计算机网络与通信(第3章)

A
B C D E
1010
1011 1100 1101 1110
10110
10111 11010 11011 11100
7
0111
01111
F
1111
11101
3.5.4 多级编码

M 级编码的码元状态数为M (M为2的整数次幂)，一个码元
可携带 log2M 个比特的数字信号。
四级编码的例子
3.6 信道复用技术

3.4.1 幅移键控


Amplitude Shift Keying, ASK。 又称幅度调制。
Frequency Shift Keying, FSK。 又称频率调制。 Phase Shift Keying, PSK。 又称相位调制。

3.4.2 频移键控


3.4.3 相移键控

3.4.4 多级调制和幅相键控



3.5.3 mB/nB编码
4B/5B编码的数据码元对照情况 代表符号 0 1 4B 0000 0001 5B 11110 01001 代表符号 8 9 4B 1000 1001 5B 10010 10011
2
3 4 5 6
0010
0011 0100 0101 0110
10100
10101 01010 01011 01110

数据传输速率，又称比特率。 带宽和宽带。 吞吐量(Throughput)。
单位为波特(baud)，又称为波特率。

码元传输速率


数据传输速率与码元传输速率的关系


多极编码方式。 码元状态数M。 数据传输速率C 和码元传输速率B 有如下关系：
C = B log2M
3.2.1 数据传输速率和码元传输速率
同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy, SDH)。
SONET体系结构
3.6.4 同步数字系列

一级同步传输信号(Synchronous Transport Signal level-1, STS-1)。
STS-1帧结构
6 480比特÷125μs = 51.84Mb/s

多级幅移键控(MASK)、多级频移键控(MFSK)和多级相移 键控(MPSK)。 调制信号在8PSK中携带了log28=3个比特的数字数据。
000 0° 001 45° 010 90° 011 135° 100 180° 101 225° 110 270° 111 315°

数字数据 相位

幅相键控(Amplitude Phase Keying, APK)， 由幅度和相位两个参数进行复合多级调 制，也称正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)，两个正交载波 (频率相同但相位差90o)的调幅信号之和。
3.6.3 准同步数字系列
T1的时分复用帧 193比特÷125μs =1.544Mb/s
PDH的数字复用系列高次群的话路数（路）和速率（Mb/s）
地区 参数 一次群（基群） 二次群 三次群 四次群 五次群
北美
符号
话路数 数据率
T1
24 1.544 E1
T2
96=244 6.312 E2
T3
672=967 44.736 E3
四级编码的例子
3.2.2 时延和时延带宽积

时延(Delay)


时延由以下三部分组成： 发送时间(TransmissioБайду номын сангаас Time) 传播时延(Propagation Delay) 转发时延 往返时延(Round Trip Time)。 时延带宽积 = 传播时延 * 带宽 时延带宽积又称为比特长度
64QAM的星座图
3.5 编码技术
3.5.1 不归零制编码

Non-Return to Zero, NRZ 用不同的电平信号表示数字0和1，这一电平信号 要占满整个码元的宽度，中间不归零。

不归零编码存在一些严重的缺点：

有时不容易判断0和1； 可能存在直流分量。

NRZI(NRZ Invert on 1)
第3章 数据通信技术
第3章 数据通信技术



3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8
概述 数据通信系统的性能指标 数据传输方式 调制解调技术 编码技术 信道复用技术 宽带接入技术 传输媒体
3.1 概述




数据通信(Data Communication)：经计算机编码后 的二进制数字数据的通信技术。 数据终端设备(Data Terminal Equipment, DTE)。 数据电路终接设备(Data Circuit-terminating Equipment, DCE)。 信源编码。 信号: 数据传输的载体，用它的特征参数表示所传 输的数据。 信道: 信号传输的通道。

频带传输

将数字数据模拟化，用数字数据调制载波，将数字数据 寄生在载波的某个参数上，借助于模拟信道传输数字数 据。 频分复用(FDM)。


基带传输

以数字传输信号为载体在数字信道上传输数字数据。基 带传输在数字数据传输前不需调制，但要对它进行线路 编码。 时分复用(TDM)。

3.4 调制解调技术
T4
4032=6726 274.176 E4 E5
欧洲等
符号
话路数 数据率
30 2.048
120=304 8.448
480=1204 34.368
1920=4804 139.264
76800=19204 565.148
3.6.4 同步数字系列


同步光纤网(Synchronous Optical Network, SONET)。

奈奎斯特准则 BMAX = 2W CMAX = 2Wlog2M

香农定理
CMAX = Wlog2(1 + S / N)
3.3 数据传输方式
3.3.1 单工、全双工和半双工传输

单工传输(Simplex Transmission)。 全双工传输(Full Duplex Transmission)。 半双工传输(Half Duplex Transmission)。
3.5.2 曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码

曼彻斯特编码：每一数据位的中间位置都有一个 跳变，用跳变的相位表示数字0和1。 曼彻斯特编码方式带来了如下好处：


实现内同步方式，又称自带时钟码(Self-Clocking Code)。 利用跳变的相位容易判断出0和1。 无直流分量。

差分曼彻斯特编码：每一数据位的中间也有一个 跳变，但它只用来生成同步时钟信号，而用每位 开始是否有跳变来表示数字0和1。
3.5 编码技术
3.5.3 mB/nB编码

mB/nB(m out of n, m<n)把m比特的二进制数据块(Block) 用n比特的二进制代码块来表示，称为块编码(Block Coding)。 两级编码：如：100BaseTX以太网采用 4B/5B-MLT3， 1000BaseX以太网使用8B/10B-NRZ。 2m个数据码是从2n个nB码选出来的。使“0” 和“1”等概率， 连续的“0”和“1”数目小。这样，其频谱低频分量小、直 流基线漂移小、频率范围较窄、时钟成分丰富、定时提取 方便。另外，除2m个数据码外，总可有一些可以作控制码 的。 mB/nB码，编码开销增加了(n - m) / m *100%。

调制

使用一个正弦信号作为载波(Carrier)，用被传输 的数字数据去调制它。

有三个参数可调：幅值 A、频率 f 和相位 。
S (t ) = A sin( 2f t + )

基本的调制方法也相应有幅度调制、频率调制
和相位调制。
3.4 调制解调技术
基本的调制方法
3.4 调制解调技术
3.6 信道复用技术
3.6.1 频分复用

频分复用(FDM)用于模拟传输
3.6.2 时分复用和统计时分复用

时分复用(TDM)

用于数字数据传输。 TDM将传输分成固定长度的帧(Frame)(电话系统中帧长 为125μs)，每个帧又划分为若干个时隙(Time Slot)，采 用固定时隙分配方式。

统计时分复用(Statistical TDM, STDM)

按需要动态地分配时隙，时隙位置与数据源没有固定的 对应关系，可以从分利用TDM中的空闲时隙，但每一个 时隙中必须加入地址字段。
3.6.2 时分复用和统计时分复用
(灰色为数据，黑色为地址，白色为空闲时隙)
3.6.3 准同步数字系列

准同步数字系列(Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH)和 同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy, SDH)都是使 用TDM技术的数字传输系统，主要用于电话系统的数字干 线，也可作为计算机网络的底层传输网。
3.1 概述

基带传输方式，编码(Coding)和解码(Decoding)， 线路编码(Line Coding)。 频带传输方式，调制(Modulation)和解调 (Demodulation)。
数据通信模型

3.2 数据通信系统的性能指标
3.2.1 数据传输速率和码元传输速率

数据传输速率、带宽和吞吐量


3.3.2 异步传输和同步传输

同步(Synchronization)

通信在两点之间进行：


帧同步：增加特殊的同步标志 位同步：外同步，内同步

多节点通信时： 网同步，一般使用准同步和主从同步方 式 串行通信(Serial Communication)


异步传输

异步传输(Asynchronous Transmission) 同步传输(Synchronous Transmission) 以字符为单位进行数据传输，每一个字符前后各加一个起始位 和一个停止位，实现字符同步，通信的双方各自使用独立的基 准定位时钟，并约定同样的传输速率，以实现位同步，也称起 止式。

异步传输

3.3.2 异步传输和同步传输
异步传输的字符格式

同步传输


同步传输方式中数据是以帧(Frame)的较大的数据块为 单位进行传送。同步传输使用特殊的标志进行帧同步， 同步传输还必须进行严格的位同步，一般是内同步方式。 面向字符的同步传输方式。 面向位的同步传输方式。
3.3.3 频带传输和基带传输

N级同步传输信号(STS-N)对应的光信号系列为N级光载波 (Optical Carrier at level-N, OC-N)。

自愈环(Self-Healing Ring)方式，双光纤环结构。
3.6.4 同步数字系列
SONET和SDH的多路复用速率
SONET STS-N STS-1 STS-3 STS-9 STS-12 STS-18 STS-24 STS-36 STS-48 STS-96 SONET OC-N OC-1 OC-3 OC-9 OC-12 OC-18 OC-24 OC-36 OC-48 OC-96 STM-1 STM-3 STM-4 STM-6 STM-8 STM-12 STM-16 STM-32 SDH STM-N 线路速率 （Mb/s） 51.84 155.52 466.56 622.08 933.12 1244.16 1866.24 2488.32 4976.64 SPE速率 （Mb/s） 50.112. 150.336 451.008 601.334 902.016 1202.688 1804.032 2405.376 4810.752 2.5Gb/s 622 Mb/s 155 Mb/s 常用线路速率的 近似值

时延带宽积

3.2.3 误码率和比特误码率

误码率(Error Rate) Pe = 传错的码元数 / 传输的码元总数

比特误码率(Bit Error Rate, BER)
Pb = 传错的比特数 / 传输的比特总数
3.2.4 奈奎斯特准则和香农定理

奈奎斯特准则和香农定理分别给出了无噪声和有噪声的情 况下信道的极限传输能力，称为信道容量(Channel Capacity)。

两类PDH：T系列(也成为T载波，T-carrier)和E系列。
脉冲代码调制(Pulse Code Modulation, PCM)：采样 (Sampling)、量化(Quantizing)和编码(Coding)。

编码解码器每秒采样8000次，即125μs /次。在电话TMD系 统中几乎所有的时间间隔都是以125μs为基数。TDM是把 125μs长度的一帧分为若干个时隙，每个时隙安排多路话 音信号。