第3章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)基礎(chǔ)第3章1

現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)是電信技術(shù)和計算機技術(shù)的結(jié)合，完成計算機之間、計算機與終端之間和終端與終端之間的信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞胶屯ㄐ艠I(yè)務(wù)就是數(shù)據(jù)通信。

3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信是指計算機或終端設(shè)備之間傳輸表示字符、數(shù)字、語音、圖像的二進制代碼0、1比特序列的過程。信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波信號的表示形式，按傳輸方式它可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩類。通過調(diào)制解調(diào)器傳輸模擬數(shù)據(jù)信號的方法稱作頻帶傳輸；直接傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)信號的方法稱作基帶傳輸?，F(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)是電信技術(shù)和計算機技術(shù)的結(jié)合，23.1.1數(shù)據(jù)、信息與信號在數(shù)據(jù)通信技術(shù)中，信息、數(shù)據(jù)、信號是十分重要的。1、信息和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是信息的載體，是信息的表現(xiàn)形式；信息則是數(shù)據(jù)的具體含義，表示信息的形式可以是數(shù)值、文字、圖形、聲音、圖像及動畫等。2、信號在數(shù)據(jù)通信中，信息被轉(zhuǎn)換為適合在通信信道上傳輸?shù)碾娋幋a，電磁編碼或光編碼。這種在信道上傳輸?shù)墓?電編碼叫信號。信號實際是電磁波，在通信設(shè)備之間通過有線介質(zhì)或直接在空中傳輸。根據(jù)傳輸方式有模擬和數(shù)字通信。3.1.1數(shù)據(jù)、信息與信號3模擬通信是指信號的幅度隨時間呈連續(xù)變化的信號。如圖3-1（a）所示。數(shù)字信號是在時間上不連續(xù)的、離散性的信號，一般由脈沖電源0和1兩種狀態(tài)組成。如圖3-1（b）所示。圖3-1模擬信號與數(shù)字信號模擬通信是指信號的幅度隨時間呈連續(xù)變化的信號43.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信息的傳遞是通過通信系統(tǒng)來實現(xiàn)的。如圖3-2所示。它由發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、發(fā)送機、信道和接收機五部分組成。信息傳輸系統(tǒng)由三個部分組成：信源（發(fā)送機）、信宿（接收機）和信道。圖3-2通信系統(tǒng)基本模型3.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)圖3-2通信5

1、信源和信宿信源是信息的發(fā)送端；信宿就是信息的接收端。它們是計算機或數(shù)據(jù)終端設(shè)備或人。2、信道信道是通信雙方以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的傳輸信息的通道，是建立在通信線路和其附屬設(shè)備（如收、發(fā)設(shè)備）上的。信道分為：以傳輸模擬信號的信道叫模擬信道；以傳輸數(shù)字信號的信道叫數(shù)字信道。1、信源和信宿6

3.信號變換器信號變換器的作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘枴?yīng)不同的信源和信道，信號變換器有不同的組成和變換功能。如編碼器、調(diào)制解調(diào)器等。編碼器的功能是把信源或其它設(shè)備輸入的二進制數(shù)字序列作相應(yīng)的變換，使之成為其他形式的數(shù)字信號或不同形式的模擬信號。譯碼器是在接收端完成編碼的反過程。調(diào)制器把信源或編碼器輸出的二進制脈沖信號變換成模擬信號，以便在模擬信道上進行遠距離傳輸。解調(diào)器的作用是反調(diào)制，還原成原來的信號。3.信號變換器7

4、噪聲源一個通信系統(tǒng)是不可避免的存在有噪聲干擾，這些干擾分布在數(shù)據(jù)傳輸過程的各部分，為分析和研究方便，通常把它等效為一個作用于信道上的噪聲源。5、數(shù)據(jù)通信、數(shù)字通信與模擬通信根據(jù)信號的不同，通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)的子集，它主要提供數(shù)字數(shù)據(jù)服務(wù)，傳輸?shù)氖请x散的二進制數(shù)字信號序列。模擬通道主要傳輸語音（如電臺廣播）、視頻（如電視網(wǎng)）等模擬數(shù)據(jù)信號。4、噪聲源8數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)模型如圖3-4所示：

圖3-4數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)模型如圖3-9計算機網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機之間的通信過程如圖3-5所示。如果資源子網(wǎng)中的主機HA要與主機HB通信，必須要應(yīng)用通信子網(wǎng)在HA與HB之間建立一條信息通道。圖3-5網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機的通信過程計算機網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機之間的通信過程如圖3-10

3.2數(shù)據(jù)通信方式在設(shè)計一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)時，首先要確定采用串行還是并行通信方式。串行只需在收發(fā)雙方之間建立一條通信信道；并行需在收發(fā)雙方之間建立多條并行的通信信道。數(shù)據(jù)通信按照信號傳輸方向與時間的關(guān)系可以分為單工通信、半工通信和全雙工通信三種。3.2.1并行傳輸與串行傳輸串行傳輸：將待傳輸?shù)拿總€字符的二進制代碼按由低位到高位的順序依次發(fā)送，如圖3-6（a)所示。并行傳輸：將表示一個字符的8位二進制代碼通過8條并行的通信信道同時發(fā)送，如圖3-6（b）所示。3.2數(shù)據(jù)通信方式11圖3-6串行通信與并行通信圖3-6串行通信與并行通信123.2.2異步傳輸與同步傳輸數(shù)據(jù)通信的一個基本要求是接收方必須知道它所接收的每一位的開始時間和持續(xù)時間，這樣才能正確地接收發(fā)送方發(fā)來的數(shù)據(jù)。1、異步傳輸方式工作原理：每個字節(jié)作為一個單元獨立傳輸，字節(jié)之間的間隔任意。為了標志字節(jié)的開始和結(jié)尾，在每個字節(jié)的開始處加一位起始位，結(jié)尾加1位、1.5位或2位停止位。如圖3-7.圖3-7異步傳輸3.2.2異步傳輸與同步傳輸圖3-713異步傳輸?shù)奶攸c：1）每個字符代碼前后的起始和停止位標識字符的開始和結(jié)束。2）起始和停止位兼作線路兩端的同步時鐘，不再需要額外的時鐘同步。3）字符之間間隔任意。速率較低，用于要求不高的線路。2、同步傳輸它是對一組字符組成的數(shù)據(jù)塊進行同步。在數(shù)據(jù)塊的前面加特殊模式的位組合（如01111110）或同步字符(SYN),并且通過位填充或字符填充技術(shù)保證數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)不會與同步字符混淆。上述同步傳輸技術(shù)叫做字符同步，如圖3-8所示。這種傳輸方式在每一位還要進行同步。位同步有內(nèi)同步和外同步兩種。異步傳輸?shù)奶攸c：14內(nèi)同步指某些編碼技術(shù)內(nèi)含時鐘信號。外同步指由通信線路設(shè)備提供同步時鐘信號，并與數(shù)據(jù)編碼一同傳輸，以保證線路兩端數(shù)據(jù)傳輸同步。圖3-8同步傳輸內(nèi)同步指某些編碼技術(shù)內(nèi)含時鐘信號。圖3-8153.2.3數(shù)據(jù)傳輸方向數(shù)據(jù)通信按照信號傳輸方向和時間關(guān)系，可分為：單工通信：在任何時候信號只能向一個方向傳輸。圖3-9(a)半雙工通信：可雙向傳輸，但必須交替進行。如圖3-9(b);全雙工通信：信號可同時雙向傳輸，但須提供同時傳輸?shù)碾p向通信信道。如圖3-9（c)所示。圖3-9單工、半雙工與全雙工通信3.2.3數(shù)據(jù)傳輸方向圖3-9單工、163.2.4連接方式數(shù)據(jù)通信的連接方法有兩種：點對點連接方式：圖3-10所示是典型的點對點的連接方式，Modem一旦撥號連通后，這條線路就被通信雙方占用，不會有第三者再插進來。圖3-10點對點連接方式3.2.4連接方式圖3-10點對點連17多點連接方式：如圖3-11所示，它是一個多通信終端共用一條通信主線路的通信方式。節(jié)省線路，但解決線路爭用問題。圖3-11多點連接多點連接方式：如圖3-11所示，它是一個多通183.2.5基帶傳輸與頻帶傳輸數(shù)據(jù)信號的傳輸方法有基帶傳輸和頻帶傳輸兩種。1、基帶傳輸人們把矩形脈沖信號的固有頻帶稱作基本頻帶（簡稱基帶）?；鶐鬏斒且环N最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式，它在發(fā)送端把信源數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼器變換，變?yōu)橹苯觽鬏數(shù)幕鶐盘枺诮邮芏擞山獯a器恢復成與發(fā)送端相同的數(shù)據(jù)。2、頻帶傳輸應(yīng)用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號的方法稱為頻帶傳輸。最常用的方式是使用電話交換網(wǎng)，通過通信設(shè)備調(diào)制/解調(diào)器對傳輸信號進行轉(zhuǎn)換的通信。優(yōu)點：價格便宜，易于實現(xiàn)；確定：速率低、誤碼率高。3.2.5基帶傳輸與頻帶傳輸19

3.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)計算機數(shù)據(jù)在傳輸過程中的數(shù)據(jù)編碼類型，主要取決于它采用的通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型。根據(jù)數(shù)據(jù)通信類型，計算機網(wǎng)絡(luò)中常用的通信信道有：模擬通信信道與數(shù)字通信信道兩種，如下圖所示：

3.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)20

3.3.1模擬數(shù)據(jù)編碼方法模擬數(shù)據(jù)編碼方法，即數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號的編碼方法。將發(fā)送端數(shù)字數(shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程成為調(diào)制。在調(diào)制過程中，首先要選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率ω的正（余）弦信號作為載波。u(t)=umsin(ωt+Φ0)式中有三個可改變的電參量，振幅um，角頻率ω，初相位Φ0。

1、調(diào)幅（ASK）調(diào)幅又稱振幅鍵控。2、調(diào)頻（FSK）：調(diào)頻又稱移頻鍵控。3、調(diào)相（PSK）：調(diào)相又稱移相鍵控。

3.3.1模擬數(shù)據(jù)編碼方法21

圖3-12模擬數(shù)據(jù)信號的編碼方法

圖3-12模擬數(shù)據(jù)信號的編碼方法22

3.3.2數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法，即數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號編碼的方法。在基帶傳輸中數(shù)字數(shù)據(jù)信號的編碼方法有以下幾種：1、非歸零編碼非歸零編碼是用低電平表示邏輯“0”，用高電平表示邏輯“1”的編碼方式，如圖3-13(a)所示。2、曼徹斯特編碼如圖3-13(b)所示，每比特的中間有一次跳變，有兩個作用：一是作為位同步方式的內(nèi)帶時鐘；二是用于表示二進制數(shù)據(jù)信號，可以把“0”定義為由低電平跳到高電平，“1”定義為由高電平跳到低電平，位于位之間有或沒有跳變都不代表實際的意義。

3.3.2數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法23

3、差分曼徹特編碼如圖3-13(c)所示，每比特之間有一次跳變，數(shù)據(jù)的“0”和“1”是根據(jù)兩比特之間有沒有跳變來區(qū)分，如果下一個數(shù)據(jù)是“0”的話，則在兩比特中間有一次電平跳變；如果下一個數(shù)據(jù)是“1”的話，則在兩比特中間沒有電平跳變。圖3-13數(shù)字數(shù)據(jù)到數(shù)字信號的編碼方法

3、差分曼徹特編碼圖3-124

3.3.3脈沖編碼調(diào)制方法脈沖編碼調(diào)制方法，即模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的編碼方法。1、采樣采樣是按一定的時間間隔對連續(xù)變化的模擬信號電平幅度值進行采集。采樣的工作原理如圖3-14(a)所示。2、量化量化是將采樣樣本幅度按量化級決定取值的過程。3、編碼是用相應(yīng)位的二進制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。

3.3.3脈沖編碼調(diào)制方法25

圖3-14PCM工作原理示意圖

圖3-14PCM工作原理示意圖26

3.4多路復用技術(shù)多路復用技術(shù)就是把多個信號組合在一條物理信道上進行傳輸，使多個計算機或終端設(shè)備共享信道資源，提供信道的利用率。如圖3-15所示：

圖3-15多路復用示意圖

3.4多路復用技術(shù)圖3-15多路27

1、頻分多路復用頻分多路復用(FDM)就是將一定帶寬的信道分割為若干個有較小頻帶的子信道，每個子信道供一個用戶使用。2、時分多路復用時分多路復用(TDM)是將一條物理信道的傳輸時間分成若干個時間片輪流地給多個信號源使用，每個時間片被復用的一路信號占用。如圖3-17所示。3、波分多路復用波分多路復用(WDM)是指在一根光纖上同時傳輸多個不同波長的光載波的復用技術(shù)。通過WDM，可使原來在一根光纖上只能傳輸光載波的單一光信道，變?yōu)榭蓚鬏敹鄠€不同波長光載波的光信道，使得光纖的傳輸能力成倍增加。有點見書64-65頁。

1、頻分多路復用28

4、碼分多路復用碼分多路復用（CDM）是一種用于移動通信系統(tǒng)的新技術(shù)，主要用在移動設(shè)備（筆記本等）上。它的基礎(chǔ)是微波擴頻通信，擴頻通信的特征是使用比發(fā)送的數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機嗎對載荷數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶低功率頻譜密度的信號來發(fā)射。如圖3-18所示。圖3-18擴頻通信原理圖

4、碼分多路復用圖3-18擴頻通信原理29

3.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)各種數(shù)據(jù)通過編碼后要在通信線路上進行傳輸，它一般通過一個由多個結(jié)點組成的中間網(wǎng)絡(luò)來把數(shù)據(jù)從源點轉(zhuǎn)發(fā)到目的點，這個中間網(wǎng)絡(luò)也叫交換網(wǎng)，組成交換網(wǎng)的結(jié)點叫交換結(jié)點，結(jié)構(gòu)如圖3-19所示。數(shù)據(jù)交換有兩大類：電路交換方式和存儲交換方式，存儲交換又分為報文交換和報文分組交換方式。圖3-19一般的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)

3.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)圖3-1930

3.5.1電路交換電路交換也叫線路交換，它就是通過中間交換節(jié)點在兩個通信點之間建立一條專用的通信線路。最常用的是電話系統(tǒng)。應(yīng)用電路交換進行通信的過程（如圖3-20所示）有：1、建立電路在數(shù)據(jù)傳輸前，須通過網(wǎng)路結(jié)點建立一條端到端的物理連接。

圖3-20通信雙方物理信道的建立

3.5.1電路交換圖3-20通信31

2、傳輸數(shù)據(jù)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是數(shù)字數(shù)據(jù)，也可以是模擬數(shù)據(jù)的傳輸。3、撤除電路數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，可由任意一端點發(fā)送撤除物理鏈路的信號，此信號將傳輸?shù)诫娐匪?jīng)過的所有結(jié)點，釋放資源。3.5.2報文交換和報文分組交換存儲交換也叫存儲轉(zhuǎn)發(fā)，其原理如圖3-21所示。輸入的信息在交換設(shè)備控制下，先在存儲區(qū)暫存，并對存儲的信息處理，待指定輸出線空出后，在分別將信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。存儲交換又可分為報文交換和報文分組交換兩種方式：

2、傳輸數(shù)據(jù)32

3、報文交換報文交換的過程是：發(fā)送方先將待傳的信息分為多個報文，并在報文上附加發(fā)、收站地址及及其它控制信息，形成一份份完整的報文，然后，以報文為單位在交換網(wǎng)絡(luò)的各點間傳輸。每個報文包括三部分：報頭，報文和報尾。與電路交換相比，報文交換有一些特點：見書68頁所示。2、報文分組交換報文分組交換方式是把報文分成若干個分組，以報文分組為單位進行暫存、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。每個報文分組按格式附加收、發(fā)站圖3-21存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理圖

3、報文交換圖3-21存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理圖33

地址、分組編號、分組的起始、結(jié)束標志和錯誤校驗信息等。報文和報文分組交換各有其特點，類似于信件和郵包。3.5.3高速交換技術(shù)近年出現(xiàn)了綜合電路交換和分組交換的高速交換方式，也叫混合交換方式。

3.6數(shù)據(jù)通信的主要性能指標

數(shù)據(jù)通信的主要性能指標是衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘膮?shù)。3.6.1數(shù)據(jù)傳輸速率和信道帶寬1、基本概念1）信道帶寬2）數(shù)據(jù)傳輸率與信道最大傳輸率

地址、分組編號、分組的起始、結(jié)束標志和錯誤校驗信息等。34

3.6.2誤碼率誤碼率是衡量通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標。它是指二進制碼元在傳輸過程中被傳錯的概率。計算公式：

3.6.3影響信道質(zhì)量的其它因素

影響信道質(zhì)量的其他因素有誤碼率、利用率、延遲和抖動。

3.6.2誤碼率35

3.7通信網(wǎng)簡介3.7.1公用交換電話網(wǎng)（PSTN）3.7.2公用分組交換網(wǎng)（X.25)3.7.3數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）3.7.4幀中繼（FR）幀中繼面向的是需要高帶寬、低費用、額外開銷的的用戶群。它采用了兩種關(guān)鍵技術(shù)，一是虛擬租用線路，二是“流水線”方式。3.7.5綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）它以公用電話交換網(wǎng)作為通信網(wǎng)，應(yīng)用電話線進行數(shù)據(jù)傳輸，它提供端到端的數(shù)字連接承載包括語音和非語音在內(nèi)的多種電信業(yè)務(wù)。在用戶之間實現(xiàn)以64kbps或128kbps速率為基礎(chǔ)的透明傳輸。

3.7通信網(wǎng)簡介36

優(yōu)點：1）速率很快。2）可靠性強。3）可處理語音、文本、圖像、視頻等信息。4）可適用的范圍寬。5）可同時執(zhí)行多個通信任務(wù)。6)它既可與ISDN用戶也可以與模擬環(huán)境中的人們通信。3.7.6非對稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）它是一種調(diào)制技術(shù)，應(yīng)用普通電話線進行高速數(shù)據(jù)傳輸。它在現(xiàn)有電話線上傳輸高帶寬數(shù)據(jù)以及多媒體和視頻信息，并允許數(shù)據(jù)和語音在一根電話線上同時傳輸。它是單個計算機高速接入網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù)。

優(yōu)點：37第3章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)基礎(chǔ)第3章38

現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)是電信技術(shù)和計算機技術(shù)的結(jié)合，完成計算機之間、計算機與終端之間和終端與終端之間的信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞胶屯ㄐ艠I(yè)務(wù)就是數(shù)據(jù)通信。

3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信是指計算機或終端設(shè)備之間傳輸表示字符、數(shù)字、語音、圖像的二進制代碼0、1比特序列的過程。信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波信號的表示形式，按傳輸方式它可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩類。通過調(diào)制解調(diào)器傳輸模擬數(shù)據(jù)信號的方法稱作頻帶傳輸；直接傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)信號的方法稱作基帶傳輸?，F(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)是電信技術(shù)和計算機技術(shù)的結(jié)合，393.1.1數(shù)據(jù)、信息與信號在數(shù)據(jù)通信技術(shù)中，信息、數(shù)據(jù)、信號是十分重要的。1、信息和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是信息的載體，是信息的表現(xiàn)形式；信息則是數(shù)據(jù)的具體含義，表示信息的形式可以是數(shù)值、文字、圖形、聲音、圖像及動畫等。2、信號在數(shù)據(jù)通信中，信息被轉(zhuǎn)換為適合在通信信道上傳輸?shù)碾娋幋a，電磁編碼或光編碼。這種在信道上傳輸?shù)墓?電編碼叫信號。信號實際是電磁波，在通信設(shè)備之間通過有線介質(zhì)或直接在空中傳輸。根據(jù)傳輸方式有模擬和數(shù)字通信。3.1.1數(shù)據(jù)、信息與信號40模擬通信是指信號的幅度隨時間呈連續(xù)變化的信號。如圖3-1（a）所示。數(shù)字信號是在時間上不連續(xù)的、離散性的信號，一般由脈沖電源0和1兩種狀態(tài)組成。如圖3-1（b）所示。圖3-1模擬信號與數(shù)字信號模擬通信是指信號的幅度隨時間呈連續(xù)變化的信號413.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信息的傳遞是通過通信系統(tǒng)來實現(xiàn)的。如圖3-2所示。它由發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、發(fā)送機、信道和接收機五部分組成。信息傳輸系統(tǒng)由三個部分組成：信源（發(fā)送機）、信宿（接收機）和信道。圖3-2通信系統(tǒng)基本模型3.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)圖3-2通信42

1、信源和信宿信源是信息的發(fā)送端；信宿就是信息的接收端。它們是計算機或數(shù)據(jù)終端設(shè)備或人。2、信道信道是通信雙方以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的傳輸信息的通道，是建立在通信線路和其附屬設(shè)備（如收、發(fā)設(shè)備）上的。信道分為：以傳輸模擬信號的信道叫模擬信道；以傳輸數(shù)字信號的信道叫數(shù)字信道。1、信源和信宿43

3.信號變換器信號變換器的作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?。對?yīng)不同的信源和信道，信號變換器有不同的組成和變換功能。如編碼器、調(diào)制解調(diào)器等。編碼器的功能是把信源或其它設(shè)備輸入的二進制數(shù)字序列作相應(yīng)的變換，使之成為其他形式的數(shù)字信號或不同形式的模擬信號。譯碼器是在接收端完成編碼的反過程。調(diào)制器把信源或編碼器輸出的二進制脈沖信號變換成模擬信號，以便在模擬信道上進行遠距離傳輸。解調(diào)器的作用是反調(diào)制，還原成原來的信號。3.信號變換器44

4、噪聲源一個通信系統(tǒng)是不可避免的存在有噪聲干擾，這些干擾分布在數(shù)據(jù)傳輸過程的各部分，為分析和研究方便，通常把它等效為一個作用于信道上的噪聲源。5、數(shù)據(jù)通信、數(shù)字通信與模擬通信根據(jù)信號的不同，通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)的子集，它主要提供數(shù)字數(shù)據(jù)服務(wù)，傳輸?shù)氖请x散的二進制數(shù)字信號序列。模擬通道主要傳輸語音（如電臺廣播）、視頻（如電視網(wǎng)）等模擬數(shù)據(jù)信號。4、噪聲源45數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)模型如圖3-4所示：

圖3-4數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)模型如圖3-46計算機網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機之間的通信過程如圖3-5所示。如果資源子網(wǎng)中的主機HA要與主機HB通信，必須要應(yīng)用通信子網(wǎng)在HA與HB之間建立一條信息通道。圖3-5網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機的通信過程計算機網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機之間的通信過程如圖3-47

3.2數(shù)據(jù)通信方式在設(shè)計一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)時，首先要確定采用串行還是并行通信方式。串行只需在收發(fā)雙方之間建立一條通信信道；并行需在收發(fā)雙方之間建立多條并行的通信信道。數(shù)據(jù)通信按照信號傳輸方向與時間的關(guān)系可以分為單工通信、半工通信和全雙工通信三種。3.2.1并行傳輸與串行傳輸串行傳輸：將待傳輸?shù)拿總€字符的二進制代碼按由低位到高位的順序依次發(fā)送，如圖3-6（a)所示。并行傳輸：將表示一個字符的8位二進制代碼通過8條并行的通信信道同時發(fā)送，如圖3-6（b）所示。3.2數(shù)據(jù)通信方式48圖3-6串行通信與并行通信圖3-6串行通信與并行通信493.2.2異步傳輸與同步傳輸數(shù)據(jù)通信的一個基本要求是接收方必須知道它所接收的每一位的開始時間和持續(xù)時間，這樣才能正確地接收發(fā)送方發(fā)來的數(shù)據(jù)。1、異步傳輸方式工作原理：每個字節(jié)作為一個單元獨立傳輸，字節(jié)之間的間隔任意。為了標志字節(jié)的開始和結(jié)尾，在每個字節(jié)的開始處加一位起始位，結(jié)尾加1位、1.5位或2位停止位。如圖3-7.圖3-7異步傳輸3.2.2異步傳輸與同步傳輸圖3-750異步傳輸?shù)奶攸c：1）每個字符代碼前后的起始和停止位標識字符的開始和結(jié)束。2）起始和停止位兼作線路兩端的同步時鐘，不再需要額外的時鐘同步。3）字符之間間隔任意。速率較低，用于要求不高的線路。2、同步傳輸它是對一組字符組成的數(shù)據(jù)塊進行同步。在數(shù)據(jù)塊的前面加特殊模式的位組合（如01111110）或同步字符(SYN),并且通過位填充或字符填充技術(shù)保證數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)不會與同步字符混淆。上述同步傳輸技術(shù)叫做字符同步，如圖3-8所示。這種傳輸方式在每一位還要進行同步。位同步有內(nèi)同步和外同步兩種。異步傳輸?shù)奶攸c：51內(nèi)同步指某些編碼技術(shù)內(nèi)含時鐘信號。外同步指由通信線路設(shè)備提供同步時鐘信號，并與數(shù)據(jù)編碼一同傳輸，以保證線路兩端數(shù)據(jù)傳輸同步。圖3-8同步傳輸內(nèi)同步指某些編碼技術(shù)內(nèi)含時鐘信號。圖3-8523.2.3數(shù)據(jù)傳輸方向數(shù)據(jù)通信按照信號傳輸方向和時間關(guān)系，可分為：單工通信：在任何時候信號只能向一個方向傳輸。圖3-9(a)半雙工通信：可雙向傳輸，但必須交替進行。如圖3-9(b);全雙工通信：信號可同時雙向傳輸，但須提供同時傳輸?shù)碾p向通信信道。如圖3-9（c)所示。圖3-9單工、半雙工與全雙工通信3.2.3數(shù)據(jù)傳輸方向圖3-9單工、533.2.4連接方式數(shù)據(jù)通信的連接方法有兩種：點對點連接方式：圖3-10所示是典型的點對點的連接方式，Modem一旦撥號連通后，這條線路就被通信雙方占用，不會有第三者再插進來。圖3-10點對點連接方式3.2.4連接方式圖3-10點對點連54多點連接方式：如圖3-11所示，它是一個多通信終端共用一條通信主線路的通信方式。節(jié)省線路，但解決線路爭用問題。圖3-11多點連接多點連接方式：如圖3-11所示，它是一個多通553.2.5基帶傳輸與頻帶傳輸數(shù)據(jù)信號的傳輸方法有基帶傳輸和頻帶傳輸兩種。1、基帶傳輸人們把矩形脈沖信號的固有頻帶稱作基本頻帶（簡稱基帶）?；鶐鬏斒且环N最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式，它在發(fā)送端把信源數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼器變換，變?yōu)橹苯觽鬏數(shù)幕鶐盘枺诮邮芏擞山獯a器恢復成與發(fā)送端相同的數(shù)據(jù)。2、頻帶傳輸應(yīng)用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號的方法稱為頻帶傳輸。最常用的方式是使用電話交換網(wǎng)，通過通信設(shè)備調(diào)制/解調(diào)器對傳輸信號進行轉(zhuǎn)換的通信。優(yōu)點：價格便宜，易于實現(xiàn)；確定：速率低、誤碼率高。3.2.5基帶傳輸與頻帶傳輸56

3.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)計算機數(shù)據(jù)在傳輸過程中的數(shù)據(jù)編碼類型，主要取決于它采用的通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型。根據(jù)數(shù)據(jù)通信類型，計算機網(wǎng)絡(luò)中常用的通信信道有：模擬通信信道與數(shù)字通信信道兩種，如下圖所示：

3.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)57

3.3.1模擬數(shù)據(jù)編碼方法模擬數(shù)據(jù)編碼方法，即數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號的編碼方法。將發(fā)送端數(shù)字數(shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程成為調(diào)制。在調(diào)制過程中，首先要選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率ω的正（余）弦信號作為載波。u(t)=umsin(ωt+Φ0)式中有三個可改變的電參量，振幅um，角頻率ω，初相位Φ0。

1、調(diào)幅（ASK）調(diào)幅又稱振幅鍵控。2、調(diào)頻（FSK）：調(diào)頻又稱移頻鍵控。3、調(diào)相（PSK）：調(diào)相又稱移相鍵控。

3.3.1模擬數(shù)據(jù)編碼方法58

圖3-12模擬數(shù)據(jù)信號的編碼方法

圖3-12模擬數(shù)據(jù)信號的編碼方法59

3.3.2數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法，即數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號編碼的方法。在基帶傳輸中數(shù)字數(shù)據(jù)信號的編碼方法有以下幾種：1、非歸零編碼非歸零編碼是用低電平表示邏輯“0”，用高電平表示邏輯“1”的編碼方式，如圖3-13(a)所示。2、曼徹斯特編碼如圖3-13(b)所示，每比特的中間有一次跳變，有兩個作用：一是作為位同步方式的內(nèi)帶時鐘；二是用于表示二進制數(shù)據(jù)信號，可以把“0”定義為由低電平跳到高電平，“1”定義為由高電平跳到低電平，位于位之間有或沒有跳變都不代表實際的意義。

3.3.2數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法60

3、差分曼徹特編碼如圖3-13(c)所示，每比特之間有一次跳變，數(shù)據(jù)的“0”和“1”是根據(jù)兩比特之間有沒有跳變來區(qū)分，如果下一個數(shù)據(jù)是“0”的話，則在兩比特中間有一次電平跳變；如果下一個數(shù)據(jù)是“1”的話，則在兩比特中間沒有電平跳變。圖3-13數(shù)字數(shù)據(jù)到數(shù)字信號的編碼方法

3、差分曼徹特編碼圖3-161

3.3.3脈沖編碼調(diào)制方法脈沖編碼調(diào)制方法，即模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的編碼方法。1、采樣采樣是按一定的時間間隔對連續(xù)變化的模擬信號電平幅度值進行采集。采樣的工作原理如圖3-14(a)所示。2、量化量化是將采樣樣本幅度按量化級決定取值的過程。3、編碼是用相應(yīng)位的二進制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。

3.3.3脈沖編碼調(diào)制方法62

圖3-14PCM工作原理示意圖

圖3-14PCM工作原理示意圖63

3.4多路復用技術(shù)多路復用技術(shù)就是把多個信號組合在一條物理信道上進行傳輸，使多個計算機或終端設(shè)備共享信道資源，提供信道的利用率。如圖3-15所示：

圖3-15多路復用示意圖

3.4多路復用技術(shù)圖3-15多路64

1、頻分多路復用頻分多路復用(FDM)就是將一定帶寬的信道分割為若干個有較小頻帶的子信道，每個子信道供一個用戶使用。2、時分多路復用時分多路復用(TDM)是將一條物理信道的傳輸時間分成若干個時間片輪流地給多個信號源使用，每個時間片被復用的一路信號占用。如圖3-17所示。3、波分多路復用波分多路復用(WDM)是指在一根光纖上同時傳輸多個不同波長的光載波的復用技術(shù)。通過WDM，可使原來在一根光纖上只能傳輸光載波的單一光信道，變?yōu)榭蓚鬏敹鄠€不同波長光載波的光信道，使得光纖的傳輸能力成倍增加。有點見書64-65頁。

1、頻分多路復用65

4、碼分多路復用碼分多路復用（CDM）是一種用于移動通信系統(tǒng)的新技術(shù)，主要用在移動設(shè)備（筆記本等）上。它的基礎(chǔ)是微波擴頻通信，擴頻通信的特征是使用比發(fā)送的數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機嗎對載荷數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶低功率頻譜密度的信號來發(fā)射。如圖3-18所示。圖3-18擴頻通信原理圖

4、碼分多路復用圖3-18擴頻通信原理66

3.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)各種數(shù)據(jù)通過編碼后要在通信線路上進行傳輸，它一般通過一個由多個結(jié)點組成的中間網(wǎng)絡(luò)來把數(shù)據(jù)從源點轉(zhuǎn)發(fā)到目的點，這個中間網(wǎng)絡(luò)也叫交換網(wǎng)，組成交換網(wǎng)的結(jié)點叫交換結(jié)點，結(jié)構(gòu)如圖3-19所示。數(shù)據(jù)交換有兩大類：電路交換方式和存儲交換方式，存儲交換又分為報文交換和報文分組交換方式。圖3-19一般的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)

3.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)圖3-1967

3.5.1電路交換電路交換也叫線路交換，它就是通過中間交換節(jié)點在兩個通信點之間建立一條專用的通信線路。最常用的是電話系統(tǒng)。應(yīng)用電路交換進行通信的過程（如圖3-20所示）有：1、建立電路在數(shù)據(jù)傳輸前，須通過網(wǎng)路結(jié)點建立一條端到端的物理連接。

圖3-20通信雙方物理信道的建立

3.5.1電路交換圖3-20通信68

2、傳輸數(shù)據(jù)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是數(shù)字數(shù)據(jù)，也可以是模擬數(shù)據(jù)的傳輸。3、撤除電路數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，可由任意一端點發(fā)送撤除物理鏈路