計算機網(wǎng)絡(luò)與通信筆記第二章

  • 發(fā)布時間:2024-09-15 16:21:23
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  第二章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)
  一。數(shù)據(jù)傳輸(在發(fā)送器和接收器之間通過傳輸介質(zhì)進行的,以電磁波形式進行傳輸)
  數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒σ揽康脑兀海?) 傳送信號的質(zhì)量 (2) 傳輸介質(zhì)的特性
  1.直接連接:兩臺設(shè)備之間傳輸信道為直接連接的通信形式,即只有用于增強信號的放大器
  或中繼器,由一條通信線路連接,而不

第二章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

一。數(shù)據(jù)傳輸(在發(fā)送器和接收器之間通過傳輸介質(zhì)進行的,以電磁波形式進行傳輸)

數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒σ揽康脑兀海?) 傳送信號的質(zhì)量 (2) 傳輸介質(zhì)的特性

1.直接連接:兩臺設(shè)備之間傳輸信道為直接連接的通信形式,即只有用于增強信號的放大器

或中繼器,由一條通信線路連接,而不是一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);

2.頻率、頻譜和帶寬

(1) 時域概念

電磁信號是連續(xù)或離散的;

正弦波:s(t)=A sin(2 ft+∮)(注:少一個字符)

(A) 振幅(A):信號對比時間的峰值,單位:伏特或瓦特

(B) 頻率(f):信號重復(fù)的速度,單位:周/秒或赫茲(HZ)

(C) 周期(T):信號重復(fù)一次所需的時間,單位:秒 T=1/f;

(D) 相位(∮):在一個完整的信號周期范圍內(nèi)對時間相對位置的度量

(2) 頻域概念

基本頻率或基波:當(dāng)全部信號的頻率是某一頻率的整數(shù)倍時,后者稱為基波;

即存在兩個信號,信號A的頻率是信號B頻率的整數(shù)倍,那么信號B稱為基波,且信號A、B 合

成后的頻率為B的頻率(基波的頻率);

(3) 頻譜:信號所包括頻率的范圍;(針對合成信號,頻率范圍是信號A和信號B 的頻率區(qū)間) 信號的絕對帶寬

(4) 有效帶寬或帶寬:信號的大部分能量往往包含在頻率較窄的一段頻帶稱為

(5) 直流成分:

3.數(shù)據(jù)傳輸速率與帶寬的關(guān)系

(1) 兩者關(guān)系成正比:數(shù)據(jù)傳輸速率越大,其有效的帶寬越寬;同樣,傳輸?shù)挠行捲?/p>

寬,數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾试酱?/p>

(2) 信號的帶寬集中在某個頻率范圍內(nèi),該頻率可稱中心頻率,中心頻率越高,帶寬越寬且

數(shù)據(jù)傳輸速率越高

二。模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸

1.數(shù)據(jù)

(1) 模擬數(shù)據(jù):在某些時間間隔上取連續(xù)的值,如語音和視頻

(2) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù):取離散值,如文本和整數(shù)(采用ASCII碼形式表現(xiàn),八位為一個字節(jié))

2.信號

(1) 模擬信號:是連續(xù)變化的電磁波形式,傳輸介質(zhì)可以是有線的、無線的

(2) 數(shù)據(jù)信號:以電氣信號形式從一點到另一點進行傳播,傳輸介質(zhì)是有線的

3 數(shù)據(jù)和信號

(1) 模擬數(shù)據(jù)可以用電磁信號表現(xiàn);通過編碼譯碼器可以用數(shù)字信號表現(xiàn);

(2) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用數(shù)據(jù)信號表現(xiàn);通過MODEM可以用模擬信號表現(xiàn);

4.傳輸

模擬信號 數(shù)據(jù)信號

模擬數(shù)據(jù) 兩種方案:(1) 信號和模擬數(shù)據(jù)占據(jù)同樣的頻譜

(2) 模擬數(shù)據(jù)編碼后,占據(jù)頻譜的不同部分

用編碼譯碼器對模擬數(shù)據(jù)編碼,產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 通過MODEM編碼,產(chǎn)生模擬信號 兩種方案

(1)表現(xiàn)二進制的兩個值(1或0),信號由兩個電平構(gòu)成;

(2)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼后產(chǎn)生預(yù)期屬性的數(shù)據(jù)信號

數(shù)據(jù)和信號

模擬傳輸 數(shù)字傳輸

模擬信號 通過放大器傳播,無論信號是模擬還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),處理方法是一致的

如表現(xiàn)為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),信號通過中繼器傳播,每個中繼器從入口處取得信號后,將

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)再生后產(chǎn)生新的模擬信號將其從出口送出

數(shù)字信號 未使用 數(shù)字信號由1和0構(gòu)成的比特流表示,可以表示為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或編碼后的

模擬數(shù)據(jù),信號通過中繼器傳播,在每個中繼器入口處取得數(shù)據(jù)后,將比特流再

生后,產(chǎn)生新的數(shù)字信號,將其從出口處送出

三 傳輸損耗

模擬信號:傳輸損耗會導(dǎo)致各種隨機的改變而降低了信號的質(zhì)量;

數(shù)字信號:引起位串錯誤,既1變?yōu)?或相反;

最有影響的損耗包括:衰減、衰減失真、延時變形、噪聲

1.衰減

提出的三個問題:

(1) 第一:接收到的信號必須有足夠的強度,這樣接收器里的電子電路才能辨認(rèn)、解釋信號;

(2) 第二:信號須比收到的噪聲維持一個更高的電平,以避免出錯;

(3) 第三:衰減是頻率增量函數(shù);

解決問題:

(1) 針對第一、第二問題,可以在線路設(shè)置放大器或中繼器,來增強信號強度;

(2) 第三個問題針對模擬信號的,可以在線路上加載線圈以改變線路的電氣屬性,或使用高

頻放大器將高頻放大;

2.延遲變形(有線傳輸介質(zhì)特有的現(xiàn)象,對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)影響比較大)

延遲變形:由于信號中各種成分延遲使得接收到的信號變形,這種效果然稱為延遲變形;

3. 噪聲

接收到的信號包括:傳送的信號、因傳輸系統(tǒng)造成的失真、在傳輸和接收之間在某處插入的

不必要的信號(噪聲)

分類:(1) 熱噪聲 (2) 內(nèi)調(diào)制雜音 (3) 串?dāng)_ (4) 脈沖噪聲

4.信道容量

信道容量:在給定條件下,給定通信路徑或信道上數(shù)據(jù)傳送速度稱為信道容量;

相關(guān)概念:

(1) 數(shù)據(jù)傳輸速率:每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)(bits/s)

(2) 帶寬:傳送信號的帶寬,由發(fā)送器及且傳輸介質(zhì)的性質(zhì)決定的,用周/秒或赫茲表達(dá);

(3) 噪聲:在通信信道的平均噪聲;

(4) 誤碼率:發(fā)生錯誤的頻率;

5.信道的最大容量

C=Wlog2(1+S/N)

C:表示信道的最大容量 單位:b/s;

W:表示以赫茲表示的信道帶寬;

S/N:表示信噪比 S/N=10log(信號能量/噪聲能量)

四 有線傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì):數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)里發(fā)送器和接收器之間的物理通路;

數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和特征由:信號和介質(zhì)兩者決定;

1.同軸電纜

(1) 組成:由兩個導(dǎo)體組成,一個空心圓柱形導(dǎo)體(網(wǎng)狀)圍裹一個實心導(dǎo)體,從內(nèi)到外:內(nèi)

導(dǎo)體,絕緣材料,外屏蔽層、塑料外皮

(2) 直徑:1.02~2.54cm(單根)

(3) 型號: G-8或RG-11(50歐) 粗纜

RG-58/U或C/U(50歐) 細(xì)纜

RG-59(75歐) CATV電纜

RG-62(93歐) ARCnet網(wǎng)絡(luò)及IBM3270 (4) 類型: A.基帶同軸電纜:其屏蔽線是用銅線做成網(wǎng)狀的,特征阻抗:50歐,又分為細(xì)、粗兩種

(1) 粗纜:適用大型的局部網(wǎng)絡(luò),連接距離長,可靠性高,但需安收發(fā)器和收發(fā)器電纜,造

價高;最大距離:2500米

(2) 細(xì)纜:安裝簡單、造價低,但接頭多,容易接觸不良;最大距離925米;

以上兩種均用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

B.寬帶同軸電纜

注:由于同軸電纜外層起到電磁屏蔽的作用,所以它的抗干擾性能比雙絞線強;

2.雙絞線

(1) 組成:由按一定密度的螺旋結(jié)構(gòu)排列的兩根包有絕緣層的銅線、外部再包裹屏蔽層或橡

塑外皮而成;

(2) 分類:

按傳輸質(zhì)量分:1類到5類,局域網(wǎng)絡(luò)中使用3,4和5類雙絞線;

主要用于星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),即以集線器或網(wǎng)絡(luò)交換機為中心

A.非屏蔽雙絞線(UTP)電纜(塑料封套、絕緣層、銅導(dǎo)線)

作用:可以將串?dāng)_降至最低或是加以消除,并可降低非平衡型互電容;與雙絞線的類

型、長度和方向有關(guān);

傳輸特性 傳輸速率 范例 3類 16MHZ 10Mb/s IEEE802.5 4MB/S令牌環(huán)網(wǎng),802.3 10MB/S 以太網(wǎng)

4類 20MHZ 16 Mb/s IEEE802.5 16MB/S令牌環(huán)網(wǎng)

5類 100MHZ 155 Mb/s IEEE802.3Z 100Base-T快速以太網(wǎng)/ANSIX3T9.5 100MB/S CD

DI系統(tǒng) 優(yōu)點:(1) 使布線系統(tǒng)與通信系統(tǒng)所使用的布線系統(tǒng)相統(tǒng)一;

(2)非常容易安裝,輕、薄、易彎曲

(3)無屏蔽外套,較細(xì)小,節(jié)省空間;

(4) 平衡傳輸,避免了外界干擾;

(5) 將串?dāng)_減至最小或加以消除

(6) 可支持高速數(shù)據(jù)的應(yīng)用;

(7) 通過EMC測試;

(8) 使用保持獨立、具有開放性、非常適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)

B.屏蔽雙絞線(STP)電纜(塑料封套、屏蔽層、絕緣層、銅導(dǎo)線)

類似同軸電纜,必須配有支持屏蔽功能的特殊連接器和相應(yīng)的安裝技術(shù)。具有較高的傳輸速

率,100M內(nèi)可達(dá)到155MB/S

3.光纖電纜

(1) 物理特性:

A.成分:采用三種物質(zhì)來制造光纖

超純二氧化硅:傳輸損耗最小,但成本太高,一般不用;

多成分玻璃:性能價格比最優(yōu),常用;

塑料纖維:成本最低,但傳輸損耗最大,有時可用于短距離傳輸;

B.構(gòu)成:

由里到外分別為:纖芯、包層、護套;

傳輸方式:單模(單條光通路)和多模

光纖的類型由模式、材料及芯和外的尺寸決定,芯的尺寸及純度決定光的傳輸量;

注:光只能單向傳輸,若要實行雙向通信,光纖需成對出現(xiàn);

速率:2.4GB/S~5GB/S,無中繼傳輸距離可達(dá)20KM以上;

(2) 傳輸原理

(3) 傳輸過程:

A.在發(fā)送端利用 光源 將電信號轉(zhuǎn)換成光信號

光源分為:發(fā)光二極管LED 固態(tài)器件,產(chǎn)生可見光,定向性較差,用于多模光纖;

注入型激光二極管:固態(tài),產(chǎn)生激光,減少損耗,用于單模光纖;

B.光信號通過光纖介質(zhì)向接收端進行傳輸

C.接收端接收前利用 光檢波器 (光電二極管)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號

光檢波器分為:PIN檢波器:增加硅 APD檢波器:增強電磁場

(4) 傳輸特性:一般用于點對點的連接,

五。數(shù)據(jù)編碼

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù):在數(shù)字信道上傳送需進行數(shù)字信號編碼;

在模擬信道上傳送需進行調(diào)制編碼;

模擬數(shù)據(jù):在數(shù)字信道上傳送需要采樣編碼;

在模擬信道上傳送一般使用基帶信號;

1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

采用兩個電壓電平表示兩個二進制數(shù)字11

方法:不歸零制NRZ、曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼

2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼(因為在模擬信道上傳輸,所以要轉(zhuǎn)換成模擬信號)

模擬信號發(fā)送的基礎(chǔ)就是載波信號,連續(xù)、頻率恒定的信號;

調(diào)制形式:

(1) 幅移鍵控法ASK ,調(diào)幅;容易增益變化,一種效率相當(dāng)?shù)偷恼{(diào)制技術(shù),不同振幅表示二

進制

(2) 頻移鍵控法 FSK,調(diào)頻;不同的兩個頻率表示二進制;

(3) 相移鍵控法 PSK,調(diào)相;相位移動表示二進制

3.模擬信號的數(shù)字信號編碼

將模擬信號進行數(shù)字信號編碼即將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)-數(shù)字化過程;

PCM編碼:脈沖編碼調(diào)制,脈沖調(diào)制

(1) 采樣定理:

模擬信號有最高頻率或帶寬F(max),采樣周期為T,采樣的頻率為F=1/T,若能滿足F=1/T =2

F(max),那么采樣后的離散序列就能無失真地恢復(fù)出原始連續(xù)模擬信號;

(2) PCM編碼過程

第一步:每隔一定的時間對連續(xù)模擬信號采樣,

第二步:量化 分級過程,將脈沖信號按量級比較,取整,成為數(shù)字信號;

第三步:編碼 用以表示采樣量化后的量化幅度,用一定位數(shù)的二進制碼表示,若有N個量化

級,則就有l(wèi)og(2)N位。

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