第 3 章 数据通信基础
3.1 数据通信系统的模型
3.2 有关信道的几个基本概念
3.3 信道的最高码元传输速率
3.4 信道的极限信息传输速率
3.5 模拟传输与数字传输
3.6 信道复用技术
3.1 数据通信系统的模型
传输
系统 输
入
信
息
输
入
数
据
发送
的信号
接收
的信号
输
出
数
据
源点 终点 发送器 接收器
调制解调器 PC 机
公用电话网
调制解调器
数字比特流 数字比特流 模拟信号 模拟信号
正文 正文
数据通信系统
源系统 目的系统 传输系统
输
出
信
息
PC 机
几个术语
? 数据 (data)——运送信息的实体。
? 信号 (signal)——数据的电气的或电磁的表现。
?, 模拟的, (analogous)——连续变化的。
?, 数字的, (digital)——取值是离散数值。
? 调制 ——把数字信号转换为模拟信号的过程。
? 解调 ——把模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟的和数字的数据、信号
模拟数据 模拟信号
放大器
调制器
模拟数据 数字信号
PCM
编码器
数字数据 模拟信号
调制器
数字数据 数字信号
数字
发送器
3.2 有关信道的几个基本概念
? 单向通信 （单工通信） ——只能有一个方
向的通信而没有反方向的交互。
? 双向交替通信 （半双工通信） ——通信的
双方都可以发送信息，但不能双方同时发
送 (当然也就不能同时接收 )。
? 双向同时通信 （全双工通信） ——通信的
双方可以同时发送和接收信息。
基带 (baseband)信号和
宽带 (broadband)信号
? 基带信号 就是将数字信号 1 或 0 直接用两
种不同的电压来表示，然后送到线路上去
传输。
? 宽带信号 则是将基带信号进行调制后形成
的频分复用模拟信号。
3.3 信道的最高码元传输速率
? 任何实际的信道都不是理想的，在传输
信号时会产生各种失真以及带来多种干
扰。
? 码元传输的速率越高，或信号传输的距
离越远，在信道的输出端的波形的失真
就越严重。
数字信号通过实际的信道
? 失真不严重
? 失真严重
实际的信道
（带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输入信号波形 输出信号波形
(失真不严重 )
输入信号波形
实际的信道
（带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输出信号波形
(失真严重 )
奈氏 (Nyquist)准则
? 每赫带宽的理想低通信道的最高码元传
输速率是每秒 2 个码元。
? Baud 是 波特,是 码元 传输速率的单位，
1 波特为每秒传送 1 个码元。
理想低通信道 的最高码元传输速率 = 2W Baud
W 是理想低通信道的带宽，单位为赫 (Hz)
不能通过 能通过
0 频率 (Hz)
W (Hz)
要强调以下两点
? 实际的信道所能传输的最高码元速率，
要明显地低于奈氏准则给出上限数值。
? 波特 (Baud)和比特 (bit)是两个不同的概
念。
? 波特 是码元传输的速率单位（每秒传多少个
码元）。码元传输速率也称为 调制速率, 波
形速率 或 符号速率 。
? 比特 是信息量的单位。
要注意
? 信息的传输速率, 比特 /秒, 与码元的传
输速率, 波特, 在数量上 却有一定的关
系。
? 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则
,比特 /秒, 和, 波特, 在数值上相等。
? 若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则
M Baud 的码元传输速率所对应的信息传
输速率为 M ? n b/s。
3.4 信道的极限信息传输速率
? 香农 (Shannon)用信息论的理论推导出了
带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的
极限, 无差错的 信息传输速率。
? 信道的极限信息传输速率 C 可表达为
? C = W log2(1+S/N) b/s
? W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；
? S 为信道内所传信号的平均功率；
? N 为信道内部的高斯噪声功率。
香农公式表明
? 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的
极限传输速率就越高。
? 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速
率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的
传输。
? 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实
际信道不可能是这样的），则信道的极限信息
传输速率 C 也就没有上限。
? 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农
的极限传输速率低不少。
奈氏准则和香农公式
在数据通信系统中的作用范围
源系统 传输系统 目的系统
传输
系统 源点 终点 发送器 接收器 输
入
信
息
输
出
信
息
输
入
数
据
输
出
数
据
发送的
信号
接收的
信号
码元传输速率受
奈氏准则的限制
信息传输速率受
香农公式的限制
3.5 模拟传输与数字传输
3.5.1 模拟传输系统
? 长途干线最初采用 频分复用 FDM 的传输
方式
? FDM (Frequency Division Multiplexing)
? 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。
3.5.2 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
0 1 0 0 1 0 1 0 0 还原后
的数据
t 接收到的 失真信号
0 1 0 0 1 1 1 0 0 t 发送的
基带信号
t 采样时刻
调制解调器的作用
? 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 300~3400 Hz 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。
调制解调器的作用（续）
? 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。
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。
对基带数字信号的几种调制方法
0 1 0 0 1 1 1 0 0 基带信号
调幅
调频
调相
一种正交调制 QAM
? QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
r
?
(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 4 bit 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 4 bit 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。
调制解调器的速率
? 目前调制解调器的信息传输速率已很接近
于香农的信道容量极限了。
? 要提高信息传输速率，只能设法提高信噪
比。
? 在电话的用户线上，最大的噪声来自模拟
到数字的 模数转换 所带来的量化噪声。
产生量化噪声的地方
（经过 A/D 变化的地方）
A
2/4
A/D
A/D D/A
D/A 数字信号
数字信号
交换机 1 交换机 2
V.34 33.6 kb/s
调制解调器
B
D/A A/D
4/2
V.34 33.6 kb/s
调制解调器
产生量化噪声 产生量化噪声
使用 V.34 调制解调器（ 33.6 kb/s）
产生量化噪声
产生量化噪声
用户环路
模拟信号
用户环路
模拟信号
产生量化噪声的地方（续）
（经过 A/D 变化的地方）
使用 V.90 调制解调器（ 56 kb/s）
A
2/4
A/D
A/D
交换机 因特网服务提供者
V.90 56 kb/s
调制解调器
D/A
V.90 56 kb/s
调制解调器
数字信号
数字信号
至因特网
（ 数字信号 ）
用户环路
模拟信号
仅在此处
产生量化噪声
仅在此处
产生量化噪声
3.5.3 数字传输系统
? 现在的数字传输系统均采用 脉冲调制 PCM
(Pulse Code Modulation)体制。
采样周期 T
t 信号
t 采样
1001 0011 1100 0010 t
编码
t 解码
t 还原
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 (Time Division
Multiplexing)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。
E1 的时分复用帧
2.048 Mb/s
传输线路
CH0
CH16
CH17
CH15 CH15
CH16
CH17
CH31 CH31
CH0
CH1 CH1
…
…
…
…
时分复用帧
T
CH0 CH1 CH2 … CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH0 …
8 bit
t 时分复用帧 时分复用帧
T = 125 ms
15 个话路 15 个话路
3.6 信道复用技术
? 3.6.1 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。
? 时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的
频带宽度。
频分复用
频率
时间
频率 1
频率 2
频率 3
频率 4
频率 5
时分复用
频率
时间
B C D B C D B C D B C D A A A A
在 TDM 帧中的位置不变
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
…
TDM 帧
时分复用
频率
时间
C D C D C D A A A A B B B B C D
在 TDM 帧中的
位置不变
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
…
TDM 帧
时分复用
频率
时间
B D B D B D A A A A B C C C C D
在 TDM 帧中的
位置不变
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
…
TDM 帧
时分复用
频率
时间
B C B C B C A A A A B C D D D D
在 TDM 帧中的
位置不变
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
…
TDM 帧
时分复用可能会造成
线路资源的浪费
A
B
C
D
a
a b
b
c
d
b c a
t
t
t
t
t
4 个时分复用帧
#1
④
③
②
①
a
c
b
c d
时分复用
#2 #3 #4
用户
统计时分复用 STDM
用户
A
B
C
D
a
b
c
d
t
t
t
t
t
3 个 STDM 帧
#1
④
③
②
① a
c
b
a b b c a c d
#2 #3
统计时分复用
1550 nm 0
1551 nm 1
1552 nm 2
1553 nm 3
1554 nm 4
1555 nm 5
1556 nm 6
1557 nm 7
0 1550 nm
1 1551 nm
2 1552 nm
3 1553 nm
4 1554 nm
5 1555 nm
6 1556 nm
7 1557 nm
3.6.2 波分复用 WDM
? 波分复用就是光的频分复用。
8 ? 2.5 Gb/s
1310 nm
20 Gb/s
复
用
器
分
用
器
EDFA
120 km
3.6.3 码分复用 CDM
? 常用的名词是码分多址 CDMA
(Code Division Multiple Access)。
? 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)。
码片序列 (chip sequence)
? 每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列。
? 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。
? 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。
? S 站的码片序列,(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1
+1)
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 。
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 (inner product)都是 0,
01
1
??? ?
?
m
i
iiTSmTS
(2-4)
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。
? 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。
正交关系的另一个重要特性
? ??
? ??
??????
m
i
m
i
i
m
i
ii mSmSSm
1 1
22
1
1)1(111SS
CDMA 的工作原理
S 站的码片序列 S
1 1 0 t
t
t
t
t
t
m 个码片
t S 站发送的信号 Sx
T 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
思考题
1.奈氏准则和香农公式的主要区别是什么？这两个公式对数据
通信的意义是什么？
2.在具有五层协议的体系结构中，如果下面的一层使用面向连接
服务或无连接服务，那么在上面的一层是否也必须使用同样性质
的服务呢？或者说，是否我们可以在各层任意使用面向连接服务
或无连接服务呢？
3.程控交换机的工作原理？举例说明？
3.1 数据通信系统的模型
3.2 有关信道的几个基本概念
3.3 信道的最高码元传输速率
3.4 信道的极限信息传输速率
3.5 模拟传输与数字传输
3.6 信道复用技术
3.1 数据通信系统的模型
传输
系统 输
入
信
息
输
入
数
据
发送
的信号
接收
的信号
输
出
数
据
源点 终点 发送器 接收器
调制解调器 PC 机
公用电话网
调制解调器
数字比特流 数字比特流 模拟信号 模拟信号
正文 正文
数据通信系统
源系统 目的系统 传输系统
输
出
信
息
PC 机
几个术语
? 数据 (data)——运送信息的实体。
? 信号 (signal)——数据的电气的或电磁的表现。
?, 模拟的, (analogous)——连续变化的。
?, 数字的, (digital)——取值是离散数值。
? 调制 ——把数字信号转换为模拟信号的过程。
? 解调 ——把模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟的和数字的数据、信号
模拟数据 模拟信号
放大器
调制器
模拟数据 数字信号
PCM
编码器
数字数据 模拟信号
调制器
数字数据 数字信号
数字
发送器
3.2 有关信道的几个基本概念
? 单向通信 （单工通信） ——只能有一个方
向的通信而没有反方向的交互。
? 双向交替通信 （半双工通信） ——通信的
双方都可以发送信息，但不能双方同时发
送 (当然也就不能同时接收 )。
? 双向同时通信 （全双工通信） ——通信的
双方可以同时发送和接收信息。
基带 (baseband)信号和
宽带 (broadband)信号
? 基带信号 就是将数字信号 1 或 0 直接用两
种不同的电压来表示，然后送到线路上去
传输。
? 宽带信号 则是将基带信号进行调制后形成
的频分复用模拟信号。
3.3 信道的最高码元传输速率
? 任何实际的信道都不是理想的，在传输
信号时会产生各种失真以及带来多种干
扰。
? 码元传输的速率越高，或信号传输的距
离越远，在信道的输出端的波形的失真
就越严重。
数字信号通过实际的信道
? 失真不严重
? 失真严重
实际的信道
（带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输入信号波形 输出信号波形
(失真不严重 )
输入信号波形
实际的信道
（带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输出信号波形
(失真严重 )
奈氏 (Nyquist)准则
? 每赫带宽的理想低通信道的最高码元传
输速率是每秒 2 个码元。
? Baud 是 波特,是 码元 传输速率的单位，
1 波特为每秒传送 1 个码元。
理想低通信道 的最高码元传输速率 = 2W Baud
W 是理想低通信道的带宽，单位为赫 (Hz)
不能通过 能通过
0 频率 (Hz)
W (Hz)
要强调以下两点
? 实际的信道所能传输的最高码元速率，
要明显地低于奈氏准则给出上限数值。
? 波特 (Baud)和比特 (bit)是两个不同的概
念。
? 波特 是码元传输的速率单位（每秒传多少个
码元）。码元传输速率也称为 调制速率, 波
形速率 或 符号速率 。
? 比特 是信息量的单位。
要注意
? 信息的传输速率, 比特 /秒, 与码元的传
输速率, 波特, 在数量上 却有一定的关
系。
? 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则
,比特 /秒, 和, 波特, 在数值上相等。
? 若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则
M Baud 的码元传输速率所对应的信息传
输速率为 M ? n b/s。
3.4 信道的极限信息传输速率
? 香农 (Shannon)用信息论的理论推导出了
带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的
极限, 无差错的 信息传输速率。
? 信道的极限信息传输速率 C 可表达为
? C = W log2(1+S/N) b/s
? W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；
? S 为信道内所传信号的平均功率；
? N 为信道内部的高斯噪声功率。
香农公式表明
? 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的
极限传输速率就越高。
? 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速
率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的
传输。
? 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实
际信道不可能是这样的），则信道的极限信息
传输速率 C 也就没有上限。
? 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农
的极限传输速率低不少。
奈氏准则和香农公式
在数据通信系统中的作用范围
源系统 传输系统 目的系统
传输
系统 源点 终点 发送器 接收器 输
入
信
息
输
出
信
息
输
入
数
据
输
出
数
据
发送的
信号
接收的
信号
码元传输速率受
奈氏准则的限制
信息传输速率受
香农公式的限制
3.5 模拟传输与数字传输
3.5.1 模拟传输系统
? 长途干线最初采用 频分复用 FDM 的传输
方式
? FDM (Frequency Division Multiplexing)
? 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。
3.5.2 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
0 1 0 0 1 0 1 0 0 还原后
的数据
t 接收到的 失真信号
0 1 0 0 1 1 1 0 0 t 发送的
基带信号
t 采样时刻
调制解调器的作用
? 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 300~3400 Hz 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。
调制解调器的作用（续）
? 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。
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。
对基带数字信号的几种调制方法
0 1 0 0 1 1 1 0 0 基带信号
调幅
调频
调相
一种正交调制 QAM
? QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
r
?
(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 4 bit 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 4 bit 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。
调制解调器的速率
? 目前调制解调器的信息传输速率已很接近
于香农的信道容量极限了。
? 要提高信息传输速率，只能设法提高信噪
比。
? 在电话的用户线上，最大的噪声来自模拟
到数字的 模数转换 所带来的量化噪声。
产生量化噪声的地方
（经过 A/D 变化的地方）
A
2/4
A/D
A/D D/A
D/A 数字信号
数字信号
交换机 1 交换机 2
V.34 33.6 kb/s
调制解调器
B
D/A A/D
4/2
V.34 33.6 kb/s
调制解调器
产生量化噪声 产生量化噪声
使用 V.34 调制解调器（ 33.6 kb/s）
产生量化噪声
产生量化噪声
用户环路
模拟信号
用户环路
模拟信号
产生量化噪声的地方（续）
（经过 A/D 变化的地方）
使用 V.90 调制解调器（ 56 kb/s）
A
2/4
A/D
A/D
交换机 因特网服务提供者
V.90 56 kb/s
调制解调器
D/A
V.90 56 kb/s
调制解调器
数字信号
数字信号
至因特网
（ 数字信号 ）
用户环路
模拟信号
仅在此处
产生量化噪声
仅在此处
产生量化噪声
3.5.3 数字传输系统
? 现在的数字传输系统均采用 脉冲调制 PCM
(Pulse Code Modulation)体制。
采样周期 T
t 信号
t 采样
1001 0011 1100 0010 t
编码
t 解码
t 还原
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 (Time Division
Multiplexing)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。
E1 的时分复用帧
2.048 Mb/s
传输线路
CH0
CH16
CH17
CH15 CH15
CH16
CH17
CH31 CH31
CH0
CH1 CH1
…
…
…
…
时分复用帧
T
CH0 CH1 CH2 … CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH0 …
8 bit
t 时分复用帧 时分复用帧
T = 125 ms
15 个话路 15 个话路
3.6 信道复用技术
? 3.6.1 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。
? 时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的
频带宽度。
频分复用
频率
时间
频率 1
频率 2
频率 3
频率 4
频率 5
时分复用
频率
时间
B C D B C D B C D B C D A A A A
在 TDM 帧中的位置不变
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
…
TDM 帧
时分复用
频率
时间
C D C D C D A A A A B B B B C D
在 TDM 帧中的
位置不变
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
…
TDM 帧
时分复用
频率
时间
B D B D B D A A A A B C C C C D
在 TDM 帧中的
位置不变
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
…
TDM 帧
时分复用
频率
时间
B C B C B C A A A A B C D D D D
在 TDM 帧中的
位置不变
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
…
TDM 帧
时分复用可能会造成
线路资源的浪费
A
B
C
D
a
a b
b
c
d
b c a
t
t
t
t
t
4 个时分复用帧
#1
④
③
②
①
a
c
b
c d
时分复用
#2 #3 #4
用户
统计时分复用 STDM
用户
A
B
C
D
a
b
c
d
t
t
t
t
t
3 个 STDM 帧
#1
④
③
②
① a
c
b
a b b c a c d
#2 #3
统计时分复用
1550 nm 0
1551 nm 1
1552 nm 2
1553 nm 3
1554 nm 4
1555 nm 5
1556 nm 6
1557 nm 7
0 1550 nm
1 1551 nm
2 1552 nm
3 1553 nm
4 1554 nm
5 1555 nm
6 1556 nm
7 1557 nm
3.6.2 波分复用 WDM
? 波分复用就是光的频分复用。
8 ? 2.5 Gb/s
1310 nm
20 Gb/s
复
用
器
分
用
器
EDFA
120 km
3.6.3 码分复用 CDM
? 常用的名词是码分多址 CDMA
(Code Division Multiple Access)。
? 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)。
码片序列 (chip sequence)
? 每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列。
? 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。
? 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。
? S 站的码片序列,(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1
+1)
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 。
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 (inner product)都是 0,
01
1
??? ?
?
m
i
iiTSmTS
(2-4)
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。
? 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。
正交关系的另一个重要特性
? ??
? ??
??????
m
i
m
i
i
m
i
ii mSmSSm
1 1
22
1
1)1(111SS
CDMA 的工作原理
S 站的码片序列 S
1 1 0 t
t
t
t
t
t
m 个码片
t S 站发送的信号 Sx
T 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
思考题
1.奈氏准则和香农公式的主要区别是什么？这两个公式对数据
通信的意义是什么？
2.在具有五层协议的体系结构中，如果下面的一层使用面向连接
服务或无连接服务，那么在上面的一层是否也必须使用同样性质
的服务呢？或者说，是否我们可以在各层任意使用面向连接服务
或无连接服务呢？
3.程控交换机的工作原理？举例说明？
