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文檔簡介
網(wǎng)絡(luò)管理員認證主講老師:劉世華電話:(600)QQ:13267395Ftp://00
數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)、信息、信號通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕局R數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)信息、數(shù)據(jù)和信號信息:不同形式表達的知識,通信的目的是交換信息數(shù)據(jù):信息的載體,可以是數(shù)字、文字、聲音、圖形與圖象等形式。在計算機中,以二進制代碼表示。同學(xué)們所熟悉的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)有EBCDIC和ASCII碼三者關(guān)系:數(shù)據(jù)是信息的載體,信息涉及數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋,信號則是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波表示形式。在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,計算機系統(tǒng)關(guān)心的是信息所采用的編碼體制(如用ASCII還是EBDIC來表達字母和數(shù)字,采用GIF或BMP表達圖像等)或數(shù)據(jù)形式;而數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)則關(guān)注如何將表示數(shù)據(jù)的二進制比特序列轉(zhuǎn)換成適合于通信系統(tǒng)傳送的信號,包括數(shù)據(jù)如何用電信號表示以及如何傳輸信號。例子:信息:NETWORK數(shù)據(jù):(用ASCII碼表示)1001110100010110101001010111100111110100101001011信號:t100111010001011010100模擬信號連續(xù)變化---是關(guān)于時間的連續(xù)函數(shù)數(shù)字信號離散的脈沖信號,關(guān)于時間的非連續(xù)函數(shù)脈沖編碼調(diào)制(PCM)PCM(PulsecodeModulation):將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的一種基本方法典型應(yīng)用:語音數(shù)字化工作原理:采樣---量化---編碼(三部曲)語音數(shù)字化的示例模擬信源數(shù)字信道模擬信宿模擬信號PCM編/解碼器PCM編/解碼器數(shù)字信號模擬信號數(shù)據(jù)通信基本模型DTEDCEDCE(DataCommunicationEquipment)DTE:DataTerminalEquipment數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源、信宿和信道三部分組成信源:數(shù)據(jù)的發(fā)送方信宿:數(shù)據(jù)的接收方稱為信宿信道:信源和信宿之間傳送信號的物理通道信號變換器:把信源所要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于在信道上傳輸?shù)男盘?,或者相反,把從信道上接收的信號轉(zhuǎn)換成信宿所能識別的數(shù)據(jù)
信道的類型模擬信道與數(shù)字信道按相應(yīng)的數(shù)據(jù)在傳輸過程中采用的信號方式劃分。有線信道與無線信道按信道所基于實現(xiàn)的傳輸介質(zhì)劃分。單工通信數(shù)據(jù)傳送只能在一個固定的方向上進行,任何時候都不能改變方向。例子:廣播、電視發(fā)送單向通道接收半雙工通信信號可以雙向進行,但不可同時進行,一個時間只能有一個方向的傳送例子:對講機、計算機—終端發(fā)送接收雙向通道接收發(fā)送雙工通信信號可以同時進行雙向發(fā)送例子:計算機—計算機發(fā)送接收雙向通道接收發(fā)送串行通信數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸。存在字符同步問題例子:電話線路傳送數(shù)據(jù)信號發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7接收端串行通信信道并行通信數(shù)據(jù)以成組方式在多個并行信道上同時傳輸。在并行傳輸中,一次傳送一個字符,所以不存在字符同步問題。例子:計算機中的總線并行通信信道b0b1b2b3b4b5b6b7發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7接收端串行通信與并行通信的比較在相同的發(fā)送時鐘下,并行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率將大于串行通信。并行通信需要多個并行信道,實現(xiàn)昂貴。并行通信方式適合于近距離通信(如計算機中)而在遠程通信中一般采用串行通信方式。串/并與并/串轉(zhuǎn)換當計算機通過串行信道相互通信時,在發(fā)送方要進行并/串轉(zhuǎn)換,而在接收端要進行串/并轉(zhuǎn)換計算機串行信道計算機并行傳輸并行傳輸串行傳輸并/串轉(zhuǎn)換串/并轉(zhuǎn)換介質(zhì)與信道傳輸介質(zhì):
泛指計算機網(wǎng)絡(luò)中用于連接各個計算機的物理媒體,特指用來連接各個通信處理設(shè)備的物理介質(zhì)。包括無線與有線兩大類。通信信道:傳送信號的一條通道,其建立在傳輸介質(zhì)之上,但包括了傳輸介質(zhì)和通信設(shè)備。同一傳輸介質(zhì)上可提供多條信道,一條信道允許一路信號通過?;鶐鬏敾鶐盘柧匦蚊}沖信號是二進制比特的典型表達方式,按傅利葉分析,其由直流、低頻、高頻的多個成分組成。在其頻譜中,從零開始的能量集中的一段頻率范圍稱為基本頻帶,簡稱基帶?;l等于脈沖信號的固有頻率。與基帶對應(yīng)的數(shù)字信號稱為基帶信號?;鶐鬏斣跀?shù)字信道上直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號特點:
抗噪聲能力強,成本低,傳輸速率高信號衰減嚴重,只能利用有線介質(zhì)近距離傳輸基帶信號頻帶寬,傳輸時要占用整個傳輸介質(zhì)的帶寬
數(shù)字數(shù)據(jù)編碼數(shù)字數(shù)據(jù)編碼的任務(wù)是如何將二進制比特轉(zhuǎn)換成適合在數(shù)字信道上傳送的數(shù)字信號:不歸零(NRZ,Non-ReturntoZero)編碼
Manchester編碼
差分Manchester編碼NRZ編碼規(guī)則:以高電平表示邏輯“1”,低電平表示邏輯“0”。特點:NRZ編碼雖然簡單,但其抗干擾能力較差由于不能判斷位的開始與結(jié)束,收發(fā)雙方不能保持同步,需要用另一個信道同時傳送同步信號。
NRZ編碼Manchester編碼規(guī)則:每個比特的中間位置進行跳變,正跳變?yōu)?,負跳變表示0。特點:任何兩次電平跳變的時間間隔是T/2或T,提取電平跳變信號可作為收發(fā)雙方的同步信號,不需要另外的同步信號。即“自含時鐘編碼”。差分Manchester編碼規(guī)則:對Manchester編碼的改進,保留每比特中間的跳變作同步之用;每比特的值則根據(jù)其開始處是否出現(xiàn)電平的跳變來決定,有跳變者為“0”,無跳變者為二進制“1”
目前常用的數(shù)字編碼ManchesterandNRZ編碼在基于銅纜的網(wǎng)絡(luò)中較為普遍arepopularoncopper-basednetworks.Manchesterand4B/5B,甚至8B/10B編碼則在基于光纖的網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用頻帶傳輸頻帶傳輸由于基帶傳輸?shù)慕嚯x限制,在遠距離傳輸中通常采用模擬信道。利用模擬信道,傳輸二進制數(shù)據(jù)的方法稱為頻帶傳輸。關(guān)鍵技術(shù)問題:如何將計算機中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為適合模擬信道傳輸?shù)哪M信號。解決方案將要傳送的數(shù)字數(shù)據(jù)“寄載”在載波上,利用數(shù)字數(shù)據(jù)對載波的某些特性(振幅、頻率、相位)進行控制,使載波特性發(fā)生了變化,然后將變化了的載波送往線路進行傳輸調(diào)制與解調(diào)調(diào)制:在數(shù)據(jù)發(fā)送端,將數(shù)字數(shù)據(jù)寄載在載波上的過程稱為調(diào)制(modulation)解調(diào):在接收端,當攜帶數(shù)據(jù)信號的載波到達時,將數(shù)字信號從中分離出來的過程稱為解調(diào)(demodulation)。Modem=modulation+demodulation
三種基本調(diào)制方法根據(jù)調(diào)制過程中所采用的載波的特性不同,分為三種基本調(diào)制方法:y=Asin(ωt+φ)幅移鍵控(ASK,Amplitude-ShiftKeying)頻移鍵控(FSK,Frequency-ShiftKeying)相移鍵控(PSK,Phase-ShiftKeying)三種基本調(diào)制方法(續(xù))幅移鍵控ASK,又稱調(diào)幅(amplitudemodulation)通過載波信號的振幅變化來表示二進制信號“0”與“1”幅移鍵控FSK,又稱調(diào)頻(frequencymodulation)改變載波信號的頻率來表示二進制信號“0”與“1”相移鍵控PSK,又稱調(diào)相(phasemodulation)通過改變載波信號的相位值表示二進制信號“0”和“1”。按照使用相位的絕對值或相位的相對偏移兩大表示分為絕對調(diào)相和相對調(diào)相;按對一個完整周期的相位的劃分方式分為二相制、四相制、八相制等。信號傳送與信道帶寬信道帶寬信道中信號的頻譜范圍信道帶寬與信號傳送:
信道的帶寬至少要能保證基頻信號(基次諧波)的通過;而且信道帶寬越寬,信道中所能通過的高次諧波的次數(shù)就越高,從而在接收端信號還原后的失真就越小。信道帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率:數(shù)據(jù)傳輸中線路上每秒內(nèi)傳輸?shù)亩M制數(shù)據(jù)位數(shù),其單位為bps(bitpersecond)由脈沖信號的Fourier分析可知:脈沖越窄,數(shù)據(jù)傳輸速率越高,但為了使信號不失真通過通信信道所需要的信道帶寬越高。信道帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率:限制信道的帶寬,就是限制數(shù)據(jù)傳輸速率;提高信道的帶寬,就是提高數(shù)據(jù)傳輸速率。Nyquist定理e.g.一個無噪聲的帶寬為3KHZ的信道若用于傳送二進制數(shù)(V=2),則最大數(shù)據(jù)傳輸速率不可能高于6000bps.Nyquist定理給出了有限帶寬的無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率:最大數(shù)據(jù)傳輸速率=2Hlog2V(b/s)其中,H為信道帶寬,V表示被傳信號的電平級數(shù)。Shannon定理e.g.一個信噪比為30db、帶寬為3KHZ的信道若用于傳送數(shù)據(jù),則不管使用多少級的信號電平,其最大數(shù)據(jù)傳輸速率絕不可能高于3000log2(1)bps.Shannon定理給出了有限帶寬的噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率:最大數(shù)據(jù)傳輸速率=Hlog2(1+S/N)其中,H為信道帶寬,S/N為信道的信噪比。多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用:在一條物理線路上建立多條通信信道的技術(shù)意義:。多路復(fù)用使得在同一傳輸介質(zhì)上可傳輸多個不同信源發(fā)出的信號??沙浞掷猛ㄐ啪€路的傳輸容量,提高傳輸介質(zhì)的利用率常用多路復(fù)用技術(shù):頻分多路復(fù)用(FrequencyDivisionMultiplexing)時分多路復(fù)用(TimeDivisionMultiplexing)波分多路復(fù)用(Wave-lengthDivisionMultiplexing)多路復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多路復(fù)用器高速通信線路多路復(fù)用器頻分多路復(fù)用(FDM)工作原理:將一個具有較大帶寬的線路劃分為若干個具有較小帶寬的信道,各條信道的中心頻率互不重合,相互間留出一個適當?shù)念l率范圍作保護頻帶用以減少干擾。然后將多路信號分別調(diào)制到各個信道中,在線路上同時進行傳輸用途:主要用于傳送模擬信號。頻帶傳輸因此也被稱為寬帶傳輸。e.g.在公用電話網(wǎng)絡(luò)上,12條語音信道復(fù)用在60-108KHZ或12-60KHZ的頻帶上。時分多路復(fù)用(TDM)工作原理:將一條信道的工作時間劃分為若干個時間片(timeslot),每個時間片供一路信號傳輸信號用,多路信號按時間片輪流使用通信線路的全部帶寬。用途:既可用于傳輸數(shù)字信號,也可用于傳輸模擬信號。舉例:T1載波(Carrier)或E1載波(Carrier)時分復(fù)用頻率時間BCBCBCAAAABCDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復(fù)用可能會造成
線路資源的浪費ABCDaabbcdbcattttt4個時分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時分復(fù)用#2#3#4用戶統(tǒng)計時分復(fù)用STDM用戶ABCDabcdttttt3個STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計時分復(fù)用統(tǒng)計時分多路復(fù)用(STDM)工作原理:將普通時分復(fù)用中時間片的固定分配方式為動態(tài)分配方式,即若規(guī)定時間片內(nèi)相應(yīng)的信道無信號發(fā)送或信號提前發(fā)送完畢,則后續(xù)的信道可提前使用自己的時間片。用途:解決帶寬的浪費問題,提高信道帶寬的利用率舉例:ATM(異步傳輸模式)波分多路復(fù)用光纖上進行信道復(fù)用的技術(shù)一根光纖的帶寬可達25000GHZ,而通常一路光信號的帶寬只有幾GHZ頻分多路復(fù)用技術(shù)的變種不同頻率或波長的光在經(jīng)過相同的光折射介質(zhì)后,其光路將會不同—折射率與光的頻率或波長有關(guān)WDM的原理三棱鏡或衍射光柵共享光纖光信號1光信號2異步傳輸每個字符作為一個獨立的整體進行傳送,字符之間
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