远程数字连接技术电子书
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2008-10-15
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第11章 远程数字连接技术
11.1 概述
前几章介绍了在少量计算机间提供网络通信的局域网技术。局域网技术的主要限制是规模：
一个局域网既不能拥有任意多的计算机，也不能让计算机连接到任意距离的站点上。
本章开始讨论能克服局域网距离和数量限制的网络。讨论集中于如下两大部分：作为大型
网络中远程连接基础的点到点数字通信线路，以及为家用和商用提供的高速数字存取的技术。
下一章接着讨论这两大部分怎样组成大型的包交换网络系统。
11.2 数字电话
远在计算机网络开始变得重要之前，电话公司就已经在使用数字通信了（ 1 9 6 2 年数字语音
线路在芝加哥首次投入使用）。研究数字通信的动力来自对处理大量高品质远程语音线路的需
求。早期电话系统中使用的模拟信号机制在远程环境下有许多弊病，因为电子信号在通过铜线
向远距离传输时存在衰减，需要放大器来接力。不幸的是，沿线每个放大器都会轻微扭曲信号，
并引入噪音。数字通信通过将原始声音信号编码成数字形式，并在网络中传输，然后再在另一
端还原成声音的方法来避免噪音问题。模拟语音信号的数字形式叫做数字语音（ digital audio），
而将模拟信号转换成数字形式的处理过程叫做数字化。
实现数字化的硬件设备叫做模拟-数字转换器（A-to-D converter）（根据数字信号重现模拟
信号的硬件叫数字-模拟转换器，D-to-A converter）。一个A - t o - D 转换器以模拟信号为输入，定
时对模拟信号进行采样，并计算出一个数值来表示该采样时刻内信号的级别（例如伏特数）。
因此，数字化（d i g i t i z a t i o n）是将一个模拟信号转换成一个连续的数字流。图 11 - 1 展示了这个
概念。
在这个图例中，垂线表示采样，虚点水平
线表示可取的整数值。在每次采样中， A - t o - D
转换器为信号选取最接近的整数值。因此，该
图例的数字形式由下列序列组成：0，2，4，4，
7，1，1，1，1，1，1，1，2，4，4，4，4。
数字语音的研究人员发现重现人的声音需
要一个重现频率达4 0 0 0 H z 的系统。奈奎斯特的
采样定理表明，如果对一个连续信号以高于其
最高频率两倍的速率采样，就可以用这些采样
重现原始信号。因此，数字语音需要每秒采样 8 0 0 0 次。这就是说，电话系统中模拟 -数字转换
器必须每1 2 5 微秒（1微秒为百万分之一秒）就从麦克风中采样一次。后面我们将会明白数字电
话中这一采样时间常数是很重要的。
除了采样速率，数字编码设计人员还必须确定整数取值范围。它在精确度和数据量之间折
中：大的取值范围能更精确地表示信号，但需要传输更多的二进制位。研究人员为数字语音选
图11-1 用八个值来数字化的图例。每条垂线
表示一次采样的整数值
时间
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