数据通信与计算机网络课件 数据通信与计算机网络第四章

数据通信与计算机网络电信学院信通系洪伟2.4模拟传输与数字传输2.4.1模拟传输系统长途干线最初采用频分复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)方式目前我国长途通信线路已实现了数字化，因而现在的模拟通信电路就只剩下从用户电话机到市话交换机之间的这一段几公里长的用户线上。2.4模拟传输与数字传输2.4.2调制解调器数据经过模拟传输系统后会出现差错。出现差错010010100还原后的数据t接收到的失真信号010011100t发送的基带信号t采样时刻2.4模拟传输与数字传输2.4.2调制解调器调制解调器(modem)包括：调制器(MOdulator)：把要发送的数字信号转换为频率范围在300~3400Hz之间的模拟信号，以便在电话用户线上传送。解调器(DEModulator)：把电话用户线上传送来的模拟信号转换为数字信号。本书中的调制解调器是指使用在标准的二线模拟话路（3.1kHz的标准话路带宽）上的调制解调器。2.4模拟传输与数字传输2.4.2调制解调器调制器的主要作用就是个波形变换器，它把基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形解调器的作用就是个波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。若识别不正确，则产生误码。在调制解调器中还要有差错检测和纠正的设施。2.4模拟传输与数字传输2.4.2调制解调器几种最基本的调制方法调制就是进行波形变换（频谱变换）。最基本的二元制调制方法有以下几种：调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。2.4模拟传输与数字传输2.4.2调制解调器010011100基带信号调频调相调幅2.4模拟传输与数字传输2.4.2调制解调器一种正交调制QAMr(r,)可供选择的相位有12种，而对于每一种相位有1或2种振幅可供选择。由于4bit编码共有16种不同的组合，因此这16个点中的每个点可对应于一种4bit的编码。若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。2.4模拟传输与数字传输2.4.2调制解调器2.4模拟传输与数字传输2.4.2调制解调器同步通信：接受端的时钟频率和发送端时钟频率相等，以便使接受端对收到的比特流的采样判决时间是准确的。异步通信：在发送端将欲发送的数据以字节（8个比特）为单位进行逐个字节的封装，即对每个字节增加一个起始比特和一个停止比特，共10比特，一起发送出去。接收端接收到一个起始比特，就知道有一个10比特的数据单元到了。异步通信是通过增加通信开销使接收端能够使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。2.4模拟传输与数字传输2.4.3数字传输系统现在的数字传输系统均采用脉码调制PCM(PulseCodeModulation)体制。采样周期Tt信号t采样1001001111000010t编码t解码t还原采样频率越高，编码所需要的数据位就越多2.4模拟传输与数字传输2.4.3数字传输系统时分复用为了有效地利用传输线路，可将多个话路的PCM信号用时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)的方法装成时分复用帧，然后发送到线路上。中国采用欧洲体制，以E1为一次群。美国和日本等国采用北美体制，以T1为一次群。2.4模拟传输与数字传输2.4.3数字传输系统CH0CH02.048Mb/s传输线路CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH1CH1…………时分复用帧TCH0CH1CH2…CH15CH16CH17CH30CH31CH0…8bitt时分复用帧时分复用帧T=125s15个话路15个话路8000帧/秒*8bit/时隙*32时隙/帧=2048000bit/s2.5信道复用技术频分复用(FDM)所有用户在同时占用不同的带宽资源。时分复用(TDM)所有用户分时占用同样的频带宽度。统计时分复用(STDM)改进的时分复用，提高TDM的传输效率。波分复用(WDM):DWDM&CWDM光的频(对应波长)分复用。2.5信道复用技术2.5.1频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。频率时间频率1频率2频率3频率4频率52.5信道复用技术2.5.1频分复用、时分复用和统计时分复用时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。频率时间BCDBCDBCDBCDAAAA在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧2.5信道复用技术2.5.1频分复用、时分复用和统计时分复用时分复用可能会造成线路资源的浪费ABCDaabbcdbcattttt4个时分复用帧#1④③②①acbcd时分复用#2#3#4用户2.5信道复用技术2.5.1频分复用、时分复用和统计时分复用统计时分复用STDM：动态分配时隙t3个STDM帧#1abbcacd#2#3ABCDabcdtttt④③②①acbabbcat#1cd#2#3#4效率提高：(4-2)/2=100%2.5信道复用技术2.5.2波分复用WDM波分复用就是光的频分复用。1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120km2.5信道复用技术2.5.3码分复用CDM常用的名词是码分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。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。每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。2.5信道复用技术2.5.3码分复用CDM码片序列(chipsequence)每个站被指派一个惟一的mbit码片序列。如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。例如，S站的8bit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。S站的码片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)其中-1表示码片序列中的0、+1表示12.5信道复用技术2.5.3码分复用CDMCDMA的重要特点：每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)。在实用的系统中是使用伪随机码序列。2.5信道复用技术2.5.3码分复用CDM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。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(innerproduct)都是0：S·T=1/m∑iSiTi=02.5信道复用技术2.5.3码分复用CDM码片序列的正交关系举例令向量S为(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T为(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和T的各分量值代入(2-4)式就可看出这两个码片序列是正交的。S·T=1/m∑iSiTi=(-1*-1)+(-1*-1)+(1*-1)+(-1*1)+(1*1)+(1*-1)+(1*1)+(-1*1)=1+1-1-1+1-1+1-1=02.5信道复用技术2.5.3码分复用CDM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。S·S=1/m∑iSiSi=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。2.5信道复用技术2.5.3码分复用CDMS站的码片序列S110ttttttm个码片tS站发送的信号SxT站发送的信号Tx总的发送信号Sx+Tx规格化内积SSx规格化内积STx数据码元比特发送端接收端2.6同步光纤网SONET和同步数字系列SDH旧的数字传输系统存在着许多缺点。其中最主要的是以下两个方面：速率标准不统一。如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围的高速数据传输就很难实现。不是同步传输。在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要是采用准同步方式。2.6同步光纤网SONET和同步数字系列SDH同步光纤网SONET(SynchronousOpticalNetwork)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。第1级同步传送信号STS-1(SynchronousTransportSignal)的传输速率是51.84Mb/s。光信号则称为第1级光载波OC-1，OC表示OpticalCarrier。2.6同步光纤网SONET和同步数字系列SDHITU-T以美国标准SONET为基础，制订出国际标准同步数字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。一般可认为SDH与SONET是同义词。SDH的基本速率为155.52Mb/s，称为第1级同步传递模块(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相当于SONET体系中的OC-3速率。线路速率(Mb/s)SONET符号ITU-T符号表示线路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1155.520*OC-3/STS-3STM-1155Mb/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080*OC-12/STS-12STM-4622Mb/s933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320*OC-48/STS-48STM-162.5Gb/s4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gb/sSONET的OC级/STS级与SDH的STM级的对应关系2.6同步光纤网SONET和同步数字系列SDHSONET的体系结构线路SDH终端SDH终端复用器或分用器复用器或分用器转发器转发器段段段路径光子层路径层线路层段层光子层路径层线路层段层光子层线路层段层光子层段层光子层线路层段层光子层段层2.6同步光纤网SONET和同步数字系列SDHSONET标准定义了四个光接口层光子层(PhotonicLayer)处理跨越光缆的比特传送。段层(SectionLayer)在光缆上传送STS-N帧。线路层(LineLayer)负责路径层的同步和复用。路径层(PathLayer)处理路径端接设备PTE(PathTerminatingElement)之间的业务的传输。2.7物理层标准举例2.7.1EIA-232-E标准CCITTV.24DTE(数据终端设备)：具有一定数据处理能力及收发数据能力的设备，如计算机。DCE(数据电路端接设备)：在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接，如MODEM机械特性：25针插座(ISO2110)电气特性：低于-3伏表示“1”，高于3伏表示“0”，最大速率20Kbps,最大电缆长度为15米(V.28)功能特性：引脚信号的含义，如DTR表示DTE通电，DSR表示DCE通电(V.24)规程特性：动作的顺序(V.24)2.7物理层标准举例2.7.1EIA-232-E标准CCITTV.243、RS-232C的接口信号RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根，它们是（1）联络控制信号线：数据装置准备好（DCEready-DSR)——有效时（ON）状态，表明MODEM处于可以使用的状态。数据终端准备好(DTEready-DTR)——有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用。2.7物理层标准举例2.7.1EIA-232-E标准CCITT