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大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用課件數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)基礎(chǔ)第3章第3章
數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)編碼技術(shù)多路復(fù)用數(shù)據(jù)交換技術(shù)3.1.1數(shù)據(jù)(data)、信息(Information)與信號(Signal)
網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼被稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是信息的載體信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋信號是數(shù)據(jù)的編碼,數(shù)據(jù)以信號的形式傳播。
--模擬信號與數(shù)字信號--基帶(Baseband)與寬帶(Broadband)信號信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波表示形式。從時間域來看,數(shù)字信號是一種離散信號,模擬信號是一種連續(xù)變化信號。1.3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的三個基本要素:信源:是產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端
信道:通信雙方以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的傳輸信息的通道信宿:是接受信息的一端2.信道信道是數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)谋亟?jīng)之路,它一般由傳輸線路和傳輸設(shè)備組成。物理信道和邏輯信道物理信道是指用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路,它由傳輸介質(zhì)及有關(guān)通信設(shè)備組成。
邏輯信道也是網(wǎng)絡(luò)上的一種通路,在信號的接收和發(fā)送之間不僅存在一條物理上的傳輸介質(zhì),而且在此物理信道的基礎(chǔ)上,還在節(jié)點內(nèi)部實現(xiàn)了其他連接,通常把這些連接稱為邏輯信道。
同一物理信道上可以提供多條邏輯信道;而每一邏輯信道上只允許一路信號通過。信號變換器信號變換器的作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘枴?.噪聲源5.數(shù)據(jù)通信、數(shù)字通信與模擬通信根據(jù)信號方式的不同,通信可分為模擬通信和數(shù)字通信。數(shù)字信號是一種離散的、脈沖有無的組合形式,是負(fù)載數(shù)字信息的信號。電報信號就屬于數(shù)字信號?!??!皵?shù)字通信”是指用數(shù)字信號作為載體來傳輸信息,或者用數(shù)字信號對載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健T谟脩艟€上傳輸模擬信號的通信方式稱為“模擬通信”。數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模變換后可在模擬信道上傳輸;模擬信號經(jīng)模數(shù)變換后也可在數(shù)字信道上傳輸。數(shù)字通信的優(yōu)點:抗干擾能力強(qiáng)。便于加密,實現(xiàn)保密通信易于實現(xiàn)集成化,減小通信設(shè)備體積、功耗。易于存儲、處理、交換等。缺點:占更寬的頻帶。用模擬信道進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信稱為模擬數(shù)據(jù)通信用數(shù)字信道進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信。3.2.1串行傳輸與并行傳輸串行通信是指通信時的數(shù)據(jù)流以串行方式在信道上傳輸。串行傳輸是一位一位地傳送,從發(fā)送端到接收端只要一根傳輸線,易于實現(xiàn),是目前采用的一種主要通信方式。
并行通信是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個并行的信道上同時傳輸。并行通信方式線路成本較高,一般用于短距離通信。3.2數(shù)據(jù)通信方式3.2.2異步傳輸與同步傳輸在串行通信中,通信雙方收發(fā)數(shù)據(jù)序列必須在時間基準(zhǔn)上取得一致,這樣才能保證接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)一致,這就是通信中的同步。同步問題分為:正確區(qū)分信號中的每個比特----位同步區(qū)分每個單元(字符或字節(jié))的開始和結(jié)束位----字符同步區(qū)分每個完整的信號塊或幀(報文)的開始和結(jié)束位----幀同步異步傳輸方式收發(fā)兩端各自有相互獨立的位定時時鐘,數(shù)據(jù)的傳輸速率是雙方約定的,收方利用數(shù)據(jù)本身來進(jìn)行同步的傳輸方式。異步傳輸又稱群同步,是指傳輸?shù)男畔⒈环殖扇舾伞叭骸?,靠起始和停止位來實現(xiàn)字符定界及字符內(nèi)比特同步。在異步傳輸中,數(shù)據(jù)被劃分成字符分組獨立進(jìn)行傳輸。該小組包含:☆1bit起始位:表示字符的開始☆5~8bit數(shù)據(jù)位:表示要傳輸?shù)淖址麅?nèi)容☆1bit校驗位:用于進(jìn)行奇校驗或偶校驗☆1~2bit終止位:表示接收字符結(jié)束同步傳輸方式收發(fā)雙方采用了統(tǒng)一時鐘的傳輸方式。至于統(tǒng)一時鐘信號的來源,或是雙方有一條時鐘信號的信道,或是利用獨立同步信號來提取時鐘。實現(xiàn)位同步的方法可分為:外同步法:接收端的同步信號事先由發(fā)送端送來,而不是自己產(chǎn)生也不是從信號中提取出來。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前,發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時鐘脈沖,接收端按照這一時鐘脈沖頻率和時序鎖定接收端的接收頻率,以便在接收數(shù)據(jù)的過程中始終與發(fā)送端保持同步。自同步法:能從數(shù)據(jù)信號波形中提取同步信號的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼,常用于局域網(wǎng)傳輸。
3.2.3數(shù)據(jù)傳輸方向單工通信半雙工通信全雙工通信4.連接方式點對點連接方式多點連接方式3.2.5基帶傳輸與頻帶傳輸(1)基帶傳輸矩形脈沖信號的固有頻帶稱作基本頻帶(簡稱為基帶)。這種矩形脈沖信號就叫做基帶信號。在數(shù)字通信信道上直接傳送基帶信號的方法稱為基帶傳輸。基帶傳輸在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號波形的情況下直接傳輸數(shù)字信號,具有速率高和誤碼率低等優(yōu)點。(2)頻帶傳輸又稱寬帶傳輸,是利用模擬信道實現(xiàn)數(shù)字信號傳輸?shù)姆椒ānl帶傳輸中常用普通線作為傳輸介質(zhì),它的帶寬一般在300~3400Hz之間。為了利用交換網(wǎng)實現(xiàn)計算機(jī)之間的數(shù)字信號傳輸,必須將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。為此,需要在發(fā)送端選取音頻范圍的某一頻率的正(余)弦模擬信號作為載波,用它運(yùn)載所要傳輸?shù)臄?shù)字信號,通過信道將其送至另一端;在接收端再將數(shù)字信號從載波上分離出來,恢復(fù)為原來的數(shù)字信號波形。調(diào)制(modulation)載波是一個連續(xù)變化的信號。調(diào)制就是用源信號改變載波的振幅、頻率或相位。解調(diào)(demodulation)3.3.1模擬數(shù)據(jù)編碼方法幅度調(diào)制ASK:調(diào)幅即載波的振幅隨著數(shù)字信號的變化而變化。例如二進(jìn)制“1”用有載波輸出表示,即載波振幅為原始振幅;二進(jìn)制“0”用無載波輸出來表示,即載波振幅為零。頻率調(diào)制FSK:調(diào)頻即載波的頻率隨著數(shù)字信號的變化而變化。例如,二進(jìn)制“1”用載波頻率f1來表示;二進(jìn)制“0”用另一載波頻率f2來表示。相位調(diào)制PSK:調(diào)相即載波的初始相位隨著數(shù)字信號的變化而變化。例如,用1800相位(反相)的載波來表示二進(jìn)制“1”;用00相位(正相)的載波來表示二進(jìn)制“0”。3.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)3.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)→數(shù)字信號調(diào)制方式1.非歸零碼單極性非歸零碼(NRZ,nonreturntozero)規(guī)定用無電壓表示邏輯“0”,用恒定的正電壓表示邏輯“1”;雙極性非歸零碼規(guī)定用負(fù)電平表示邏輯“0”,用正電平表示邏輯“1”
。2.曼徹斯特(Manchester)編碼每個比特的中間有一次電平跳變,可以把“0”定義為由高電平到低電平的跳變,“1”定義為由低電平到高電平的跳變。3.差分曼徹斯特(differenceManchester)編碼差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進(jìn)。每位中間的跳變僅提供時鐘定時,用每位開始時有無跳變表示,有跳變表示“0”,無跳變表示“1”。5.4B/5B編碼
4B/5B編碼的思想是在位流中插入額外的位,來分割一連串的“0”或“1”。確切地說,是首先將發(fā)送的數(shù)據(jù)流以每4位一組,變?yōu)閷?yīng)的5位代碼。然后,得到的5位代碼使用不歸零反轉(zhuǎn)編碼NRZI進(jìn)行編碼傳輸。 4B/5B編碼方式在避免高、低信號持續(xù)的前提下,解決了曼徹斯特編碼的低效問題。3.3.3脈沖編碼調(diào)制方法模擬數(shù)據(jù)—>數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)
采樣每隔一定的時間間隔T,抽取模擬信號的一個瞬時幅度值,抽樣的作用是使得信號在時間上離散化。
量化對時間離散數(shù)據(jù)用有限數(shù)目的幅值表示,即利用預(yù)先規(guī)定的有限個值來表示模擬信號抽樣值的過程稱為量化。量化的作用是使得信號在幅度上離散化。
編碼把抽樣、量化后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼脈沖多路復(fù)用指多個信息源共享一個公共信道.
頻分多路復(fù)用(FDM,F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing)時分多路復(fù)用(TDM,TimeDivisionMultiplexing)波分多路復(fù)用(WDM,WavelengthDivisionMultiplexing)3.4多路復(fù)用技術(shù)統(tǒng)計(異步)時分多路復(fù)用2627TDM:各輸入端,無論數(shù)據(jù)有無,皆占一時槽,因此會有閑置的空時槽。統(tǒng)計TDM:有數(shù)據(jù)的輸入端才分配時槽,因此沒有空時槽。碼分多路復(fù)用每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信,但使用的是基于碼型的分割信道的方法,即每個用戶分配一個地址碼,各個碼型互不重又疊,通信各方之間不會相互干擾,且抗干攏能力強(qiáng)
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