通信原理期末考试复习要点总结.pdf

《 通信原理》期末考试知识点总结第 1章 绪 论了解：通信的概念与发展；熟悉：通信系统的分类；通信方式掌握：通信系统的基本问题与主要性能指标；模拟通信与数字通信；信息量、平均信息量、信息速率1.1 - 1 .3基本概念1、信号：消息的电的表示形式在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体2、消息：信息的物理表现形式如语言、文字、 数据或图像等3、信息：消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容4、数字信号是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号5、模拟信号是指信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的6、 数字通信是用数字信号作为载体来传输消息， 或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号7、模拟通信是指利用正弦波的幅度、频率或相位的变化，或者利用脉冲的幅度、宽度或位置变化来模拟原始信号，以达到通信的目的8、数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式9、通信系统的一般模型通信系统的一般模型1 0 、按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。

1 1 、模拟通信系统是传输模拟信号的通信系统模拟信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的频带信号，并可在接收端进行反变换完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器1 2 、 数字通信系统是传输数字信号的通信系统 数字通信涉及的技术问题很多， 其中主要有信源编码/ 译码、信道编码/ 译码、数字调制/ 解调、数字复接、 同步以及加密等1 3 、数字信道模型信息源信源编码器信道编码器数字调制器数字解调器信道译码器信源译码器受信者道信噪声源数字通信系统模型1 4 、通信系统的分类1、按通信业务分类分为话务通信和非话务通信2 、根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（ 调制）传输3 、 按照信道中所传输的是模拟信号还是数字相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统4 、按传输媒质分类，可分为有线通信系统和无线通信系统两大类有线通信是用导线（ 如架空明线、同轴电缆、 光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如市内、有线电视、海底电缆通信等无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。

1 5 、常见传输多路信号有两种复用方式，即频分复用、时分复用频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间1.4信息及其度量1 、信号是消息的载体，而信息是消息的内涵任何信源产生的输出都是随机的，信息含量就是对消息中这种不确定性的度量，是用统计方法来定性的消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大2 、信息量的计算信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系应为：1I = log,------ = - log P(x)a P(x) ，信息量的单位与对数底数a 有关a= 2 时，信息量的单位为比特(bit)；a= e时，信息量的单位为奈特(nat)；a= 1 0 时， 信息量的单位为哈特莱(Hartley)目前广泛使用的单位为比特3 、信源的嫡：每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量H 为：H(x) =PCxJICx )+P(x2)I(x )+... +P(xn)I(x )= P( 工 1)[ - 睡2 P( 工I)]+P(、2 )[-log2 P (x /+ ・ ・ . +P(xu)[Tog2 P(X )]=-^P (xi)\og2 P(\)(bit / 例 )i=l1・1、单个离散信号的信息量1 = 1。

4.—=一1空』00・2、 消息序列x1,x2,…，xn所包含的信息量为:n n1= Z nJ. = - X n. log P(x.)• . I 1 ♦ . I z II = [ I = ]・3、算术平均信息量J %号 数♦ 4、统计平均信息量（ 信源的嫡）nH（ x） = — ZP G Jlo与PGiMbit / 符 号）i= l例题： （ 重点）设二进制离散信源，发送1 的概率是3 /4 ,发送0的概率是1 /4 ,发送1 或者0 是相互独立的；1 、信源每个输出符号的信息量为多少？2 、若信源发出符号序列：1 1 0 0 0 1 ,则此消息序列的信息量是多少？3 、第 2 步骤中的符号序列的每个符号的平均信息量是多少？4 、求信息源的嫡？例题：书本第1 1 页， 【 例 1 -2 】 （ 重点）1.5通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标是系统的有效性和可靠性有效性是指在给定时间内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“ 速度”问题；有效性指标：用单位时间传送的信息量来衡量，传送信息量越大，有效性越好；可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“ 质量”问题。

可靠性指标：用接收端最终输出信噪比来度量，信噪比越大，可靠性越好第 2 章确知信号掌握确知信号的基本概念；了解确知信号的频域性质和时域性质2、1 基本概念1、系统：一般来讲， 系统是一个由若干互有关联的单元组成的并具有某种功能以用来达到某些特定目的的有机整体，其意义十分广泛分类如下：连续时间系统与离散时间系统即时系统和动态系统（ 按照系统内是否含有记忆元件）无源系统和有源系统（ 按系统内是否含源）集中参数系统和分布参数系统（ 按系统的参数是集中的或分布的）线性系统和非线性系统（ 按其特性分）时不变系统与时变系统（ 按其参数是否随t而变）2、信号的基本概念信号是消息的一种物理体现，消息则是信号的具体内容各种传输信号的方法：烽火、鼓声、旗语、电信号信号按物理属性分：电信号和非电信号描述信号的常用方法（ 1）函数表达式f（ t） , （ 2）波形3、信号的分类：「 连续时间信号（ 时间变量t连续或称模拟信号）信号‘ 确定性信号j r 抽样信号——〔 离散时间信号 ＜、 随机信号 〔 数字信号——时间离散幅值连续时间离散幅值离散4、确知信号：可以用确定时间函数表示的信号，称为确定信号或规则信号。

如正弦信号5、随机信号：不能用确定时间函数表示的信号，且在任意时刻的取值都具有不确定性，只可能知道它的统计特性， 如在某时刻取某一数值的概率， 这类信号称为随机信号或不确定信号5、确知信号的类型按照周期性区分：♦ 周期信号：s « ) = s ( ，+4)， -0 0 < / < + o c7 0为信号的周期，TQ>0♦ 非周期信号按照能量区分：♦ 能量信号：能量有限，0 < 5 =「『⑺力< 8♦ 功率信号： 一 ”• 归 一 化 功 率 ： 尸 = 「2/火 = / * =r2=/2•平 均功率尸为有限正值：1 1 7 / 2 、P = 1 1 1 1 1 一 I S . ( t)dtT t s T J - T / 2注意：1、对于能量信号，能量等于一个有限正值，但平均功率为零；2、对于功率信号，平均功率等于一个有限值，但能量为无穷大；3、能量信号和功率信号的分类对于非确知信号也使用2 . 2确 知 信 号 的 频 域 性 质2.2.1 功率信号的频谱 2.2.2能量信号的频谱密度2.2.1 功率信号的频谱A周期性功率信号频谱( 函数) 的定义- = ( % ))=(2.2-1)式中，f0 = 1 /T0, " 为整数，" o o < n < + o o0注：周期函数的傅立叶级数6s«)= Z *77=—CO(2.2-2)2 .2 .2 能量信号的频谱密度» 频谱密度的定义：( 即能量信号公士) 的傅里叶变换)■ SS (/) = s(t)e-J^ d tJ — 00♦ 6 ( /的逆傅里叶变换为原信号：■) =「S ⑺J — S3、二者的区别:s ( 7 )和第的主要区别:( 力是连续谱，% 是离散谱;♦ s( 力的单位是V /H z ,而g的单位是V。

〃实能量信号：负频谱和正频谱的模偶对称，相位奇对称，即复数共粗，因「s( t)e-j2^dtJ —00=r「J - o os( f) = [5 ( - 7 ) ]* ( 2 . 2 - 2 3 )4、单位冲激函数( 6函数) ( 重点：课本第2 3页， 【 例2-5】)单 位 冲 激 函 数( 3函数)3函数的定义：r「5 «)加 =1、J - 0 0、 S Q ) = 0 ，w 0A 3函数的频谱密度：/(/)= 「b ( t ) e - n巾d t = 1 •「8 ( t ) d t = 1J— o O J -ooA B函数的物理意义：一个高度为无穷大、宽度为无穷小、面积为1的脉冲2 . 3确知信号的时域性质1、能量信号的自相关函数> 2 .3 .1能量信号的自相关函数定义：— J s(j^)s(t+T)dt - oo < T v oo (2.3-1)2、自相关函数的性质：能量信号的自相关函数的性质» 1 、自相关函数斤( 力和时间t 无关，只和时间差z■ 有关 R(.Q) = \ y(t)dt = E (2.3-2)A 2、当”0时，"(0)等3 信号的能量：7?(r) = 7?(-r) (2.3 - 3)A3、翅力是T的偶函数R(「 ) = J |S ( /) f〃2 " w (2.3-96)》4、自相关函数狄力. 其能量谱密度|S(/)|2是一对傅里叶变换：|s(f)|2= £ R(r)e-J2^dr3、功率信号的自相关函数和性质2 .3 .2功率信号的自相关函数A定义:R(r) = limT —>oc1 rr/2-\_Ti2S(t)s(t+r)dt-oo< r< oo (2.3-10)2 .3 .2功率信号的自相关函数的性质A 1、当7 = 0时，自相关函数A(0)等于信号的平均功率：7?(0) = limT f oo(2.3-11)A 2、功率信号的自相关函数也是偶函数。

A3、对于周期性功率信号，自相关函数定义：1甘4n7 ? ( r) = — j + - co < r < ℃ (2.3-12)A 4、A( 好和功率谱密度之间是傅里叶变换关系:式/育 叫 同(23-1甸J -Q D? (7 )=「R{r}e-j27IfzdT (2.3 -143)J -X4、能量信号的互相关函数和性质2 .3 .3能量信号的互相关函数»定义： x& ⑺ 二 匚 虱 才 应 代 加 ，-w 3、互相关函数42 (力和互能量谱密度百2 (分是一对傅里叶变换 « ) =「S " ) iW 2 . 3 - 2 4J—00，2 （ /） =「82 ⑺ 产 户 小 ■ 2 . 3 - 2 5J-0 05、功率信号的互相关函数和性质2 .3 .4功率信号的互相关函数A定义:% ( 7 ) = Ji m":虱 力改丁一>8 / J — T / 2- o o < r < 0 0 2 . 3 - 2 6功率信号的互相关函数的性质》1、4 2 （力和时间「无关，只和时间差工有关。

》2、4 2 （力和两个信号相乘的前后次序有关：% （ 力 =&2 （ — —复 习 题 （ 重点）> 1、画出单位阶跃信号和单位冲激函数的曲线图> 2、写出抽样函数的形式，画出其基本图形> 3、什么叫做确知信号？> 4、按能量是否有限，信号分为哪些类？> 5、能量信号的特点？> 6、功率信号的特点？> 7、简单描述一下单位冲击函数的特点> P 3 4 习题 2 - 2 ； 2 - 5 ；第3章随机信号分析掌握内容：平稳随机过程的数字特征与概率密度函数；平稳随机过程的相关函数与功率谱密度；高斯信号通过线性系统平稳随机过程；平稳随机过程的各态历经性;1、 什么是随机过程？随机过程是一类随时间作随机变化的过程，它不能用确切的时间函数描述可从两种不同角度看：角度1 : 对应不同随机试验结果的时间过程的集合角度2 ：随机过程是随机变量概念的延伸在任一给定时刻ti上，每一个样本函数g （ 都是一个确定的数值g（ 〃） ，但是每个步（ 〃） 都是不可预知的在一个固定时刻〃上，不同样本的取值体（ 〃） , i = 1 ,2 ,…， 时是一个随机变量, 记为由〃） 。

因此，我们又可以把随机过程看作是在时间进程中处于不同时刻的随机变量的集合2、随机过程的分布函数：A 3.1.1随机过程的分布函数/ 设 表示一个随机过程，则它在任意时刻“ 的值受切是一个随机变量，贝 生, 随机过程盘 的一维分布函数：，若上式中的偏导存在的话，随机过程夕 的一维概率密度函数：工（ "）=* 『 ）o xx3、随机过程的数字特征>3.1.2随机过程的数字特征/ 均值( 数学期望) ：在任意给定时刻G的取值夕外是一个随机变量，其均值 「 1严E[JG)] 二 ]修工(5儿) 小iJ - X式中f (X,幻 -4 ( 3的概率密度函数/ 由于4是任取的，所以可以把直接写为1 , % 改为x,这样上式就变为上( ♦= £ xf\(x,t)dx》方差 方差常记为2 ( 1 )—双 修 ⑺ - 仪0 2 }所以， 方差等于均方值与均值平方之差， 它表示随机过程在时刻t对于均值a ( Z) 的偏离程度»相关函数火 &4 ) = £1的)& 2 ) ]「J - XJ - Xxx x2f2(xl ,x2;tx,t2 )dx\dx)式中， 夕外和登引分别是在4和今 时刻观测得到的随机变量。

可以看出，门怯， 齿是两个变量乙和L的确定函数A协方差函数BQ" ）— 偌 ⑷ -叫 ） ］ ［ 弛 ） - （ 幻 ］ ｝/•X 广 8二 LJ」 ，— &） ］ 口2 - 亿） ］ 人（ 占 /2 % / 2）应 小2式中a （ ^ ） a （t2）-在、 和3时 刻 得 到 的 的 均值f2 （ x1 , x2; %, t2） - 4 （ 的二维概率密度函数>相关函数和协方差函数之间的关系%, ％ ） 二 即" 2）-* ） （ 才2）A 若& （ 匕1）= a （ ^ ）,则垃 =R （ tlt 垃A互相关函数A切 1，, 2 ） =E W1）［ « 2 ） ］式中式8和" （ 8分别表示两个随机过程因此，R （ &马 ） 又称为自相关函数3 . 2平稳随机过程1、平稳随机过程及其性质> 3 . 2 . 1平稳随机过程的定义定义：若一个随机过程? 的任意有限维分布函数与时间起点无关，也就是说，对于任意的正整数,和所有实数4有二 人（ 修， /八 ， / ; /1 + A , r2+ A5A , / „ + A ）则称该随机过程是在严格意义下的平稳随机过程，简称严平稳随机过程。

A严平稳随机过程的性质：该定义表明，平稳随机过程的统计特性不随时间的推移而改变，即它的一维分布函数与时间z无关：工（ 芯, 乙）= 工 （ 七）而二维分布函数只与时间间隔T = t j - L有关:f l ( % 1 , % 2 ； ’ 1 . ’ 2 ) = f l ( " 1 ，、2 ； )2 、严平稳随即过程的数字特征＞严平稳随机过程的数字特征：耳却） ］ 二匚项工（ 再） 四 二a—= 电6 ）骷 + 为= Lx ［ 广1 ” 2人（ 西户2 ； 7 ）以 1 烝2 - R （ r）可见，（1）其均值与比关，为常数a；（2）自相关函数只与时间间隔清关结论：把 同 时 满 足 （ 1 ）和 （ 2 ）的过程定义为广义平稳随机过程显然，严平稳随机过程必定是广义平稳的，反之不一定成立在通信系统中所遇到的信号及噪声，大多数可视为平稳的随机过程因此，研究平稳随机过程有着很大的实际意义3 、各态历经性问题的提出：能否从一次试验而得到的一个样本函数X⑴来决定平稳过程的数字特征呢？回答是肯定的 平稳过程在满足一定的条件下具有一个有趣而又非常有用的特性， 称为“ 各态历经性”（ 又称“ 遍 历 性 。

具有各态历经性的过程，其 数 字 特 征 （ 均为统计平均）完全可由随机过程中的任一实现的时间平均值来代替4 、各态；历经性的条件A各态历经性条件设：X&)是平3过程? 的任意一次实现( 样本) ，则其时间均值和时间相关函数分别定义为：- ........... 1 ”/2a = x( t) = l im — I x( t)dtTT 丁 J -T 2--------- ------------------------ 1 rr/2H ( r) = x( t)x( t + r) = J im — I x( t)x( t + r)dtT — ► o o 丁 J -T '2如果平稳过程使下式成立f -I R⑺ =函则称该平稳过程具有各态历经性 各态历经” 的含义：随机过程中的任一次实现都经历了随机过程的所有可能状态具有各态历经的随机过程一定是平稳过程，反之不一定成立在通信系统中所遇到的随机信号和噪声，一般均能满足各态历经条件5、 ( 重点，书本：第41页)f例3・11> [ 例3 - 1 ]设一个随机相位的正弦波为J ( t) = A cos(0 J + 0)其中，A和@ 均为常数；， 是在( 0 , 2八) 内均匀分布的随机变量。

试讨论耳 是否具有各态历经性 解】( 1 )先求耳 的统计平均值：数学期望a « ) = E q« ) ] = J o A cos( a>ct + 0)— d0A 1 2万= — Jo ( co swco sd- sin叫sin e ) d6= - [ co s A z ] co s O dO - sin sin O d< 9 ]二0【 解】自相关函数即“) = £ [ 的) &2 ) ]=E[A C O S(A A + 8 ) • . 4 co s( 6 9cr2 +) ]A2=—— E { co s- « 2 Tj + co sQ c缶 +G + 2即 }A2 A2 ( » 2 < 1=— co s< yc( r2- ? ! ) + — I co s[ 4 & + G ) + 2网「dd2 2 加 2uA2 / 、八=­C O S 6 ?C(?2 - A )+ 0【 解】令芍 -4= 得到/2即1/2)二号 cos Q " R(7)可见， 耳 的数学期望为常数，而自相关函数与r无关，只与时间间隔二有关，所以耳 是广义平稳过程 解】( 2 )求弟) 的时间平均值一 co s( < y j + 6)dt - 0r 1a = l im —T - 8 T7?(r) = lim —T -x » 工A co s® / + 0)-A cos[c?c (r + r) + O]dt= limT— >8cos a >cTdt+cos(2 coct +(OCT + 26)4}A2二——COS CDT2 ,【 解 】结论：比较统计平均与时间平均，有a = a,R(r) = R (r)因此，随机相位余弦波是各态历经的。

6、平稳过程的自相关函数及其性质> 3 .2 .3 平稳过程的自相关函数/定义：设 ? 为实平稳随机过程，则它的自相关函数为：火⑺= £ 匕⑴/t + 初,自相关函数可以用来描述平稳随机过程的数字特征，还可以与平稳随机过程的频谱特性产生联系平稳过程自相关函数的性质♦ 1、灭 （ O ） = Ef⑺] 一夕 的平均功率♦ 2、R⑺=R（Y） 一丁的偶函数♦ 3、口（ 7）区氏（ 0） — / ? ⑺的上界即自相关函数4 力在I = 有最大值♦ 4、尺 （ 00）= 石2 /⑺]= a2 一 即 ） 的直流功率♦ 5、 区（ 0） - 区（ 8）二2 表示平稳过程? 的交流功率当均值为0时，有 8（ 0） = 〃 o3.3高斯随机过程（ 正态随机过程）定义：如果随机过程父 的 任 意 〃 维 分 布 均 服 从 正 态 分 布 ，则称它为正态过程或高斯过程高斯随机过程的重要性质1、高斯过程的〃维分布只依赖各个随机变量的均值、方差和归一化协方差2、广义平稳的高斯过程也是严平稳的3、因为，若高斯过程是广义平稳的，即其均值与时间无关，协方差函数只与时间间隔有关,而与时间起点无关，则它的〃维分布也与时间起点无关，故它也是严平稳的。

所以，高斯过程若是广义平稳的，则也严平稳4、高斯过程经过线性变换后生成的过程仍是高斯过程也可以说，若线性系统的输入为高斯过程，则系统输出也是高斯过程＞ 3.3.3高斯随机变量/ 定义：高斯过程在任一时刻上的取值是一个正态分布的随机变量，也称高斯随机变量，其一维概率密度函数为/ ⑴ =-7^=-exp5/2 兀 C T(x-a)2'I 2〃 J＞ 高斯随机变量的性质，九 f(x)对称于直线x= a , 即f(a + x) = f( a - x )’ 2、「f(x)dx = 1[f(x)dx = f f(x)dx =J -8 Ja12＞ 高斯随机变量的性质，3、a表示分布中心，称为标准偏差，表示集中程度，图形将随着的减小而变高和变窄当a = 0和1时，称为标准化的正态分布：/W = -^ e x p12 ,补充：线性系统1、定义：由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的，具有稳定功能的整体系统模型：系统物理特性的数学抽象在电子技术领域中， “ 系统”、 “ 电路”、 “ 网络”三个名词在一般情况下可以通用2、信号与系统的描述信号与系统的描述输入信号-系统输出信号激 励 "响 应 ”系统的表示：数学表达式：系统物理特性的数学抽象。

系统图：形象地表示其功能3、线性系统1. 定义线性系统： 指具有线性特性的系统线性： 指均匀性，叠加性均匀性( 齐次性) ：e ( f ) f r ( ， ) = > ke[t) f kr(t)叠加性：0 ( " 々(O J3 . 4 平稳随机过程通过线性系统由平稳随机过程通过线性系统之后的数学特征可知：若线性系统的输入是平稳的，则输出也是平稳的如果线性系统的输入过程是高斯型的，则系统的输出过程也是高斯型的复习题：P6L 思考题：3-1, 3-3, 3-4； （ 重点）第 4 章 信 道1、信道的基本概念连接发送端和接受端的通信设备，其功能是将信号从发送端传送到接收端信道分类：无 线 信 道 一 电 磁 波 （ 含光波）有 线 信 道 一 电 线 、光纤信道中的干扰：有 源 干 扰 一 噪 声无源干扰一传输特性不良本章重点：介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响4 .1 无线信道/ 无 线 信 道■ 利用电磁波在空间的传播来实现■ 要求天线的尺寸不小于电磁波波长的1/ 10o/ 根据通信距离分类：地波、天波、视波1、地波♦ 频 率 ＜ 2 MHz♦ 有绕射能力♦ 距离：数百或数千千米2、天波• 频率：2 ~ 30 MHz• 特点：被电离层反射• 一次反射距离：＜ 4000 km• 寂静区:信号传播路径6图4-2天波传播接收天”3、视线传播:• 频率 > 30 MHzh=£~£ -• 距离：和天线高度有关’8 ,「 5 0• 式中，D - 收发天线间距离(k m )。

4、增大视线传播距离的其他途径> 中继通信：无线电中继> 卫星通信：静止卫星、移动卫星> 平流层通信：位于平流层的高空平台电台4 .2 有线信道分类：明线、对称电缆、同轴电缆> 1、明线是指平行架设在电线杆上的架空线路> 2 、双绞线、电缆( 粗电缆、细电缆)、光纤4 . 3信道的数学模型> 信道模型的分类：调制信道、编码信道信息源信源编码数字调制信道编码调制信道¥道译码信源译码受信者加密解密- - - - - - - - - 编码信道> 4 . 3. 1调制信道模型4 ⑺= / 回 ( ] + 〃 )式中e g )-信道输入端信号电压；4 ⑺-信道输出端的信号电压；" S -噪声电压通常假设： f[et ( / ) ] = ( 0这时上式变为：e0⑺ =k( t)ej ( ? ) +片 ⑺ — 信道数学模型4 . 3 . 1调 制 信 道 模 型A因女( 力随凌，故信道称为时变信道A因小( 力与e i ( 8相乘，故称其为乘性干扰A因依0作随机变化，故又称信道为随参信道A若公力变化很慢或很小，则称信道为恒参信道A乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰＞4. 3 .1调制信道模型/ )_ _ _ _, / f e ( O ] ①，% ⑴毗图4 -13调制信道数学模型6。

) = / [ 4 0 ) ] + 〃 9)4 . 5信道中的噪声/ 噪 声• 信道中存在的不需要的电信号• 又称加性干扰/ 按噪声来源分类• 人 为 噪 声 一 例 ：开关火花、电台辐射•自 然 噪 声 一 例 ：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声＞ 热噪声来源：来自一切电阻性元器件中电子的热运动＞ 按噪声性质分类,脉 冲 噪 声 ：是突发性地产生的，幅度很大，其持续时间比间隔时间短得多其频谱较宽电火花就是一种典型的脉冲噪声/ 窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以测知的可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波/ 起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等注: 讨论噪声对于通信系统的影响时,主要是考虑起伏噪声,特别是热噪声的影响复习题：> P 8 4 ,思考题：4-1 , 4-9, 4-14, 4-16第9章模拟信号的数字传输掌握内容： 抽样定理； 脉冲振幅调制(PA M)原理； 脉冲编码调制(PCM)原理； 增量调制(A M)原理；均匀量化；非均匀量化；了解内容：十三折现非均匀量化；十五折线非均匀量化；增量脉冲编码调制(DPCM)原理。

A模拟信号的数字化分为3步：抽样、量化和编码模拟信号9 .1 模拟信号的抽样•一抽样定理抽样定理：设一个连续模拟信号" ( 中的最高频率＜fH,则以间隔时间为T W 1 / 4 H 的周期性冲激脉冲对它抽样时，相⑺将被这些抽样值所完全确定»这里，恢复原信号的条件是：2fH即抽样频率 应不小于功的两倍这一最低抽样速率2/^称为奈奎斯特速率与此相应的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔9 .2 模拟脉冲调制模拟脉冲调制的种类周期性脉冲序列有4 个参量：脉冲重复周期、脉冲振幅、脉冲宽度和脉冲相位( 位置) 其中脉冲重复周期( 抽样周期) 一般由抽样定理决定， 故只有其他3 个参量可以受调制3 种脉冲调制：脉冲振幅调制(PA M)脉冲宽度调制(PDM)脉冲位置调制(PPM)> PAM调制过程的波形和频谱图9 .3抽样信号的量化••一量化原理• 设模拟信号的抽样值为机色7 >其中T是抽样周期，A是整数 此抽样值仍然是一个取值连续的变量• 若仅用N个不同的二进制数字码元来代表此抽样值的大小， 则N个不同的二进制码元只能代表M = 2 N个不同的抽样值•因 此，必须将抽样值的范围划分成M个区间，每个区间用一个电平表示。

这样，共有M个离散电平，它们称为量化电平用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化＞量化过程图M 个抽样值区间是等间隔划分的，称为均匀量化M 个抽样值区间也可以不均匀划分，称为非均匀量化A 9.3 .2 均匀量化设模拟抽样信号的取值范围在a和b之间，量化电平数为M , 则在均匀量化时的量化间隔为b -aAv = -------且量化区间的端点为 从m. =a+ZAv …, 河A 9.3 .2 均匀量化若量化输出电平q,取为量化间隔的中点，则显然，量化输出电平和量化前信号的抽样值一般不同，即量化输出电平有误差这个误差常称为量化噪声，并用信号功率与量化噪声之比衡量其对信号影响的大小9.3.3非均匀量化1 、非均匀量化的目的：在实际应用中， 对于给定的量化器， 量化电平数M 和量化间隔小都是确定的，量化噪声加也是确定的但是，信号的强度可能随时间变化( 例如，语音信号) 当信号小时，信号量噪比也小所以，这种均匀量化器对于小输入信号很不利为了克服这个缺点，改善小信号时的信号量噪比，在实际应用中常采用非均匀量化2 、非均匀量化原理实际中，非均匀量化的实现方法通常是在进行量化之前，先将信号抽样值压缩，再进行均匀量化。

这里的压缩是用一个非线性电路将输入电压x 变换成输出电压J： y=f(x)- 1H —— Inxk3 、压缩特性关于信号的压缩特性，ITU制定了两种建议，即A压缩律和〃压缩律，以及相应的近似算法一 1 3 折线法和1 5 折线法我国大陆、欧洲各国以及国际间互连时采用4律及相应的1 3 折线法北美、日本和韩国等少数国家和地区采用4律及1 5 折线法4 、1 3 折线压缩特性一4律的近似4律表示式是一条平滑曲线，用电子线路很难准确地实现这种特性很容易用数字电路来近似实现1 3 折线特性就是近似于4律的特性在下图中示出了这种特性曲线：图中横坐标x 在 0 至 1 区间中分为不均匀的8 段1 /2 至 1 间的线段称为第8 段；1 /4 至 1 /2间的线段称为第7 段；1 /8至 1 /4 间的线段称为第6 段；依此类推，直到0 至 1 /1 2 8间的线段称为第1 段图中纵坐标y 则均匀地划分作8 段 将与这8 段相应的座标点(x,y)相连， 就得到了一条折线由图可见，除第1 和 2 段外，其他各段折线的斜率都不相同在下表中列出了这些斜率：折线段号12345678斜 率161684211/21/4因为语音信号为交流信号，所以，上述的压缩特性只是实用的压缩特性曲线的一半。

在第3象限还有对原点奇对称的另一半曲线，如下图所示：M 压缩律和1 5 折线压缩特性g 压缩律是指符合下式的对数压缩规律：_ ln(l + /zr)“山 ( 1 + 〃)将这些转折点用直线相连，就构成了 8 段折线由于其第一段和第二段的斜率不同，不能合并为一条直线，故当考虑到信号的正负电压时，仅正电压第一段和负电压第一段的斜率相同，可以连成一条直线所以，得到的是1 5段折线，称为1 5 折线压缩特性yi•经过抽样、量化，得到了数字信号•最后经过编码，就可以在数字通信系统中传输了把从模拟信号抽样、 量化， 直到变换成为二进制符号的基本过程， 称为脉冲编码调制(PC M ),简称脉码调制9.4.1脉冲编码调制(P C M )的基本原理例：在下图中，模拟信号的抽样值为3.15, 3.96, 5.00, 6.38, 6.80和 6.42若按照“ 四舍五入' ’ 的原则量化为整数值，则抽样值量化后变为3, 4, 5, 6, 7 和 6在按照二进制数编码后，量化值(quantized value)就变成二进制符号：011、100、101、110、111 和 110o6.386.8076.42I 6TH)抽样值3.153.965.006.386.806.42量化值345676编码后011100101110111110> PCM系统的原理方框图模拟信号输A — »抽样保持PCV信号-出冲激脉冲 ( a)编码器( b )译码器图9 - 1 7 P C M原理方框图T量 化编 码9.4.2自然二进制码和折叠二进制码( 1 )自然二进制码(2 )折叠二进制码。

折叠码的优点:因为信号是交流信号，故在此表中将16个双极性量化值分成两部分第0至 第7个量化值对应于负极性电压；第8至 第15个量化值对应于正极性电压显然，对于自然二进制码，这两部分之间没有什么对应联系但是，对于折叠二进制码，除了其最高位符号相反外，其上下两部分还呈现映像关系,或称折叠关系 这种码用最高位表示电压的极性正负， 而用其他位来表示电压的绝对值折叠码的另一个优点是误码对于小电压的影响较小折叠码对于小信号有利由于语音信号小电压出现的概率较大，所以折叠码有利于减小语音信号的平均量化噪声在语音通信中，通常采用8 位的P C M 编码就能够保证满意的通信质量9 .6差分脉冲编码调制(DPCM)1 、预测编码简介预测编码的目的：降低编码的比特率预测编码原理： 在预测编码中， 先根据前几个抽样值计算出一个预测值， 再取当前抽样值和预测值之差将此差值编码并传输此差值称为预测误差利用减小冗余度的办法，降低了编码比特率线性预测原理：若利用前面的几个抽样值的线性组合来预测当前的抽样值，则称为线性预测若仅用前面的1 个抽样值预测当前的抽样值，则就是将要讨论的D P C M 线性预测编码原理方框图⑶ 编码器(b)译内器> 9.6.2差分脉冲编码调制（ DPCM） 的原理及性能/DPCM原理在DPCM中，只将前1个抽样值当作预测值，再取当前抽样值和预测值之差进行编码并传输。

这相当于在下式p *叫 二 £ %mLZ=1中，p = 1, ai = 1 , 故现' = S k_；（>补充：哈夫曼编码（ 重点）第 11章差错控制编码> 1 1 .1概述> 1 1 .2纠错编码的基本原理> 1 1 .4简单实用的纠错编码11.1概述1、信道分类：从差错控制角度看• 随机信道：错码的出现是随机的• 突发信道：错码是成串集中出现的• 混合信道：既存在随机错码又存在突发错码差错控制技术的种类：检错重发、前向纠错、反馈校验、检错删除差错控制编码一- 常称为纠错编码•监督码元：上述4种技术中除第3种外，都是在接收端识别有无错码所以在发送端需要在信息码元序列中增加一些差错控制码元，它们称为监督码元• 不同的编码方法，有不同的检错或纠错能力•多 余度：就是指增加的监督码元多少例如，若编码序列中平均每两个信息码元就添加一个监督码元，则这种编码的多余度为1 /30• 编码效率( 简称码率) ： 设编码序列中信息码元数量为上总码元数量为〃， 则比值4 /〃就是码率• 冗余度：监督码元数( 〃- 行和信息码元数k之比• 理论上，差错控制以降低信息传输速率为代价换取提高传输可靠性4 、自动要求重发(A RQ)系统采用检错重发的通信系统一般称为自动要求重发系统。

共 3 种 AR Q 系统：1 、停止等待AR Q 系 统 ；2 、拉后AR Q 系统；3 、选择重发AR Q 系统» 1 、停止等待A R Q 系统发送码组＞数据按分组发送每发送一组数据后发送端等待接收端的确认(A CK)答复，然后再发送下一组数据A图中的第3 组接收数据有误，接收端发回一个否认(NA K)答复这时，发送端将重发第3 组数据A系统是工作在半双工状态，时间没有得到充分利用，传输效率较低4 2 、拉后ARQ系统重发码组发送数据8 9 10 11 # 奉 航 11b 12重发码组6有错码组有错码组接 收 数 据1》发送端连续发送数据组，接收端对于每个接收到的数据组都发回确认(ACK)或否认(NAK)答复A例如，图中第5组接收数据有误，则在发送端收到第5组接收的否认答复后，从第5组开始重发数据组A在这种系统中需要对发送的数据组和答复进行编号，以便识别显然，这种系统需要双工信道A3、选择重发ARQ系统重发码组 重发码组1234567熊； 891011121314ACKI \ 而 A& ACKj NAK, Ac%有错码组 有错码组1234567;891011： 121314A它只重发出错的数据组，因此进一步提高了传输效率。

AR Q 的主要优点：和前向纠错方法相比监督码元较少即能使误码率降到很低，即码率较高；检错的计算复杂度较低；检错用的编码方法和加性干扰的统计特性基本无关，能适应不同特性的信道AR Q 的主要缺点：需要双向信道来重发，不能用于单向信道，也不能用于一点到多点的通信系统因为重发而使AR Q 系统的传输效率降低在信道干扰严重时，可能发生因不断反复重发而造成事实上的通信中断在要求实时通信的场合，例如通信，往往不允许使用AR Q 法A ARQ系统的原理方框图信源->编码器和缓冲存储器重发控制双向信道->• 在发送端，输入的信息码元在编码器中被分组编码（ 加入监督码元）后，除了立即发送外，还暂存于缓冲存储器中若接收端解码器检出错码，则由解码器控制产生一个重发指令此指令经过反向信道送到发送端由发送端重发控制器控制缓冲存储器重发一次• 接收端仅当解码器认为接收信息码元正确时，才将信息码元送给收信者，否则在输出缓冲存储器中删除接收码元• 当解码器未发现错码时，经过反向信道发出不需重发指令发送端收到此指令后，即继续发送后一码组，发送端的缓冲存储器中的内容也随之更新11.2纠错编码的基本原理1、概念：禁用码组、许用码组将信息码分组，为每组信息码附加若干监督码的编码称为分组码。

在分组码中，监督码元仅监督本码组中的信息码元＞分组码的一般结构》分组码的符号：一码组的总位数，又称为码组的长度（ 码长），/K 一码组中信息码元的数目，= r 一码组中的监督码元数目，或称监督位数目2、分组码的码重和码距• 码重：把码组中T” 的个数目称为码组的重量，简称码重• 码距：把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称码距• 最小码距：把某种编码中各个码组之间距离的最小值称为最小码距0 0 ） 3 、码距和检纠错能力的关系一种编码的最小码距dO的大小直接关系着这种编码的检错和纠错能力：1 、为检测e 个错码，要求最小码距dO Ne + 12 、为了纠正， 个错码，要求最小码距dO N2 t+l3 、 为纠正， 个错码， 同时检测e 个错码， 要求最小码距‘ ° ' + 1这种纠错和检错结合的工作方式简称纠检结合1 1 .4简单实用的纠错编码/ 11.4.1奇偶监督码/ 11.4.2二维奇偶监督码/ 11.4.3恒比码/ 11.4.4正反码11.4.1奇偶监督码/ 奇偶监督码分为奇数监督码和偶数监督码两种，两者的原理相同/ 在偶数监督码中， 无论信息位多少， 监督位只有1 位， 它使码组中“ 1 ” 的数目为偶数，即满足下式条件： " T °/ 式 中 “ 0 为监督位，其他位为信息位。

/ 这种编码能够检测奇数个错码在接收端，按照上式求“ 模 2 和” ，若计算结果为“ 1 ” 就说明存在错码，结果为“ 0 ” 就认为无错码/奇偶监督码分为奇数监督码和偶数监督码两种，两者的原理相同/ 奇数监督码与偶数监督码相似，只不过其码组中“1”的数目为奇数：% _ 1 ㊉ % _2 ㊉A ㊉ % = 11 1 .4 .3 恒比码＞ 在恒比码中，每个码组均含有相同数目的“ 1 ”( 和“ 0 ” )由于“ 1 ” 的数目与“ 0 ” 的数目之比保持恒定，故得此名＞ 这种码在检测时，只要计算接收码组中“ 1 ” 的数目是否对， 就知道有无错码A 恒比码的主要优点是简单和适于用来传输电传机或其他键盘设备产生的字母和符号对于信源来的二进制随机数字序列，这种码就不适合使用了1 1 .4 .4 正反码- - -正反码的编码：它是一种简单的能够纠正错码的编码其中的监督位数目与信息位数目相同，监督码元与信息码元相同或者相反则由信息码中T” 的个数而定第14章通信网一、网1 、通信网是在多点之间传递信息的通信系统通信网的基本组成部分• 终端设备：包括机、机、电台、计算机等发送和接收信号的设备• 通信链路：定义在一定的频域和空域，它占用给定的频带和物理空间。

链路可以被时分复用或频分复用• 交换设备：按照信令将通信链路传来的信号转接到另一条链路的设备• 有些通信网中还包含转发设备2 、通信网的分类按照功能区分：电报网、网、电传(Telex)网以及电视网等等按照拓扑结构区分：•网形： 网形网的任意两个节点之间都有一条链路直接相连 所以若网中共有N 个节点，则需要N(N-l)/2 条链路连接 当N 增大时， 所需链路数目将急剧增加， 故经济性较差但是，若各节点有转发功能，则可靠性大为增加•星形网：在星形网中，若共有N 个节点，则 共 需 （ M l ） 条链路；除中心节点外，其他节点之间的通信都需要经过中心节点转接故在中心节点处需要有交换设备为其他各个节点转接信号和网形网相比，星形网需要的链路数目减少了，但是需要增加交换设备•环形网：环形网所需的链路数目N 等于节点数目，并且每个节点都需要有转发功能在这里，任意两个节点之间都有一条迂回链路，所以可靠性比星形网高但是，在某些节点之间可能需要多次转发，这个因素又会使传输时延增大和可靠性下降•总线形网：在总线形网中，利用一条“ 总线” 连接所有节点由于所有节点共用这条总线，即总线同时只能为两个节点服务，所以它主要用于分时工作的计算机局域网中。

由于总线形网和环形网的上述特点，当网中节点数目较大时，可能使信号传输的时延较长这两种网主要适合用于节点数目较少的计算机网中•复合形网：复合形网是上述几种基本型网的组合根据对网络的性能要求，常将几种基本型网结合使用，以求达到技术和经济指标优化的目的3 、网的结构组成：由终端设备（ 机） 、传输线路和交换设备组成分类：专用交换网、公共交换网（ PSTN）本地网:•是指在一个统一号码长度的编号区内，由机、用户线、用 户 端 局 （ 简称端局） 、汇接局、局间中继线和长话- 市话中继线组成的网• 长话- 市话中继线则用于将本地网和国内长途网相连接 中继线一般是大容量电缆，用于传输时分复用P C M 信号国内长途网：•是 指全国各市( 县) 间用户进行长途通话的网，网中各市( 县) 都设一个或多个长途局各长途局间由长途线路连接起来•国 内长途网的结构在我国采用分级汇接制，它包含4 个等级的交换中心，即大区交换中心(C1 ),省交换中心(C2 ),地区交换中心(C3 )和县市交换中心(C4 )o国际长途网：•是 指将世界各国的网相互连接起来进行国际通话的网14.2.2网中的交换(1 )双向交换矩阵- - 不适宜用于数字电路•双 向交换矩阵- - - - - 不适宜用于数字电路用户］ _ _ _ _ _ _用户2用户3____________用户4 ______((_______用户5______________I用户6 I用户7_______________________用户8________________o________用户9____________________________(2 )单向交换矩阵：和双向交换矩阵相比，这种单向交换矩阵中的开关数目要加倍。

用用用用并用用用用注：上述两种方法中，前者用开关矩阵实现交换的方法常称为空分交换，后者则称为时分交换空分交换时刻保持连接通信两端用户的线路处于持续接通状态时分交换则不然14.2.3网中的信令信令的用途：在网中，交换设备是根据用户发来的信令控制接通哪一条或几条电路的信令的分类：用户信令和局间信令：• 用户信令：从用户发到端局的信令，它规定了要求呼叫的终端目的地• 局间信令：在各局和各中心之间传输的信令，它根据用户信令的要求按照网络的构成决定着信号通过的链路模拟信令和数字信令：公共网中• 模拟信令：由机到端局之间的用户线一般都是模拟线路，所以用户信令都是模拟信令• 数字信令：局间中继线都是数字线路，故局间信令是数字信令A用户信令：/ 拨号脉冲：由机械（ 拨号盘）或电路产生直流脉冲，用脉冲的数目表示号码，其工作原理见下图A用户信令：, 当挂机时，用户直流线路处于断开状态，电压为0当用户摘机后，直流线路接通，电压为正若拨号“4”，则线路上发出4个脉冲每个脉冲占100 ms时间，其中0电压约占66 m s ,正电压约占33 ms脉冲数目等于拨号数字，但拨号“0”时发出10个脉冲故发送每个数字平均需用0.55 s时间。

/当号码较长时，拨号费时太长另外，它易受脉冲干扰，发生错误66 msL »| L_ 33 ms—拨号"4" 一］ | 一 拨号" 3 J |A双音多频(DTMF)信令：/DTMF信令是从8个不同频率的单音中选取两个表示1位数字，见下表它共有16组频率组合可用1209 Hz1336 Hz1477 Hz1633 Hz697 Hz123备用770 Hz456备用852 Hz789备用941 Hz*0#备用,由于用DTMF发送每位数字仅需约0.08 s的时间( 包括数字间隔时间) ，速度较快＞局间信令：随路信令(CA S)：＞ 是指信令和用户信息( 语音) 在同一信道中传输的信令＞ R 2 信令是一种基于E-1 时分复用系统的随路信令 在 E-1 系统中时隙TS1 6被预留用来传递这种信令共路信令(CCS)：＞ 将呼叫控制信息和其他业务信息通过一个独立的信令网络传输＞ SS7信令为一种共路信令它比R 2 信令更高效，更可靠SS7信令的标准化程度要比R 2 信令好14.2.4网的性能指标1 、话务量，2 、呼损率> 14.2.4网的性能指标--- 话务量：/ 流入话务量A ：其定义是单位时间(1 h ) 内平均呼叫次数; I和每次呼叫平均持续(占用线路) 时间内之积，即力 二 A / (Erl)式中，力的单位是h/次，入的单位是次/h ,故4是无量纲的。

而A的单位则称为爱尔兰流入话务量表示每小时中平均线路占用时间>14.2.4网的性能指标--话务量：, 成功话务量：成功话务量A 的定义是单位时间(1 h )内呼叫成功次数人和每次呼叫平均持续(占用线路) 时间力之积，即4 (Er/)A 2、呼损率, 由于一般的通信网并不能保证所有呼叫都能够成功地被转接到对方用户，所以必然会有少量的呼叫失败，即发生“ 呼损” / 呼损率则是指损失的话务量(A - A J与流入话务量A之比，即 „力 一 4 丸 一 4)/ ) = -----= -----A A, 成功话务量和呼损率之间的关系为AO= A (1 -B )由上式可见，呼损率越小，成功话务量越大二、数据通信概述1、数据通信的概念2、数据通信系统的组成3、数据通信系统的性能指标4、网络协议与协议体系结构1、数据通信的概念数据通信是指计算机与通信技术相结合的产物， 通常是指依照通信协议， 利用数据传输技术,在智能终端与计算机之间或者计算机与计算机之间传送数据的过程特点：＞ 通信双方至少有一方是计算机；＞ 数据通信中传输的信息是以二进制数形式表现；＞ 它与远程信息处理相联系，是包括科学计算、过程控制、科学检索的内容的广义的信息处理。

数据通信包括：＞ 数据传输：数据传输是数据通信的基础＞ 数据处理：数 据 处 理 （ 如数据的集中、交换、控制等）使数据的远距离交换得以实现通信控制＞ 通信按照一定的规则有步骤的进行，即双方必须按照一定的协议或约定，包括收发双方的同步、传输的控制和数据流量的控制等数据通信系统：数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统1.2数据通信系统组成一个基本的数据通信系统由中央计算机系统、数据终端设备（DTE）及数据电路三部分构成辘出懿&据路接备数电终询计爵保充据路接密数电终跳据入出备数输谕浇通信控制器1 .2 数据终端设备（DTE）在数据通信系统中，用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备（ 简 称DTE）构成：数据输入设备、数据输出设备和传输控制器＞ 作用：把信息变换成以数字代码表示的数据，并把这些数据通过传输信道送到远端计算机系统，同时接受数据＞ DTE属于用户范畴，其种类繁多，功能差别较大＞ 从计算机和计算机通信系统的观点来看，终端是输入/ 输出的工具；＞ 从数据通信网络的观点来看，计算机和终端都称为网络的数据终端设备，简称终端。

通 信 控 制 器 ：为了有效而可靠地进行通信, 通信双方必须按一定的规程进行，如收发双方的同步、差错控制、传输链路的建立、维待和拆除及数据流量控制等，所以必须设置遁像空制鼾 完 成 这 些 功 能 ，对应于软件部分就是遛道幽」这也是数据通信与传统通信的主要区别1 .2 数据电路终接设备（DCE）用来连接DTE与数据通信网络的设备称为数据电路终接设备（Data Circuit-terminatingEquipment, DCE） ,可见该设备为用户设备提供入网的连接点DCE的功能就是完成数据信号的变换，要进行“ 数字一模拟" 变换，方法就是调制，而接收端要进行反变换，即“ 模拟一数字” 变换，这就是解调数据电路指的是路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，它由传输信道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成数据链路是在数据电路已建立的基础上, 通过发送方和接收方之间交换“ 握手” 信号，使双方确认后方可开始传输数据的两个或两个以上的终端装置与互连线路的组合体 握手” 信号是指通信双方建立同步联系、使双方设备处于正确收发状态、通信双方相互核对地址等中央计算机由通信控制器、主机以及外围设备组成，其功能是进行数据处理并可将处理结果向相应的数据终端设备输出。

主机又称中央处理机, 主要功能是进行数据处理传输信道,目前数据通信中所使用的多为有线信道主要有:直接利用传输媒体的实线信道（ 如局域网中） ；经调制解调器的频分信道（ 如部分地区用户线路中） ；时分信道，由于光纤通信技术的发展，现在绝大部分的数据传输在时分信道上，以同步数字体系SDH方式传输数据传输按信息传送的方向与时间可以分为：单工、半双工、全双工三种传输方式1 . 2传输方式一单工＞单工数据传输指的是两个数据站之间只能沿•个指定的方向进行数据传输》前者称正向信道，后者称反向信道一般正向信道传输速率较高，反向信道传输速率较低，其速率不超过75b/soA 站 B 站⑶单工1 . 2传输方式- 半双工＞半双工数据传输是两个数据之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行该方式要求A站、B站两端都有发送装置和接收装置问讯、检索、科学计算等数据通信系统运用半双工数据传输A站 B站⑼半双工1 .2传输方式—全双工A全双工数据传输是在两个数据站之间，可以两个方向同时进行数据传输全双工通信效率高，但组成系统的造价高，适用于计算机之间高速数据通信系统A站 B站1 . 2传输方式一多路复用为了提高信道的利用率， 在数据的传输中组合多个低速的数据终端共同使用一条高速的信道，这种方法称为多路复用，常用的复用技术有频分复用和时分复用。

＞ 频分复用♦ 频分复用是将物理信道上的总带宽分成若干个独立的信道（ 即子信道） ，分别分配给用户传输数据信息，各子信道间还略留一个宽度（ 称为保护带） ♦ 频分复用适用于传输模拟信号的频分制信道， 主要用于和有线电视（CATV）系统， 在数据通信系统中应和调制解调技术结合使用， 且只在地区用户线上用到,长途干线上主要采用时分复用＞ 时分复用♦ 时分复用是将一条物理信道按时间分成若干时间片（ 即时隙）轮流地分配给每个用户，每个时间片由复用的一个用户占用，而 不像FDM那样，同一时间同时发送多路信号♦ 数据时分复用可分为同步时分复用和统计时分复用＞ 同步时分复用和统计时分复用♦ 同步时分复用是指复用器把时隙固定地分配给各个数据终端， 通过时隙交织形成多路复用信号，从而把各低速数据终端信号复用成较高速率的数据信号♦统计时分复用也称异步时分复用统计时分复用中，把时隙动态地分配给各个终端，即当终端的数据要传送时，才会分配到时隙，因此每个用户的数据传输速率可以高于平均传输速率，最高可以达到线路总的传输能力例 题 （ 重点） ：线路传输速率为9600bit/s, 4个用户的平均速率为2400bit/s。

＞ 当用同步时分复用时，每个用户的最高速率为2400bit/s＞ 而在统计时分复用方式下，每个用户最高速率可达9600bit/s1.3数据通信系统的性能指标不同的通信系统有不同的性能指标，就数据通信系统而言，其性能指标主要有传输速率、频带利用率、差错率等1.3.1 信息传输速率（ Rb）1.3.2 码元传输速率（RB）1.3.3 频带利用率1.3.4 差错率131信息传输速率（ Rb）»信息传输速率简称传信率，又称信息速率、比特率》它表示单位时间（ 每秒）内传输实际信息的比特数，单位为比特/ 秒 ，记为bit/s、b/s、bpso＞ 比特在信息论中作为信息量的度量单位一般在数据通信中，如使用“1”和“0”的概率是相同的，则每个“1”和“0”就是一个比特的信息量如果一个数据通信系统，每秒内传输9600bit,则它的传信率为Rb=9600bit/s1.3.2 码元传输速率（RB）A码元传输速率简称传码率，又称符号速率、码元速率、波特率、调制速率»它表示单位时间内（ 每秒）信道上实际传输码元的个数，单位是波特（Baud）, 常用符号“B，来表示＞传信率与传码率之间的关系为：＞氏 = RBiog2N»式中，N为码元的进制数。

1.3.3 频带利用率＞数据通信系统信息传输效率的指标应该是单位频带内的传输速率，记为n：传输速率q = ---------------占用频带»单位：比特/ 秒・赫（b / 彖Hz）、波 特 / 赫（B /H z）＞ 例如某数据通信系统，其传信率为9600bit/s,占用频带为6kH z,则其频带利用率为n=1.6bit/（ s・Hz） 1.3.4差错率（ 1）误码率P E误 码 率 （ 码元差错率）Pe是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即 ：=错误码元数4一传输总一元数1.3.4差错率（2 ）误信率Pb误 信 率 （ 信息差错率）Pb是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例， 即：=错误比特数数. 一传输总比特数在二进制中有：Pb = Pe4、网络协议与协议体系结构1、 通信协议的概念与层次结构网中有规定的信令方式， 数据通信中要有传输控制规程等 我们把这种通信双方必须遵守的规则和约定称为协议或规程协议的要素包括语法、语义和定时＞ 语法规定通信双方“ 如何讲” 即确定数据格式、数据码型、信号电平等；＞ 语义规定通信双方“ 讲什么” ，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出什么控制信息、执行什么动作和返回什么应答等;＞ 定时关系则规定事件执行的顺序，即确定链路通信过程中通信状态的变化，如规定正确的应答关系等。

由于协议十分复杂，涉及面很广，因此在制定协议时经常采用的方法是分层法＞ 分层法最核心的思路是上一层的功能是建立在下一层的功能基础上，并且在每一层内均要遵守一定的规则＞ 层次和协议的集合称为网络的体系结构＞ 通信软件：体系结构应当具有足够的信息，以允许软件设计人员给每层编写实现该层协议的有关程序，即通信软件＞ 负责制定国际标准的ISO吸取了 IBM的SNA和其它计算机厂商的网络体系结构,提出了开放系统互连(Open System Interconnection)参考模型( 简称OSI-RM),按照这个标准设计和建成的计算机网络系统都可以互相连接2、OSI参考模型及各层功能＞ OSI参考采用分层结构化技术，将整个网络的通信功能分为7 层＞ 由低层至高层分别是：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层每一层都有特定的功能，并且上一层利用下一层的功能所提供的服务，图2-1 OS［ 参考模型应用层4 ----------—------- »应 层表示层4-------—------- >标 层省舌层4 ----------—------- ►会舌层层<-------- - 通信子网一------- ♦遴 渥网络层<------»网络层◄ ------>陛各层数据链路层<------.数据镯各层4------b翱 髓 路 层4 -------- .4------.勿理媒X＞ 实通信：在 OSI参考模型中, 各层的数据并不是从一端的第N 层直接送到另一端的，第N 层的数据在垂直的层次中自上而下地逐层传递直至物理层, 在物理层的两个端点进行物理通信，我们把这种通信称为实通信。

＞ 虚拟通信：而对等层由于通信并不是直接进行, 因而称为虚拟通信♦物理层主要讨论在通信线路上比特流的传输问题•这一层协议描述传输媒质的电气、机械、功能和过程的特性•其典型的设计问题有：信号的发送电平、码元宽度、线路码型、物理连接器插脚的数量、插脚的功能、物理拓扑结构、物理连接的建立和终止、传输方式等♦数据路层主要讨论在数据链路上帧流的传输问题• 这一层协议的内容包括：帧的格式，帧的类型，比特填充技术，数据链路的建立和终止信息流量控制，差错控制，向物理层报告一个不可恢复的错误等• 这一层协议的目的是保障在相邻的站与节点或节点与节点之间正确地、有次序、有节奏地传输数据帧• 常见的数据链路协议有两类：• 一是面向字符的传输控制规程，如基本型传输控制规程（ B S C ） ；•另一类是面向比特的传输控制规程，如高级数据链路控制规程（ H D L C ） 主要是后一类♦网络层主要处理分组在网络中的传输•这一层协议的功能是：路由选择、数据交换•网络连接的建立和终止一个给定的数据链路上网络连接的复用， 根据从数据链路层来的错误报告而进行的错误检测和恢复，分组的排序，信息流的控制等♦ 醛 层 的典型例子是ITU-T的 X. 2 5 建议的第三层标准。

♦运输层是第一个端到端的层次, 也就是计算机- 计算机的层次•这一层的功能是: 把运输层的地址变换为网络层的地址, 运输连接的建立和终止,在网络连接上对运输连接进行多路复用，端- 端的次序控制，信息流控制，错误的检测和恢复等• O S I 的前三层可组成公共网络，它可被很多设备共享，并且计算机- 节点机、节点机- 节点机是按照“ 接力” 方式传送的，为了防止传送途中报文的丢失，两个计算机之间可实现端到端控制♦会话层是指用户与用户的连接, 它通过在两台计算机间建立、管理和终止通信来完成对话•会话层的主要功能：■ 在建立会活时核实双方身份是否有权参加会活；■ 确定何方支付通信费用；■ 双方在各种选择功能方面（ 如全双工还是半双工通信）取得一致；■ 在会话建立以后，需要对进程间的对话进行管理与控制♦表示层主要处理应用实体间交换数据的语法•其目的是解决格式和数据表示的差别，从而为应用层提供一个一致的数据格式,如文本压缩、数据加密、字符编码的转换，从而使字符、格式等有差异的设备之间相互通信♦应用层与提供网络服务相关, 这些服务包括文件传送、打印服务、数据库服务、电子邮件等应用层提供了一个应用网络通信的接口。

■从七层的功能可见：• 1〜 3主要是完成数据交换和数据传输，称之为网络低层，即通信子网；• 5〜 7层主要是完成信息处理服务的功能，称之为网络高层；• 低层与高层之间由第4层衔接• 注：在数据通信网中只有物理层、数据链路层和网络层，所以在数据通信中也只研究这三层3、 OSI有关术语- - 数据单元”在层的实体之间传送的比特组称为数据单元在对等层之间传送数据单元是按照本层协议进行的，因此这时的数据单元称为协议数据单元PDU协议数据单元 SDU服务数据单元PC I协议控制信息 SAP服务访司点图 2 -2 层再） 数据单元的传送A值得指出的是，PDU在不同层往往有不同的叫法，如在物理层称为位流或比特流，数据链路层称为帧，网络层中称为分组或包，传输层中称为数据段或报文段，应用层中称为报文等PDU协议数据单元 9 U服务数据单元PCI协议控^ 信息 SAP服务询司点图2-2层间数据单元的传送3、OSI有关术语- - 服务原语»第N层 向（N+1）层提供服务，或 第（N+1）层请求N层提供服务，都是用一组原语（Primitive）描述的AOSI参考模型的原语有4类：/ 请 求（Request） 用户实体请求服务做某种工作/ 指 示（Indication） 用户实体被告知某件事发生/ 响 应 （ Response） 用户实体表示对某件事的响应/ 确 认（Confirm） 用户实体收到关于它的请求的答复3、 OSI有关术语一“ 面向连接和无连接＞ 下层向上层提供服务有两种形式：面向连接的服务；无连接的服务1、 面向连接的服务以系统最为典型，要和某人通话，先拿起，拨号码，谈话,挂断。

网络中的面向连接服务类似大过程♦ 某一方欲传诵数据， 首先给出对方的全称地址， 并请求建立连接，当双方同意后,双方之间的通信链路就建立起来♦ 第二步是传送数据，通常以M为单位，按序传送，不再标称地址，只标称所建立的链路号，并由收方对收到的M予以确认，为可靠传送方式也有用不着确认的场合，为不可靠方式♦ 第三步当数据传送结束后，拆除链路面向连接的服务，又称为虚电路服务2、 无连接服务没有建立和拆除链路的过程， 像普通的电子邮件， 其用户并不希望为发一条消息而去建立和拆除连接的麻烦无连接服务又称为数据报服务，它要求每一M信息带有全称地址，独立选择路径，其到达目的地的顺序也是不定的，到达目的地后，还要重新对M进行排序三、数据交换1、概述；2、电路交换；3、报文交换；4、分组交换；5、三种交换方式的比较；6、帧中继；7、异步传输模式> 多个设备之间进行通信的一个简单方法是在两者之间建立直达的传输链路，称为全联通，由此构成的网络成为互联网或完全互联网>2、数据交换： 在连接着大量DTE的网络中, 为了实现在众多DTE之间的通信，较好的方法是在通信网络中设置交换中心（ switching center） ,它可同时为多对要通信的数据终端建立通信链路，通信结束后再拆除链路。

这些中间节点并不关心数据内容， 它的目的只是提供一个交换设备， 把数据从一个节点传送到另一个节点， 直至到达目的地 通常将数据在各节点间的数据传输过程称为数据交换3、交换> 一个交换网络由一系列称为交换机的节点，相互连接组成> 交换机是硬件和软件设备，具有在连接到交换机的两个或多个设备之间创建临时连接的能力4、数据经编码后在通信线路上进行传输，按数据传送技术划分：> 公用交换网，如网> 公用数据交换网5、公用网（PSTN）是应用最广泛的交换网，只要增加少量设备和自动呼叫（ACE）就可以开展数据通信业务♦优点：投资少，实现简单，地区广泛，使用方便♦缺点：传输差错率高，传输质量不稳定，不适于高速数据传输等6、公用数据交换网的数据交换方式：＞ （ 1 ）电路交换方式，分为：空分交换方式，时分交换方式＞ （ 2 ） 存储交换方式，又称信息交换和存储转发交换方式，根据存储、传输的单位不同，又分为：报文交换方式，分组交换方式＞ 简而言之，把共用数据交换网分为三种：1 、电路交换方式，2 、报文交换方式，3 、分组交换方式6.1 电路交换方式＞ 数据通信的电路交换又称线路交换， 是根据交换的原理发展起来的依照交换方式。

＞ 具体是指两台计算机或终端在相互通信时，使用同一条实际的物理链路，且在通信中自始至终使用该条链路进行信息传输, 而不允许其他计算机或终端同时共享该条链路＞ 电路交换的通信过程包括3个阶段：建立连接、传输数据和拆除连接电路交换的通信过程包括3个阶段：建立连接、传输数据和拆除连接电路交换可以分为以下两种：空分交换；时分交换＞ （ 1 ） 空分交换，Space Division Switching这是指在交换过程中的入线是通过在空间的位置来选择出线，并建立接续，通信结束后，随即拆除比如，人工交换机上塞绳的一端连着入线塞孔，由话务员按主叫要求把塞绳的另一端连接被叫的出线塞孔，这就是最形象的空分交换方式> (2) 时分交换，Time Division Switching时分交换是以时分复用为基础，是把时间划分为若干互不重叠的时隙，由不同的时隙建立不同的子信道，通过时隙交换网络完成话音的时隙搬移，从而实现入线和出线间数据交换的一种交换方式7、电路交换的优点信息的传输时延小，对于一个接续来说，传输时延不变信息以信号的形式在数据通路中“ 透明” 传输电路交换的特点是接续路径采用物理连接，在电路接通之后，出现在数据终端用户面前的就好像是专线一样， 交换机不再干预信息的传输, 即在用户之间提供了完全“ 透明”的信号通路。

信息的编码方法和信息格式不受交换网络的限制8、电路交换的缺点电路的持续时间较长，对于数据和其他非会话性质的通信就没有必要特别对于猝发式的通信，电路交换效率不高电路资源被通信双方独占，电路利用率低通信双方在信息的传输速率、编码格式、同步方式、通信规程等方面要求完全兼容有呼损，即可能出现由于双方用户终端设备忙或交换网负荷过重而叫不通不够灵活，一旦电路建立，不管电路是否是最完美的，通信的所有数据都将使用电路所形成的路径电路对于所有的通信都一视同仁每个请求都被赋予到任何可用的线路上，没有优先级别9、 报文交换(Message Switching)报文交换(Message Switching)是通过通信子网上的结点采用嫉套发的方式来传输数据，它不需要在两个站点之间建立一条专用的通信线路报文交换中传输数据的逻辑单元称为姬其长度一般不受限制，可随数据不同而改变实现报文交换的结点通常是一台计算机，它具有足够的存储容量来缓存所接收的报文一般它将接收报文站点的地址附加于报文一起发出，每个中间结点接收报文后暂存报文，然后根据其中的地址选择线路再把它传到下一个结点，直至到达目的站点一个报文在每个结点的延迟时间等于接收报文的全部位码所需要时间、等待时间，以及传到下一个结点的排队延迟时间。

＞ 为了准确的实现转发报文，一份报文包括以下三个部分：报头或标题，包括发信站地址，终点收信地址和其他辅助控制信息等；报文正文，即数据部分；报尾，表示报文的结束报文交换的特征是交换机要对用户的信息进行存储和处理，具有如下优点：线路效率较高，这是因为许多报文可以用分时方式共享一条节点到节点的通道不需要同时使用发送器和接收器来传输数据，网络可以在接收器可用之前暂时存储这个报文路交换网上，当通讯量变得很大时，就不能接受某些呼叫而在报文交换上却仍然可以接收报文，只是传送延迟会增加10、分组交换(Packet Switching)( 重点)分组交换(Packet Switching)方式也称包交换，实质上是在“ 存储一转发” 基础上发展起来的它兼有电路交换和报文交换的优点分组交换的基本思想是实现通信资源共享，采用的是统计时分复用(STDM )技术进行分组交换的通信网称为分组交换网11、分组交换的优点向用户提供了不同速率的、不同代码、不同同步方式、不同通信控制规程的数据终端之间的通信，很灵活信息的传输时延很小实现线路的动态统计时分复用，线路利用率很高可靠性高由于采取了错误检测措施，故可保证非常高的可靠性。

经济性好与电路交换相比，分组交换带给用户的优点则是费用低12、分组交换的缺点由于网络附加的传输信息很多，对于长报文的通信传输效率低技术实现很复杂根据通信子网的不同内部机制，分组交换子网又可分为：( 1 ) 面向连接(Connect-Oriented)虚电路(Virtual Circuit)交换与电路交换相类似，数据传输是面向连接的，在数据传输时必须预先建立一个连接，但这种连接是基于共享线路的，而不像电路交换中的连接需要独占线路之所以被称为虚电路，是因为它所建立的电路不是独占的，而是共享的 2 ) 无连接(Connectless)不建立连接，数据报（ Datagram,即分组） 带有目标站点地址，在传输过程中需要为之单独寻址在数据报分组交换中，每个分组的传送是被单独处理的每个分组称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息13、快速分组交换技术快速分组交换技术的目标是通过简化通信协议来减少中间节点对分组的处理，发展高速的分组交换机，以获得高的分组吞吐量和小的分组传输时延，适应高速传输的需要分类：帧中继（ FRAME RELAY）技术；异步传输技术（ATM）14、帧中继采用独立于用户数据信道的呼叫控制规程, 可以实现在链路层的逻辑链路复用和连接，因此，它可以完全不用网络层，在帧级（ 链路层）实现复用传送，故称为帧中继。

＞ 工作在OSI的物理层和数据链路层上，不提供差错检查，也不需要响应＞ 大大简化了节点交换机之间的协议，缩短了传输时延，提高了传输效率＞ 帧中继的帧长是可变的，可按需要分配带宽，帧中继网络的传输速率可达64Kbps〜45Mbps,适用于局域网、城域网和广域网15、异步传输技术（ATM）＞ 综合业务数字网（ISDN）♦窄带综合业务数字网（N-ISDN）♦宽带综合业务数字网（B-ISDN）其中，异步传输技术（ATM）是 B-ISDN的核心内容1）同步传输技术（ STM）以周期性重复出现的时隙作为载体，在收、发之间建立一条传输速率固定的信息通路，在传输过程中，通路独占2）异步传输技术（ATM）以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式高速化的优点发展而来，动态的按需分配信道特点：以虚电路提供面向连接的服务，所有通信沿着同一条路径传输，同时保持他们的原始顺序到达目的地免除了差错控制和流量控制，大大简化了网络控制采用了长度较小的固定长度的信元，由5 个字节首部和48个字节的信息字组成， 对实时通信很有利四、数据网1、数据通信网的分类一■•按服务范围分类＞ 广域网 WAN (Wide Area Network)♦ 广域网的服务范围通常为几十到几千公里，有时也称为远程网。

＞ 局域网 LAN (Local Area Network)♦ 局域网的直径通常不超过数千米 对 LAN来说， 一幢楼内传输媒介可选双绞线、同轴电缆，建筑群之间可选光纤＞ 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)♦ 城域网的地理范围比局域网大，可跨越几个街区，甚至整个城市，有时又称都市网对 MAN来说，光纤是最好的传输媒介，可以满足MAN高速率、长距离的要求1、数据通信网的分类•一按交换方式分类按交换方式分类，可以：＞ 有电路交换的数据通信网＞ 分组交换网( 又称X.25网)＞ 帧中继网＞ 异步传送模式ATM等局域网：局域网的拓扑结构主要有四种：总线网、环型网、星型网、树型网＞ 总线网中，各站直接连在总线上，一般可以使用两种协议，一种是以太网使用的CSMA/CD,另一种是令牌传递总线协议＞ 环型网中最典型的是令牌环＞ 星型网采用的是集中控制，由于集线器(HUB)和双绞线大量应用于局域网，使得星型网以及多级星型网络获得了广泛使用＞ 树型网只是总线网的变形，可以说是总线网的一种扩展局域网的体系结构＞ 在 20世纪80年代初期，美国电气和电子工程师协会IEEE 802委员会首先制订出局域网的体系结构，即著名的IEEE 802参考模型，许多IEEE 802标准已成为ISO国际标准。

802标准只有最低的两个层次，即物理层和数据链路层＞ 在 802参考模型中还包括对传输媒体和拓扑结构的说明， 这部分内容对于局域网来说特别重要，但按OSI的观点，这部分内容不在OSI的环境中＞ 常见的局域网有：总线网；令牌环网＞ 注：在我国使用最广泛的是总线网802.3总线局域网＞ 又称为以太网（Ethernet） , 是一种基带总线局域网＞ 简单地说，这是一种广播式的网络，站点发送数据采用监听的方式，即发送前先监听网上有无其它站点在发送数据，若介质是空闲的，则该站可以发送数据；若介质是忙的，则该站以某种方法延迟一段时间以后再传输＞ 在此过程中要检测有无冲突，如果检测到冲突，该站立刻停止发送，并发出一个短暂的阻塞信号，按规定等待一段时间再启动监听过程802.5令牌环网＞ 在令牌环网中，所有的站点通过连接器连成一个环型，它的介质访问控制方法是在环上专门有一个唯一的特殊的帧称为令牌帧，长度为3 字节，其中有相应的比特指示该帧是空令牌还是忙令牌4、X.25协议习惯于把分组交换网简称X.25网＞ 数据通信网发展的重要里程碑是采用分组交换方式来构成分组交换网＞ 国际电信联盟电信标准部门ITU-T为分组交换网制定了一系列通信协议， 世界上绝大多数分组交换网都用这些标准。

＞ 其中最著名的标准是X.25协议，它在推动分组交换网的发展中做出了很大的贡献＞ X.25协议是作为公用数据网的用户- 网络接口协议提出的，它的全称是“ 公用数据网络中通过专用电路连接的分组式数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备（DCE）之间的接口♦这里的DTE是用户设备，即分组型数据终端设备（ 执 行X.25通信规程的终端） ♦ DCE实际是指DTE所连接的网络分组交换机（ PS）OX.25协议将数据网的通信功能划分为三个相互独立的层次，即物理层、数据链路层和分组层＞ 其中每一层的通信实体只利用下一层所提供的服务，而不管下一层如何实现＞ 每一层接收到上一层的信息后，加上控制信息（ 如分组头、M头） ，最后形成在物理媒体上传送的比特流数字数据网（DDN）＞ 数字数据网（ Digital Data Network）是利用数字信道传输数据信号的数据传输网.＞ 它的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线＞ 利用数字信道传输数据信号与传统的模拟信道相比，具有传输质量高、速度快、带宽利用率高等一系列优点DDN的优点♦ DDN是同步数据传输网，不具备交换功能。

但可根据与用户所订协议，定时接通 所 需 路 由 （ 这便是半永久性连接概念） ♦ 传输速率高，网络时延小＞ 由于DDN采用了同步转移模式的数字时分复用技术目前DDN可达到的最高传输速率 为155Mbit/s,平均时延W450us♦ DDN为全透明网＞ DDN是任何规程都可以支持， 不受约束的全透明网， 可支持网络层以及其上的任何协议，从而可满足数据、图像、声音等多种业务的需要。