点对点通信
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• 模拟信号 –-随时间连续变化的物理量 • 数字信号--随时间离散变化（跳变）的物理 量
t
t
(a) 模拟信号
(b) 数字信号
6
2.1.3 数字编码技术
7
2.1.4 数字调制技术
8
2.1.4数字调制技术
• 根据载波信号要素的改变方式，数字数据的调制 主要分为下面4种：幅移键控、频移键控、相移键 控、正交调幅。（见P26-27) （1）幅移键控（Amplitude Shift Keying，ASK） （2）频移键控（Frequency Shift Keying，FSK） （3）相移键控（Phase Shift Keying，PSK） （4）正交调幅（Quadrature Amplitude Modulation， QAM）
内容、帧同步的方法、速度匹配规程、差 错控制技术、HDLC、PPP协议。
3
2.1 通信系统模型
2.1.1 通信系统模型 2.1.2数字信号的编码方法 2.1.3 信道的最大数据速率 2.1.4 物理传输媒体与带宽 2.1.5 传输技术
4
2.1.1 通信系统模型
• 点到点通信系统模型
5
2.1.2信号
•
14
2.1.7 多路复用技术
1．频分多路复用
f1 f2 f3 调制 调制 调制 f1 f2 f3 发送带宽 f1 f1 f2 f2 f3 f3 滤波 f3 解调 f3 滤波 滤波 f1 f2 f1 f2
解调 解调
多路复用器 图1-23 频分多路复用的原理图
多路复用器
15
2.时分多路复用（Time Division Multiplexing， TDM） 将多路信号按一定的时间间隔相间 传送，以在一条传输线上实现“同时”传 送多路信号。
26
2.3.2 帧同步
• 帧同步指的是接收方应当能从接收到的二 进制比特流中区分出帧的起始与终止。 • 常用的帧同步方法有： .使用字符填充的首尾定界符法（转义字符 DLE) .使用比特填充的首尾标志法("0"插入技术-帧标志“01111110”） .违例编码法（违例编码--帧头、尾；高、 低电平4种组合） .字节计数法(特殊字段加字节数）
第 2 章 点到点通信技术
主讲人: 施荣华 教授 博士生导师 中南大学信息科学与工程学院 shirh@mail.csu.edu.cn
【本章要点】
1 点到点通信的基本问题 2 物理接口的内容与常用标准 3 帧同步与流量控制 4 差错控制技术 5 HDLC规程与PPP协议
ห้องสมุดไป่ตู้
2
【本章目标】
• 要求掌握点到点通信系统模型、物理接口
12
4．数据传输质量指标
• 衡量传输质量的指标有两个： 有效性 可靠性 有效性是指在一定条件下，单位时间内所传 输的信息量越多越好，即传输效率要高。 可靠性是指数据信息传输的可靠程度。
13
5.信道的最大数据速率
• 奈奎斯特公式 给出了无热噪声（热噪声是指由于信道中分子热运动引起的噪 声，这里假定没有热噪声）时信道带宽对最大数据速率的限制，具体为： C=2Hlog2L（b/s） H是信道的带宽（以Hz为单位），而L表示任何给定时刻数字信号可能取的 离散值的个数。C则是该信道最大的数据速率。例如，若某信道带宽为4 k Hz， 任何时刻数字信号可取0、1、2和3四种电平之一（即L＝4），则最大数据速 率为：C=2*4000* log24=16000（b/s）。 香农公式 进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况： C=H log2 (1+S/N) （b/s） S表示信号功率，N为噪声功率，S / N则为信噪比。由于实际使用的信道， 信噪比都要足够大，常用10log10（S/N）以及分贝（Decibel，记为dB）为单 位来计量，在使用上述公式时要特别注意。例如，信噪比为 30 dB 、带宽为 4000 Hz的信道最大的数据速率为： C=4000 log2 (1+1030/10)=4000* log21001=40000（b/s）。
20
2.2.4 RJ45
• 定义(DTE /DCE)
21
颜色标志
• RJ45 型T568A 线序网线插头各脚与网线颜色标志的对应 关系依次是：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙 ，棕白，棕。 而右图T568B 线序依次是：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白， 绿，棕白，棕。
22
T568A
• T568A 线序这种接法用于网络设备需要交 叉互连的场合，所谓交叉是指网线的一端 和另一端与 RJ45 网线插头的接法不同，一 端按 T568A 线序接，另一端按 T568B 线序 接，即有几根网线在另一端是先做了交叉 才接到 RJ45 插头上去的，适用的具体场合 有：（1）计算机与计算机连接，称对等网 连接，即两台电脑之间只通过一条网线连 接就可以互相传递数据；（2）集线器与集 线器连接；（3）交换机与交换机连接。
（3）光纤 –利用光脉冲（有-1；没有-0） 2．无线介质（P30-31) （1）无线电短波通信 （2）地面微波接力通信 （3）红外线和激光 （4）卫星通信
11
2.1.6 数据传输
1.数据传输类型 （1）基带传输（数字）和宽带传输（模拟） （2）并行传输（多线）和串行传输（单线） 2．数据通信的同步技术 （1）异步传输模式（单字符 起止位同步） （2）同步传输模式（数据块-多字符 SYN 同步） 3．数据传输方式 （1）单工通信 （2）半双工通信 （3）全双工通信
24
2.3 帧同步与流量控制
2.3.1信息包和帧的概念 2.3.2 帧同步 2.3.3 速度匹配（流控制）规程 2.3.3 流量控制 2.3.4 链路管理
25
2.3.1信息包和帧的概念
• 在进行报文传送时，要对较长的报文分成多个段， 在每段上要加上一定的报头信息，指明该段的源 地和目的地，它是属于那个报文，是该报文的第 几段，是否是报文的首段或最后一段等，这样的 报文段称为报文包或报文分组（packet），它是在 计算机间进行通信传送的最小传送单位。在计算 机间传送这些包时，为了进行差错控制，还要加 上一层“封皮”这就构成帧（Frame），这层封 皮分头尾两部分，并把包的内容放在中间，当一 个帧从源点传送到目的点时，则帧的头尾被拆除， 将包中的内容按报文段编号顺序组成原来的报文 送交接收计算机进行处理。
Ck
Ck'
C k' 移动站k
Ck 基站
图1-28 CDMA码分信道
图1-27 CDMA技术
18
2.2 物理层接口
2.2.1 物理接口的内容
2.2.2 CCITT X· 21（略 见P39） 2.2.3 USB（略 见P39-40） 2.2.4 RJ45
19
2.2.1 物理接口的内容
物理接口—通信实体与传输介质的硬件连接接口 • 主要有四大部分(RS-232 COM1 COM2)： （1）功能特性：接口电路的名称和功能定义； （2）电气特性：接口电路的信号源侧和负载侧的电 压值、阻抗值和等效电路等； （3）规程特性：接口电路间的相互关系、动作条件 等； （4）机械特性：接口所用接线器的形状、尺寸和引 线分配等
33
2.5.2 HDLC规程
X.25的第二层采用ISO的HDLC中规定的术语及可选部分一 个子集，并且有自己的特色。 HDLC规程的内容:规程类型、帧结构和规程要素。 •
HDLC规程类型
HDLC规程类型规定了多种数据链路的结构及操作方式。
可分为各种子集，它们与站点类型、链路结构和 响应模式有关。
34
HDLC有三种操作方式: 正常响应方式（NRM）--主站轮询次站-发 异步响应方式（ARM）--次站被轮询-发 异步平衡方式（ABM）--复合站-同等发
37
操作方式(续)
• 正常响应方式适用于点对点与多点场合， 特别是多点场合。 --当次站被主站轮询后次站才能发送，次站传 输结束或发送顺序号达到最大值时，在这 最后帧上的P/F比特置“1”，以表示传输 结束或要求再次轮询。
30
3．差错控制编码
差错控制编码方法:
（1）奇偶校验 （2）方块校验 （3）循环冗余校验 （4）海明码
31
2.5 数据链路层协议
2.5.1数据链路层协议的分类
2.5.2 HDLC规程 2.5.3 PPP
32
2.5.1据链路层协议的分类
• 数据链路层协议可分为两类:
异步协议 --字符 起始同步 同步协议两类。 --字符块 时钟同步
29
2.4 差错控制技术
1．差错概念--发接不一致 2．差错控制的基本方法 （1）“回声”法 （2）“表决”法 （3）ARQ(Automatic Repeat reQuest)方法 根据发送方发送报文方式的不同，ARQ协议可以分 为：停等ARQ协议（Stop-and-Wait ARQ）、后 退N帧ARQ协议（Go-back N ARQ）、选择性重 传ARQ协议（Selective Repeat ARQ）。 （4）FEC(Forward Error Correction)方法 （5）HEC(Hybrid Error Correction)方法
23
T568B
• T568B 线序应用于两种场合，一是直连线 互连（也称直通线，平行线），网线的两 端均按 T568B 接。例如，PC与ADSL MODEM的连接；ADSL MODEM 与ADSL 路由器的 WAN 口的连接，PC与ADSL 路 由器的 LAN 口的连接；PC与集线器或交换 机的连接。另一种是交叉互连（交叉线） 网线的一端按 T568B 接，另一端按 T568A 接。
9
问题：计算机系统通过MODEM 传输信号的工作过程？
10
2.1.5 传输介质
-------- 传输物理通路
1．有线介质 （1）双绞线 RJ-11(2芯)--电话；RJ-45(8芯)-网络 （2）同轴电缆 RG-8, RG-58:50Ω 基带(数字）; RG-59:75Ω 宽带
（模拟）（CATV)..
2.3.4速度匹配控制技术
速度匹配控制技术主要有三种: （1）XON／XOFF控制字符方法（缓冲器控 制)。 （2）ETX／ACK控制字符方法(数据块确 认）。 （3）反向通道信号方法（有一根专线）。 这三种速度匹配控制技术，按照使用的普遍 程度的顺序列表：XON／XOFF方法是最普 遍的，而反向通道技术是使用得最不普遍 的
光纤1 棱镜 共享光纤 棱镜 光纤3
光纤2 图1-26 波分多路复用
光纤4
17
4.码分多路复用（Coding Division Multiplexing Access，CDMA）
反向信道 移动站1 C 2' 移动站2 f' f C2 C 1' C1 前向信道
f 前向信道 C1 C2 C3 f' 反向信道 C1' C2' C3'
HDLC数据链路结构—三种
(1)不平衡型结构有一个主站和一个或多个次站 接至一条链路。
(2)对称型结构实际上是两个独立点对点不平 衡结构在一条链路上合并而成，在数据链 路的每一端都有两个分开的主站和次站。 (3)平衡型结构由两个复合站点对点连结构成。
36
HDLC操作方式
---主站与次站间的关系用操作方式描述
站类型 --主站/次站/复合站
• 主站的主要功能是启动数据链路，控制 来自各次站以及到各次站的数据流，克 服无法由重发解决的系统差错，当需要 时在逻辑上拆除次站的连接。 • 次站是服从于主站的，一般讲它是被动 的，功能也较少，价格较主站便宜。 • 复合站具有主站和次站二者的功能，也 称组合站。
35
27
2.3.3 流量控制规程
（l）目的设备向源设备发出其已准备就绪等待接收 的信号。 （2）源设备收到目的设备已准备就绪的信号后就可 按预定速率向目的设备连续发送字符。 （3）当目的设备感觉到已应付不了所接收到的字符 时，就向源设备发出尚未准备就绪的信号。 （4）源设备收到目的设备的尚未就绪信号后，立即 停止向目的设备发送字符。 （5）当目的设备感觉到有能力继续接收字符时，就 又向源设备发出其已准备就绪的信号。 （6）源设备收到目的设备的准备就绪信号后，又继 28 续按规定速率向目的设备发送字符。
频率 组成子信道A的时隙 源1 源2 源3 源4 源5 源6 时间 目标1
可 用 A BCD A BCD A BCD A BCD 频 段 时分复用帧
多 路 复 用 器 MUX
1 23 4 56 12 3 4 5 6
多 路 复 用 器 MUX
目标2 目标3 目标4 目标5 目标6
16
3.波分多路复用 波分多路复用（Wave Division Multiplexing， WDM）主要用于全光纤网组成的通信系统。 波分复用就是光的频分复用。
t
t
(a) 模拟信号
(b) 数字信号
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2.1.3 数字编码技术
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2.1.4 数字调制技术
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2.1.4数字调制技术
• 根据载波信号要素的改变方式，数字数据的调制 主要分为下面4种：幅移键控、频移键控、相移键 控、正交调幅。（见P26-27) （1）幅移键控（Amplitude Shift Keying，ASK） （2）频移键控（Frequency Shift Keying，FSK） （3）相移键控（Phase Shift Keying，PSK） （4）正交调幅（Quadrature Amplitude Modulation， QAM）
内容、帧同步的方法、速度匹配规程、差 错控制技术、HDLC、PPP协议。
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2.1 通信系统模型
2.1.1 通信系统模型 2.1.2数字信号的编码方法 2.1.3 信道的最大数据速率 2.1.4 物理传输媒体与带宽 2.1.5 传输技术
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2.1.1 通信系统模型
• 点到点通信系统模型
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2.1.2信号
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2.1.7 多路复用技术
1．频分多路复用
f1 f2 f3 调制 调制 调制 f1 f2 f3 发送带宽 f1 f1 f2 f2 f3 f3 滤波 f3 解调 f3 滤波 滤波 f1 f2 f1 f2
解调 解调
多路复用器 图1-23 频分多路复用的原理图
多路复用器
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2.时分多路复用（Time Division Multiplexing， TDM） 将多路信号按一定的时间间隔相间 传送，以在一条传输线上实现“同时”传 送多路信号。
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2.3.2 帧同步
• 帧同步指的是接收方应当能从接收到的二 进制比特流中区分出帧的起始与终止。 • 常用的帧同步方法有： .使用字符填充的首尾定界符法（转义字符 DLE) .使用比特填充的首尾标志法("0"插入技术-帧标志“01111110”） .违例编码法（违例编码--帧头、尾；高、 低电平4种组合） .字节计数法(特殊字段加字节数）
第 2 章 点到点通信技术
主讲人: 施荣华 教授 博士生导师 中南大学信息科学与工程学院 shirh@mail.csu.edu.cn
【本章要点】
1 点到点通信的基本问题 2 物理接口的内容与常用标准 3 帧同步与流量控制 4 差错控制技术 5 HDLC规程与PPP协议
ห้องสมุดไป่ตู้
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【本章目标】
• 要求掌握点到点通信系统模型、物理接口
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4．数据传输质量指标
• 衡量传输质量的指标有两个： 有效性 可靠性 有效性是指在一定条件下，单位时间内所传 输的信息量越多越好，即传输效率要高。 可靠性是指数据信息传输的可靠程度。
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5.信道的最大数据速率
• 奈奎斯特公式 给出了无热噪声（热噪声是指由于信道中分子热运动引起的噪 声，这里假定没有热噪声）时信道带宽对最大数据速率的限制，具体为： C=2Hlog2L（b/s） H是信道的带宽（以Hz为单位），而L表示任何给定时刻数字信号可能取的 离散值的个数。C则是该信道最大的数据速率。例如，若某信道带宽为4 k Hz， 任何时刻数字信号可取0、1、2和3四种电平之一（即L＝4），则最大数据速 率为：C=2*4000* log24=16000（b/s）。 香农公式 进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况： C=H log2 (1+S/N) （b/s） S表示信号功率，N为噪声功率，S / N则为信噪比。由于实际使用的信道， 信噪比都要足够大，常用10log10（S/N）以及分贝（Decibel，记为dB）为单 位来计量，在使用上述公式时要特别注意。例如，信噪比为 30 dB 、带宽为 4000 Hz的信道最大的数据速率为： C=4000 log2 (1+1030/10)=4000* log21001=40000（b/s）。
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2.2.4 RJ45
• 定义(DTE /DCE)
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颜色标志
• RJ45 型T568A 线序网线插头各脚与网线颜色标志的对应 关系依次是：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙 ，棕白，棕。 而右图T568B 线序依次是：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白， 绿，棕白，棕。
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T568A
• T568A 线序这种接法用于网络设备需要交 叉互连的场合，所谓交叉是指网线的一端 和另一端与 RJ45 网线插头的接法不同，一 端按 T568A 线序接，另一端按 T568B 线序 接，即有几根网线在另一端是先做了交叉 才接到 RJ45 插头上去的，适用的具体场合 有：（1）计算机与计算机连接，称对等网 连接，即两台电脑之间只通过一条网线连 接就可以互相传递数据；（2）集线器与集 线器连接；（3）交换机与交换机连接。
（3）光纤 –利用光脉冲（有-1；没有-0） 2．无线介质（P30-31) （1）无线电短波通信 （2）地面微波接力通信 （3）红外线和激光 （4）卫星通信
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2.1.6 数据传输
1.数据传输类型 （1）基带传输（数字）和宽带传输（模拟） （2）并行传输（多线）和串行传输（单线） 2．数据通信的同步技术 （1）异步传输模式（单字符 起止位同步） （2）同步传输模式（数据块-多字符 SYN 同步） 3．数据传输方式 （1）单工通信 （2）半双工通信 （3）全双工通信
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2.3 帧同步与流量控制
2.3.1信息包和帧的概念 2.3.2 帧同步 2.3.3 速度匹配（流控制）规程 2.3.3 流量控制 2.3.4 链路管理
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2.3.1信息包和帧的概念
• 在进行报文传送时，要对较长的报文分成多个段， 在每段上要加上一定的报头信息，指明该段的源 地和目的地，它是属于那个报文，是该报文的第 几段，是否是报文的首段或最后一段等，这样的 报文段称为报文包或报文分组（packet），它是在 计算机间进行通信传送的最小传送单位。在计算 机间传送这些包时，为了进行差错控制，还要加 上一层“封皮”这就构成帧（Frame），这层封 皮分头尾两部分，并把包的内容放在中间，当一 个帧从源点传送到目的点时，则帧的头尾被拆除， 将包中的内容按报文段编号顺序组成原来的报文 送交接收计算机进行处理。
Ck
Ck'
C k' 移动站k
Ck 基站
图1-28 CDMA码分信道
图1-27 CDMA技术
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2.2 物理层接口
2.2.1 物理接口的内容
2.2.2 CCITT X· 21（略 见P39） 2.2.3 USB（略 见P39-40） 2.2.4 RJ45
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2.2.1 物理接口的内容
物理接口—通信实体与传输介质的硬件连接接口 • 主要有四大部分(RS-232 COM1 COM2)： （1）功能特性：接口电路的名称和功能定义； （2）电气特性：接口电路的信号源侧和负载侧的电 压值、阻抗值和等效电路等； （3）规程特性：接口电路间的相互关系、动作条件 等； （4）机械特性：接口所用接线器的形状、尺寸和引 线分配等
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2.5.2 HDLC规程
X.25的第二层采用ISO的HDLC中规定的术语及可选部分一 个子集，并且有自己的特色。 HDLC规程的内容:规程类型、帧结构和规程要素。 •
HDLC规程类型
HDLC规程类型规定了多种数据链路的结构及操作方式。
可分为各种子集，它们与站点类型、链路结构和 响应模式有关。
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HDLC有三种操作方式: 正常响应方式（NRM）--主站轮询次站-发 异步响应方式（ARM）--次站被轮询-发 异步平衡方式（ABM）--复合站-同等发
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操作方式(续)
• 正常响应方式适用于点对点与多点场合， 特别是多点场合。 --当次站被主站轮询后次站才能发送，次站传 输结束或发送顺序号达到最大值时，在这 最后帧上的P/F比特置“1”，以表示传输 结束或要求再次轮询。
30
3．差错控制编码
差错控制编码方法:
（1）奇偶校验 （2）方块校验 （3）循环冗余校验 （4）海明码
31
2.5 数据链路层协议
2.5.1数据链路层协议的分类
2.5.2 HDLC规程 2.5.3 PPP
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2.5.1据链路层协议的分类
• 数据链路层协议可分为两类:
异步协议 --字符 起始同步 同步协议两类。 --字符块 时钟同步
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2.4 差错控制技术
1．差错概念--发接不一致 2．差错控制的基本方法 （1）“回声”法 （2）“表决”法 （3）ARQ(Automatic Repeat reQuest)方法 根据发送方发送报文方式的不同，ARQ协议可以分 为：停等ARQ协议（Stop-and-Wait ARQ）、后 退N帧ARQ协议（Go-back N ARQ）、选择性重 传ARQ协议（Selective Repeat ARQ）。 （4）FEC(Forward Error Correction)方法 （5）HEC(Hybrid Error Correction)方法
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T568B
• T568B 线序应用于两种场合，一是直连线 互连（也称直通线，平行线），网线的两 端均按 T568B 接。例如，PC与ADSL MODEM的连接；ADSL MODEM 与ADSL 路由器的 WAN 口的连接，PC与ADSL 路 由器的 LAN 口的连接；PC与集线器或交换 机的连接。另一种是交叉互连（交叉线） 网线的一端按 T568B 接，另一端按 T568A 接。
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问题：计算机系统通过MODEM 传输信号的工作过程？
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2.1.5 传输介质
-------- 传输物理通路
1．有线介质 （1）双绞线 RJ-11(2芯)--电话；RJ-45(8芯)-网络 （2）同轴电缆 RG-8, RG-58:50Ω 基带(数字）; RG-59:75Ω 宽带
（模拟）（CATV)..
2.3.4速度匹配控制技术
速度匹配控制技术主要有三种: （1）XON／XOFF控制字符方法（缓冲器控 制)。 （2）ETX／ACK控制字符方法(数据块确 认）。 （3）反向通道信号方法（有一根专线）。 这三种速度匹配控制技术，按照使用的普遍 程度的顺序列表：XON／XOFF方法是最普 遍的，而反向通道技术是使用得最不普遍 的
光纤1 棱镜 共享光纤 棱镜 光纤3
光纤2 图1-26 波分多路复用
光纤4
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4.码分多路复用（Coding Division Multiplexing Access，CDMA）
反向信道 移动站1 C 2' 移动站2 f' f C2 C 1' C1 前向信道
f 前向信道 C1 C2 C3 f' 反向信道 C1' C2' C3'
HDLC数据链路结构—三种
(1)不平衡型结构有一个主站和一个或多个次站 接至一条链路。
(2)对称型结构实际上是两个独立点对点不平 衡结构在一条链路上合并而成，在数据链 路的每一端都有两个分开的主站和次站。 (3)平衡型结构由两个复合站点对点连结构成。
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HDLC操作方式
---主站与次站间的关系用操作方式描述
站类型 --主站/次站/复合站
• 主站的主要功能是启动数据链路，控制 来自各次站以及到各次站的数据流，克 服无法由重发解决的系统差错，当需要 时在逻辑上拆除次站的连接。 • 次站是服从于主站的，一般讲它是被动 的，功能也较少，价格较主站便宜。 • 复合站具有主站和次站二者的功能，也 称组合站。
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2.3.3 流量控制规程
（l）目的设备向源设备发出其已准备就绪等待接收 的信号。 （2）源设备收到目的设备已准备就绪的信号后就可 按预定速率向目的设备连续发送字符。 （3）当目的设备感觉到已应付不了所接收到的字符 时，就向源设备发出尚未准备就绪的信号。 （4）源设备收到目的设备的尚未就绪信号后，立即 停止向目的设备发送字符。 （5）当目的设备感觉到有能力继续接收字符时，就 又向源设备发出其已准备就绪的信号。 （6）源设备收到目的设备的准备就绪信号后，又继 28 续按规定速率向目的设备发送字符。
频率 组成子信道A的时隙 源1 源2 源3 源4 源5 源6 时间 目标1
可 用 A BCD A BCD A BCD A BCD 频 段 时分复用帧
多 路 复 用 器 MUX
1 23 4 56 12 3 4 5 6
多 路 复 用 器 MUX
目标2 目标3 目标4 目标5 目标6
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3.波分多路复用 波分多路复用（Wave Division Multiplexing， WDM）主要用于全光纤网组成的通信系统。 波分复用就是光的频分复用。