网络工程师－数据通信基础(第八天)

内容体系：

信道特性
数字编码于编码效率
脉冲编码调制
复用技术
差错控制

1、数据通信系统的模型

模拟信号：幅度和相位都连续的电信号。

数字信号：是认为抽象出来，在传输上不连续的信号，可实现长距离、高质量的传输。

码元：在使用单位时间段里，代表不同离散值的波形，称为一个码元，如果这个码元的波形太高，超过了带宽所规定的限制，那么就会产生严重的码间串扰，码间串扰就会导致失去了码元之间的界限。

例题：

2、信道特征

例题：

（1）奈奎斯特定理

例题1：

例题2：

（2）香农定理

例题：

3、数据调制与编码

（1）模拟通道传送模拟数据

（2）数字信道传送模拟数据

PCM（脉冲编码调制）要经过采样、量化、编码三个步骤。
根据奈奎斯特采样定理，采样速率就大于模拟信号的最高频率的2倍。
量化是将样本的连续值转换成离散值，离散值的个数决定量化的精度。
编码就是将量化后的样本值变成相应的二进制代码。

（3）模拟信道传送数字数据

4、数字编码与编码效率

（1）基本编码

（2）应用性编码

（3）编码效率

5、复用技术

（1）频分复用(FDM)

是按频率分割多路信号的方法，即将信道的可用频带分成若干互不交叠的频段，每路信号占据其中的一个频段。
在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。

当采用频分复用技术时，所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

示意图：

频分多路复用系统原理：

（2）时分复用（TDM）

TDM帧：将传输时间划分为多个等长的时间段（TDM帧）
时隙：每个TDM帧划分成更小的时间段（时隙），每个用户在每个TDM帧中占用固定的时隙进行通信。类似分时OS的时间片概念。

当采用时分复用时，所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度（分时不分频）。

注：时分复用可能会造成线路资源的浪费

（3）统计时分复用 (Statistic TDM)

STDM的特点：

集中器：连接低速用户，集中数据传输。

STDM帧
- 不等长，时隙数小于所连接的用户数
- 不是固定分配时隙，而是按需分配时隙，可提高线路的利用率。
增加地址信息
- 由于STDM帧中的时隙不是固定地分配给某个用户，因此在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这将产生额外开销。

异步时分复用——指统计时分复用
同步时分复用——指普通时分复用

（4）波分复用( WDM)

波分复用就是光的频分复用。

（5）码分复用(CDM)

常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。

码分复用CDM（Code Division Multiplexing）是各用户使用经过特殊挑选的不同码型，在同样的时间使用同样的频带进行通信，但彼此不会造成干扰。

这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

CDMA的原理：

在CDMA中，每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。通常m的值是64或者128。

每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列(chip sequence) 。

如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。
如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。

每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须相互正交。

实例：

例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。

发送比特 1 时，就发送序列 00011011，
发送比特 0 时，就发送序列 11100100。

为了方便，接惯例将码片中的0写为-1，将1写为+1，S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)

若S站信息发送率为b（b/s），则实际数据发送率为mb（Baud），同时S站所占用的频带宽度也提高到原来的m倍。

码片序列的正交关系

令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量，m bit。

两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积(inner product)都是 0：

任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1 。

一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。

CDMA 的工作原理：

每个站都有自己的码片序列，彼此正交

每个站都发送数据（设为两个站S和T）

1：发自己的码片序列

0：发自己码片序列反码

信号叠加，设叠加信号为（Sx+Tx）

接收

（6）常见复用标准

5、通信方式

单向通信：只有一个方向的通信，而没有相反方向的交互，如无线电广播。
半双工通信：通信双方都可以进行通信，但不能同时发送信息，一方发送一方接收，过段时间再反过来如对讲机。
全双工通信：双方都可以同时进行发送和接收信息，例如打电话。

①异步传输：将比特分成小组进行传送，小组可以是一个8位的字符或者更长，发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方不知道它们什么时候到达，例如键盘和计算机的关系。

②同步传输：通常比异步传输快速很多，接收方不需要对每个字符进行开始和停止的操作，一旦检测到帧同步字符，就在接下来的数据到达时接收它们，同时开销也比较小，但是如果帧比较长，其他用户等待时间就会延长。

电路交换：把发送方和接收方用一系列电路直接连通，建立连接，需要等待较长时间，不会受到干扰，不再有等待延迟，这种比较合适传输大量数据。如电话交换系统。
报文交换：不要求两个通信节点之间建立专用通路，节点把要发送的信息组织城数据包，该报文中含有目标节点地址，一站一站的进行传输。交换节点对各个节点上受到的节点进行排队，寻找下一个转发节点，然后再转发出去，这样带来了转发排队延迟。
分组交换：数据包有固定的长度，交换节点只需要在内存中开辟一个很小的缓冲区就可以，在进行分组交换的时候，发送节点先对要发送的信息进行分组，并且对各个分组进行编号，加上原地址、目标地址，以及分组头部信息。