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文檔簡(jiǎn)介
數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)
通信基本概念
A通信:對(duì)消息或信息進(jìn)行傳輸
A消息:對(duì)客觀世界發(fā)生變化的描述和報(bào)道
A信息:表達(dá)消息中的內(nèi)容,是對(duì)客觀物質(zhì)的反映
A信息量:消息中信息的大小
I=log2(1/P)
事件發(fā)生的概率(P)越高,信息量越少
?數(shù)據(jù):承差,息的實(shí)■
3模擬(log)數(shù)
?信號(hào):是婁:的具體
物理量編不通常為曬I
根據(jù)利
的通信系.
通信系統(tǒng)模型
信源■發(fā)信終端=傳輸媒介=收信終端=信宿
?信源:提供語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息。
?發(fā)信終端:將信息變換成適合在信道上傳送的通
信信號(hào)(調(diào)制)
?傳輸媒介:即信道。
?收信終端:將收到的信號(hào)經(jīng)解調(diào)等逆變換,恢復(fù)
成信宿適用的信息形式
?信宿:接收信息
通信系統(tǒng)的任務(wù)
把攜帶信息的數(shù)據(jù)用某種物理信號(hào)的形式
通過介質(zhì)傳送到目的地。
信息-數(shù)據(jù)r:信號(hào)一在介質(zhì)上傳輸一信號(hào)二戶數(shù)據(jù)一信息
通信系統(tǒng)可以分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)
數(shù)字通信與模擬通信相比有許多優(yōu)點(diǎn)
模擬通信系統(tǒng)
信源=調(diào)制器M傳輸媒介,解調(diào)器,信宿
調(diào)制器:發(fā)出信號(hào)少調(diào)制少適合媒介傳輸?shù)男问?/p>
解調(diào)器:接收信號(hào)少解調(diào)少恢復(fù)成調(diào)制前的信號(hào)
特點(diǎn):
?:?頻帶占用較窄,信道利用率較高
?:?抗干擾能力差、保密性差、設(shè)備不易大規(guī)模集
成,不適合計(jì)算機(jī)通信
數(shù)字通信系統(tǒng)
信源■信道■傳輸?信道■信源
信源編碼?編碼?媒介■譯碼■譯碼信宿
信源編碼器:將信源發(fā)出的模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)(A/D)
少信源碼;壓縮編碼,使信源碼占用的信道帶寬減小
信道編碼器:對(duì)信源碼進(jìn)行碼型變換,形成適于在信道中直
接傳輸?shù)男诺来a;進(jìn)行糾錯(cuò)編碼
信道譯碼器:對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò),消除信道編碼器插入的
多余碼元;碼型變換
信源譯碼器:將數(shù)字信號(hào)還原為原始模擬信號(hào)(D/A)給信宿
數(shù)字通信的特點(diǎn)
?抗干擾能力強(qiáng)
?易于加密、保密性強(qiáng)
?便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和變換
?設(shè)備便于集成化、微型化
?綜合業(yè)務(wù)
?占用信道頻帶較寬,信道利用率低
數(shù)字信號(hào)的再生
原始信號(hào)
上限
干擾后信號(hào)
下限
判決
還原信號(hào)
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)
數(shù)據(jù)通信
依據(jù)通信協(xié)議,利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)(模擬或數(shù)字
傳輸)在兩個(gè)功能單元之間傳遞信息
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)
將終端與計(jì)算機(jī)由模擬或數(shù)字傳輸系統(tǒng)相連,并
以收集、傳輸、分配和處理數(shù)據(jù)為目的的系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由一巍握終端系統(tǒng);數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)心數(shù)
據(jù)處理系統(tǒng)組成
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)
數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)終端
系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)
數(shù)
據(jù)
數(shù)
據(jù)
電
路
電
路
終
端
終
端
設(shè)
備
備
設(shè)
DCEDCE
DTEDTE
——數(shù)據(jù)電路——
數(shù)據(jù)鏈路
數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTEDataTerminatingEquipment
生成并向數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信息的設(shè)備,實(shí)現(xiàn)用
戶與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的聯(lián)系。如終端、PC
數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備DCEDataCircuit-TerminatingEquipment
連接DTE與信道,將原始數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于在信道上傳
輸?shù)碾娦盘?hào)。進(jìn)行信號(hào)變換與編碼,負(fù)責(zé)建立、保持和釋放線
路連接。如調(diào)制解調(diào)器
數(shù)據(jù)電路(Circuit):信道+DCE
DTE通過數(shù)據(jù)電路與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。
通信控制器(傳輸控制器)
通過傳輸控制規(guī)程對(duì)雙方的數(shù)據(jù)通信過程進(jìn)行控制
傳輸控制規(guī)程
即數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂埔?guī)則,包括通信線路的連接,收發(fā)
雙方同步,工作方式的選擇,傳輸差錯(cuò)與流量控制等
數(shù)據(jù)鏈路(DataLink尸數(shù)據(jù)電路+傳輸控制規(guī)程
數(shù)據(jù)鏈路遵循嚴(yán)格的傳輸控制規(guī)程,通信雙方必須建
立數(shù)據(jù)鏈路后才能進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)
A傳輸速率
A信道帶寬
A信道容量
A傳輸質(zhì)量
傳輸速率
傳輸速率:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸信息單元的數(shù)量
數(shù)據(jù)信號(hào)速率(傳信率)c11
S=—log9N
單位時(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制位T
代碼的有效位數(shù)單位為位/秒,bps或b/s
T:一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度(全寬碼)或重復(fù)周期(歸零碼)
N:為一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù)。
N=2tK為二進(jìn)制信息的位數(shù)
N=2時(shí),S=l/T,數(shù)據(jù)信號(hào)速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率
信號(hào)傳輸速率(碼元速率、調(diào)制速率、波特率)
信號(hào)調(diào)制過程中,單位時(shí)間內(nèi)通過信道傳輸?shù)?/p>
碼元數(shù),單位為波特(Baud)
1
B=-T為信號(hào)碼元的寬度,單位為秒
碼元工
表示數(shù)字信息的占據(jù)相等時(shí)間的電信號(hào)波形
如:
兩個(gè)不同的電信號(hào)波形表示二進(jìn)制數(shù)字信號(hào),有電流
表示“1”,無電流表示“0”。“1”和“0”所占時(shí)間相等,
這樣的每個(gè)電信號(hào)波形都稱為二進(jìn)制“碼元”。
N進(jìn)制數(shù)字信號(hào)就用N個(gè)不同的電信號(hào)波形來表示,相
應(yīng)的各信號(hào)波形稱為N進(jìn)制“碼元”。
數(shù)據(jù)信號(hào)速率S與信號(hào)傳輸速率B的關(guān)系
S=Blog2N
?:?在二進(jìn)制中,N=2,S=B
。在多進(jìn)制調(diào)制方式時(shí),N取值不同,相等的調(diào)
制速率得到不同的數(shù)據(jù)信號(hào)速率
例:采用四相調(diào)制,N=4,T=833us
ii
B=—=------=1200band
T833*10-6
S=B]og27V=1200log24=2400bps
調(diào)制方式、調(diào)制速率、數(shù)據(jù)信號(hào)速率的關(guān)系
調(diào)制速率11200120016002400
調(diào)制方式調(diào)頻四相調(diào)制八相調(diào)制十六相調(diào)制
(N=2)(N=4)(N=8)(N=16)
數(shù)據(jù)信號(hào)
1200240048009600
速率
信道容量
信道帶寬
信道頻帶的寬度,即不失真?zhèn)鬏數(shù)男盘?hào)頻率范圍
信道容量
信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率(bps)
兩個(gè)信道容量的計(jì)算公式:Nyquist、香農(nóng)公式
Nyquist公式
1924年,奈奎斯特(Nyquist)推導(dǎo)出無噪聲
信道的最高碼元傳輸速率:
B=2HBaud
H:信道的帶寬(Hz)
C=數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速率,單位b/s或bps
C=2Hlog2N(bps)H=信道帶寬,單位Hz
N=碼元所取離散值個(gè)數(shù)
由于碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制,要提
高信息傳輸速率,必須設(shè)法使每個(gè)碼元攜帶更多
的信息量,就需要采用多進(jìn)制的調(diào)制方法。
N最大數(shù)據(jù)率(C)
26000bps
例:412000bps
話音級(jí)線路(3kHz)818000bps
的信道容量計(jì)算1624000bps
3230000bps
6436000bps
Shannel公式
1948年,香農(nóng)推導(dǎo)出帶噪聲信道的容量
C=Hlog2(l+.)
C:數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸率H:信道帶寬
S:信號(hào)功率N:噪聲功率S/N:信噪比
S/NdB信噪比(dB分貝)
S/NdB=101og10SZN
例:
信道帶寬H=3kHz,信噪比為30dB,貝小
C=3000^1og2(l+1000)^30kbps
A香農(nóng)公式表明:信道的帶寬或信道中的信噪比越大
,則信息的極限傳輸速率越高
A香農(nóng)公式還指出:只要信息傳輸速率低于信道的極
限信息速率,就一定可以找到某種方法來實(shí)現(xiàn)無差
錯(cuò)的傳輸。
傳輸質(zhì)量
誤碼率(Biterrorrate):
P=Ne/N
Ne:出錯(cuò)的位數(shù)N:傳輸?shù)目偽粩?shù)
衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可
靠性指標(biāo)。
頻帶利用率
單位傳輸帶寬所能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率。通信系統(tǒng)
占用的頻帶越寬,傳輸信息的能力越大,通常情況
下,二者成比例。
r|=R/B
R:傳輸速率B:頻帶寬度
數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)
內(nèi)容
A數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娖綐?biāo)準(zhǔn)
A數(shù)據(jù)傳輸方式
A編碼與調(diào)制
A信道復(fù)用
A傳輸介質(zhì)
常用電平標(biāo)準(zhǔn)
TTL電平一單極性電平標(biāo)準(zhǔn)
規(guī)定:電源電壓5V,低電平0?0.8V高電平L4V?5V
特點(diǎn):信號(hào)傳輸過程中易衰減和干擾,易產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤,只
適合近距離傳輸
CMOS電平標(biāo)準(zhǔn)-一單極性電平標(biāo)準(zhǔn)
規(guī)定:電源電壓5?18V,低電平0?1/2VDD,高電平標(biāo)準(zhǔn)為
1/2VDD7VVDD
特點(diǎn):抗干擾能力較強(qiáng),傳輸速率不高
RS-232C電平標(biāo)準(zhǔn)一雙極性電平不歸零電平標(biāo)準(zhǔn)
規(guī)定:標(biāo)準(zhǔn)電壓v±15V(?!?2V)
“1”:一5V?-15V,“0":+5V?+15V
噪聲容限:+3V?+5V和一3V?-5V,<15米,<20Kbps
特點(diǎn):采用負(fù)邏輯,增加噪聲容限,抗干擾能力較強(qiáng)
RS?422A電平標(biāo)準(zhǔn)一雙極性不歸零電平標(biāo)準(zhǔn)
無參考地線,用兩條傳輸線互為參考,是一種平衡標(biāo)準(zhǔn)
規(guī)定:“1”:正端電壓比負(fù)端電壓高200mV~6V
“0”:正端電壓比負(fù)端電壓低200mV?6V
<12米,10Mbps
數(shù)據(jù)的傳輸方式
A基帶和頻帶傳輸
>并行和串行傳輸
A單工和雙工通信
A同步與異步傳輸
基帶傳輸
基帶
指原始信號(hào)所占用的基本頻帶
基帶傳輸
在信道上直接傳輸基帶信號(hào)而不作任何處理
數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸:以原來的“0”和“I”
的形式直接用數(shù)字信號(hào)在信道上傳輸。一般在計(jì)
算機(jī)通信中采用
如:以太網(wǎng)
頻帶傳輸
頻帶傳輸:將數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)后傳輸,由一
個(gè)或幾個(gè)頻率組成,占用了一個(gè)固有的頻帶
原因:進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸時(shí),要借用已有通信網(wǎng)
絡(luò),數(shù)字基帶信號(hào)無法直接進(jìn)行傳輸。
優(yōu)點(diǎn):適應(yīng)公共信道要求;可實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用
例如:通過電話模擬信道傳輸
并行傳輸
將各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳輸,每一位有自己的傳輸線
和發(fā)送、接收設(shè)備。
速率高,但設(shè)備和線路多,距離較近(計(jì)算機(jī)
內(nèi)部、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間)
串行傳輸
在一條數(shù)據(jù)傳輸線上,每次傳輸一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)
在相同時(shí)鐘頻率下,比并行慢,但節(jié)省通信設(shè)備
和線路,適用于遠(yuǎn)距離通信,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)普遍采用
*
串
并
并
串
接
發(fā)
■>■>
轉(zhuǎn)
轉(zhuǎn)
收
送
A
換
換
站
站
裝
裝
A■>
置
置
A
■>A
單工通信與雙工通信
按數(shù)據(jù)傳輸方向及時(shí)間關(guān)系可將通信方式分為:
單工、半雙工、全雙工
?單工通信
?發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間只有一個(gè)傳輸通道
?數(shù)據(jù)單向傳輸,方向不能改變
?簡(jiǎn)單,傳輸效率不高,適用于計(jì)算機(jī)與輸出設(shè)備之間
收
?半雙工通信
?兩設(shè)備間輪流雙向傳輸數(shù)據(jù),不能同時(shí)。
A要求每一端都具有發(fā)送、接收設(shè)備和改變方向的控制器
?控制較復(fù)雜,傳輸效率不高
A適用于對(duì)話式終端或用于傳輸通道無足夠帶寬支持雙向通
道的場(chǎng)合
?全雙工
?可同時(shí)雙向傳輸
A具有兩條物理上獨(dú)立信道
?傳輸速率高,控制簡(jiǎn)單,要求信道有足夠帶寬
同步——收發(fā)雙方在時(shí)間上保持一致
并行通信
采用握手信號(hào)線,由發(fā)送方控制,使接收方
保證數(shù)據(jù)接收的準(zhǔn)確性。
串行通信
為節(jié)省信道,不另外加入控制信號(hào)線,通過通信
協(xié)議來保證同步,使收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上一致(
包括開始時(shí)間、位邊界、重復(fù)頻率等)。
根據(jù)通信協(xié)議所定義的同步方式:異步傳輸和同步傳輸
異步傳輸
A以字符為單位的數(shù)據(jù)傳輸
A附加上起始、停止位來標(biāo)記字符的開始和結(jié)束,
實(shí)現(xiàn)字符的同步
A附加差錯(cuò)校驗(yàn)位
A收發(fā)雙方采用相同的數(shù)據(jù)格式(字符位數(shù)、停止
位數(shù)、有無校驗(yàn)位、校驗(yàn)方式)
?收發(fā)雙方采用相同的傳輸速率實(shí)現(xiàn)位同步,如:
1200、24。。、9600b/s等
傳號(hào)|_|1凹11|000|1[0J傳號(hào)
-------數(shù)據(jù)位------
起始位校驗(yàn)位停止位
字符1字符2■字符3字符4
任意間隔任意間隔任意間隔
以字符為單元,每個(gè)字符之間的間隔任意
優(yōu)點(diǎn)-控制簡(jiǎn)單
A約定傳輸速率來實(shí)現(xiàn)位同步,收發(fā)雙方的時(shí)鐘不
需嚴(yán)格同步
A通過起始位和結(jié)束位來實(shí)現(xiàn)字符同步
缺點(diǎn)
A傳輸效率低
例如,1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、2個(gè)停止位時(shí),其效率為
8/11<72%
?傳輸速率低
同步傳輸
A以數(shù)據(jù)塊為單位的數(shù)據(jù)傳輸
A數(shù)據(jù)塊頭尾附加特殊字符,標(biāo)記開始和結(jié)束
A附加校驗(yàn)序列(如16或32位的CRC)實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制
塊開始數(shù)據(jù)塊塊校驗(yàn)塊結(jié)束
________標(biāo)志(二進(jìn)制位流)序列標(biāo)志
同步傳輸數(shù)據(jù)格式
■根據(jù)同步通信規(guī)程,同步傳輸又分為質(zhì)次字符初
面向位流的同步傳輸
面向字符的同步傳輸
A數(shù)據(jù)塊頭部用一個(gè)或多個(gè)同步字符“SYN”來標(biāo)記
開始;尾部用一個(gè)唯一字符“ETX”來標(biāo)記結(jié)束
A特殊字符的位模式與任何普通字符都有顯著不同
A典型協(xié)議:IBM的二進(jìn)制同步通信規(guī)程BISYNC
同步字符數(shù)據(jù)尾部
III
傳輸幀SYNSYNETX
面向位流的同步傳輸
>數(shù)據(jù)塊的頭尾用特殊比特序列標(biāo)記開始和結(jié)束
>數(shù)據(jù)塊作為位流而不是字符流來處理
>為避免在流中出現(xiàn)標(biāo)記塊開始和結(jié)束的特殊位
模式,通常采用位插入的方法
>典型:
高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程(HDLC)
同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程(SDLQ
HDLC的幀格式
88-168-16>0168位
FACInfoFCSF
標(biāo)志字段(F:Flag):01111110,幀的首尾邊界
數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰0101111110001010
好出現(xiàn)和F字段一樣的情況
會(huì)誤認(rèn)為是F字段
發(fā)送端在5個(gè)連1之后填入0101111110001010
0比特再發(fā)送出去t
填入0比特
在接收端將5個(gè)連1之后的00101111110001010
比特刪除,恢復(fù)原樣
刪除0比特
異步方式和同步方式的比較
異步方式同步方式一
簡(jiǎn)單G
字符為單位嬴塊為單位
每個(gè)字符需要同步數(shù)據(jù)塊在發(fā)方和收方同步
字符間不需同步_________后作為一個(gè)整體傳送
效率低_________________效率高
速率低_________________速率高
收發(fā)雙方時(shí)鐘不需嚴(yán)格一致收發(fā)雙方時(shí)鐘必須嚴(yán)格一致
錯(cuò)誤影響一個(gè)字符錯(cuò)誤影響整個(gè)數(shù)據(jù)塊
數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼
不同類型的數(shù)據(jù)在不同類型的信道上傳輸有4種組合,
每一種相應(yīng)地需要進(jìn)行不同的編碼處理
模擬數(shù)據(jù),模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號(hào)
模擬模擬模擬數(shù)字
<>
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),數(shù)字信號(hào)
數(shù)字模擬
數(shù)字?jǐn)?shù)字
1010^~>1010^~>
?編萬用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼
用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制
調(diào)制
m(t)|
m(t)
調(diào)制器解調(diào)器
數(shù)字或模擬信號(hào)數(shù)字或
模擬模擬
\pP—調(diào)制參數(shù)
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼
A單極性不歸零碼
A單極性歸零碼
A雙極性不歸零碼
A雙極性歸零碼
A差分編碼
A單極性相位編碼(曼徹斯特編碼)
A交替反轉(zhuǎn)碼
?單極性不歸零碼(NonReturntoZero,NRZ)
二進(jìn)制數(shù)字0、I分別用兩種電平來表示。
用+E電平表示1,0電平表示0
01001100011
時(shí)鐘口
I~IdIPnIIhj~ILIhjI-LIhIhI?i±I
+E1門1LL:!LI
ov~~III~~~I~~~Illi~~I~~~r
IIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
?單極性歸零碼
/數(shù)據(jù)位“1”對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖,脈沖寬度比每位的
傳輸周期短,即提前歸零
/數(shù)據(jù)位“0”為零電平
,011,0,0.1,1.0,0,0,111,
時(shí)鐘
nIjIirILInnIAIrILInInnIrIurI
+EIII____I____II____II
dCLDdQW
ovIIIIIIII
?雙極性不歸零碼
?數(shù)據(jù)位1用正電平或負(fù)電平表示
?:?數(shù)據(jù)位0用相反電平表示
0I1I0I0I1I1I0I0I0I1I1I
時(shí)鐘
4FILIrLIrLIrLInInnIrLIrLITILIr
+EIIIIIIIIIII
0V
-E
1:負(fù)電平0:正電平
?雙極性歸零碼
A數(shù)據(jù)位“1”對(duì)應(yīng)正或負(fù)脈沖
>數(shù)據(jù)位“0”為相反脈沖
>兩種脈沖都提前回到零
I___0I___1I___0I___0_I____1I___1I___0I___0_I____01___1J___1I
時(shí)鐘
+E
\\[\I-------
OVWi
IIIIIIII
?差分編碼
■數(shù)據(jù)位1:電壓極性的跳變來表示。
■數(shù)據(jù)位0:電壓極性不跳變
0___I_1__0I___0I___I_1__I_1__0I___0I___I0___I_1__I1___I__
時(shí)鐘
^nIjImInIrLInInInInIrLIrI
+E
1
111
~111
-----1--
-E1111111111
111111n11n11
1111111111
1111111111
?交替反轉(zhuǎn)碼
>數(shù)據(jù)位“工”交替使用+E和?E表示
>數(shù)據(jù)位“0”為零電平
0,10,01,10,0,0,1,1,
時(shí)鐘dhrLTWijirirLhrLr
IIIIIIIIIIII
_IIIIIIIIIIII
+tIIIIIIIIIIII
ov,LI〔n「廠
-EiiiI—iiiI—i
IIIIIIIIIIII
?曼徹斯特編碼(Manchestercode)
用電壓的變化表示。和1。
規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變:
高一低的跳變——0,低一高的跳變——1
???每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變,接收端可將此
變化提取出來作為同步信號(hào),使接收端的時(shí)鐘與
發(fā)送設(shè)備的時(shí)鐘保持一致。
???曼徹斯特編碼也稱為自同步碼(Self-
SynchronizingCode)。它具有自同步機(jī)制,無需
外同步信號(hào)
?差分曼徹斯特編碼(DifferentialManchester
code)
與曼徹斯特編碼相同,在每個(gè)碼元的中間,信
號(hào)都會(huì)發(fā)生跳變;不同之處在于:
用在碼兀開始處有無跳變來表示0和1:
碼元開始處有跳變——0
碼元開始處無跳變——1
___0I___1I___0I___0I___1I___1I___0I___0_I___0I___1I___1I___
時(shí)鐘
I
IIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
Manchester
差分
INIjLnMIrLIrLnMIdII
ManchesterIIIIIIIIIIII
?曼徹斯特編碼廣泛應(yīng)用于以太網(wǎng)中。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼
計(jì)算機(jī)通信的遠(yuǎn)距離線路通常是模擬線路,需用載波
對(duì)基帶脈沖調(diào)制,變換成適于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M信號(hào)
三種常用的調(diào)制技術(shù):
1)幅移鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying),調(diào)幅
2)頻移鍵控FSK(FrequencyShiftKeying),調(diào)頻
3)相移鍵控PSK(PhaseShiftKeying),調(diào)相
基本原理:用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制
載波S(t)=Acos(cot+(p)
S(t)的參量包括:幅度A、頻率①、相位①
ASK:用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1
FSK:用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和1
PSK:用載波的起始相位的變化表示0(同相)和1(反相)
000000:1:0
II
II
n-LmFIIL
恤一ASK調(diào)幅
BAMAHII
FSK調(diào)頻
IIIIIIlliI
PSK調(diào)不
(相對(duì)調(diào)相)
多級(jí)調(diào)制方法1■單參量多級(jí)調(diào)制
?+90°01
+180°10
0°00
>
I+270°11
4-PSK
?數(shù)據(jù)率=信號(hào)速率xlog2N
N:調(diào)制級(jí)數(shù)
多級(jí)調(diào)制方法2-多參量多級(jí)調(diào)制
16-QAM(正交振幅調(diào)制):使用振幅和相位的16種組合
16-QAM的星座圖
例如:語音信號(hào)要在數(shù)字線路上傳輸,必須將語音
信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。這需要經(jīng)過三個(gè)步驟:
1)采樣——按一定間隔對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣
2)量化——對(duì)每個(gè)樣本舍入到量化級(jí)別上
3)編碼——對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼
編碼后的信號(hào)稱為PCM(PulseCodedModulation)信號(hào)
(脈沖編碼調(diào)制信號(hào))
采樣時(shí)鐘PAM信號(hào)PCM信號(hào)
數(shù)字化
模擬話音
聲音
A話音信道帶寬v4KHz
A采樣時(shí)鐘頻率:8KHz(>2倍話音最大頻率)
A量化級(jí)數(shù):256級(jí)(8位二進(jìn)制碼表示)
A數(shù)據(jù)率:每路PCM信號(hào)的速率=8000次/s*8bit=64kb/s
多路復(fù)用技術(shù)
多個(gè)信號(hào)共享同一線路,即多路信號(hào)在同一物理信道中傳輸。
為何要復(fù)用?許多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的傳輸介質(zhì)帶寬大于傳輸單一
信號(hào)所需帶寬,為有效利用傳輸系統(tǒng),采用多路復(fù)用技術(shù)。從
而降低通信電纜的安裝和維護(hù)成本。
共享信道
FDM(頻分復(fù)用)TDM(時(shí)分復(fù)用)
頻分復(fù)用(FDM)FrequencyDivisionMultiplexing
基本條件:
傳輸介質(zhì)的可用帶寬超過各路給定信號(hào)所需帶寬的總和。
原理:整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道(頻段),每
個(gè)用戶占用一個(gè)頻段。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶。
可子信道A
用子信道B
頻子信道C
段子信道D
頻分復(fù)用
CH1CH1
CH2
CH3CH3
適用于模擬信號(hào)傳輸
原帶寬移頻后帶寬
時(shí)分復(fù)用TimeDivisionMultiplexing
原理:將物理信道按時(shí)間分割成小的時(shí)間片,每個(gè)時(shí)間片分
為若干個(gè)時(shí)隙,每個(gè)用戶占用一個(gè)時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)
在任意時(shí)刻,整個(gè)通路上只有一個(gè)特定用戶的信號(hào),即每個(gè)
用戶交替使用單一信道,多個(gè)信號(hào)從宏觀上同時(shí)進(jìn)行傳輸
1
2
3
4
5
6
同步時(shí)分復(fù)用SynchronousTDM
原理:信道固定時(shí)間分配方式,每個(gè)時(shí)隙分配給固定的用戶,
任意時(shí)刻整個(gè)通路上只有一個(gè)特定用戶的信號(hào)。無論用戶使用
與否,時(shí)隙不會(huì)被其它用戶占用。
AlD1
原始信號(hào)數(shù)字化信號(hào)適用于數(shù)字信號(hào)傳輸
異步時(shí)分復(fù)用AsynchronousTDM
同步TDM的缺點(diǎn):某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送,其他用戶也不
能占用該通道,造成信道浪費(fèi)。
異步時(shí)分復(fù)用:可動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙,避免信道空閑
基本原理:
某一用戶申請(qǐng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)再分配時(shí)隙,時(shí)隙
與用戶之間無一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,任何時(shí)隙可被用于傳
輸任一路信號(hào)
異步TDM
信道浪費(fèi)
同步TDM
^
ABtB2
周期i周期2
可用
異步TDM
待發(fā)數(shù)據(jù)
周期1周期2
數(shù)字載波標(biāo)準(zhǔn)
用數(shù)字信號(hào)傳輸語音和數(shù)據(jù)的時(shí)分復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)
?T.標(biāo)準(zhǔn)
?TL24路PCM速率L544Mb/s
?北美、日本
?E■標(biāo)準(zhǔn)
?EL32路PCM速率2.048Mb/s
?歐洲、中國
El標(biāo)準(zhǔn)
A每12511s為一個(gè)時(shí)間片(時(shí)分復(fù)用幀),每時(shí)間片分為32個(gè)
通道(時(shí)隙)一供32個(gè)用戶輪流使用
A每通道占用125us/32=3.90625us
A每通道一次傳送8位二進(jìn)制數(shù)據(jù),即每個(gè)二進(jìn)制位占用
0.48828125us
AE1速率=l/0.48828125=2.048Mb/s
或:E1速率=(32x8bit)/125us=2.048Mb/s
El的時(shí)分復(fù)用幀:30路話音數(shù)據(jù)信道+2路控制信道
---------------125us=32時(shí)隙=2.048Mbps---------------
0121631
幀同步信令信道
T1標(biāo)準(zhǔn)
A24話路
A每話路的取樣脈沖用7bit編碼+一位信令碼元=8bit
A24路的編碼+lbit幀同步碼=每幀193bit
ATI速率:193*8000=1.544Mb/s
channelchannelchannel定幀位
#1#2#24
:8bid
193bits
傳輸介質(zhì)(媒體)
?有線介質(zhì)
雙絞線
同軸電纜
光纖
?無線介質(zhì)
無線電、微波和衛(wèi)星
一般從以下幾個(gè)方面對(duì)傳輸介質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià):
A物理特性:材料、導(dǎo)電率等
A傳輸特性:傳輸信號(hào)的種類(模擬或數(shù)字)、傳輸量
A連通特性:連接方式(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)連接)
A地理范圍:網(wǎng)上各點(diǎn)間的最大距離
A抗干擾特性:防噪聲和電磁干擾的能力
?成本(價(jià)格):介質(zhì)本身和安裝維護(hù)費(fèi)用
雙絞線(Twistedpair)—最常用的傳輸介質(zhì)
由相互絕緣的兩根銅線按一定密度絞合組成,每根銅線直
徑約1mm;一根或多根雙絞線封裝在護(hù)套內(nèi)形成雙絞線電纜,
每根4對(duì)、25對(duì)、1800對(duì)
一根導(dǎo)線在傳輸中的輻射電波和另一根導(dǎo)線的電波抵銷,
從而降低了信號(hào)的干擾,提高傳輸質(zhì)量
根據(jù)護(hù)套內(nèi)有沒有屏蔽層可分為內(nèi)導(dǎo)體芯線
A無屏蔽雙絞線UTP絕緣
(UnshieldedTwistedPair)箔屏蔽
銅屏蔽
>屏蔽雙絞線STP
外套
(ShieldedTwistedPair)
物理特性:銅質(zhì),良好的傳導(dǎo)率
傳輸特性:可傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)
模擬信號(hào):5km需加放大器;常用于話音的模擬傳輸
數(shù)字信號(hào):LAN中數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)10M—100Mb/s,令牌環(huán)
網(wǎng)可達(dá)4M或16Mb/s;平衡傳輸(速率高)
連通性:可用于點(diǎn)到點(diǎn)、多點(diǎn)連接,多用于點(diǎn)到點(diǎn)
地理范圍:10Mb/s—100m
抗干擾性:低頻時(shí)高于或同于同軸電纜;大于10kHz時(shí),低
于同軸電纜
價(jià)格:成本低,密度高、節(jié)省空間安裝容易(綜合布線系統(tǒng))
屏蔽雙絞線(STP,ShieldedTwistedPair):
抗干擾性好,性能高,用于遠(yuǎn)程中繼線時(shí),最大距離可以達(dá)到
十幾公里。但成本較高,一直沒有廣泛使用。
非屏蔽雙絞線(UTP,UnshieldedTwistedPair):
傳輸距離一般為100米,性價(jià)比高,目前被廣泛使用
美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(ElectronicIndustriesAssociation)和電
信工業(yè)協(xié)會(huì)TIA發(fā)布的EIA/TIA-568標(biāo)準(zhǔn)(91年):
UTP分為1、2、3、4、5五類,常用3類線和5類線,5類線可支
持100Mbps快速以太網(wǎng)連接,超5類支持155MbpsATM數(shù)據(jù)傳
輸,一般在lOBaseT或lOOBaseTX網(wǎng)絡(luò)中常用5類線
屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)
屏蔽以減少干擾3類、5類雙絞線
沒有任何附加屏蔽
EIA/TIA568AEIA/TIA568B
布線標(biāo)準(zhǔn)布線標(biāo)準(zhǔn)
白白白白白白白白
綠綠橙藍(lán)藍(lán)橙棕棕橙橙綠藍(lán)藍(lán)綠棕棕
12345678
雙機(jī)互連時(shí)
用錯(cuò)線(反線)(1236—3612)
?同軸電纜
銅芯
?基帶同軸電纜絕緣層
>一條電纜只用于一個(gè)信道外導(dǎo)體
屏蔽層
>特性阻抗:50Q
A傳輸數(shù)字基帶信號(hào)
?寬帶同軸電纜
>一條電纜同時(shí)傳輸不同頻率的多路模擬信號(hào)
A特性阻抗:75。
A模擬傳輸,300—450MHz
ACATV每個(gè)電視頻道分配6MHz
基帶同軸電纜分為粗同軸和細(xì)同軸
?細(xì)同軸
50Q,D=1.02cm,10Mbps
185m(200m)、4中繼、5段(925m)
優(yōu)缺點(diǎn):價(jià)格低
安裝方便(T型連接器、BNC接頭、Terminator)
抗干擾能力強(qiáng)
距離短
可靠性差
?粗同軸
50fl,D=2.54cm,10Mbps
500m、4中繼、5段(2500m)
優(yōu)缺點(diǎn):價(jià)格稍高
安裝較困難(收發(fā)器、收發(fā)器電纜、Terminator)
距離中等
可靠性好
細(xì)同軸電纜的連接方法
?細(xì)同軸電纜
?T形頭
?BNC接口
?BNC終結(jié)器
BNC接頭
工作站
粗同軸電纜的連接方法
帶DIX連接器的網(wǎng)卡粗同軸電纜AUI電纜
陰陽連接器收發(fā)器終端匹配電阻
?光纖一一光導(dǎo)纖維
?傳輸光束的細(xì)微而柔韌的介質(zhì),通常為透明的石英玻璃纖維
?靠光波承載信息進(jìn)行通信,有光脈沖:I,無光脈沖:0
光纖通信歷史僅20/30年:
A60年,美MAINMAN發(fā)明紅寶石激光器
A66年,英籍華人高銀(C.K.KAO)博士
提出石英玻璃制光纖
A70年,美國康寧公司制出了損耗為20dB
光纖
?速率高,通信容量大
光頻率很高一108MHz,數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)幾Gbps,光通
信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)大于目前其它傳輸媒體
?傳輸損耗小,適合長距離傳輸:傳輸距離可達(dá)幾十公里
?抗干擾性能好:
不受電磁干擾影響,因抽頭困難,無光泄漏,保密性好
?輕便:體積小,重量輕。
例如:1公里長的1000對(duì)雙絞線重8000kg,同樣長度但容
量大得多的一對(duì)光纖僅重100kg
?價(jià)格較高:光纖接口較貴,抽頭困難
光纖傳輸電信號(hào)過程
用光纖傳輸電信號(hào),在發(fā)送端先將其轉(zhuǎn)換成光
信號(hào),在接收端由光檢測(cè)器還原成電信號(hào)。
電信號(hào)
發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器光電二極管
光纖傳輸原理一利用光的反射
?光從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。
折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角N臨界值
時(shí)產(chǎn)生全反射,不會(huì)泄漏。
■光纖:纖芯■折射率高、玻璃包層■折射率低
光線從高折射率媒體射向低折射率媒體,折射角大于入射角
包層(低折射率)
注纖的分類一按傳輸模式分單模光纖和多模光纖
單模光纖SMF(SingleModeFiber)
A直徑很?。汗饫w直徑減少到只有一個(gè)光波長時(shí),
光纖就使光線一直向前傳播。
A光源使用半導(dǎo)體激光器,激光定向性好由于只有
一個(gè)軸向傳輸光信號(hào),不會(huì)失真,損耗小
A傳輸距離較長(在2.5Gbps速率傳輸幾十公里不用
中繼),傳輸容量和帶寬大
A設(shè)備復(fù)雜,價(jià)格貴(半導(dǎo)體激光器)
多模光纖MMF(MultimodeFiber)
A使用發(fā)光二極管,產(chǎn)生可見光,定向性差,是通
過在光纖的石英玻璃媒體中不斷反射向前傳播
?通過多角度反射光信號(hào),可有多個(gè)傳輸路徑,每
個(gè)路徑長度不同,通過光纖的時(shí)間也不同,導(dǎo)致光
信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)擴(kuò)散和失真,影響傳輸距離
和速率
A傳輸容量、帶寬、距離較小
A設(shè)備簡(jiǎn)單,價(jià)格低(發(fā)光二極管),使用較廣泛
?光纖傳輸模式:MMF、SMF
芯/封套特性
輸入信號(hào)展
多模MMF波長:850,1300nm
多束光線以不同的反射角傳播
輸入信號(hào)輸出信號(hào)
E巨
單模SMF
光纖的直徑減小波長:1300,1550nm
到一個(gè)光波波長
單束光線沿直線傳播
?典型的光纜
單芯光纜
玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯常見規(guī)格:
玻璃內(nèi)芯
50umMMF
塑料外套62.5umMMF
外殼
多芯光纜8.3umSMF
玻璃包層
125um
玻璃內(nèi)芯玻璃封套
?高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)
心
采用光纖聯(lián)網(wǎng)時(shí),常將點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路串接構(gòu)成
環(huán)路,通過T形接頭連到計(jì)算機(jī)
無源T形頭:
內(nèi)含光電二極管和發(fā)光二極管,熔接到光纖上,即使二
者出現(xiàn)故障,只使計(jì)算機(jī)脫機(jī),光纖網(wǎng)仍連通。但接頭處有損
耗,光纖環(huán)路長度受限
有源T形頭:有源轉(zhuǎn)發(fā)器
進(jìn)入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再生放大,再變成光信號(hào)
傳輸。傳輸距離長,T形頭出故障,整個(gè)環(huán)路不能工作。
微波通信
A視線距離內(nèi)利用無線電進(jìn)行傳輸?shù)囊环N形式
?微波沿直線傳播,因地球表面為曲面,傳播距離
有限,約為50km。通過增高天線高度,傳播距離
可增至100km。
A遠(yuǎn)距離通信需在無線信道終端間建立中繼站,將
信號(hào)放大再傳送,稱為“虎力”
A微波傳輸質(zhì)量較穩(wěn)定,但易受雨雪等惡劣天氣和
不利地形影響
地面微波接力
地面站之間的直視線路
?兩個(gè)地面站之間傳送
?距離:50-100km微波傳送塔(中繼站)
衛(wèi)星通信
A微波通信的特殊形式,以人造衛(wèi)星為微波中繼站
A衛(wèi)星接收地面發(fā)送站的信號(hào)后,以廣播方式用不
同的頻率發(fā)回地面站接收。
A衛(wèi)星的信道頻帶寬,采用頻分復(fù)用分成若干子信
道,分上行信道(地面站到衛(wèi)星)、下行信道(衛(wèi)
星到地面站)
A容量大,距離遠(yuǎn),干擾小,誤碼率較小,通信較
穩(wěn)定可靠
A傳播時(shí)延長270ms(與兩點(diǎn)距離無關(guān));保密性較
差,造價(jià)高
地球同步衛(wèi)星
發(fā)出的電磁波能輻射到地球上的18000km通信覆蓋區(qū),自
在赤道上空放置3顆相隔120度的衛(wèi)星,即可實(shí)現(xiàn)全球通信
?與地面站相對(duì)固定位置
22,300
?使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球
公里
?傳輸延遲時(shí)間長
幾種傳輸媒體的比較
非屏蔽雙絞線基帶同軸電纜光纖衛(wèi)星
分類3類、5類粗纜、細(xì)纜單模、多模同步、低軌
速率3類UTP最大16Mbps因種類、距離不同幾十Gbps根據(jù)租費(fèi)
5類UTP最大155Mbps變化較大
地理100米左右細(xì)纜小于925米幾到幾十公里,很大
范圍粗纜小于2500米
差錯(cuò)率一般中等最低高
成本低中較高高
差錯(cuò)控制與校驗(yàn)
產(chǎn)生差錯(cuò)的原因:噪聲
1)隨機(jī)錯(cuò):信道固有的白噪聲;
2)突發(fā)錯(cuò):沖擊噪聲
減小差錯(cuò)的措施
A改善通信線路的質(zhì)量,降低誤碼率;
A采用差錯(cuò)控制技術(shù)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)
差錯(cuò)控制編碼
A發(fā)送數(shù)據(jù)前按規(guī)則在數(shù)據(jù)位上附加重筵再發(fā)送
A接收端利用相同規(guī)則對(duì)信息位和冗余位間關(guān)系進(jìn)
行檢測(cè),判斷是否出錯(cuò)
A出錯(cuò)處理:
檢錯(cuò)法一一反饋重發(fā)
糾錯(cuò)法----前向糾錯(cuò)
反饋重發(fā)
接
發(fā)
收
檢錯(cuò)碼送檢錯(cuò)碼
信源I信宿
機(jī)
編碼器I機(jī)譯碼器
存儲(chǔ)器
判定信號(hào)檢測(cè)器
前向糾錯(cuò)
接
發(fā)
收
糾錯(cuò)碼送糾錯(cuò)碼
信源信宿
機(jī)
編碼器機(jī)譯碼器
噪聲源
檢錯(cuò)碼
奇偶校驗(yàn)
ParityChecking
循環(huán)冗余校驗(yàn)
CRC^CyclicRedundancyCheck
奇偶校驗(yàn)(ParityChecking)
規(guī)則:在原始數(shù)據(jù)中增加一個(gè)附加比特位,使結(jié)果中1的個(gè)
數(shù)為奇數(shù)(奇校驗(yàn))或偶數(shù)(偶校驗(yàn))。增加位稱奇偶校驗(yàn)位。
例:原始數(shù)據(jù)=1100010,采用偶校驗(yàn)。
則增加校驗(yàn)位后數(shù)據(jù)為11100010
若接收方收到的數(shù)據(jù)奇偶結(jié)果不正確,可知傳輸中發(fā)
生錯(cuò)誤。
接收端接收的數(shù)據(jù)為
moooio--1的個(gè)數(shù)為4(偶數(shù))一正確
mooou--1的個(gè)數(shù)為5(奇數(shù))—錯(cuò)誤
奇偶校驗(yàn)分類
垂直奇偶校驗(yàn)
以字符作為校驗(yàn)單元
水平奇偶校驗(yàn)
以一組字符中對(duì)應(yīng)位作為校驗(yàn)單元
水平垂直奇偶校驗(yàn)
前兩種校驗(yàn)方式相結(jié)合
水平垂直奇偶校驗(yàn)
字符1234567校驗(yàn)位(偶)
位1
位2
位3
位4
位5
位6
位7
校驗(yàn)位(偶)
采用奇偶校驗(yàn)方式只能校驗(yàn)單比特錯(cuò)
例:1100010(偶校驗(yàn))——11100010
若接收端接收的數(shù)據(jù)為
工工100工工工■…工的個(gè)數(shù)為6(偶數(shù))一一認(rèn)為正確
11100010錯(cuò)誤
對(duì)于突發(fā)錯(cuò)誤(多比特位被損壞),檢測(cè)不出來。
循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC——通過多項(xiàng)式除法檢測(cè)錯(cuò)誤
編碼思想一將位串看成系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式
發(fā)送的數(shù)據(jù)看成一個(gè)多項(xiàng)式的系數(shù)
數(shù)據(jù):bn_1bn_2...b1b0
112x
多項(xiàng)式:b^x^^b^x-+...+bTx+box°
10010101
//I\
x7+x4+x2+1
檢錯(cuò)思想
A收發(fā)方約定生成多項(xiàng)式G(x)
A發(fā)送方在數(shù)據(jù)的末尾加上校驗(yàn)碼再發(fā)送
帶校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)的多項(xiàng)式能被G(x)整除
A接收方收到后,用G(x)除多項(xiàng)式,若余數(shù)
為0,則傳輸無錯(cuò);若有余數(shù),則傳輸有錯(cuò)
校驗(yàn)碼計(jì)算方法
A原數(shù)據(jù)為m位,其多項(xiàng)式為P(x)
A約定G(x)為I?階(最高
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