1、通信原理考試重要知識點第1章 緒論 掌握內容：通信系統的基本問題與主要性能指標；模擬通信與數字通信；信息量、平均信息量、信息速率。熟悉內容：通信系統的分類；通信方式。了解內容：通信的概念與發展；1.1-1.3 基本概念1、信號：消息的電的表示形式。在電通信系統中，電信號是消息傳遞的物質載體。2、消息：信息的物理表現形式。如語言、文字、 數據或圖像等。 3、信息：消息的內涵，即信息是消息中所包含的人們原來不知而待知的內容。4、數字信號是一種離散的、脈沖有無的組合形式，是負載數字信息的信號。5、模擬信號是指信號無論在時間上或是在幅度上都是連續的。6、數字通信是用數字信號作為載體來傳輸消息，或用數字

2、信號對載波進行數字調制后再傳輸的通信方式。它可傳輸電報、數字數據等數字信號，也可傳輸經過數字化處理的語聲和圖像等模擬信號。 7、模擬通信是指利用正弦波的幅度、頻率或相位的變化，或者利用脈沖的幅度、寬度或位置變化來模擬原始信號，以達到通信的目的。8、數據通信是通信技術和計算機技術相結合而產生的一種新的通信方式。9、通信系統的一般模型10、按照信道中傳輸的是模擬信號還是數字信號，可相應地把通信系統分為模擬通信系統和數字通信系統。 11、模擬通信系統是傳輸模擬信號的通信系統。模擬信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸的頻帶信號，并可在接收端進行反變換

3、。完成這種變換和反變換作用的通常是調制器和解調器。12、數字通信系統是傳輸數字信號的通信系統。 數字通信涉及的技術問題很多，其中主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數字調制/解調、數字復接、 同步以及加密等。 13、數字信道模型14、通信系統的分類1 、按通信業務分類分為話務通信和非話務通信。 2、根據是否采用調制，可將通信系統分為基帶傳輸和頻帶（調制）傳輸。3、按照信道中所傳輸的是模擬信號還是數字相應地把通信系統分成模擬通信系統和數字通信系統。4、按傳輸媒質分類，可分為有線通信系統和無線通信系統兩大類。 有線通信是用導線（如架空明線、同軸電纜、 光導纖維、波導等）作為傳輸媒質完成通信的，如

4、市內電話、有線電視、海底電纜通信等。無線通信是依靠電磁波在空間傳播達到傳遞消息的目的的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛星中繼等。 15、常見傳輸多路信號有兩種復用方式，即頻分復用、時分復用。頻分復用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據不同的頻率范圍。時分復用是用脈沖調制的方法使不同信號占據不同的時間區間。1.4 信息及其度量1、信號是消息的載體，而信息是消息的內涵。任何信源產生的輸出都是隨機的，信息含量就是對消息中這種不確定性的度量，是用統計方法來定性的。消息出現的概率越小，消息中包含的信息量就越大。 2、信息量的計算信息量I與消息出現的概率P(x)之間的關系應為： 信息量的單位與對數底數a有

5、關。 a=2時， 信息量的單位為比特(bit)；a=e時， 信息量的單位為奈特(nat)； a=10時， 信息量的單位為哈特萊（Hartley）。目前廣泛使用的單位為比特。3、信源的熵：每個符號所含信息量的統計平均值，即平均信息量H為：例題：（重點）設二進制離散信源，發送1的概率是3/4，發送0的概率是1/4，發送1或者0是相互獨立的；1、信源每個輸出符號的信息量為多少？2、若信源發出符號序列：110001，則此消息序列的信息量是多少？3、第2步驟中的符號序列的每個符號的平均信息量是多少？4、求信息源的熵？例題：書本第11頁，【例1-2】（重點）1.5 通信系統的主要性能指標通信系統的主要性能

6、指標是系統的有效性和可靠性。有效性是指在給定時間內所傳輸的信息內容的多少，或者說是傳輸的“速度”問題；有效性指標：用單位時間傳送的信息量來衡量，傳送信息量越大，有效性越好；可靠性是指接收信息的準確程度，也就是傳輸的“質量”問題。可靠性指標：用接收端最終輸出信噪比來度量，信噪比越大，可靠性越好。第2章 確知信號掌握確知信號的基本概念；了解確知信號的頻域性質和時域性質。2、1 基本概念1、系統：一般來講，系統是一個由若干互有關聯的單元組成的并具有某種功能以用來達到某些特定目的的有機整體，其意義十分廣泛。分類如下：連續時間系統與離散時間系統即時系統和動態系統（按照系統內是否含有記憶元件）無源系統和有

7、源系統（按系統內是否含源）集中參數系統和分布參數系統 （按系統的參數是集中的或分布的）線性系統和非線性系統（按其特性分）時不變系統與時變系統（按其參數是否隨t而變）2、信號的基本概念信號是消息的一種物理體現，消息則是信號的具體內容。各種傳輸信號的方法：烽火、鼓聲、旗語、電信號。信號按物理屬性分：電信號和非電信號。描述信號的常用方法（1）函數表達式f(t)，（2）波形。3、信號的分類：4、確知信號：可以用確定時間函數表示的信號，稱為確定信號或規則信號。如正弦信號。5、隨機信號：不能用確定時間函數表示的信號，且在任意時刻的取值都具有不確定性，只可能知道它的統計特性，如在某時刻取某一數值的概率，這類

8、信號稱為隨機信號或不確定信號。5、確知信號的類型注意：1、對于能量信號，能量等于一個有限正值，但平均功率為零；2、對于功率信號，平均功率等于一個有限值，但能量為無窮大；3、能量信號和功率信號的分類對于非確知信號也使用。2.2 確知信號的頻域性質2.2.1 功率信號的頻譜 2.2.2 能量信號的頻譜密度3、二者的區別：4、單位沖激函數(d函數)（重點：課本第23頁，【例2-5】）2.3 確知信號的時域性質1、能量信號的自相關函數2、自相關函數的性質：3、功率信號的自相關函數和性質4、能量信號的互相關函數和性質5、功率信號的互相關函數和性質復習題（重點） 1、畫出單位階躍信號和單位沖激函數的曲線圖

9、。 2、寫出抽樣函數的形式，畫出其基本圖形。 3、什么叫做確知信號？ 4、按能量是否有限，信號分為哪些類？ 5、能量信號的特點？ 6、功率信號的特點？ 7、簡單描述一下單位沖擊函數的特點。 P34 習題 2 2；2 5；第3章 隨機信號分析 掌握內容：平穩隨機過程的數字特征與概率密度函數；平穩隨機過程的相關函數與功率譜密度；高斯信號通過線性系統。平穩隨機過程；平穩隨機過程的各態歷經性；1、 什么是隨機過程？隨機過程是一類隨時間作隨機變化的過程，它不能用確切的時間函數描述。可從兩種不同角度看：角度1：對應不同隨機試驗結果的時間過程的集合。角度2：隨機過程是隨機變量概念的延伸。在任一給定時刻t1上

10、，每一個樣本函數xi (t)都是一個確定的數值xi (t1)，但是每個xi (t1)都是不可預知的。在一個固定時刻t1上，不同樣本的取值xi (t1), i = 1, 2, , n是一個隨機變量，記為x (t1)。因此，我們又可以把隨機過程看作是在時間進程中處于不同時刻的隨機變量的集合。2、隨機過程的分布函數：3、隨機過程的數字特征所以，方差等于均方值與均值平方之差，它表示隨機過程在時刻 t 對于均值a ( t )的偏離程度。3.2平穩隨機過程1、平穩隨機過程及其性質2、嚴平穩隨即過程的數字特征結論：把同時滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩隨機過程。顯然，嚴平穩隨機過程必定是廣義平穩的，反

11、之不一定成立。 在通信系統中所遇到的信號及噪聲，大多數可視為平穩的隨機過程。因此，研究平穩隨機過程有著很大的實際意義。3、各態歷經性問題的提出：能否從一次試驗而得到的一個樣本函數x(t)來決定平穩過程的數字特征呢?回答是肯定的。平穩過程在滿足一定的條件下具有一個有趣而又非常有用的特性，稱為“各態歷經性”（又稱“遍歷性”）。具有各態歷經性的過程，其數字特征（均為統計平均）完全可由隨機過程中的任一實現的時間平均值來代替。 4、各態；歷經性的條件“各態歷經”的含義：隨機過程中的任一次實現都經歷了隨機過程的所有可能狀態。具有各態歷經的隨機過程一定是平穩過程，反之不一定成立。在通信系統中所遇到的隨機信號

12、和噪聲，一般均能滿足各態歷經條件。5、（重點，書本：第41頁）例3-1 6、平穩過程的自相關函數及其性質3.3高斯隨機過程（正態隨機過程）定義：如果隨機過程x (t)的任意n維（n =1,2,.）分布均服從正態分布，則稱它為正態過程或高斯過程。高斯隨機過程的重要性質1、高斯過程的n維分布只依賴各個隨機變量的均值、方差和歸一化協方差。2、廣義平穩的高斯過程也是嚴平穩的。3、因為，若高斯過程是廣義平穩的，即其均值與時間無關，協方差函數只與時間間隔有關，而與時間起點無關，則它的n維分布也與時間起點無關，故它也是嚴平穩的。所以，高斯過程若是廣義平穩的，則也嚴平穩。4、高斯過程經過線性變換后生成的過程仍

13、是高斯過程。也可以說，若線性系統的輸入為高斯過程，則系統輸出也是高斯過程。補充：線性系統1、定義：由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的，具有穩定功能的整體。系統模型：系統物理特性的數學抽象。 在電子技術領域中，“系統”、“電路”、“網絡”三個名詞在一般情況下可以通用。2、信號與系統的描述系統的表示： 數學表達式：系統物理特性的數學抽象。 系統圖：形象地表示其功能。3、線性系統3.4 平穩隨機過程通過線性系統由平穩隨機過程通過線性系統之后的數學特征可知：若線性系統的輸入是平穩的，則輸出也是平穩的。 如果線性系統的輸入過程是高斯型的，則系統的輸出過程也是高斯型的。復習題：P61，思考題：3-1

14、，3-3，3-4；（重點）第4章 信道1、信道的基本概念連接發送端和接受端的通信設備，其功能是將信號從發送端傳送到接收端。信道分類：無線信道 電磁波（含光波）有線信道 電線、光纖信道中的干擾：有源干擾 噪聲無源干擾 傳輸特性不良本章重點：介紹信道傳輸特性和噪聲的特性，及其對于信號傳輸的影響。4.1 無線信道 無線信道n 利用電磁波在空間的傳播來實現。n 要求天線的尺寸不小于電磁波波長的1/10。 根據通信距離分類：地波、天波、視波1、地波u 頻率 2 MHzu 有繞射能力u 距離：數百或數千千米 2、天波l 頻率：2 30 MHzl 特點：被電離層反射l 一次反射距離： 30 MHzl 距離:

15、 和天線高度有關l 式中，D 收發天線間距離(km)。4、增大視線傳播距離的其他途徑 中繼通信：無線電中繼 衛星通信：靜止衛星、移動衛星 平流層通信：位于平流層的高空平臺電臺4.2 有線信道分類：明線、對稱電纜、同軸電纜 1、明線是指平行架設在電線桿上的架空線路。 2、雙絞線、電纜（粗電纜、細電纜）、光纖4.3 信道的數學模型 信道模型的分類：調制信道、編碼信道4.5 信道中的噪聲 噪聲l 信道中存在的不需要的電信號。l 又稱加性干擾。 按噪聲來源分類l 人為噪聲 例：開關火花、電臺輻射l 自然噪聲 例：閃電、大氣噪聲、宇宙噪聲、熱噪聲 熱噪聲來源：來自一切電阻性元器件中電子的熱運動。 按噪聲

16、性質分類 脈沖噪聲：是突發性地產生的，幅度很大，其持續時間比間隔時間短得多。其頻譜較寬。電火花就是一種典型的脈沖噪聲。 窄帶噪聲：來自相鄰電臺或其他電子設備，其頻譜或頻率位置通常是確知的或可以測知的。可以看作是一種非所需的連續的已調正弦波。 起伏噪聲：包括熱噪聲、電子管內產生的散彈噪聲和宇宙噪聲等。注：討論噪聲對于通信系統的影響時，主要是考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲的影響。復習題： P84，思考題：4-1，4-9，4-14，4-16第9章 模擬信號的數字傳輸 掌握內容：抽樣定理；脈沖振幅調制(PAM)原理；脈沖編碼調制(PCM)原理；增量調制(M)原理；均勻量化；非均勻量化； 了解內容：十三折現

17、非均勻量化；十五折線非均勻量化；增量脈沖編碼調制(DPCM)原理。9.1 模擬信號的抽樣-抽樣定理抽樣定理：設一個連續模擬信號m(t)中的最高頻率 fH，則以間隔時間為T 1/2fH的周期性沖激脈沖對它抽樣時，m(t)將被這些抽樣值所完全確定。9.2 模擬脈沖調制模擬脈沖調制的種類周期性脈沖序列有4個參量：脈沖重復周期、脈沖振幅、脈沖寬度和脈沖相位（位置）。 其中脈沖重復周期（抽樣周期）一般由抽樣定理決定，故只有其他3個參量可以受調制。3種脈沖調制：脈沖振幅調制(PAM)脈沖寬度調制(PDM)脈沖位置調制(PPM)9.3 抽樣信號的量化- 量化原理l 設模擬信號的抽樣值為m(kT)，其中T是抽

18、樣周期，k是整數。此抽樣值仍然是一個取值連續的變量。l 若僅用N個不同的二進制數字碼元來代表此抽樣值的大小，則N個不同的二進制碼元只能代表M = 2N個不同的抽樣值。l 因此，必須將抽樣值的范圍劃分成M個區間，每個區間用一個電平表示。這樣，共有M個離散電平，它們稱為量化電平。用這M個量化電平表示連續抽樣值的方法稱為量化。 9.3.3 非均勻量化 1、非均勻量化的目的：在實際應用中，對于給定的量化器，量化電平數M和量化間隔Dv都是確定的，量化噪聲Nq也是確定的。但是，信號的強度可能隨時間變化（例如，語音信號）。當信號小時，信號量噪比也小。所以，這種均勻量化器對于小輸入信號很不利。為了克服這個缺點

19、，改善小信號時的信號量噪比，在實際應用中常采用非均勻量化。2、非均勻量化原理實際中，非均勻量化的實現方法通常是在進行量化之前，先將信號抽樣值壓縮，再進行均勻量化。這里的壓縮是用一個非線性電路將輸入電壓x變換成輸出電壓 y： y = f(x)3、壓縮特性關于電話信號的壓縮特性，ITU制定了兩種建議，即A壓縮律和m壓縮律，以及相應的近似算法 13折線法和15折線法。我國大陸、歐洲各國以及國際間互連時采用A律及相應的13折線法。北美、日本和韓國等少數國家和地區采用m律及15折線法。4、13折線壓縮特性 A律的近似 A律表示式是一條平滑曲線，用電子線路很難準確地實現。這種特性很容易用數字電路來近似實現

20、。13折線特性就是近似于A律的特性。在下圖中示出了這種特性曲線：圖中橫坐標x在0至1區間中分為不均勻的8段。1/2至1間的線段稱為第8段；1/4至1/2間的線段稱為第7段；1/8至1/4間的線段稱為第6段；依此類推，直到0至1/128間的線段稱為第1段。圖中縱坐標y 則均勻地劃分作8段。將與這8段相應的座標點(x, y)相連，就得到了一條折線。由圖可見，除第1和2段外，其他各段折線的斜率都不相同。在下表中列出了這些斜率：因為語音信號為交流信號，所以，上述的壓縮特性只是實用的壓縮特性曲線的一半。在第3象限還有對原點奇對稱的另一半曲線，如下圖所示：m壓縮律和15折線壓縮特性m壓縮律是指符合下式的對

21、數壓縮規律： 將這些轉折點用直線相連，就構成了8段折線。由于其第一段和第二段的斜率不同，不能合并為一條直線，故當考慮到信號的正負電壓時，僅正電壓第一段和負電壓第一段的斜率相同，可以連成一條直線。所以，得到的是15段折線，稱為15折線壓縮特性。 9.4 編碼l 經過抽樣、量化，得到了數字信號。l 最后經過編碼，就可以在數字通信系統中傳輸了。把從模擬信號抽樣、量化，直到變換成為二進制符號的基本過程，稱為脈沖編碼調制（PCM） ，簡稱脈碼調制。9.4.1 脈沖編碼調制（PCM）的基本原理例：在下圖中，模擬信號的抽樣值為3.15，3.96，5.00，6.38，6.80和6.42。若按照“四舍五入”的原

22、則量化為整數值，則抽樣值量化后變為3，4，5，6，7和6。在按照二進制數編碼后，量化值(quantized value)就變成二進制符號：011、100、101、110、111和110。9.4.2 自然二進制碼和折疊二進制碼（1）自然二進制碼（2）折疊二進制碼。折疊碼的優點：因為電話信號是交流信號，故在此表中將16個雙極性量化值分成兩部分。第0至第7個量化值對應于負極性電壓；第8至第15個量化值對應于正極性電壓。顯然，對于自然二進制碼，這兩部分之間沒有什么對應聯系。但是，對于折疊二進制碼，除了其最高位符號相反外，其上下兩部分還呈現映像關系，或稱折疊關系。這種碼用最高位表示電壓的極性正負，而用其

23、他位來表示電壓的絕對值。折疊碼的另一個優點是誤碼對于小電壓的影響較小。折疊碼對于小信號有利。由于語音信號小電壓出現的概率較大，所以折疊碼有利于減小語音信號的平均量化噪聲。在語音通信中，通常采用8位的PCM編碼就能夠保證滿意的通信質量。 9.6 差分脈沖編碼調制（DPCM）1、預測編碼簡介預測編碼的目的：降低編碼的比特率預測編碼原理：在預測編碼中，先根據前幾個抽樣值計算出一個預測值，再取當前抽樣值和預測值之差。將此差值編碼并傳輸。此差值稱為預測誤差。利用減小冗余度的辦法，降低了編碼比特率。線性預測原理：若利用前面的幾個抽樣值的線性組合來預測當前的抽樣值，則稱為線性預測。若僅用前面的1個抽樣值預測

24、當前的抽樣值，則就是將要討論的DPCM。補充：哈夫曼編碼（重點）第11章差錯控制編碼 11.1 概述 11.2 糾錯編碼的基本原理 11.4 簡單實用的糾錯編碼11.1 概述1、信道分類：從差錯控制角度看l 隨機信道：錯碼的出現是隨機的 l 突發信道：錯碼是成串集中出現的l 混合信道：既存在隨機錯碼又存在突發錯碼 差錯控制技術的種類：檢錯重發、前向糾錯、反饋校驗、檢錯刪除 差錯控制編碼-常稱為糾錯編碼l 監督碼元：上述4種技術中除第3種外，都是在接收端識別有無錯碼。所以在發送端需要在信息碼元序列中增加一些差錯控制碼元，它們稱為監督碼元。 l 不同的編碼方法，有不同的檢錯或糾錯能力。l 多余度：

25、就是指增加的監督碼元多少。例如，若編碼序列中平均每兩個信息碼元就添加一個監督碼元，則這種編碼的多余度為1/3。l 編碼效率(簡稱碼率) ：設編碼序列中信息碼元數量為k，總碼元數量為n，則比值k/n 就是碼率。l 冗余度：監督碼元數(n-k) 和信息碼元數 k 之比。l 理論上，差錯控制以降低信息傳輸速率為代價換取提高傳輸可靠性。4、自動要求重發(ARQ)系統采用檢錯重發的通信系統一般稱為自動要求重發系統。共3種ARQ系統：1、停止等待ARQ系統 ；2、拉后ARQ系統；3、選擇重發ARQ系統ARQ的主要優點：和前向糾錯方法相比監督碼元較少即能使誤碼率降到很低，即碼率較高；檢錯的計算復雜度較低；檢

26、錯用的編碼方法和加性干擾的統計特性基本無關，能適應不同特性的信道。ARQ的主要缺點：需要雙向信道來重發，不能用于單向信道，也不能用于一點到多點的通信系統。因為重發而使ARQ系統的傳輸效率降低。在信道干擾嚴重時，可能發生因不斷反復重發而造成事實上的通信中斷。在要求實時通信的場合，例如電話通信，往往不允許使用ARQ法。l 在發送端，輸入的信息碼元在編碼器中被分組編碼（加入監督碼元）后，除了立即發送外，還暫存于緩沖存儲器中。若接收端解碼器檢出錯碼，則由解碼器控制產生一個重發指令。此指令經過反向信道送到發送端。由發送端重發控制器控制緩沖存儲器重發一次。l 接收端僅當解碼器認為接收信息碼元正確時，才將信

27、息碼元送給收信者，否則在輸出緩沖存儲器中刪除接收碼元。l 當解碼器未發現錯碼時，經過反向信道發出不需重發指令。發送端收到此指令后，即繼續發送后一碼組，發送端的緩沖存儲器中的內容也隨之更新。11.2 糾錯編碼的基本原理1、概念：禁用碼組、許用碼組將信息碼分組，為每組信息碼附加若干監督碼的編碼稱為分組碼 。在分組碼中，監督碼元僅監督本碼組中的信息碼元。 2、分組碼的碼重和碼距l 碼重：把碼組中“1”的個數目稱為碼組的重量，簡稱碼重。l 碼距：把兩個碼組中對應位上數字不同的位數稱為碼組的距離，簡稱碼距。l 最小碼距：把某種編碼中各個碼組之間距離的最小值稱為最小碼距(d0)。3、碼距和檢糾錯能力的關系

28、 一種編碼的最小碼距d0的大小直接關系著這種編碼的檢錯和糾錯能力：1、為檢測e個錯碼，要求最小碼距 d0 e + 12、為了糾正t個錯碼，要求最小碼距d0 2t + 13、為糾正t個錯碼，同時檢測e個錯碼，要求最小碼距這種糾錯和檢錯結合的工作方式簡稱糾檢結合。 11.4簡單實用的糾錯編碼 11.4.1 奇偶監督碼 11.4.2 二維奇偶監督碼 11.4.3 恒比碼 11.4.4 正反碼11.4.1 奇偶監督碼 奇偶監督碼分為奇數監督碼和偶數監督碼兩種，兩者的原理相同。 在偶數監督碼中，無論信息位多少，監督位只有1位，它使碼組中“1”的數目為偶數，即滿足下式條件： 式中a0為監督位，其他位為信息

29、位。 這種編碼能夠檢測奇數個錯碼。在接收端，按照上式求“模2和”，若計算結果為“1”就說明存在錯碼，結果為“0”就認為無錯碼。11.4.3 恒比碼 在恒比碼中，每個碼組均含有相同數目的“1”（和“0”）。由于“1”的數目與“0”的數目之比保持恒定，故得此名。 這種碼在檢測時，只要計算接收碼組中“1”的數目是否對，就知道有無錯碼。 恒比碼的主要優點是簡單和適于用來傳輸電傳機或其他鍵盤設備產生的字母和符號。對于信源來的二進制隨機數字序列，這種碼就不適合使用了。11.4.4 正反碼-正反碼的編碼：它是一種簡單的能夠糾正錯碼的編碼。其中的監督位數目與信息位數目相同，監督碼元與信息碼元相同或者相反則由信

30、息碼中“1”的個數而定。第14章 通信網一、電話網1、通信網是在多點之間傳遞信息的通信系統。通信網的基本組成部分l 終端設備：包括電話機、傳真機、電臺、計算機等發送和接收信號的設備。 l 通信鏈路：定義在一定的頻域和空域，它占用給定的頻帶和物理空間。鏈路可以被時分復用或頻分復用。 l 交換設備：按照信令將通信鏈路傳來的信號轉接到另一條鏈路的設備。l 有些通信網中還包含轉發設備。 2、通信網的分類按照功能區分：電報網、電話網、電傳(Telex)網以及電視網等等。按照拓撲結構區分：l 網形：網形網的任意兩個節點之間都有一條鏈路直接相連。所以若網中共有N個節點，則需要N(N-1)/2條鏈路連接。當N

31、增大時，所需鏈路數目將急劇增加，故經濟性較差。但是，若各節點有轉發功能，則可靠性大為增加。l 星形網：在星形網中，若共有N個節點，則共需(N-1)條鏈路；除中心節點外，其他節點之間的通信都需要經過中心節點轉接。故在中心節點處需要有交換設備為其他各個節點轉接信號。和網形網相比，星形網需要的鏈路數目減少了，但是需要增加交換設備。l 環形網：環形網所需的鏈路數目N等于節點數目，并且每個節點都需要有轉發功能。在這里，任意兩個節點之間都有一條迂回鏈路，所以可靠性比星形網高。但是，在某些節點之間可能需要多次轉發，這個因素又會使傳輸時延增大和可靠性下降。 l 總線形網：在總線形網中，利用一條“總線”連接所有

32、節點。由于所有節點共用這條總線，即總線同時只能為兩個節點服務，所以它主要用于分時工作的計算機局域網中。由于總線形網和環形網的上述特點，當網中節點數目較大時，可能使信號傳輸的時延較長。這兩種網主要適合用于節點數目較少的計算機網中。l 復合形網：復合形網是上述幾種基本型網的組合。根據對網絡的性能要求，常將幾種基本型網結合使用，以求達到技術和經濟指標優化的目的。 3、電話網的結構組成：由終端設備（電話機）、傳輸線路和交換設備組成。分類：專用交換電話網、公共交換電話網(PSTN) 本地電話網：l 是指在一個統一號碼長度的編號區內，由電話機、用戶線、用戶端局（簡稱端局）、匯接局、局間中繼線和長話-市話中

33、繼線組成的電話網。l 長話-市話中繼線則用于將本地電話網和國內長途電話網相連接。中繼線一般是大容量電纜，用于傳輸時分復用PCM信號。國內長途電話網：l 是指全國各市（縣）間用戶進行長途通話的電話網，網中各市（縣）都設一個或多個長途電話局。各長途局間由長途電話線路連接起來。l 國內長途電話網的結構在我國采用分級匯接制，它包含4個等級的交換中心，即大區交換中心（C1），省交換中心(C2)，地區交換中心(C3)和縣市交換中心（C4）。國際長途電話網：l 是指將世界各國的電話網相互連接起來進行國際通話的電話網。14.2.2電話網中的交換（1）雙向交換矩陣-不適宜用于數字電路 （2）單向交換矩陣：和雙向

34、交換矩陣相比，這種單向交換矩陣中的開關數目要加倍。注：上述兩種方法中，前者用開關矩陣實現交換的方法常稱為空分交換，后者則稱為時分交換。空分交換時刻保持連接通信兩端用戶的線路處于持續接通狀態。時分交換則不然。14.2.3 電話網中的信令信令的用途：在電話網中，交換設備是根據用戶發來的信令控制接通哪一條或幾條電路的。 信令的分類：用戶信令和局間信令：l 用戶信令：從用戶發到端局的信令，它規定了要求呼叫的終端目的地。l 局間信令：在各局和各中心之間傳輸的信令，它根據用戶信令的要求按照網絡的構成決定著信號通過的鏈路。模擬信令和數字信令：公共電話網中l 模擬信令：由電話機到端局之間的用戶線一般都是模擬線

35、路，所以用戶信令都是模擬信令。l 數字信令：局間中繼線都是數字線路，故局間信令是數字信令。 局間信令：隨路信令(CAS) ： 是指信令和用戶信息（語音）在同一信道中傳輸的信令。 R2信令是一種基于E-1時分復用系統的隨路信令。在E-1系統中時隙TS16被預留用來傳遞這種信令。共路信令(CCS) ： 將呼叫控制信息和其他業務信息通過一個獨立的信令網絡傳輸。 SS7信令為一種共路信令 。它比R2信令更高效，更可靠。SS7信令的標準化程度要比R2信令好。 14.2.4 電話網的性能指標1、話務量，2、呼損率二、數據通信概述1、數據通信的概念2、數據通信系統的組成3、數據通信系統的性能指標4、網絡協議

36、與協議體系結構1、數據通信的概念數據通信是指計算機與通信技術相結合的產物，通常是指依照通信協議，利用數據傳輸技術，在智能終端與計算機之間或者計算機與計算機之間傳送數據的過程。特點： 通信雙方至少有一方是計算機； 數據通信中傳輸的信息是以二進制數形式表現； 它與遠程信息處理相聯系，是包括科學計算、過程控制、科學檢索的內容的廣義的信息處理。數據通信包括： 數據傳輸：數據傳輸是數據通信的基礎。 數據處理：數據處理（如數據的集中、交換、控制等）使數據的遠距離交換得以實現。通信控制 通信按照一定的規則有步驟的進行，即雙方必須按照一定的協議或約定，包括收發雙方的同步、傳輸的控制和數據流量的控制等。數據通信

37、系統：數據通信系統是通過數據電路將分布在遠地的數據終端設備與計算機系統連接起來，實現數據傳輸、交換、存儲和處理的系統。 1.2 數據終端設備（DTE）在數據通信系統中，用于發送和接收數據的設備稱為數據終端設備（簡稱DTE）。 構成：數據輸入設備、數據輸出設備和傳輸控制器。 作用：把信息變換成以數字代碼表示的數據，并把這些數據通過傳輸信道送到遠端計算機系統，同時接受數據。 DTE屬于用戶范疇，其種類繁多，功能差別較大。 從計算機和計算機通信系統的觀點來看，終端是輸入輸出的工具； 從數據通信網絡的觀點來看，計算機和終端都稱為網絡的數據終端設備，簡稱終端。通信控制器 ：為了有效而可靠地進行通信，通信

38、雙方必須按一定的規程進行，如收發雙方的同步、差錯控制、傳輸鏈路的建立、維待和拆除及數據流量控制等，所以必須設置通信控制器來完成這些功能，對應于軟件部分就是通信協議，這也是數據通信與傳統電話通信的主要區別。1.2 數據電路終接設備（DCE） 用來連接DTE與數據通信網絡的設備稱為數據電路終接設備（Data Circuit-terminating Equipment，DCE），可見該設備為用戶設備提供入網的連接點。DCE的功能就是完成數據信號的變換，要進行“數字模擬”變換，方法就是調制，而接收端要進行反變換，即“模擬數字”變換，這就是解調。數據電路指的是在線路或信道上加信號變換設備之后形成的二進制

39、比特流通路，它由傳輸信道及其兩端的數據電路終接設備（DCE）組成。 數據鏈路是在數據電路已建立的基礎上，通過發送方和接收方之間交換“握手”信號，使雙方確認后方可開始傳輸數據的兩個或兩個以上的終端裝置與互連線路的組合體。 “握手”信號是指通信雙方建立同步聯系、使雙方設備處于正確收發狀態、通信雙方相互核對地址等。 中央計算機由通信控制器、主機以及外圍設備組成，其功能是進行數據處理并可將處理結果向相應的數據終端設備輸出。主機又稱中央處理機，主要功能是進行數據處理。傳輸信道，目前數據通信中所使用的多為有線信道。主要有：直接利用傳輸媒體的實線信道（如局域網中）；經調制解調器的頻分信道（如部分地區用戶線路

40、中）；時分信道，由于光纖通信技術的發展，現在絕大部分的數據傳輸在時分信道上，以同步數字體系SDH方式傳輸。數據傳輸按信息傳送的方向與時間可以分為：單工、半雙工、全雙工三種傳輸方式。1.2 傳輸方式-多路復用為了提高信道的利用率，在數據的傳輸中組合多個低速的數據終端共同使用一條高速的信道，這種方法稱為多路復用，常用的復用技術有頻分復用和時分復用。 頻分復用 u 頻分復用是將物理信道上的總帶寬分成若干個獨立的信道（即子信道），分別分配給用戶傳輸數據信息，各子信道間還略留一個寬度（稱為保護帶）。 u 頻分復用適用于傳輸模擬信號的頻分制信道，主要用于電話和有線電視（CATV）系統，在數據通信系統中應和

41、調制解調技術結合使用，且只在地區用戶線上用到，長途干線上主要采用時分復用。 時分復用 u 時分復用是將一條物理信道按時間分成若干時間片（即時隙）輪流地分配給每個用戶，每個時間片由復用的一個用戶占用，而不像FDM那樣，同一時間同時發送多路信號。u 數據時分復用可分為同步時分復用和統計時分復用 。 同步時分復用和統計時分復用u 同步時分復用是指復用器把時隙固定地分配給各個數據終端，通過時隙交織形成多路復用信號，從而把各低速數據終端信號復用成較高速率的數據信號。u 統計時分復用也稱異步時分復用。統計時分復用中，把時隙動態地分配給各個終端，即當終端的數據要傳送時，才會分配到時隙，因此每個用戶的數據傳輸

42、速率可以高于平均傳輸速率，最高可以達到線路總的傳輸能力。 例題（重點）：線路傳輸速率為9600bit/s，4個用戶的平均速率為2400bit/s。 當用同步時分復用時，每個用戶的最高速率為2400bit/s。 而在統計時分復用方式下，每個用戶最高速率可達9600bit/s。1.3 數據通信系統的性能指標不同的通信系統有不同的性能指標，就數據通信系統而言，其性能指標主要有傳輸速率、頻帶利用率、差錯率等。1.3.1 信息傳輸速率（Rb）1.3.2 碼元傳輸速率（RB）1.3.3 頻帶利用率1.3.4 差錯率4、網絡協議與協議體系結構1、 通信協議的概念與層次結構電話網中有規定的信令方式，數據通信中

43、要有傳輸控制規程等。我們把這種通信雙方必須遵守的規則和約定稱為協議或規程。協議的要素包括語法、語義和定時。 語法規定通信雙方“如何講”。即確定數據格式、數據碼型、信號電平等； 語義規定通信雙方“講什么”，即確定協議元素的類型，如規定通信雙方要發出什么控制信息、執行什么動作和返回什么應答等； 定時關系則規定事件執行的順序，即確定鏈路通信過程中通信狀態的變化，如規定正確的應答關系等。由于協議十分復雜，涉及面很廣，因此在制定協議時經常采用的方法是分層法。 分層法最核心的思路是上一層的功能是建立在下一層的功能基礎上，并且在每一層內均要遵守一定的規則。 層次和協議的集合稱為網絡的體系結構。 通信軟件：體

44、系結構應當具有足夠的信息，以允許軟件設計人員給每層編寫實現該層協議的有關程序，即通信軟件。 負責制定國際標準的ISO吸取了IBM的SNA和其它計算機廠商的網絡體系結構，提出了開放系統互連（Open System Interconnection）參考模型（簡稱OSI-RM），按照這個標準設計和建成的計算機網絡系統都可以互相連接。2、OSI參考模型及各層功能 OSI參考采用分層結構化技術，將整個網絡的通信功能分為7層。 由低層至高層分別是：物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、會話層、表示層、應用層。每一層都有特定的功能，并且上一層利用下一層的功能所提供的服務， 實通信：在OSI參考模型中，各層的數

45、據并不是從一端的第N層直接送到另一端的，第N層的數據在垂直的層次中自上而下地逐層傳遞直至物理層，在物理層的兩個端點進行物理通信，我們把這種通信稱為實通信。 虛擬通信：而對等層由于通信并不是直接進行，因而稱為虛擬通信。u 物理層主要討論在通信線路上比特流的傳輸問題。l 這一層協議描述傳輸媒質的電氣、機械、功能和過程的特性。l 其典型的設計問題有：信號的發送電平、碼元寬度、線路碼型、物理連接器插腳的數量、插腳的功能、物理拓撲結構、物理連接的建立和終止、傳輸方式等。u 數據路層主要討論在數據鏈路上幀流的傳輸問題。l 這一層協議的內容包括：幀的格式，幀的類型，比特填充技術，數據鏈路的建立和終止信息流量

46、控制，差錯控制，向物理層報告一個不可恢復的錯誤等。l 這一層協議的目的是保障在相鄰的站與節點或節點與節點之間正確地、有次序、有節奏地傳輸數據幀。l 常見的數據鏈路協議有兩類：l 一是面向字符的傳輸控制規程，如基本型傳輸控制規程（BSC）；l 另一類是面向比特的傳輸控制規程，如高級數據鏈路控制規程（HDLC）。主要是后一類。u 網絡層主要處理分組在網絡中的傳輸。l 這一層協議的功能是：路由選擇、數據交換。l 網絡連接的建立和終止一個給定的數據鏈路上網絡連接的復用，根據從數據鏈路層來的錯誤報告而進行的錯誤檢測和恢復，分組的排序，信息流的控制等。u 網絡層的典型例子是ITU-T的X. 25建議的第三

47、層標準。u 運輸層是第一個端到端的層次，也就是計算機-計算機的層次。l 這一層的功能是：把運輸層的地址變換為網絡層的地址，運輸連接的建立和終止，在網絡連接上對運輸連接進行多路復用，端-端的次序控制，信息流控制，錯誤的檢測和恢復等。l OSI的前三層可組成公共網絡，它可被很多設備共享，并且計算機-節點機、節點機-節點機是按照“接力”方式傳送的，為了防止傳送途中報文的丟失，兩個計算機之間可實現端到端控制。u 會話層是指用戶與用戶的連接，它通過在兩臺計算機間建立、管理和終止通信來完成對話。l 會話層的主要功能：n 在建立會活時核實雙方身份是否有權參加會活；n 確定何方支付通信費用；n 雙方在各種選擇

48、功能方面（如全雙工還是半雙工通信）取得一致；n 在會話建立以后，需要對進程間的對話進行管理與控制。u 表示層主要處理應用實體間交換數據的語法。l 其目的是解決格式和數據表示的差別，從而為應用層提供一個一致的數據格式，如文本壓縮、數據加密、字符編碼的轉換，從而使字符、格式等有差異的設備之間相互通信。u 應用層與提供網絡服務相關，這些服務包括文件傳送、打印服務、數據庫服務、電子郵件等。應用層提供了一個應用網絡通信的接口。n 從七層的功能可見：l 13主要是完成數據交換和數據傳輸，稱之為網絡低層，即通信子網；l 57層主要是完成信息處理服務的功能，稱之為網絡高層；l 低層與高層之間由第4層銜接。l

49、注：在數據通信網中只有物理層、數據鏈路層和網絡層，所以在數據通信中也只研究這三層。3、 OSI有關術語-面向連接和無連接 下層向上層提供服務有兩種形式：面向連接的服務；無連接的服務1、 面向連接的服務以電話系統最為典型，要和某人通話，先拿起電話，撥號碼，談話，掛斷。網絡中的面向連接服務類似大電話過程。u 某一方欲傳誦數據，首先給出對方的全稱地址，并請求建立連接，當雙方同意后，雙方之間的通信鏈路就建立起來。u 第二步是傳送數據，通常以幀為單位，按序傳送，不再標稱地址，只標稱所建立的鏈路號，并由收方對收到的幀予以確認，為可靠傳送方式。也有用不著確認的場合，為不可靠方式。u 第三步當數據傳送結束后，

50、拆除鏈路。面向連接的服務，又稱為虛電路服務。2、 無連接服務沒有建立和拆除鏈路的過程，像普通的電子郵件，其用戶并不希望為發一條消息而去建立和拆除連接的麻煩。無連接服務又稱為數據報服務，它要求每一幀信息帶有全稱地址，獨立選擇路徑，其到達目的地的順序也是不定的，到達目的地后，還要重新對幀進行排序。三、數據交換1、概述；2、電路交換；3、報文交換；4、分組交換；5、三種交換方式的比較；6、幀中繼；7、異步傳輸模式 1、全聯通：多個設備之間進行通信的一個簡單方法是在兩者之間建立直達的傳輸鏈路，稱為全聯通，由此構成的網絡成為互聯網或完全互聯網。 2、數據交換： 在連接著大量DTE的網絡中，為了實現在眾多

51、DTE之間的通信，較好的方法是在通信網絡中設置交換中心(switching center)，它可同時為多對要通信的數據終端建立通信鏈路，通信結束后再拆除鏈路。這些中間節點并不關心數據內容，它的目的只是提供一個交換設備，把數據從一個節點傳送到另一個節點，直至到達目的地。通常將數據在各節點間的數據傳輸過程稱為數據交換。3、交換 一個交換網絡由一系列稱為交換機的節點，相互連接組成。 交換機是硬件和軟件設備，具有在連接到交換機的兩個或多個設備之間創建臨時連接的能力。 4、數據經編碼后在通信線路上進行傳輸，按數據傳送技術劃分： 公用交換網，如電話網。 公用數據交換網。5、公用電話網（PSTN） 是應用最

52、廣泛的交換網，只要增加少量設備和自動呼叫（ACE）就可以開展數據通信業務。u 優點：投資少，實現簡單，地區廣泛，使用方便。u 缺點：傳輸差錯率高，傳輸質量不穩定，不適于高速數據傳輸等。6、公用數據交換網的數據交換方式： （1）電路交換方式，分為：空分交換方式，時分交換方式 （2） 存儲交換方式，又稱信息交換和存儲轉發交換方式，根據存儲、傳輸的單位不同，又分為：報文交換方式，分組交換方式。 簡而言之，把共用數據交換網分為三種：1、電路交換方式，2、報文交換方式，3、分組交換方式6.1 電路交換方式 數據通信的電路交換又稱線路交換，是根據電話交換的原理發展起來的依照交換方式。 具體是指兩臺計算機或

53、終端在相互通信時，使用同一條實際的物理鏈路，且在通信中自始至終使用該條鏈路進行信息傳輸，而不允許其他計算機或終端同時共享該條鏈路。 電路交換的通信過程包括3個階段：建立連接、傳輸數據和拆除連接。電路交換可以分為以下兩種：空分交換；時分交換 （1）空分交換，Space Division Switching。這是指在交換過程中的入線是通過在空間的位置來選擇出線，并建立接續，通信結束后，隨即拆除。比如，人工交換機上塞繩的一端連著入線塞孔，由話務員按主叫要求把塞繩的另一端連接被叫的出線塞孔，這就是最形象的空分交換方式。 （2）時分交換，Time Division Switching時分交換是以時分復用

54、為基礎，是把時間劃分為若干互不重疊的時隙，由不同的時隙建立不同的子信道，通過時隙交換網絡完成話音的時隙搬移，從而實現入線和出線間數據交換的一種交換方式。 7、 電路交換的優點信息的傳輸時延小，對于一個接續來說，傳輸時延不變。信息以信號的形式在數據通路中“透明”傳輸。電路交換的特點是接續路徑采用物理連接，在電路接通之后，出現在數據終端用戶面前的就好像是專線一樣，交換機不再干預信息的傳輸，即在用戶之間提供了完全“透明”的信號通路。信息的編碼方法和信息格式不受交換網絡的限制。8、電路交換的缺點電路的持續時間較長，對于數據和其他非會話性質的通信就沒有必要。特別對于猝發式的通信，電路交換效率不高。電路資源被通信雙方獨占，電路利用率低。通信雙方在信息的傳輸速率、編碼格式、同步方式、通信規程等方面要求完全兼容。有呼損，即可能出現由于雙方用戶終端設備忙或交換網負荷過重而叫不通。不夠靈活，一旦電路建立，不管電路是否是最完美的，通信的所有數據都將使用電路所形成的路徑。電路對于所有的通信都一視同仁。每個請求都被賦予到任何可用的線路上，沒有優先級別。9、 報文交換(Message Switching)報文交換(Message Switching)是通過通信子網上的結點采用存儲-轉發的方式來傳輸數據，它不需要在兩個站點之間建立一條專用的通信線路。 報