数据通信基础知识培训.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,*,*,第二章,数,数据,通,通信基,础,础知识,,,,结束放,映,映,学习目,录,录,学习要,求,求,内容简,介,介,主讲教,师,师：刘,兴,兴顺,,,内容简,介,介,数据可,靠,靠传输,将,将涉及,很,很多内,容,容和具,体,体技术,，,，本章,将,将介绍,信,信号带,宽,宽的概,念,念、调,制,制解调,的,的基本,概,概念、,传,传输信,道,道的性,质,质、信,道,道复用,技,技术、,数,数据编,码,码标准,、,、语言,编,编码及IP电,话,话原理,，,，数据,压,压缩编,码,码以及,数,数据通,信,信系统,的,的同步,技,技术等,内,内容,返回,,结束,,,学习要,求,求,1.了解信,号,号分类,方,方式，,掌,掌握信,号,号频谱,与,与带宽,的,的概念,。

2.了解调,制,制解调,的,的基本,原,原理,3.了解信,道,道噪声,的,的种类,及,及特点,，,，掌握,信,信道容,量,量公式,4.了解各,种,种信道,的,的特点,5.了解话,音,音信道,传,传输数,据,据信号,的,的基本,要,要求6.掌握频,分,分复用,、,、时分,复,复用技,术,术的基,本,本原理,7.掌握语,音,音压缩,比,比编码,和,和数据,压,压缩编,码,码的基,础,础知识,8.掌握数,据,据通信,系,系统同,步,步类型,及,及其实,现,现方式,,返回,,结束,,,学习目,录,录,,返回,2.1,信号与调制解调,2.2,传输信道,2.3,多路复用,2.4 数据编码,2.5 数据通信的同步,,结束,,,2.1,信,信,号,号与调,制,制解调,本节内,容,容提要,：,：,信号分,类,类：,模拟信,号,号与数,字,字信号,基带信,号,号与频,带,带信号,周期信,号,号与非,周,周期信,号,号,确知信,号,号与随,机,机信号,能量信,号,号与功,率,率信号,,信号,x(t),的能量,E,焦耳,(,J,),信号,x(t),平均功率,S,瓦特,(,W,),本节将,介,介绍信,号,号的频谱、带宽以及调制解,调,调的基本,概,概念。

2.1.1,信号的,频,频谱,确值信号的频谱为其傅氏变换：,或,随机信号的频谱常用其功率普密度表示：,,功率普密度与信号平均功率的关系：,,,2.1.2,信号的,带,带宽,信号的,绝,绝对带,宽,宽,(B),通常是,指,指信号,频,频谱正,频,频域非,零,零部分,对,对应的,频,频率范,围,围，如,下,下图所,示,示：,,基带数,据,据信号,的,的一般,都,都具有,无,无穷大,的,的绝对,带,带宽，,如,如下图,所,所示：,,,2.1.2,信号的,带,带宽,实际应,用,用中依,据,据信号,功,功率谱,定,定义了,以,以下几,种,种等效,带,带宽1),零点带,宽,宽,数据信,号,号频谱,主,主要能,量,量是集,中,中在第,一,一个零,点,点之内,的,的，当,其,其旁瓣,不,不足以,引,引起信,号,号失真,时,时，定,义,义,f,b,为信号,的,的零点,带,带宽2.1.2,信号的,带,带宽,,(2),百分比,带,带宽,百分比,带,带宽由,下,下式来,定,定义：,其中,f,r,称为百分比带宽， 可以取96%、98%、99%等值，其含义是，在该带宽范围内信号的功率占总功率,,,,2.1.2,信号的,带,带宽,,(3),矩形等,效,效带宽,对于具,有,有在零,点,点或中,心,心频率,处,处取最,大,大值频,谱,谱结构,的,的信号,，,，如下,图,图所示,，,，可以,定,定义矩,形,形等效,带,带宽,B,C,。

其含义为：,,,2.1.2,信号的,带,带宽,(4)3dB,带宽,3dB,带宽又,称,称半功,率,率带宽,，,，如下,图,图所示,：,：,,,信号频谱在,f,0,处取最大值，,且,,,2.1.3,调制解,调,调的基,本,本概念,1.,调,调制解,调,调定义,,时域定,义,义：,调制就,是,是用基,带,带信号,去,去控制,载,载波信,号,号的某,个,个或几,个,个参量,的,的变化,，,，将信,息,息荷载,在,在其上,形,形成已,调,调信号,传,传输，,而,而解调,是,是调制,的,的反过,程,程，通,过,过具体,的,的方法,从,从已调,信,信号的,参,参量变,化,化中将,恢,恢复原,始,始的基,带,带信号,频域定,义,义：,调制就,是,是将基,带,带信号,的,的频谱,搬,搬移到,信,信道通,带,带中或,者,者其中,的,的某个,频,频段上,的,的过程,，,，而解,调,调是将,信,信道中,来,来的频,带,带信号,恢,恢复为,基,基带信,号,号的反,过,过程调制解,调,调器(Modem),就,就是调,制,制和解,调,调的统,称,称,,,2.1.3,调制解,调,调的基,本,本概念,,x,(,t,) 调,制,制信号,，,，即数,据,据终端,产,产生的,基,基带信,号,号,C,(,t,)是载,波,波，,AC,是载波,幅,幅度，,f,C,是载波,频,频率简,称,称载频,,θ,0,是载波,的,的初始,相,相位。

s,(,t,)是已调信号，即调制后的频带信号，,其,中包含了,x,(,t,)的全部信息，信道中,传输的就是该信号2. 调制器模型,,,2.1.3,调,制,制,解,解,调,调,的,的,基,基,本,本,概,概,念,念,按,照,照,调,调,制,制,信,信,号,号,x,(,t,),的,的,类,类,型,型,,按,照,照,载,载,波,波,类,类,型,型,3.,调,调,制,制,分,分,类,类,按,照,照,调,调,制,制,器,器,功,功,能,能,模,拟,拟,调,调,制,制,：,：,x,(,t,)是模拟基,带,带信号，例,如,如AM、FM等,数字调制：,x,(,t,)是数字基,带,带信号，例,如,如FSK、PSK等,连续载波调,制,制：载波是,连,连续波形信,号,号，例如正,弦,弦高频信号,脉冲载波调,制,制：载波是,脉,脉冲序列，,常,常用的是矩,形,形脉冲序列,幅度调制：,调,调制信号控,制,制载波幅度,变,变化，例如AM、ASK等,频率调制：,调,调制信号控,制,制载波瞬时,频,频率变化，,例,例如FM、FSK等,相位调制：,调,调制信号控,制,制载波瞬时,相,相位变化，,例,例如PM、PSK等2.1.3,调制解调的,基,基本概念,相干解调：,通,通过本地相,干,干载波进行,相,相干运算，,从,从已调信号,的,的相位变化,中,中恢复原始,信,信号的方法,。

其模型如,下,下图所示：,4. 解调,分,分类,,假设初始相,位,位是0，则,：,：,所以经理向,低,低通滤波器LPF之后,，,，输出信号,为,为：,,,2.1.3,调制解调的,基,基本概念,非相干解调,：,：其原理是,从,从已调信号,的,的幅度变化,中,中提取调制,信,信号，,因为其不需,要,要同步载波,，,，所以又称,之,之为非同步,解,解调和相干解调,相,相比，非相,干,干解调设备,更,更简单，实,现,现更容易，,例如常用的,包,包络检波器,，,，,非相干解调,器,器通常存在,门,门限效应，,故,故小信噪比,输,输入时并不,适,适用所谓门限效,应,应是指当解,调,调器输入信,噪,噪比下降到,一,一定程度时,，,，输出信,噪比急剧恶,化,化的现象输出信噪比,是,是输出信号,与,与输出噪声,平,平均功率之,比,比，是衡量,通,通信可靠,性的一个指,标,标，与误码,率,率有直接关,系,系2.1.3,调制解调的,基,基本概念,实现无线发,射,射,,实现频分复,用,用,5. 调制,解,解调的功能,选择合适的,调,调制解调方,式,式可以提高,传,传输的有效,性,性,选择合适的,调,调制解调方,式,式可以提高,传,传输的可靠,性,性,,,2.2,传,传输信道,本节内容提,要,要：,传输信道是,任,任何通信系,统,统中必不可,少,少的组成部,分,分，信道的,传,传输,性如何将直,接,接影响系统,的,的信能。

本节将介绍,通,通信信道的,基,基本概念、,各,各种传输介,质,质的特性、,信,信道噪,声、信道容,量,量以及话音,信,信道传输数,据,据信号时的,要,要求与性能,等,等内容2.2.1,传,传输信,道,道分类,2.2.2,传,传输介,质,质,2.2.3,信,信道噪,声,声,2.2.4,信,信道容,量,量,2.2.5,话,话音信,道,道传输数据,信,信号,,,2.2.1,传输信道分,类,类,,,,广义,信道,,,狭义,信道,,,信,道,,调制信道,,编码信道,,有线信道,,无线信道,,恒参信道,,变参信道,,无记忆编码信道,,有记忆编码信道,,双绞线,,同轴电缆,,光纤,,长波信道,,短波信道,,微波信道,,…,1.,狭义信道和,广,广义信道,狭义信道即,传,传输媒介,广义信道由,传,传输媒介和,部,部分收发端,的,的通信设备,组,组成,,,2.2.1,传输信道分,类,类,2.,调制信道和,编,编码信道,调制信道：,从,从调制器出,发,发到解调器,为,为至的所有,通,通信设备和,传,传输媒介,编码信道：,从,从编码器出,发,发到译码器,为,为至的所有,通,通信设备和,传,传输媒介,,,2.2.1,传输信道分,类,类,3.,恒参信道和,变,变参信道,恒参信道是,指,指在信号传,输,输过程中，,信,信道传输特,性,性对信号的,影,影响是确,定的或者是,变,变化极其缓,慢,慢的，可将,其,其视为一个,非,非时变的线,性,性网络。

变参信道：,其,其传输特性,随,随时间变化,而,而变化，一,般,般将其等效,成,成时变线,性网络或者,时,时变非线性,网,网络来分析,典型的恒参,信,信道如如双,绞,绞线、同轴,电,电缆、光纤,等,等有线信道,以,以及微波,信道、卫星,信,信道等典型的变参,信,信道如电离,层,层反射信道,、,、对流层散,射,射信道以及,移,移动通信,信道等2.2.1,传输信道分,类,类,4.,无记忆编码,信,信道和有记,忆,忆编码信道,无记忆信道,是,是指传输过,程,程中错误码,元,元相互统计,独,独立的信道,有记忆信道,是,是指错误码,元,元之间具有,某,某种统计相,关,关性的信道,实例分析：,二,二进制无记,忆,忆信道模型,如,如下图所示,,其对应的误码率公式为:,,,2.2.2,传输介质,1.,双绞线,双绞线由两,根,根相互绝缘,的,的铜线以均,匀,匀的扭矩对,称,称扭绞在一,起,起形成绞合的目的,:,(1),减少线对之,间,间的相互干,扰,扰，,(2),同时还增强,了,了机械和电,气,气稳定性,分类,,,2.2.2,传输介质,2.,同轴电缆,同轴电缆由,内,内导体，绝,缘,缘层外导体,和,和塑料保护,外,外套组成，,如,如下图示：,分类,内外导体组,成,成一组线对,，,，外导体同,时,时起到屏蔽,外,外界电磁干,扰,扰的作用,基带同轴电,缆,缆：阻抗为50欧姆，,用,用于局域网,数,数据传输10Base-2等,宽带,同,同轴,电,电缆,：,：阻,抗,抗为75,欧,欧姆,，,，CATV网,以,以及PSTN,局,局间,传,传输,,,2.2.2,传输,介,介质,3,.光,纤,纤,光纤,可,可以,由,由超,纯,纯硅,、,、合,成,成玻,璃,璃甚,至,至塑,料,料制,造,造，,其,其结,构,构如,下,下图,示,示：,光纤,有,有单,模,模光,纤,纤和,多,多模,光,光纤,两,两类,，,，前,者,者具,有,有较,宽,宽的,频,频带,，,，传,输,输损,耗,耗,小，,后,后者,频,频带,较,较窄,、,、传,输,输衰,减,减也,比,比较,大,大。

光传输系统,,,2.2.2,传输,介,介质,4.,无线,信,信道,长波,信,信道,：,：30Hz~300KHz,，,，用,带,带宽,小,小，,天,天线,尺,尺寸,大,大，,常,常用,于,于电,报,报、,,、,、水,下,下通,信,信、,海,海上,导,导航,等,等领,域,域,中波,信,信道,：,：0.3~3MHz，,用,用于,广,广播,，,，业,余,余无,线,线电,以,以及,海,海上,无,无线,电,电通,信,信,等领,域,域，,其,其中500~1500KHz是,标,标准,民,民用,调,调幅,广,广播,短波,信,信道,：,：3~30MHz,，,，信,道,道干,扰,扰大,，,，但,其,其投,资,资少,，,，建,设,设快,，,，常,用,用于,军用,通,通信,和,和国,际,际定,点,点通,信,信等,微波,信,信道,：,：3~300GHz，,天,天线,方,方向,性,性通,信,信容,量,量大,，,，可,用,用于,微,微波,、,、卫,星,星,通信,，,，射,电,电天,文,文，,科,科学,研,研究,等,等,超短,波,波信,道,道：30MHz~3GHz,，,，天,线,线尺,寸,寸小,，,，可,用,用于,移,移动,通,通信,，,，雷,达,达，,航天,航,航空,，,，卫,星,星通,信,信等,,,2.2.3,信道,噪,噪声,1.,起伏,噪,噪声,起伏,噪,噪声,是,是以,热,热噪,声,声、,散,散弹,噪,噪声,和,和宇,宙,宙噪,声,声为,代,代表,的,的噪,声,声。

起伏,噪,噪声,的,的特,点,点是,时,时域,和,和频,域,域表,现,现平,稳,稳，,在,在所,有,有通,信,信系,统,统中,普,普遍,存,存,在且,不,不可,避,避免,起伏,噪,噪声,对,对数,据,据通,信,信的,影,影响,是,是产,生,生随,机,机错,误,误，,随,随机,错,错误,表,表现,为,为错,误,误,码元,随,随机,出,出现,，,，彼,此,此无,相,相关,性,性起伏,噪,噪声,是,是无,记,记忆,信,信道,中,中噪,声,声的,主,主要,表,表现,形,形式,2.2.3,信道,噪,噪声,2.,脉冲,噪,噪声,脉冲,噪,噪声,在,在时,域,域表,现,现为,无,无规,则,则突,发,发的,短,短促,噪,噪声,，,，从,频,频域,来,来看,，,，脉,冲,冲,噪声,通,通常,有,有较,宽,宽的,频,频带,，,，但,频,频率,越,越高,，,，频,谱,谱强,度,度越,小,小脉冲,噪,噪声,特,特点,在,在于,突,突发,性,性、,幅,幅度,大,大、,持,持续,时,时间,短,短，,且,且相,邻,邻脉,冲,冲之,间,间有,较长,的,的寂,静,静区,，,，脉,冲,冲噪,声,声是,记,记忆,信,信道,中,中噪,声,声的,主,主要,表,表现,形,形式,。

脉冲噪声,对,对数据通,信,信的影响,是,是产生的,突,突发错误,，,，错误码,元,元比较集,中,中，,且相互之,间,间具有某,种,种相关性,,,2.2.3,信道噪声,3.,高斯白噪,声,声,可以从以,下,下两方面,对,对高斯白,噪,噪声下定,义,义 ：,其任意维,概,概率密度,函,函数都服,从,从高斯分,布,布(即正,态,态分布),—,——高斯噪声,在整个频,域,域具有均,匀,匀分布的,功,功率谱密,度,度——白噪声,,,2.2.4,信道容量,1.奈奎,斯,斯特信道,容,容量公式,,奈奎斯特,研,研究了理,想,想信道(,无,无噪声、,无,无码间干,扰,扰)时带,宽,宽与速率,的,的关系，,并,并得到以,下,下结论：,,其中,B,为带宽单,位,位是Hz,，,，,M,为传输时,数,数据信号,的,的取值状,态,态，即采,用,用,M,进制传输,2. 香,农,农信道容,量,量公式,香农研究,了,了用模拟,信,信道传输,数,数字信号,时,时的信道,容,容量问题,，,，并得出,了,了著名的,香,香农公式,：,：,其中,B,为带宽，,单,单位是Hz，,S/N,为信噪功,率,率比 2.2.5,话音信道,传,传输数据,信,信号,1.,线,线性系统,分,分析,时域分析,（,（卷积）,频域分析（乘积）,Y,(,f,)=,X,(,f,),H,(,f,),,,2.2.5,话音信道,传,传输数据,信,信号,2.,信,信号无失,真,真传输,信号无失,真,真传输的,定,定义,信号无失,真,真传输是,指,指信号经,过,过线性系,统,统后只有,幅,幅度的衰,减,减或放大,，,，以及时,延,延，而无,波,波形失真,。

对应的频域信号为：,对应的时域信号为：,,,2.2.5,话音信道,传,传输数据,信,信号,即系统的,幅,幅频特性,和,和相频特,性,性满足下,式,式，就可,以,以实现信,号,号无失真,传,传输,信号无失,真,真传输的,条,条件,定义群时延,特,特性为,所以信号无,失,失真传输时,，,，群时延特,性,性需满足,,,2.2.5,话音信道传,输,输数据信号,由以上分析,可,可知若要实,现,现信号无失,真,真传输，系,统,统特性必须,如,如下图所示,无失真传输,特,特性,幅频特性,相频特性,群时延特性,,,2.2.5,话音信道传,输,输数据信号,3. 话,音,音信道传输,数,数据信号的,要,要求,衰减与电平,信号在传输,过,过程中由于,传,传输媒介的,阻,阻抗特性会,出,出现衰减，,同,同时,又可以在一,些,些设备中得,到,到放大,对于数据传,输,输,CCITTH.12,建,建议规定信,号,号的最大净,损,损耗不得超,过,过28dB,CCITTH.51,规,规定了在模,拟,拟话音信道,上,上传输数据,信,信号的功率,一般情况下,功,功率最大值,为,为-13dBm0，,即在零测试,电,电平点测得,的,的数据信号,的,的平均功率,不,不应超过-13dBm,。

信号的传输,衰,衰减通常使,用,用绝对电平,来,来表示，其,常,常用单位是dBm,dBm0表,示,示零测试电,平,平点，当使,用,用测试单音,进,进行线路调,整,整时，,那里的功率,是,是0dBm,，,，即1mW,,,2.2.5,话音信道传,输,输数据信号,幅频失真,若幅频特性,不,不理想，信,号,号经过信道,传,传输后各个,频,频率分量获,得,得的增益不,相,相同，此时,对,对应的时域,信,信号波形就,会,会出现波形,畸,畸变原始波形,基波：二次,谐,谐波=2：1,失真波形,基波：二次,谐,谐波=1：1,波形失真示,意,意图,,,2.2.5,话音信道传,输,输数据信号,CCITTM.1020建议对,幅,幅频特性的,要,要求如下图,所,所示 ：,,,2.2.5,话音信道传,输,输数据信号,群时延失真,群时延特性,的,的失真反映,了,了相位频率,特,特性的失真,程,程度，它将,对,对信号的各,个,个频率分量,产,产生不同的,时,时延量，从,而,而引起时域,信,信号波形失,真,真CCITTM.1020建议对,群,群时延特性,的,的要求如下,图,图所示,,,2.2.5,话音信道传,输,输数据信号,噪声影响,话音信道对,噪,噪声的要求,已,已达到数据,通,通信的要求,话音通信中,，,，要求系统,的,的输出信噪,比,比至少应大,于,于26dB,，,，,数据通信中,一,一般要求输,出,出信噪比在25dB左,右,右,话音通信中,部,部没有特别,关,关注脉冲噪,声,声的影响，,但,但脉冲噪声,对,对数据,通信的影响,很,很大，甚至,会,会导致通信,失,失败 。

例如用 56Kbit/s的V.90Modem传输数,据,据，若有一,个,个强度较大,的,的脉,冲噪声，持,续,续时间为1ms，则其,将,将影响到56个比特的,判,判决结果CCITT,建,建议对不同,的,的传输速率,有,有不同的规,定,定，一般规,定,定，在限定,的时间内，,超,超过门限电,平,平的脉冲数,目,目不能超过,某,某个阈值,2.2.5,话音信道传,输,输数据信号,3. 数,字,字话音信道,传,传输数据,数字话音信,道,道是指PCM (脉冲,编,编码调制),电,信道，,每,每条信道的,速,速率,都是64Kbit/s,PCM通信,基,基本原理是: 在发送,端,端将用户话,音,音信号经过A/D转换,后,后在,信道中传输,，,，接收端再,经,经过D/A,转,转换后恢复,发,发端话音信,号,号,PCM30/32每帧,有,有32条时,分,分复用信道,，,，所以总速,率,率为：,32×64Kbit/s=2048Kbit/s（2Mbit/s,）,），称其为,基,基群速率或E-1信道,PCM24,是,是由24条,时,时分复用信,道,道组成，另,外,外每帧加1bit的同,步,步信息，,所以总速率,为,为8000,×,×(24×8+1)=1544Kbit/s,，,，称其为T-1信道。

使用数字话,音,音信道传输,数,数据信号时,首,首先经过数,据,据业务单元,进,进行电平,转换，一条,数,数字信,道,道可以传输,一,一路数据信,号,号，也可以,传,传输多路,低中速数据,信,信号，视速,率,率而定2.3,多,多路复用,本节内容提,要,要：,多路复用是,提,提高系统传,输,输有效性的,一,一项有效措,施,施多路路复用,指,指多路信号,共,共享同一条,信,信道的资源(频率、占,用,用时间等),传输信号，,多,多路信号在,某,某一个参量,加,加以区别，,以,以便接收，,本节将介绍,频,频分复用、,时,时分复用、,波,波分复用等,常,常用复用方,式,式,，以及,复用器的,基本概念,2.3.1,频,频分复,用,用（FDM,）,）,2.3.2 时,分,分复用（TDM）,2.3.3 码,分,分复用（WDM）,2.3.4 多,路,路复用器,与,与集中器,,,2.3.1,频分复用,（,（FDM,）,）,所谓频分,复,复用是指,将,将传输信,道,道在频率,域,域分割成,若,若干个字,信,信道，每,条,条,字信道传,输,输一路信,号,号的复用,方,方式，如,下,下图所示,：,：,,频分复用,的,的关键是,通,通过调制,将,将各路信,号,号的频谱,搬,搬移到信,道,道的不同,的,的,子信道上,，,，位置由,副,副载波频,率,率决定，,接,接收端再,经,经过解调,将,将其恢复,，,，,为减小信,号,号频谱搬,移,移过程中,对,对信号的,损,损伤，一,般,般采用线,性,性调制技,术,术,,,2.3.1,频分复用,（,（FDM,）,）,实例分析,若假设信道带宽是,B,，,n,路信号带宽分别为,f,i,，,保护间隔为,B,g,，则有 ：,,,2.3.2,时分复用,（,（TDM,）,）,时分复用,原,原理是将,信,信道占用,时,时间分成,若,若干个小,的,的时间片,，,，称之为,时,时,隙，每个,时,时隙就是,一,一条时分,复,复用信道,，,，可以传,输,输一个用,户,户的信号,。

时分复用,的,的理论基,础,础是奈奎,斯,斯特抽样,定,定理；,奈奎斯特,抽,抽样定理,：,：对于带,限,限低通信,号,号，若以,大,大于其最,高,高频率2,倍,倍的,速率对其,抽,抽样，就,可,可以通过,低,低通滤波,器,器从样值,信,信号(PAM信号)中恢,复出原,始,始信号,2.3.2,时分复,用,用（TDM）,基于PAM的TDM,,,2.3.2,时分复,用,用（TDM）,基于PCM的TDM,以上两,种,种TDM方式,都,都是同,步,步时分,复,复用，,而,而数据,通,通信的,一,一个重,要,要特点,是,是数据,的,的突发,性,性，若,采,采用同,步,步TDM会有,下,下述情,况,况出现,，,，某个,数,数据终,端,端无数,据,据发送,，,，但其,占,占用的,时,时隙其,它,它终端,却,却无法,使,使用，,同,同时其,它,它终端,可,可能有,大,大量数,据,据需要,发,发送却,只,只能使,用,用自己,的,的一个,时,时隙，,从,从而造,成,成信道,利,利用率,低,低，通,信,信的有,效,效性下,降,降2.3.2,时分复,用,用（TDM）,统计是,分,分复用,统计是,分,分多路,复,复用又,称,称为异,步,步时分,复,复用，,其,其基本,原,原理是,复,复用器,具,具有一,定,定容量,的,的缓存,，,，数据,终,终端的,数,数据首,先,先进入,缓,缓存，,复,复用器,再,再根据,先,先进先,出,出的原,则,则和优,先,先级高,低,低，动,态,态地给,各,各终端,分,分配时,隙,隙，如,下,下图所,示,示：,,,2.3.3,波分复,用,用（WDM）,波分复,用,用是指,在,在一根,光,光纤上,，,，同时,传,传送多,个,个波长,不,不同的,光,光载波,，,，,其基本,原,原理与,频,频分复,用,用相同,，,，区别,仅,仅在于FDM,使,使用的,是,是电载,波,波，,而 WDM使,用,用的是,光,光载波,。

利用波,分,分复用,技,技术可,以,以在不,增,增建光,缆,缆线路,或,或不改,建,建原有,光,光缆的,基,基础,上，使,光,光缆传,输,输容量,扩,扩大几,倍,倍甚至,几,几十倍,、,、上百,倍,倍 WDM,能,能够复,用,用的光,波,波数目,与,与相邻,两,两波长,之,之间的,间,间隔有,关,关，间,隔,隔越,小，复,用,用的波,长,长个数,就,就越多,相邻,两,两峰值,波,波长的,间,间隔为50~100nm,时，称,为,为WDM系统,而当,相,相邻两,峰,峰值波,长,长间隔,为,为1~10nm时称,之,之为,密集的,波,波分复,用,用(DWDM)系统,DWDM是目,前,前市场,最,最热的,产,产品之,一,一，40波长,的,的DWDM已,经,经进入,商,商,用随,着,着“IP overWDM”、,“,“IPoverDWDM”技,术,术的产,生,生，WDM与,DWDM更加,备,备受瞩,目,目WDM及DWDM在建,设,设中的,全,全光网,上,上必然,占,占,据重要,的,的地位,2.3.4,多路复,用,用器与,集,集中器,1.,多,多路,复,复用器,根据多,路,路复用,原,原理，,复,复用器,有,有频分,复,复用器,、,、时分,复,复用器,等,等。

前,者,者,主要用,于,于多路,载,载波通,信,信，这,里,里将主,要,要介绍,时,时分复,用,用器,R.101和R.111用,于,于复用,电,电报和,非,非同步,数,数据信,号,号，前,者,者最终,的,的复用,信,信,号速率,为,为2400bit/s，后,者,者的复,用,用速率,有,有2.4Kbit/s、4.8Kbit/s、9.6Kbit/s,和64Kbit/s,四,四种,X.50和X.51,用,用于将,同,同步数,据,据信号,复,复用成64Kbit/s，,两,两者区,别,别在于,采,采用,的数据,封,封装格,式,式不同,，,，前者,采,采用(6+2)比特,格,格式，,后,后者采,用,用(8+2),比,比特,格式，,通,通常将,按,按照此,格,格式封,装,装的比,特,特组称,为,为包封,，,，如下,图,图所示,：,：,其中F比特,用,用来实,现,现同步,，,，S比,特,特为状,态,态指示,比,比特2.3.4,多路复,用,用器与,集,集中器,2.,集,集中,器,器,复用系,统,统举例,集中器,可,可以进,一,一步改,善,善线路,利,利用率,，,，只有,当,当终端,有,有信息,要,要发送,且,且已,提出请,求,求时，,才,才把传,输,输线分,配,配给它,，,，一旦,把,把传输,线,线分配,给,给某终,端,端,后，便,让,让它传,输,输较长,的,的时间,。

前端处,理,理机负,责,责完成,通,通信功,能,能，使,主,主机能,够,够集中,资,资源进,行,行数据,处,处理2.4,数,数,据,据编码,本节内,容,容提要,：,：,各种国,际,际编码,标,标准，NO.5、NO.2,、,、EBCDIC等波形编,码,码、参,量,量编码,和,和混合,编,编码三,种,种语音,编,编码(A/D,转,转换),原,原理、,国,国,际标准,以,以及IP,的,的基本,原,原理哈夫曼,编,编码、LZW,编,编码以,及,及 游,程,程编码,的,的数据,压,压缩编,码,码原理,2.4.1,数,数据,编,编码标,准,准,2.4.2,语,语音,编,编码与IP电,话,话,2.4.3,数,数据,压,压缩编,码,码,,,2.4.1,数据编,码,码标准,1.国,际,际5号,码,码,,国际5,号,号码在,由,由美国,标,标准化,协,协会于1963年提,出,出的ASCII码，,被,被国际,标,标准化,组,组织ISO和,原,原国际,电,电报电,话,话咨询,委,委员会CCITT采,纳,纳后发,展,展而来,的,的，现,已,已成为,国,国际通,用,用的信,息,息交换,标,标准代,码,码国,际,际5号,码,码是7,单,单位码,，,，能够,表,表示128个,字,字符，,其,其编码,表,表见课,本,本表2-3。

2.国,际,际2号,码,码,国际2,号,号码是5单位,码,码，是,由,由博多,发,发明的,，,，所以,又,又称为,博,博多码,5单,位,位码能,表,表示32个字,符,符，但,是,是在博,多,多码中,定,定义了,一,一个转,义,义字符,“,“数字/字母,”,”，该,字,字符功,能,能类似,于,于计算,机,机键盘,上,上的“Shift”,键,键，使,得,得每个,编,编码可,以,以表示,两,两种字,符,符，这,样,样5单,位,位码就,能,能最多,表,表示64个字,符,符，国,际,际2号,码,码使用,了,了其中,的,的58,个,个，其,编,编码表,见,见课本,表,表2-52.4.1,数据编,码,码标准,3.EBCDIC,码,码,,EBCDIC,码,码是由IBM,公,公司开,发,发的一,种,种数据,编,编码方,案,案，全,称,称叫做,扩,扩展二,—,—十进,制,制交换,码,码，该,编,编码方,案,案主要,用,用于IBM大,型,型机及,其,其外围,设,设备中,EBCDIC码是8单位,码,码，所,以,以最多,可,可以表,示,示256个字,符,符，但,实,实际中,只,只定义,了,了143种，,剩,剩余113个,可,可以自,主,主定义,，,，其编,码,码表见,课,课本表2-6,。

4.,信息交,换,换用汉,字,字编码,汉字转,换,换成二,进,进制编,码,码需要,分,分两步,实,实现，,首,首先把,汉,汉字转,换,换成字,符,符编码,，,，称为,汉,汉字“,外,外码”,，,，然后,再,再将外,码,码转换,成,成二进,制,制代码,，,，称其,为,为汉字,“,“内码,”,”汉,字,字外码,用,用于数,据,据终端,与,与人之,间,间的交,互,互，而,内,内码是,最,最终进,入,入机器,内,内部用,来,来存储,、,、处理,的,的二进,制,制代码,2.4.2,语音编,码,码与IP,1.,数字电,话,话通信,一,一般模,型,型,,IP电,话,话，利,用,用Internet,资,资源提,供,供实时,的,的语音,传,传输服,务,务，与,传,传统的,电,,通信相,比,比，虽,然,然通话,质,质量稍,有,有降低,，,，但其,具,具有资,费,费更低,廉,廉、和,数,数据,业务,的,的兼,容,容性,更,更强,等,等优,点,点，,所,所以,近,近年,来,来得,到,到了,广,广泛,应,应用,语音,编,编码,就,就是,指,指模,拟,拟话,音,音信,号,号模,数,数转,换,换过,程,程，,其,其主,要,要有,波,波形,编,编码,、,、,参量,编,编码,和,和混,合,合编,码,码三,种,种方,式,式，,并,并且,通,通常,把,把速,率,率小,于,于64Kbit/s的,编,编码,方式,成,成为,语,语音,压,压缩,编,编码,。

2.4.2,语音,编,编码,与,与IP电,话,话,2.,波,波形,编,编码,,波形,编,编码,的,的理,论,论基,础,础是,奈,奈奎,斯,斯特,低,低通,信,信号,抽,抽样,定,定理,，,，对,于,于带,限,限低,通,通,信号,使,使用2倍,于,于信,号,号最,高,高频,率,率的,频,频率,抽,抽样,，,，则,可,可以,由,由样,值,值信,号,号通,过,过低,通滤,波,波器,重,重建,原,原始,信,信号,，,，话,音,音信,号,号常,用,用8000Hz的,抽,抽样,频,频率,波形,编,编码,的,的基,本,本原,理,理是,将,将话,音,音信,号,号经,抽,抽样,、,、量,化,化、,编,编码,后,后传,输,输，,接,接,收端,将,将接,收,收到,的,的信,号,号译,码,码后,经,经低,通,通滤,波,波器,即,即可,恢,恢复,原,原始,话,话音,信,信号,，,，,因为,这,这种,方,方式,是,是以,重,重建,信,信号,波,波形,为,为目,的,的，,故,故称,之,之为,波,波形,编,编码,波形,编,编码,通,通常,的,的编,码,码技,术,术有,脉,脉冲,编,编码,调,调制(PCM),,增,增量,调,调制(ΔM),差,分脉,冲,冲编,码,码调,制,制(DPCM),和,和自,适,适应,差,差分,脉,脉冲,编,编码,调,调制(ADPCM)等,。

2.4.2,语音,编,编码,与,与IP电,话,话,PCM原,理,理,,,2.4.2,语音,编,编码,与,与IP电,话,话,,PCM每,条,条话,路,路的,速,速率,为,为64Kbit/s，,可,可以,保,保证,良,良好,的,的通,信,信质,量,量，,但,但却,占,占,用了,过,过多,的,的传,输,输带,宽,宽，,因,因此,人,人们,又,又找,到,到其,它,它的,低,低速,率,率波,形,形编,码,码方,式,式,,ADPCM是,其,其中,一,一种,ADPCM本,质,质是,消,消除,样,样值,之,之间,的,的相,关,关性,来,来压,缩,缩编,码,码速,率,率，,其,其基,本,本思,想是,对,对相,邻,邻样,值,值的,差,差值,进,进行,量,量化,编,编码,，,，这,样,样接,收,收端,在,在前,一,一信,号,号的,基,基,础上,就,就可,恢,恢复,后,后一,样,样值,，,，而,其,其中,的,的自,适,适应,体,体现,在,在自,适,适应,预,预测,和,和量,化,化,间隔,的,的自,适,适应,调,调节,两,两方,面,面ADPCM速,率,率可,以,以降,到,到32Kbit/s，,并,并且,具,具有,与,与64Kbit/s的PCM系,统,统相,当,当,的质,量,量，,也,也可,以,以降,到,到16Kbit/s，,但,但此,时,时通,信,信质,量,量较,差,差,,,2.4.2,语音,编,编码,与,与IP电,话,话,参量,编,编码,技,技术,是,是以,语,语音,信,信号,产,产生,的,的数,学,学模,型,型为,基,基础,，,，从,输,输入,语,语音,信,信,号分,析,析出,模,模型,参,参数,（,（主,要,要是,指,指表,征,征声,门,门振,动,动的,激,激励,参,参数,和,和表,征,征声,道,道,特性,的,的声,道,道参,数,数）,，,，然,后,后在,解,解码,端,端根,据,据这,些,些模,型,型参,数,数来,恢,恢复,语,语音,。

声码,器,器模,型,型,3.,参,参量,编,编码,,,2.4.2,语音,编,编码,与,与IP电,话,话,混合,编,编码,是,是在,保,保留,参,参数,模,模型,技,技术,精,精华,的,的基,础,础上,，,，应,用,用波,形,形编,码,码准,则,则,优化,激,激励,信,信号,在,在4.8~9.6Knit/s,的,的数,码,码率,上,上获,得,得较,高,高质,量,量的,合,合成,语,语音,4.,混,混合,编,编码,5.,MOS分,与,与语,音,音质,量,量的,关,关系,,,2.4.2,语音,编,编码,与,与IP电,话,话,6.,语音,编,编码,标,标准,,,2.4.2,语音,编,编码,与,与IP电,话,话,IP,电,,是,是在,互,互联,网,网上,提,提供,电,,服,服务,，,，其,原,原理,是,是把,语,语音,、,、压,缩,缩编,码,码、,打包,分,分组,、,、分,配,配路,由,由、,存,存储,交,交换,、,、解,包,包解,压,压等,各,各种,交,交换,处,处理,，,，在,数,数,据通,信,信网,或,或互,联,联网,上,上实,现,现语,音,音通,信,信，,其,其系,统,统结,构,构如,下,下图,所,所示,：,：,7.IP,电,,原,原理,从技,术,术的,角,角度,看,看IP电,话,话中,语,语音,处,处理,主,主要,需,需要,解,解决,以,以下,两,两个,问,问题,：,：,在保,证,证话,音,音质,量,量的,前,前提,下,下尽,可,可能,降,降低,语,语音,编,编码,速,速率,在数,据,据通,信,信的,网,网络,环,环境,下,下保,证,证通,话,话质,量,量,,,2.4.3,数据压缩,编,编码,Huffman编,码,码基本思,想,想是：出,现,现概率大,的,的字符编,长,长度较短,的,的码，反,之出现概,率,率小的字,符,符对应的,编,编码长度,较,较大。

其,编,编码冗余,最,最小，理,论,论,上能够达,到,到8：1,的,的压缩比,1.哈夫,曼,曼编码,其编码过,程,程实际上,是,是在依概,率,率从树叶,到,到树根构,造,造二叉树,，,，具体如,下,下：,为每个字,符,符指定1,个,个只包含1个节点,二,二叉树，,把,把字符出,现,现的概率,作,作,为对应树,的,的权值,；,；,寻找权值,最,最小的两,棵,棵树(若,多,多于两棵,则,则随机选,取,取)，将,其,其作为子,树,树，,合并成一,棵,棵带有新,的,的根节点,树,树，新树,的,的权值为,前,前两者之,和,和；,重复上述,两,两步直至,只,只剩一棵,树,树2.4.3,数据压缩,编,编码,举例分析,,,2.4.3,数据压缩,编,编码,2. LZW,编码,：基于码,本,本的数据,压,压缩编码,方,方式,(1),在,在滑动窗,口,口中找出,未,未编码的,数,数据的最,长,长匹配字,符,符串,如,果,果找到,,则,则进,行步骤(2),否则,进,进行步,骤,骤(3)；,(2),输,输出,三,三元符,号,号组（,off,,,len,,,C,）,调,解,解窗口,长,长度,,继,继续步,骤,骤(1),,(3),输,输出,三,三元符,号,号组（0,0,,C,）,调,解,解窗口,长,长度,,继,继续步,骤,骤(1),LZ算,法,法的滑,动,动窗口,编,编码模,型,型,,,2.4.3,数据压,缩,缩编码,实例分,析,析：假,设,设窗口,的,的大小,为,为10,个,个字符,已经,编,编码过,的,的10,个,个字符,是,是：,abcdbbccaa，即将,编,编码的,字,字符为,：,：abaeaaabaee，其编,码,码过程,如,如下示,：,：,,,2.4.3,数据压,缩,缩编码,LZW,算,算法是,通,通过对LZ算,法,法修正,得,得到的,，,，二者,的,的区别,在,在于LZW中,的,的,字符串,字,字典的,大,大小是,在,在不断,增,增大的,，,，我们,把,把这个,字,字典称,为,为串表,或,或编,码转换,表,表。

放入串,表,表中的,每,每一个,字,字符串,是,是串表,的,的一个,表,表项，,且,且都有,一,一个数,字,字代,码指明,其,其位置,，,，最初,将,将整个,字,字符集,作,作为串,表,表的256个,单,单独的,表,表项，,每,每,个表项,有,有8比,特,特编码,指,指明其,位,位置编码过,程,程中串,表,表是不,断,断增大,的,的，随,着,着表项,的,的增多,，,，编码,位,位数也,要,要相,应地增,大,大，当,表,表项超,过,过4096条,时,时，就,放,放弃这,个,个串表,，,，重新,初,初始化,串,串,表，并,在,在这个,新,新的串,表,表上继,续,续编码,串表没,有,有必要,保,保存并,发,发送给,接,接收端,，,，因为,解,解码时,接,接收端,可,可以再,生,生这,个串表,2.4.3,数据压,缩,缩编码,LZW,算,算法可,以,以按照,以,以下两,个,个步骤,进,进行：,(1),如,如果,输,输入字,符,符在串,表,表中，,则,则取下,一,一个字,符,符,(2),如,如果,输,输入字,符,符不在,串,串表中,，,，则输,出,出最后,一,一个已,知,知的字,符,符串(,对,对应的,表项),的,的代码,，,，并将,新,新字符,串,串加入,串,串表中,若把前,一,一次读,入,入的字,符,符串称,为,为前缀,，,，则上,述,述算法,中,中的新,字,字符串,为,为,新字符,串,串=前缀+当前输,入,入,实例分,析,析：,假设输,入,入字符,串,串为ababc，在LZW算,法,法中总,假,假定第,一,一个字,符,符的前,缀,缀,为空字,符,符串，,用,用“NULL,”,”表示,，,，其编,码,码过程,如,如下图,所,所示：,,,2.4.3,数据压,缩,缩编码,,,2.4.3,数据压,缩,缩编码,游程：,数,数据流,流,流中连,续,续出现,同,同一字,符,符的字,符,符串；,游程编,码,码：针,对,对游程,长,长度进,行,行压缩,编,编码的,方,方法,。

游程编,码,码就是,把,把每个,游,游程用,一,一个符,号,号再加,上,上游程,长,长度来,取,取代，,其,其实现,很,很容易,，,，而且,对,对于具,有,有长重,复,复值的,串,串的压,缩,缩编码,很,很有效,例如,对,对于图,像,像信号,，,，很多,位,位图文,件,件格式,都,都用行,程,程长度,编,编码，,如,如TIFF，PCX,等,等2.,游,游程,编码,,,2.5,同,同,步,步,本,节,节,内,内,容,容,提,提,要,要,：,：,所,谓,谓,同,同,步,步,，,，,就,就,是,是,指,指,收,收,发,发,双,双,方,方,在,在,时,时,间,间,上,上,步,步,调,调,一,一,致,致,按,照,照,同,同,步,步,的,的,功,功,能,能,可,可,以,以,分,分,为,为,：,：载,波,波,同,同,步,步,、,、,位,位,同,同,步,步,、,、,群,群,同,同,步,步,和,和,网,网,同,同,步,步,按,照,照,获,获,取,取,同,同,步,步,信,信,息,息,的,的,不,不,同,同,可,可,以,以,分,分,为,为,：,：外,同,同,步,步,和,和,自,自,同,同,步,步2.5.1,概,概,述,述,2.5.2,载,载,波,波,同,同,步,步,2.5.3,位,位,同,同,步,步,2.5.4,群,群,同,同,步,步,2.5.5,网,网,同,同,步,步,,,2.5.1,概,述,述,1.,载,载,波,波,同,同,步,步,在,接,接,收,收,端,端,采,采,用,用,相,相,干,干,解,解,调,调,时,时,，,，,收,收,端,端,需,需,要,要,提,提,供,供,一,一,个,个,与,与,接,接,收,收,信,信,号,号,的,的,调,调,制,制,载,载,波,波,同,同,步,步,的,的,本,本,地,地,参,参,考,考,载,载,波,波,，,，,该,该,载,载,波,波,的,的,获,获,取,取,称,称,之,之,为,为,载,载,波,波,提,提,取,取,或,或,载,载,波,波,同,同,步,步,。

2.,位,位,同,同,步,步,在,数,数,据,据,通,通,信,信,中,中,任,任,何,何,消,消,息,息,都,都,是,是,通,通,过,过,一,一,串,串,码,码,元,元,序,序,列,列,传,传,输,输,的,的,，,，,所,所,以,以,接,接,收,收,时,时,需,需,要,要,知,知,道,道,每,每,个,个,码,码,元,元,的,的,起,起,止,止,时,时,刻,刻,，,，,这,这,就,就,要,要,求,求,接,接,收,收,端,端,必,必,须,须,提,提,供,供,一,一,个,个,位,位,定,定,时,时,脉,脉,冲,冲,序,序,列,列,，,，,要,要,求,求,该,该,序,序,列,列,的,的,重,重,复,复,频,频,率,率,与,与,码,码,元,元,速,速,率,率,相,相,同,同,，,，,相,相,位,位,与,与,最,最,佳,佳,取,取,样,样,判,判,决,决,时,时,刻,刻,一,一,致,致,，,，,将,将,提,提,取,取,这,这,种,种,定,定,时,时,脉,脉,冲,冲,序,序,列,列,的,的,过,过,程,程,称,称,为,为,位,位,同,同,步,步,3.,群,群,同,同,步,步,在数据通信,中,中，所传输,的,的数据信息,按,按照字符或,一,一定的数据,格,格式(帧)传输，接收,端,端必须正确,地,地区分出字,符,符与帧，即,群,群同步，包,括,括字同步、,句,句同步、帧,同,同步等,,,2.5.1,概述,4.网同步,在数字通信,网,网或数据通,信,信网中，多,个,个用户之间,进,进行数据传,输,输与交换时,，,，为保证网,内,内各用户之,间,间可靠地通,信,信和数据交,换,换，全网必,须,须有一个统,一,一的式中标,准,准，即网同,步,步问题。

5.外同步,由发送端发,送,送专门的同,步,步信息（常,称,称为导频）,，,，接收端将,导,导频信号提,取,取出来作为,同,同步信号的,方,方法6.内同步,发送端不专,门,门发送同步,信,信息，接收,端,端设法从收,到,到的信号中,直,直接提取同,步,步信息的方,法,法2.5.2,载波同步,1.自同步,法,法,适用于PSK等抑制载,波,波调制的通,信,信系统，虽,然,然已调信号,本,本身不含载,波,波,分量，但经,过,过某种非线,性,性变换后将,具,具有载波的,谐,谐波成分常用的方法,有,有平方变换,法,法、平方环,法,法、科斯塔,斯,斯环法等平,平方变换法,原理框图如,下,下所示,,,2.5.2,载波同步,2.外同步,法,法,频域插入导,频,频法,导频应该与,载,载频有关或,者,者就是在波,频,频率，通常,是,是在已调信,号,号频谱的零,点处插入导,频,频 ，且要,求,求载频附近,信,信号分量尽,量,量小 对于数字调,制,制信号载频,处,处信号频谱,成,成分可能较,大,大，此时必,须,须先对基带,信号进行相,关,关编码，使,基,基带信号的,频,频谱结构发,生,生变化，以,保,保证调制后,载频处信号,频,频谱份量很,小,小或者是零,。

一般的导频,信,信号为“正,交,交载波”，,如,如下图所示,：,：,,基带信号频谱变换,,调制并插入导频,,,2.5.2,载波同步,“正交载波,”,”形式的插,入,入导频信号,系,系统模型如,下,下图所示：,发送端,接收端,,,2.5.2,载波同步,时域插入导,频,频法,时域插入导,频,频法常用在,时,时分多址或,通,通信系统中,，,，其原理是,在,在特定的时,间片上传送,导,导频信号，,如,如下图所示:,时域插入导,频,频,原理示意图,：,：,收端锁,相环接收模,型,型,,,2.5.3,位同步,1.外同步,法,法,外同步法与,载,载波同步的,插,插入导频法,类,类似，也是,在,在基带信号,频,频谱的零点,处插入所需,的,的位定时导,频,频信号位同步导频,信,信号在时间,轴,轴上的零点,要,要恰好与数,据,据信号的抽,样,样时刻重,合，以避免,对,对数据的传,输,输产生影响,，,，如下图所,示,示：,,,2.5.3,位同步,虽然导频经,过,过严格的设,计,计，但如果,信,信道特性不,理,理想，波形,出,出现失真，,导频还是会,干,干扰数据的,判,判决，因此,实,实际应用中,在,在接收端需,要,要经过反相,法消除，其,原,原理如下图,所,所示：,发送端,接收端,,,2.5.3,位同步,2.自同步,法,法,波形变换—,滤,滤波法,数字锁相环,法,法,,,2.5.4,群同步,群同步根据,数,数据的传输,方,方式与数据,封,封装格式,不,不同有，字,同,同步、句同,步、帧。