1、第二章 數(shù)據(jù)通信原理簡(jiǎn)介,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用,Contents,通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介,1,數(shù)據(jù)通信相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介,2,通信方式實(shí)例,3,2.1.1 通信基本概念,通信的根本目的是為了交換信息 信息是對(duì)客觀(guān)事物屬性和特征的描述 信息和消息的關(guān)系 消息是通信傳輸?shù)木唧w對(duì)象 信息是抽象化的消息 數(shù)據(jù)是符號(hào)化的信息，是傳遞信息的載體 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù),2.1.1 通信基本概念,信號(hào)與信道,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,數(shù)據(jù)交換 按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線(xiàn)路的資源，達(dá)到資源優(yōu)化的目的 分為電路交換、報(bào)文交換和分組交換,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,三種方式的對(duì)比,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,（1）電路交換 電路交換在

2、通信之前必須建立一條被通信雙方獨(dú)占的物理通路。通路由通信雙方之間的交換設(shè)備和設(shè)備之間的鏈路逐段連接而成。通路建立完成后，通信雙方開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸完成后，被占用的通路才被釋放 公眾電話(huà)網(wǎng)和移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)采用的都是電路交換技術(shù),2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,電路交換的優(yōu)點(diǎn) 通信線(xiàn)路為通信雙方專(zhuān)用，數(shù)據(jù)直達(dá)，所以傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)延非常小 通信雙方之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時(shí)通信，實(shí)時(shí)性強(qiáng) 雙方通信時(shí)按發(fā)送順序傳送數(shù)據(jù)，不存在數(shù)據(jù)重新排序的問(wèn)題； 設(shè)備比較簡(jiǎn)單,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,電路交換的缺點(diǎn) 電路交換連接平均建立的時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是對(duì)計(jì)算機(jī)通信來(lái)說(shuō) 電路交換連接建立后，物理通路被通信雙方獨(dú)占

3、，即使通路在個(gè)別時(shí)間內(nèi)空閑，也不能供其他用戶(hù)使用，因而信道利用低 電路交換時(shí)，數(shù)據(jù)直達(dá)，不同類(lèi)型、不同規(guī)格、不同速率的設(shè)備很難協(xié)同工作，也難以在通信過(guò)程中進(jìn)行差錯(cuò)控制,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,（2）報(bào)文交換 報(bào)文交換以報(bào)文為數(shù)據(jù)交換的單位 報(bào)文包含了將要發(fā)送的完整的數(shù)據(jù)信息 報(bào)文長(zhǎng)短很不一致 報(bào)文附帶有目標(biāo)地址、源地址等信息 報(bào)文在交換結(jié)點(diǎn)中采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式 電子郵件（E-mail）適合采用報(bào)文交換方式,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn) 報(bào)文交換不需要為通信雙方預(yù)先建立一條專(zhuān)用的通信線(xiàn)路，不存在連接建立時(shí)延，用戶(hù)可隨時(shí)發(fā)送報(bào)文 由于采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式，交換結(jié)點(diǎn)具有路由選擇功

4、能某條傳輸路徑發(fā)生故障時(shí)，重新選擇另一條路徑傳輸數(shù)據(jù)，提高了傳輸?shù)目煽啃?便于類(lèi)型、規(guī)格和速度不同的設(shè)備之間進(jìn)行通信 提供多目標(biāo)服務(wù) 允許建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)，使優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā) 通信雙方不是固定占有一條通信線(xiàn)路，而是在不同的時(shí)間逐段地部分占有這條物理通路，因而大大提高了線(xiàn)路的利用率,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,報(bào)文交換的缺點(diǎn) 由于數(shù)據(jù)進(jìn)入交換結(jié)點(diǎn)后要經(jīng)歷存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程，包括接收?qǐng)?bào)文、檢驗(yàn)正確性、排隊(duì)和發(fā)送等，從而引起轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)的通信量愈大，造成的時(shí)延就愈大，因此報(bào)文交換的實(shí)時(shí)性差，不適合傳送實(shí)時(shí)或交互式業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù) 只適用于數(shù)字信號(hào) 由于報(bào)文長(zhǎng)度沒(méi)有限制，而每個(gè)中間結(jié)點(diǎn)都要完整地接收

5、傳來(lái)的整個(gè)報(bào)文，當(dāng)輸出線(xiàn)路被占用時(shí)，還可能要存儲(chǔ)幾個(gè)完整報(bào)文等待轉(zhuǎn)發(fā)，這要求網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)有較大的緩沖區(qū)。為了降低成本，減少結(jié)點(diǎn)的緩沖存儲(chǔ)器的容量，有時(shí)要把等待轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文存在磁盤(pán)上，這進(jìn)一步增加了傳送時(shí)延,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,H1,A,子網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,路由器,主機(jī),在結(jié)點(diǎn)路由器 A 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)路由器 C 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)路由器 E 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,最后到達(dá)目的主機(jī) H5,（3）分組交換,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,分組交換 分組交換仍采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式，但

6、將一個(gè)報(bào)文首先分割為若干個(gè)較短的分組，然后再把這些攜帶源地址、目的地址和編號(hào)信息的分組逐個(gè)發(fā)送出去,2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,加速了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸；簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理；減少了出錯(cuò)機(jī)率，適用于計(jì)算機(jī)通信,分組交換的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),仍然存在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延；降低了通信效率；分組交換可能出現(xiàn)分組失序、丟失或重復(fù),2.1.2 數(shù)據(jù)交換方式,H1,A,子網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,H2 向 H6 發(fā)送分組,注意分組路徑的變化！,路由器,主機(jī),分組交換,2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸方式,數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)交換的關(guān)系 微觀(guān)與宏觀(guān) 本小節(jié)要介紹數(shù)據(jù)傳輸方式 1. 基帶傳輸與頻帶傳輸

7、 2. 有線(xiàn)傳輸與無(wú)線(xiàn)傳輸 3. 單工、半雙工與全雙工傳輸 4. 串行方式傳輸與并行方式傳輸 5. 異步方式與同步方式傳輸,2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸方式,1. 基帶傳輸與頻帶傳輸 數(shù)字信號(hào)不經(jīng)過(guò)調(diào)制，直接在線(xiàn)路中傳輸?shù)姆绞椒Q(chēng)為基帶傳輸 頻帶傳輸是指信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后再送到信道中傳輸，最后在接收端進(jìn)行解調(diào)的通信方式,2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸方式,2. 有線(xiàn)傳輸與無(wú)線(xiàn)傳輸 有線(xiàn)：雙絞線(xiàn)通信、電纜通信和光纜通信 無(wú)線(xiàn)：聲音、電磁波,2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸方式,3. 單工、半雙工和全雙工 單工方式中數(shù)據(jù)只能單方向傳輸 廣播、遙控器、電視 半雙工指在同一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸 對(duì)講機(jī) 全雙工指可以同時(shí)進(jìn)行雙

8、向數(shù)據(jù)傳輸 固定電話(huà)、手機(jī),2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸方式,4. 串行方式與并行方式 串行傳輸方式指使用一條數(shù)據(jù)線(xiàn)將數(shù)據(jù)一位一位地傳輸。串行方式只需要很少的數(shù)據(jù)線(xiàn)就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信 并行傳輸方式使用幾條數(shù)據(jù)線(xiàn)將數(shù)據(jù)分段同時(shí)進(jìn)行傳輸，傳輸速度快，根據(jù)計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)，通常是以8位、16位或32位為傳輸單位，一次傳送一個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，適合于外部設(shè)備與微機(jī)之間進(jìn)行近距離、大量和快速的信息交換,2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸方式,5. 異步方式與同步方式 同步傳輸方式以比特為傳輸單位，要求收發(fā)雙方具有完全同步的時(shí)鐘信號(hào)，使用時(shí)需要在傳送數(shù)據(jù)的最前面附加特定的同步字

9、符，使發(fā)收雙方建立同步，此后便在同步時(shí)鐘的控制下逐位發(fā)送或接收 同步方式效率較高 以太網(wǎng)和光纖等的數(shù)據(jù)傳輸都是同步方式 異步通信以字符為數(shù)據(jù)傳輸單位，在發(fā)送時(shí)，字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。為了讓接收端作好準(zhǔn)備，能夠正確地將每一個(gè)字符接收下來(lái)，必須在每一個(gè)字符的開(kāi)始和結(jié)束的地方加上標(biāo)志，即加上開(kāi)始位和停止位 異步通信的好處是通信設(shè)備簡(jiǎn)單、便宜，但傳輸效率較低，因?yàn)殚_(kāi)始位和停止位的開(kāi)銷(xiāo)所占比例較大 PC機(jī)提供的標(biāo)準(zhǔn)通信接口都是異步的，如常用的USB接口等,2.1.4 常用性能指標(biāo),1,帶寬,2,波特率,3,誤碼率,2.1.4 常用性能指標(biāo),1帶寬 帶寬表示通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)能力的上限，是衡量通信

10、性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，這一概念最初來(lái)自模擬通信領(lǐng)域，指某個(gè)系統(tǒng)所能有效傳輸?shù)淖畹皖l率信號(hào)和最高頻率信號(hào)之間的“寬度”，因此又叫頻寬，單位是赫茲。一般來(lái)講，帶寬越大，信道的傳輸能力就越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)量就越大 后來(lái)帶寬這一名詞被擴(kuò)展到數(shù)字通信領(lǐng)域。數(shù)字信道不用頻率衡量，所以帶寬的單位不再是赫茲，而是每秒鐘傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)。數(shù)字通信中的帶寬實(shí)際上就是波特率,2.1.4 常用性能指標(biāo),2波特率與比特率 數(shù)字信號(hào)的基本單位是碼元，波特率指通信中每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)量，其單位為波特（Baud）。1Baud表示1碼元/秒。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，所用的碼元是二進(jìn)制碼元比特，波特率就變成了比特率，即比特/秒（bit/s

11、，或簡(jiǎn)寫(xiě)為bps）。網(wǎng)絡(luò)中描述帶寬時(shí)常常把單位省略。例如，帶寬是10M，實(shí)際上是10Mb/s，表示這個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)能力的上限是每秒鐘10M個(gè)比特,2.1.4 常用性能指標(biāo),3誤碼率 由于信道不理想或噪聲的干擾，以致在接收端收到的碼元可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，比如發(fā)送的信號(hào)是“1”,而接收到的信號(hào)卻是“0”，這叫誤碼。誤碼的多少用誤碼率來(lái)衡量。誤碼率的定義是：數(shù)字通信系統(tǒng)中單位時(shí)間內(nèi)出錯(cuò)的碼元數(shù)與發(fā)送的總碼元數(shù)之比。誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性的指標(biāo)，單位時(shí)間內(nèi)的誤碼越多，誤碼率越大 一般來(lái)講，局域網(wǎng)可接受的最高限度誤碼率為10-10，在這個(gè)比例以下，出現(xiàn)的誤碼不會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的性能，因?yàn)樗械木W(wǎng)絡(luò)軟硬件都按這個(gè)

12、要求建立。最理想的情況當(dāng)然是誤碼為0，但這實(shí)際上不能達(dá)到。標(biāo)準(zhǔn)中低于10-12的誤碼率就被規(guī)定為零誤碼率,2.2 數(shù)據(jù)通信相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介,1,2,3,數(shù)據(jù)編碼技術(shù),信道復(fù)用技術(shù),差錯(cuò)控制技術(shù),2.2.1 數(shù)據(jù)編碼,2.2.1 數(shù)據(jù)編碼,1. 非歸零編碼（NonReturn to Zero Code，NRZ） NRZ編碼方案用信號(hào)的幅度表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通常用正電壓表示數(shù)據(jù)“1”，負(fù)電壓表示數(shù)據(jù)“0”，即所謂的“雙極性”編碼；電壓無(wú)需回到零值，故稱(chēng)“非歸零碼” NRZ編碼的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)送能量大，有利于提高接收端信噪比；在信道上占用頻帶較窄。信噪比指信道中正常信號(hào)與噪聲的功率之比，信噪比越大，說(shuō)明信號(hào)的

13、品質(zhì)越好 NRZ碼的主要缺點(diǎn)是：當(dāng)數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)“0”或“1”時(shí)，接收端不容易分辨信號(hào)的開(kāi)始和結(jié)束，如果使用同步傳輸方式，必須采用某種方法在發(fā)送端和接收端之間提供必要的同步信號(hào)。同時(shí)，這種編碼有直流分量，將導(dǎo)致信號(hào)的失真與畸變，而且無(wú)法使用一些交流耦合的線(xiàn)路和設(shè)備；抗噪性能差 由于NRZ 碼的諸多缺點(diǎn)，基帶數(shù)字信號(hào)傳輸中很少采用這種編碼，它只適合短距離傳輸,2.2.1 數(shù)據(jù)編碼,2. 曼徹斯特編碼（Manchester Encoding） 曼徹斯特編碼是一種同步時(shí)鐘編碼技術(shù)，常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位信號(hào)的中間都發(fā)生跳變，從低到高的變化表示“0”，從高到低表示“1”。由于電壓

14、變化發(fā)生在每一個(gè)碼元的中間，接收端可以方便地利用它作為同步時(shí)鐘，因此這種編碼也稱(chēng)為自同步碼。10Mb/s以太網(wǎng)采用曼徹斯特編碼,2.2.1 數(shù)據(jù)編碼,3. 差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester）。 差分曼徹斯特碼是曼徹斯特碼的改進(jìn)形式，二者的區(qū)別在于，差分曼徹斯特碼每位中間的跳變只作為同步時(shí)鐘信號(hào)，數(shù)據(jù)“0”和“1”的取值用信號(hào)的相位變化來(lái)表示：若每位信號(hào)的起始處有跳變則為“0”；無(wú)變化則為“1”。差分曼切斯特碼比曼切斯特碼的變化要少，因此適合傳輸更高速的信息。令牌環(huán)（Token-Ring）網(wǎng)采用差分曼徹斯特編碼 曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的特點(diǎn)是每一位均用不同

15、電平的兩個(gè)半位來(lái)表示，因而始終能保持直流的平衡。兩種曼徹斯特編碼是將時(shí)鐘信息包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時(shí)，也將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但在這兩種編碼中，每一個(gè)比特都被轉(zhuǎn)換成兩個(gè)電平，所以數(shù)據(jù)傳輸效率只有非歸零碼的1/2,2.2.1 數(shù)據(jù)編碼,4. DNRZ編碼（Differential NRZ） DNRZ編碼是一種NRZ編碼的改進(jìn)形式，它也是用信號(hào)的相位變化來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的，每個(gè)信號(hào)碼元的起始處有變化表示數(shù)據(jù)“1”，而無(wú)變化表示數(shù)據(jù)“0”。DNRZ編碼不僅保持了NRZ編碼的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了信號(hào)的抗干擾性和易

16、同步性。 近年來(lái)，DNRZ成為主流的信號(hào)編碼技術(shù)，在100Mb/s以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò)中都采用了DNRZ編碼。其原因是在高速網(wǎng)絡(luò)中要求盡量降低信號(hào)的傳輸帶寬，以利于提高傳輸?shù)目煽啃院徒档蛯?duì)傳輸介質(zhì)帶寬的要求。DNRZ具有很高的編碼效率，符合高速網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)編碼的要求。,2.2.2 信道復(fù)用,信道往往允許多路信號(hào)同時(shí)傳輸。這稱(chēng)為信道復(fù)用,2.2.2 信道復(fù)用,1. 頻分復(fù)用（Frequency Division Multiplexing，F(xiàn)DM） 頻分復(fù)用就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶（或稱(chēng)子信道），每一個(gè)子信道傳輸一路信號(hào) 頻分復(fù)用的最大優(yōu)點(diǎn)是信道復(fù)用率高，允許復(fù)用的路數(shù)多，分路也很方

17、便，因此它成為目前模擬通信的主要復(fù)用方式，特別是在有線(xiàn)通信和微波通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。頻分復(fù)用的主要缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜。,2.2.2 信道復(fù)用,2.時(shí)分復(fù)用 就是將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分成若干時(shí)間片，稱(chēng)為時(shí)隙，并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號(hào)源使用，每一路信號(hào)在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 如果時(shí)隙事先規(guī)劃分配好且固定不變，則稱(chēng)為同步時(shí)分復(fù)用，其優(yōu)點(diǎn)是時(shí)隙分配固定，控制方式簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是當(dāng)某信號(hào)源沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的信道會(huì)出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無(wú)法占用這個(gè)空閑的信道，因此會(huì)降低線(xiàn)路的利用率。 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（Statistic Time-Division Multiplexi

18、ng，STDM），也叫異步時(shí)分復(fù)用，仍然是將用戶(hù)的數(shù)據(jù)劃分為一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)單元，不同用戶(hù)的數(shù)據(jù)單元按照時(shí)分的方式來(lái)共享信道，但是不再固定分配時(shí)隙，而是動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙，即不再使用物理特性來(lái)標(biāo)識(shí)不同用戶(hù)，而是使用數(shù)據(jù)單元中的若干比特，也就是使用邏輯的方式來(lái)標(biāo)識(shí)用戶(hù)。這種方法提高了設(shè)備利用率，但是技術(shù)復(fù)雜性也比較高，所以這種方法主要應(yīng)用于高速遠(yuǎn)程通信過(guò)程中，例如，異步傳輸方式ATM。兩種時(shí)分復(fù)用的示意圖見(jiàn)下。,2.2.2 信道復(fù)用,2.2.2 信道復(fù)用,3.碼分復(fù)用是靠不同的編碼來(lái)區(qū)分各路原始信號(hào)的一種復(fù)用方式。碼分復(fù)用實(shí)質(zhì)上是一種擴(kuò)頻技術(shù)，用戶(hù)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的“0”和“1”分別擴(kuò)展為一串稱(chēng)為“碼片”的二

19、進(jìn)制序列，發(fā)送到信道當(dāng)中。不同用戶(hù)分配到的“碼片”不相同，而且互相正交，因此多個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)可以疊加在一起傳送，最后在接收端使用各自的碼片對(duì)總體信號(hào)進(jìn)行“解碼”，就可以得到各自的原始信號(hào)。 碼分復(fù)用和頻分復(fù)用及時(shí)分復(fù)用比較起來(lái)，頻分復(fù)用的特點(diǎn)是各個(gè)子信道共享總信道的時(shí)間，但頻率互相隔離；時(shí)分復(fù)用則共享總信道的所有頻率，但時(shí)間上分為很多時(shí)隙，分開(kāi)使用；在碼分復(fù)用方式中，各用戶(hù)在時(shí)間和頻率上均共享總信道，因此，信道的效率高，系統(tǒng)的容量大。 碼分復(fù)用現(xiàn)在已廣泛使用在移動(dòng)通信中。聯(lián)通CDMA（碼分多址）就是碼分復(fù)用的一種方式。,2.2.2 信道復(fù)用,4.波分復(fù)用(WDM) 在光通信領(lǐng)域，人們習(xí)慣按波長(zhǎng)而

20、不是按頻率來(lái)命名。因此，波分復(fù)用本質(zhì)上也就是光的頻分復(fù)用。WDM是在一根光纖上承載多個(gè)波長(zhǎng)的光，相當(dāng)于將1根光纖轉(zhuǎn)換為多條“虛擬”光纖，當(dāng)然每條虛擬光纖獨(dú)立工作在不同波長(zhǎng)上。由于WDM系統(tǒng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與有效性，使之成為當(dāng)前光纖通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的主要手段。 隨著技術(shù)的發(fā)展，在一根光纖上復(fù)用的光信號(hào)越來(lái)越多，于是就有了密集波分復(fù)用。在密集波分復(fù)用中，不同光信號(hào)的波長(zhǎng)之差很小，一般只有0.8或1.6納米，這樣極大地提高了光纖的傳輸容量。,2.2.3 差錯(cuò)控制,通信中，接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱(chēng)為傳輸差錯(cuò)。差錯(cuò)控制，就是檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)。 1. 差錯(cuò)產(chǎn)生的原因 造成傳輸差錯(cuò)的主要原

21、因： （1）信道上存在噪聲，噪聲與原始信號(hào)疊加，從而出現(xiàn)差錯(cuò) （2）信道特性不理想使被傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生失真,2.2.3 差錯(cuò)控制,2.2.3 差錯(cuò)控制,2. 差錯(cuò)類(lèi)型 根據(jù)出錯(cuò)信號(hào)的位置和數(shù)量，數(shù)字信號(hào)傳輸中常見(jiàn)的錯(cuò)誤有兩種：?jiǎn)伪忍劐e(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤,2.2.3 差錯(cuò)控制,3. 差錯(cuò)控制方法 差錯(cuò)控制的基本方式有3種：前向糾錯(cuò)、檢錯(cuò)重發(fā)、混合糾錯(cuò),2.2.3 差錯(cuò)控制,（1）前向糾錯(cuò)方式（Forward Error Correction，F(xiàn)EC） 又稱(chēng)自動(dòng)糾錯(cuò)方式。在這種方式中，發(fā)送端將信息碼元按一定規(guī)則附加上監(jiān)督碼，構(gòu)成需要發(fā)送的碼字。當(dāng)接收端收到碼字，發(fā)現(xiàn)有差錯(cuò)且在其糾錯(cuò)能力之內(nèi)時(shí)，能自動(dòng)將碼字

22、糾正。 目前，F(xiàn)EC方式廣泛應(yīng)用于太空和衛(wèi)星通信中。,2.2.3 差錯(cuò)控制,（2）檢錯(cuò)重發(fā)方式（Auto Repeat Request，ARQ） 又稱(chēng)自動(dòng)重傳方式。在這種方式中，發(fā)送端發(fā)送的碼元中加入了具有檢錯(cuò)能力的監(jiān)督碼，接收端則按照給定的規(guī)則判決傳輸中有無(wú)錯(cuò)誤產(chǎn)生。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，就通過(guò)反向信道把這一判決結(jié)果反饋給發(fā)送端， ARQ方式在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)設(shè)備之間的通信中獲得了廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是：需要反饋信道，信息傳輸效率低，不適合實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)。,2.2.3 差錯(cuò)控制,（3）混合糾錯(cuò)方式（Hybrid Error Correction，HEC） 混合糾錯(cuò)方式是前向糾錯(cuò)方式和檢錯(cuò)重發(fā)方式的結(jié)合

23、，其監(jiān)督碼既有檢錯(cuò)能力，也有一定自動(dòng)糾錯(cuò)能力。接收端檢查差錯(cuò)情況，如果錯(cuò)誤在碼元的糾錯(cuò)能力范圍以?xún)?nèi)，則自動(dòng)糾錯(cuò)，如果超過(guò)了碼元的糾錯(cuò)能力，但能檢測(cè)出來(lái)，則經(jīng)過(guò)反饋信道請(qǐng)求發(fā)送端重發(fā)。 該方式特別適合于復(fù)雜的短波信道，近年來(lái)在衛(wèi)星通信中也得到了較廣泛的使用。,2.2.3 差錯(cuò)控制,發(fā)送端加入的冗余信息一般有檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼兩種 檢錯(cuò)碼只能檢查出是否發(fā)生錯(cuò)誤，不能定位錯(cuò)誤的位置，因此也就無(wú)法更正錯(cuò)誤。而糾錯(cuò)碼既能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，也能糾正錯(cuò)誤，只是相對(duì)于檢錯(cuò)碼，一般要有更多的冗余信息。,2.2.3 差錯(cuò)控制,（1）檢錯(cuò)碼 常用的檢錯(cuò)碼有奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼 奇偶校驗(yàn)是奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)的統(tǒng)稱(chēng)，指在原信息后面附

24、加一個(gè)監(jiān)督元，使得碼字中“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù),2.2.3 差錯(cuò)控制,循環(huán)冗余碼 （Cyclic Redundancy Code， CRC）。循環(huán)冗余碼又稱(chēng)為多項(xiàng)式碼，其工作方法是根據(jù)原始信息產(chǎn)生一串冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端，接收端收到的信息按發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進(jìn)行校驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則通知發(fā)送端重發(fā) 任何一個(gè)由二進(jìn)制數(shù)位串組成的代碼，都可以唯一表示為一個(gè)只含有“0”和“1”兩種系數(shù)的多項(xiàng)式。例如，代碼1010111對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為X6+X4+X2+X+1。同樣，多項(xiàng)式X5+X3+X2+X+1對(duì)應(yīng)的代碼為101111。CRC碼在發(fā)送端編碼和接收端校驗(yàn)時(shí)，都可以利用事

25、先約定的生成多項(xiàng)式G(X)計(jì)算得到,2.2.3 差錯(cuò)控制,目前廣泛使用的生成多項(xiàng)式主要有以下四種。 CRC12 = X12+X11+X3+X2+1 CRC16 = X16+X15+X2+1（IBM公司） CRC16 = X16+X12+X5+1（國(guó)際電報(bào)電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì)CCITT） CRC32 = X32+X26+X23+X22+X16+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1,2.2.3 差錯(cuò)控制,冗余碼的計(jì)算方法是，假定生成多項(xiàng)式最高次冪是r，則先將信息碼后面補(bǔ)r個(gè)“0”，然后將補(bǔ)零之后的信息碼除以G(X),2.2.3 差錯(cuò)控制,糾錯(cuò)碼：以海明碼為例,2.3 通信方式實(shí)例,4,3

26、,2,1,無(wú)線(xiàn)電波通信,微波通信,衛(wèi)星通信,蜂窩移動(dòng)通信,2.3.1 無(wú)線(xiàn)電波通信,無(wú)線(xiàn)電波是波長(zhǎng)在1毫米以上的電磁波，又可以細(xì)分為長(zhǎng)波、中波、短波、超短波和微波等。長(zhǎng)波的波長(zhǎng)為1000米以上；中波波長(zhǎng)介于100米與1000米之間，短波波長(zhǎng)10米100米；超短波波長(zhǎng)1米10米，所以又為米波；微波波長(zhǎng)1毫米1米。、 無(wú)線(xiàn)電波主要有三種傳播方式：地表傳播、電離層傳播和沿直線(xiàn)傳播,2.3.1 無(wú)線(xiàn)電波通信,2.3.2 微波通信,微波波長(zhǎng)1毫米1米，是分米波、厘米波和毫米波的總稱(chēng)，嚴(yán)格意義上也屬于無(wú)線(xiàn)電波。 微波頻率比一般的無(wú)線(xiàn)電波頻率高，通常也稱(chēng)為“超高頻電磁波”。由于微波穿透電離層的能力很強(qiáng)，不能

27、利用電離層反射方式傳播，而且又不能像長(zhǎng)波那樣繞過(guò)障礙物，所以只能采用直線(xiàn)方式傳播。 由于地球的球形表面和地表的障礙物，微波信號(hào)的覆蓋范圍在很大程度上依賴(lài)于天線(xiàn)的高度，天線(xiàn)越高，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)。典型的做法是將天線(xiàn)安裝在塔頂，而塔建立在山頂?shù)缺M可能高的地方。即便如此，傳輸距離仍嫌不夠，只好采用中繼接力的方式延長(zhǎng)距離,2.3.3 衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信采用的電磁波信號(hào)屬于微波范疇，因此衛(wèi)星通信的基本原理和微波通信一樣，只不過(guò)它的中繼站是繞地球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的高度很高，所以雖然在衛(wèi)星通信中地球曲面引起的距離限制被大大地削弱，信號(hào)只需一次中繼就可以跨越陸地與海洋。,2.3.3 衛(wèi)星通信,用于通

28、信的衛(wèi)星有地球同步衛(wèi)星和低軌道衛(wèi)星 同步衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空約35406千米處，這個(gè)軌道上的衛(wèi)星在地面上看來(lái)好像在天空中靜止不動(dòng)的一樣，因此被稱(chēng)為地球同步衛(wèi)星。但是，一顆同步衛(wèi)星不可能覆蓋整個(gè)地球，在同步軌道上至少需要三顆等距離的衛(wèi)星互相呈120分布，才能提供全球通信服務(wù)。 地球同步衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域固定，在這個(gè)覆蓋區(qū)內(nèi)任何帶有相應(yīng)衛(wèi)星天線(xiàn)的地球站之間可以實(shí)現(xiàn)不間斷通信。不過(guò)，同步衛(wèi)星與地面的距離還是太遠(yuǎn)，地面站設(shè)備不可能做得太小，更不要說(shuō)用手持設(shè)備直接與衛(wèi)星通信了。,2.3.3 衛(wèi)星通信,解決這一問(wèn)題的方法是使用低軌道（Low Earth Orbit，LEO）衛(wèi)星。但如果用LEO衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球通信，衛(wèi)星的數(shù)量需要大大增加。原因在于衛(wèi)星軌道越低