。l信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。2002年4数据通信系统基本结构l数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将通信线路称为信道；通信线路称为信道；
5、l在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为模拟通信系统模拟通信系统，而传输数字信号的系统称为而传输数字信号的系统称为数字通信系统数字通信系统。2002年5模拟通信系统 l模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一般都要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过般都要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过解调器将信号解调出来。解调器将信号解调出来。l普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。普通的电话、广播、电视等
6、都属于模拟通信系统。2002年6数字通信系统 l数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪声源以及发道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪声源以及发送端和接收端时钟同步组成。送端和接收端时钟同步组成。l计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。2002年7通信信道的分类 l信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可传输媒体可以
7、是有形媒体，如电缆、光纤等，也可以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按不同的方法分类：不同的方法分类：l有线信道与无线信道；有线信道与无线信道；l模拟信道与数字信道；模拟信道与数字信道；l专用信道和公用信道；专用信道和公用信道；2002年8有线信道与无线信道 l信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信道与信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信道与无线信道；无线信道；l有线信道有线信道l使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信道。有线信道包括电话线、双绞线、同轴电缆和光道。有线信道包括电话线、
8、双绞线、同轴电缆和光缆等；缆等；l无线信道无线信道l以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无线信道。无线信道包括无线电、微波、红外线和卫线信道。无线信道包括无线电、微波、红外线和卫星通信信道等。星通信信道等。2002年9模拟信道与数字信道l按传输信号的类型分类，信道可以分为模拟信道与数按传输信号的类型分类，信道可以分为模拟信道与数字信道；字信道；l模拟信道模拟信道l能传输模拟信号的信道称为模拟信道。模拟信号的能传输模拟信号的信道称为模拟信道。模拟信号的电平随时间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。电平随时间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。如果
9、利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字如果利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的变换（与模拟信号之间的变换（A/D变换器）。调制解调变换器）。调制解调器就是完成这种变换的。器就是完成这种变换的。l数字信道数字信道l能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离散的能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离散的数字信号在计算机中指由数字信号在计算机中指由“0”和和“1”的二进制代码的二进制代码组成的数字序列。当利用数字信道传输数字信号时组成的数字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，通常需要进行数字编码。不需要进行变换，通常需要进行数字编码。2002年10专用信道和公用信
10、道 l信道按使用方式可以分为专用信道和公用信道：信道按使用方式可以分为专用信道和公用信道：l专用信道专用信道l专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路，专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路，它可以由用户自己架设或向电信部门租用。它可以由用户自己架设或向电信部门租用。l公用信道公用信道l也称公共交换信道，它是一种通过交换机转接、为也称公共交换信道，它是一种通过交换机转接、为大量用户提供服务的信道。大量用户提供服务的信道。2002年11数据通信的技术指标 l数据通信速率（传输速率）：传输率是指数据在信道中传输的数据通信速率（传输速率）：传输率是指数据在信道中传输的速度。数据通信速率分为两种
11、：速度。数据通信速率分为两种：码元速率和信息速率码元速率和信息速率。l码元速率码元速率RB：l每秒中传送的码元数，单位为波特每秒中传送的码元数，单位为波特/秒（秒（Baud/s），又称），又称为波特率；为波特率；l信息速率信息速率Rb：l每秒中传送的信息量，单位为比特每秒中传送的信息量，单位为比特/秒（秒（bit/s），又称为），又称为比特率；比特率；l对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元包含包含1个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一个用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了个
12、用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了2个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的2倍。倍。2002年12码元速率和信息速率码元速率和信息速率l一般来说，对于一般来说，对于采用采用M进制电平进制电平传输信号时，信传输信号时，信息速率和码元速息速率和码元速率之间的关系是：率之间的关系是：lRb=RBlog2M2002年13误码率和误比特率 l误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的重要参数。误码率是指二进制码元在数据传输系统中被靠性的重要参数。误码率是指二进制码元在
13、数据传输系统中被传错的概率，误比特率是指在传输中出错比特的概率。传错的概率，误比特率是指在传输中出错比特的概率。l在实际的数据传输系统中，电话线路在在实际的数据传输系统中，电话线路在3002400bps传输速传输速率时，平均误码率在率时，平均误码率在10-210-6之间，在之间，在48009600bps传输速传输速率时平均误码率在率时平均误码率在10-210-4之间。而计算机通信的平均误码率之间。而计算机通信的平均误码率要求低于要求低于10-9。传输的总码元数传输出错的码元数误码率Pe传输的总比特数传输出错的比特数误比特率Pb2002年14信道带宽与信道容量 l信道带宽是指信道中传输的信号在不
14、失真的情况下所信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（兹（Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决定的，例如，电话线路的频率范围在定的，例如，电话线路的频率范围在3003400Hz，则它的带宽则它的带宽3003400Hz。l信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（数，用每秒比特数（bps）表示。
15、当传输的信号速率）表示。当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。2002年15数据的串行传输和并行传输 l并行通信并行通信l数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。l并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。的通信。2002年16数据的串行传输和并行传输l串行通信串行通信l数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采数据流以串行方式在一条信
16、道上传输，由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并进行并/串变换，在接收端再通过串串变换，在接收端再通过串/并变换，还原成计算机并变换，还原成计算机的字符结构，才能实现串行通信。的字符结构，才能实现串行通信。l串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。现，成本低，但速度比较低。2002年17通信线路的连接方式点对点l点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的
17、线路可以是专用线路、租用线路或交路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。换线路。l使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换网，实现点网，实现点-点的连接。点的连接。2002年18通信线路的连接方式 多点线路 l多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。l在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若所有的站点可以同时发送数据，则
18、这条线路在空间上是共所有的站点可以同时发送数据，则这条线路在空间上是共享的，通常采用频分复用或波分复用技术传输数据；若所享的，通常采用频分复用或波分复用技术传输数据；若所有的站点只能轮流使用线路发送数据时，那么它在时间上有的站点只能轮流使用线路发送数据时，那么它在时间上是共享的，通常采用时分复用技术传输数据。是共享的，通常采用时分复用技术传输数据。2002年19信道的通信方式单工通信 l单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改
19、变信号传送能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。方向。l无线电广播和电视都属于单工通信。无线电广播和电视都属于单工通信。2002年20信道的通信方式 半双工通信 l半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。开关装置进行切换。l半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统使用的半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统使用的“对讲
20、机对讲机”和军队使用的和军队使用的“步话机步话机”。l半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。的会话式通信。2002年21信道的通信方式 全双工通信 l全双工通信是指数据可以同时沿全双工通信是指数据可以同时沿相反相反的两个方向作双向传输。的两个方向作双向传输。比如，电话通话。比如，电话通话。2002年22信号的传输方式基带传输l基带传输基带传输l就数字信号而言，它是一个离散的方波，就数字信号而言，它是一个离散的方波，“0”代表代表低电平，低电平，“1”代表高电平，这种方波固有的频带称代表高电平，这种方波固有的频带称为基带，方
21、波信号称为基带信号，因此，基带实际为基带，方波信号称为基带信号，因此，基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输是在上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用，双向地传输信息。都被基带信号占用，双向地传输信息。2002年23信号的传输方式 频带传输l频带传输频带传输l所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要
22、来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要求发送端和接收端都要安装调制器和解调器。求发送端和接收端都要安装调制器和解调器。l在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。利用频带传输，不仅解就需要利用频带传输方式。利用频带传输，不仅解决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。实现多路复用，以提高传输信道的利用率。2002年24信号的传输方式宽带传输l宽带传输宽带传输l宽带传输采用宽带传输采用75的的CATV电视同轴电缆或光纤作电视同轴电缆或光纤
23、作为传输媒体，带宽为为传输媒体，带宽为300MHz。使用时通常将整个。使用时通常将整个带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。宽带同轴电送音频信号、视频信号以及数字信号。宽带同轴电缆原是用来传输电视信号的，当用它来传输数字信缆原是用来传输电视信号的，当用它来传输数字信号时，需要利用电缆调制解调器（号时，需要利用电缆调制解调器（Cable Modem）把数字信号变换成频率为几十兆赫兹到几百兆赫兹把数字信号变换成频率为几十兆赫兹到几百兆赫兹的模拟信号。的模拟信号。l可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一可利用宽
24、带传输系统来实现声音、文字和图像的一体化传输，这也是通常所说的体化传输，这也是通常所说的“三网合一三网合一”，即语，即语音网、数据网和电视网合一。另外，使用音网、数据网和电视网合一。另外，使用Cable Modem上网就是基于宽带传输系统实现的。上网就是基于宽带传输系统实现的。2002年25数据传输的同步技术 l在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信时，通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作，时，通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作，彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔都必须相同
25、，这就是同步问题。同步就是要接收方按都必须相同，这就是同步问题。同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元照发送方发送的每个码元/比特起止时刻和速率来接比特起止时刻和速率来接收数据，否则，收发之间会产生误差，即使是很小的收数据，否则，收发之间会产生误差，即使是很小的误差，随着时间增加的逐步累积，也会造成传输的数误差，随着时间增加的逐步累积，也会造成传输的数据出错。据出错。l实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之一，通常使用的同步技术有两种：一，通常使用的同步技术有两种：l异步方式异步方式l同步方式同步方式2002年26异步传输方式l在异步传输
26、方式中，每传送在异步传输方式中，每传送1个字符（个字符（7位或位或8位）都要在每个位）都要在每个字符码前加字符码前加1个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加和校验码后面加1或或2个停止位，表示字符结束。接收方根据起个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用。同步作用。l异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用23位，所以适合于低速通信。位，所以适合于低速通信。2002
27、年27同步传输方式l同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符组字符或数据块之前先发送一个同步字符SYN（以（以01101000表示）表示）或一个同步字节（或一个同步字节（01111110），用于接收方进行同步检测，从而使），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意
28、多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。标识整个发送过程的结束。l在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。2002年28同步传输中的位同步l在同步通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步，在同步
29、通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步，而使用同步字符或同步字节，只是用于同步接收数据而使用同步字符或同步字节，只是用于同步接收数据帧，帧，只有保证了接收端接收的每一个比特都与发送端只有保证了接收端接收的每一个比特都与发送端保持一致，接收方才能正确的接收数据保持一致，接收方才能正确的接收数据，这就要使用，这就要使用位同步位同步的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专用信道发送同步时钟保持双方同步，也可以使用编码用信道发送同步时钟保持双方同步，也可以使用编码技术将时钟编码到数据中，接收端接收数据的同时就技术将时钟编码到数据中，接收端接收数据的同时就获取到
30、同步时钟，两种方法相比，后者的效率最高，获取到同步时钟，两种方法相比，后者的效率最高，使用的最为广泛。使用的最为广泛。2002年29数据的编码和调制技术 l在计算机中，数据是以离散的二进制在计算机中，数据是以离散的二进制“0”、“1”比特序列方比特序列方式表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取式表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。l通信信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数通信信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数据也分为模拟数据与数字数据。因此，数据的编码方法包括
31、据也分为模拟数据与数字数据。因此，数据的编码方法包括数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制。数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制。2002年30数字数据的调制 l传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频300Hz3400Hz的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了利用模拟的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据的传输，必须首先将数语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号，也就是要对数字数据进行调制。字信号转换成模拟信号，也就是要对数字
32、数据进行调制。l发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制（Modulation），调制设备就称为调制器（），调制设备就称为调制器（Modulator）；接收端将）；接收端将模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调（Demodulation），解调设备就称为解调器（），解调设备就称为解调器（Demodulator）。若）。若进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进行通信时，就需要同时进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进行通信时，就需要同时具备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（具
33、备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（Modem）。）。l对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。2002年31幅移键控、频移键控和相移键控 l幅移键控幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）lASK是通过改变载波信号的幅度值表示数字信号是通过改变载波信号的幅度值表示数字信号“1”、“0”，以幅，以幅度度A1表示数字信号的表示数字信号的“1”，用载波幅度，用载波幅度A2表示数字信号的表示数字信号的“0”（通（通常常A1取取1，A2取取0），而载波信号的参数），而载波信号的参数f 和和恒定
34、。恒定。l频移键控频移键控FSK（Frequency Shift Keying）lFSK是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号“1”、“0”，用，用f 1表示数字信号表示数字信号“1”，用，用f 2表示数字信号表示数字信号“0”，而载波信号的，而载波信号的A和和不变。不变。l相移键控相移键控PSK（Phase Shift Keying）lPSK是通过改变载波信号的相位值表示数字信号是通过改变载波信号的相位值表示数字信号“1”、“0”，而载，而载波信号的波信号的A和和f不变。不变。PSK包括两种类型：包括两种类型：l绝对调相绝对调相l绝对调相使用相位的绝
35、对值，绝对调相使用相位的绝对值，为为0表示数字信号表示数字信号“1”，、，、为为表表示数字信号示数字信号“0”。l相对调相相对调相l相对调相使用相位的相对偏移值，当数字数据为相对调相使用相位的相对偏移值，当数字数据为0时，相位不变化，时，相位不变化，而数字数据为而数字数据为1时，相位要偏移时，相位要偏移。2002年32数字数据的调制示例2002年33多相调制lASK、FSK和和PSK都是最基本的调都是最基本的调制技术，实现容易，技术简单，抗制技术，实现容易，技术简单，抗干扰能力差，调制速率不高，为了干扰能力差，调制速率不高，为了提高数据传输速率，也可以采用多提高数据传输速率，也可以采用多相调制
36、的方法。相调制的方法。l例如，将待发送的数字信号按例如，将待发送的数字信号按2个比特一组的方式组织，因个比特一组的方式组织，因为为2个比特可以有个比特可以有4种组合方式，种组合方式，即即“00、01、10、11”四个码四个码元，所以用元，所以用4个不同的相位值个不同的相位值就可以表示出这就可以表示出这4组组合。在组组合。在调相信号传输过程中，相位每调相信号传输过程中，相位每改变一次，传送两个二进制比改变一次，传送两个二进制比特，这种调制方法就称为四相特，这种调制方法就称为四相相移键控。相移键控。2002年34混合调相l为了达到更高的信息传输速率，采用多元制的振幅相位混合调制技为了达到更高的信息
37、传输速率，采用多元制的振幅相位混合调制技术，比如正交振幅调制术，比如正交振幅调制QAM（Quadrature Amplitude Modulation），它不但使用相位，而且还使用幅度：），它不但使用相位，而且还使用幅度：l8-QAM使用了幅度与相位的使用了幅度与相位的8种组合，由于使用种组合，由于使用3个比特可以表个比特可以表示示8种组合，因此，每一种组合代表一个码元，每个码元种组合，因此，每一种组合代表一个码元，每个码元3个比个比特。特。l16-QAM的幅度和相位有的幅度和相位有16种组合，每个组合代表一个码元，每种组合，每个组合代表一个码元，每个码元个码元4个比特。个比特。2002年35
38、数字数据的编码l利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作数字信号的基利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作数字信号的基带传输，而数字数据在传输之前，需要进行数字编码。数字数据的带传输，而数字数据在传输之前，需要进行数字编码。数字数据的编码方式有三种：不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码编码方式有三种：不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。l不归零编码（不归零编码（Non-Return to Zero，NRZ）lNRZ编码规定可用负电平表示逻辑编码规定可用负电平表示逻辑“1”，用正电平表示逻辑，用正电平表示逻辑“0”，反之亦然。，反之亦然。l曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Ma
39、nchester）l曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一，其特点是每曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一，其特点是每一位二进制信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，一位二进制信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，就表示数字信号就表示数字信号“1”，若从高电平跳变到低电平，就表示数字，若从高电平跳变到低电平，就表示数字信号信号“0”；l差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）l差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。其特点是每一位差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。其特点是每一位二进制信号的跳变依然提供收发端之间的同步，但每位二
40、进制二进制信号的跳变依然提供收发端之间的同步，但每位二进制数据的取值，要根据其开始边界是否发生跳变来决定，若一个数据的取值，要根据其开始边界是否发生跳变来决定，若一个比特开始处存在跳变则表示比特开始处存在跳变则表示“0”，无跳变则表示，无跳变则表示“1”。2002年36数字数据编码的示例2002年37模拟数据的调制 l在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换，形成在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换，形成电信号，比如人说话的声音经过电话转变为模拟的电电信号，比如人说话的声音经过电话转变为模拟的电信号，这也是模拟数据的基带信号。信号，这也是模拟数据的基带信号。l模拟数据的基带信号具有比较低的
41、频率，不宜直接在模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，比如无线电广播。比如无线电广播。2002年38模拟数据的编码 l脉冲编码调制脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation）是）是模拟数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真模拟数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真小、误码率低、数据传
42、输速率高，因此在网络中除计小、误码率低、数据传输速率高，因此在网络中除计算机直接产生的数字信号外，语音、图像信息必须数算机直接产生的数字信号外，语音、图像信息必须数字化才能经计算机处理。字化才能经计算机处理。lPCM技术的典型应用是语音数字化。在发送端通过技术的典型应用是语音数字化。在发送端通过PCM编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，通过通信信道传送到接收方，接收方再通过通过通信信道传送到接收方，接收方再通过PCM解解码器还原成模拟语音信号。码器还原成模拟语音信号。l数字化语音数据传输速率高、失真小，可以存储在计数字化语音数据传输速率高、失真小，可
43、以存储在计算机中，进行必要的处理。因此在网络与通信的发展算机中，进行必要的处理。因此在网络与通信的发展中语音数字化成为重要的部分。中语音数字化成为重要的部分。2002年39PCM编码的典型应用 2002年40PCM的工作原理l脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码。脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码。l采样采样l每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值做为样本，每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值做为样本，表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。l量化量化l量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的
44、过程。l量化级可以分为量化级可以分为8级、级、16级，或者更多的量化级，这取决于系级，或者更多的量化级，这取决于系统的精确度要求。统的精确度要求。l编码编码l编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。级。lPCM用于数字化语音系统，将声音分为用于数字化语音系统，将声音分为128个量化级，采用个量化级，采用7位位二进制编码表示，再使用二进制编码表示，再使用1个比特进行差错控制，采样速率个比特进行差错控制，采样速率8000次秒，因此，一路话音的数据传输速率为次秒，因此，一路话音的数据传输速率为88000 bps64kbps。2002
45、年41PCM的工作过程2002年42数据交换技术电路交换 l电路交换（电路交换（Circuit Switching）l也称为线路交换，是一种直接的交换方式，为一对也称为线路交换，是一种直接的交换方式，为一对需要进行通信的节点之间提供一条临时的专用通道，需要进行通信的节点之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通道又即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通道又可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适当选择、连接而完成的，是一条由多个节点
46、和多条当选择、连接而完成的，是一条由多个节点和多条节点间传输路径组成的链路。节点间传输路径组成的链路。2002年43电路交换通信的三个阶段 l电路建立电路建立l通过源节点请求完成交换网中相应节点的连接过程，通过源节点请求完成交换网中相应节点的连接过程，这个过程建立起一条由源节点到目的节点传输通道。这个过程建立起一条由源节点到目的节点传输通道。l数据传输数据传输l电路建立完成后，就可以在这条临时的专用电路上传电路建立完成后，就可以在这条临时的专用电路上传输数据，通常为全双工传输。输数据，通常为全双工传输。l电路拆除电路拆除l在完成数据传输后，源节点发出释放请求信息，请求在完成数据传输后，源节点发
47、出释放请求信息，请求终止通信，若目的节点接受释放请求，则发回释放应终止通信，若目的节点接受释放请求，则发回释放应答信息。在电路拆除阶段，各节点相应地拆除该电路答信息。在电路拆除阶段，各节点相应地拆除该电路的对应连接，释放由该电路占用的节点和信道资源。的对应连接，释放由该电路占用的节点和信道资源。2002年442002年45电路交换的特点l呼叫建立时间长且存在呼损。呼叫建立时间长且存在呼损。l电路交换的信道利用率低。电路交换的信道利用率低。l对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方法、信息格式和传输控制等一致才能完成通信。法、信息格式和传输控制
48、等一致才能完成通信。l适用于实时大批量连续的数据传输。适用于实时大批量连续的数据传输。2002年46数据交换技术存储转发交换 l存储转发交换（存储转发交换（Store and Forward Switching）l报文存储转发交换报文存储转发交换l报文分组存储转发交换报文分组存储转发交换l数据报数据报l虚电路虚电路 2002年47报文存储转发交换l对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术;l在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，报头中有源地址和目标地址。节点根据报头中的目标报头中有源地址和目标
49、地址。节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择。并且对收发的报文进行相地址为报文进行路径选择。并且对收发的报文进行相应的处理。应的处理。2002年48报文交换的特点l源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通路；源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通路；l与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等待和时延；需的等待和时延；l电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高效地传输数据；传输，能高效地传输数据；l要求节点具备足够的报文数据存放能力，一般节点由微要求节
50、点具备足够的报文数据存放能力，一般节点由微机或小型机担当；机或小型机担当；l数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中，都进行数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中，都进行差错控制，即检错和纠错。差错控制，即检错和纠错。l由于采用了对完整报文的存储由于采用了对完整报文的存储/转发，节点存储转发，节点存储/转发的转发的时延较大，不适用于交互式通信。时延较大，不适用于交互式通信。2002年49分组交换l分组交换属于分组交换属于“存储存储/转发转发”交换，它不像报文交换交换，它不像报文交换以报文为单位进行交换、传输，而是以更短的、标准以报文为单位进行交换、传输，而是以更短的、标准的的“报文分组报文分
