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计算机网络与通信笔记第二章

2006-09-15 14:51   【 】【我要纠错

  第二章 数据通信技术

  一。数据传输(在发送器和接收器之间通过传输介质进行的,以电磁波形式进行传输)

  数据传输的成功依靠的元素:(1) 传送信号的质量 (2) 传输介质的特性

  1.直接连接:两台设备之间传输信道为直接连接的通信形式,即只有用于增强信号的放大器

  或中继器,由一条通信线路连接,而不是一个网络系统;

  2.频率、频谱和带宽

  (1) 时域概念

  电磁信号是连续或离散的;

  正弦波:s(t)=A sin(2 ft+∮)(注:少一个字符)

  (A) 振幅(A):信号对比时间的峰值,单位:伏特或瓦特

  (B) 频率(f):信号重复的速度,单位:周/秒或赫兹(HZ)

  (C) 周期(T):信号重复一次所需的时间,单位:秒 T=1/f;

  (D) 相位(∮):在一个完整的信号周期范围内对时间相对位置的度量

  (2) 频域概念

  基本频率或基波:当全部信号的频率是某一频率的整数倍时,后者称为基波;

  即存在两个信号,信号A的频率是信号B频率的整数倍,那么信号B称为基波,且信号A、B 合

  成后的频率为B的频率(基波的频率);

  (3) 频谱:信号所包括频率的范围;(针对合成信号,频率范围是信号A和信号B 的频率区间) 信号的绝对带宽

  (4) 有效带宽或带宽:信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带称为

  (5) 直流成分:

  3.数据传输速率与带宽的关系

  (1) 两者关系成正比:数据传输速率越大,其有效的带宽越宽;同样,传输的有效带宽越

  宽,数据传输的速率越大

  (2) 信号的带宽集中在某个频率范围内,该频率可称中心频率,中心频率越高,带宽越宽且

  数据传输速率越高

  二。模拟和数字数据传输

  1.数据

  (1) 模拟数据:在某些时间间隔上取连续的值,如语音和视频

  (2) 数字数据:取离散值,如文本和整数(采用ASCII码形式表现,八位为一个字节)

  2.信号

  (1) 模拟信号:是连续变化的电磁波形式,传输介质可以是有线的、无线的

  (2) 数据信号:以电气信号形式从一点到另一点进行传播,传输介质是有线的

  3 数据和信号

  (1) 模拟数据可以用电磁信号表现;通过编码译码器可以用数字信号表现;

  (2) 数字数据可以用数据信号表现;通过MODEM可以用模拟信号表现;

  4.传输

  模拟信号 数据信号

  模拟数据 两种方案:(1) 信号和模拟数据占据同样的频谱

  (2) 模拟数据编码后,占据频谱的不同部分

  用编码译码器对模拟数据编码,产生数据信号

  数字数据 通过MODEM编码,产生模拟信号 两种方案

  (1)表现二进制的两个值(1或0),信号由两个电平构成;

  (2)数字数据编码后产生预期属性的数据信号

  数据和信号

  模拟传输 数字传输

  模拟信号 通过放大器传播,无论信号是模拟还是数字数据,处理方法是一致的

  如表现为数字数据,信号通过中继器传播,每个中继器从入口处取得信号后,将

  数字数据再生后产生新的模拟信号将其从出口送出

  数字信号 未使用 数字信号由1和0构成的比特流表示,可以表示为数字数据或编码后的

  模拟数据,信号通过中继器传播,在每个中继器入口处取得数据后,将比特流再

  生后,产生新的数字信号,将其从出口处送出

  三 传输损耗

  模拟信号:传输损耗会导致各种随机的改变而降低了信号的质量;

  数字信号:引起位串错误,既1变为0或相反;

  最有影响的损耗包括:衰减、衰减失真、延时变形、噪声

  1.衰减

  提出的三个问题:

  (1) 第一:接收到的信号必须有足够的强度,这样接收器里的电子电路才能辨认、解释信号;

  (2) 第二:信号须比收到的噪声维持一个更高的电平,以避免出错;

  (3) 第三:衰减是频率增量函数;

  解决问题:

  (1) 针对第一、第二问题,可以在线路设置放大器或中继器,来增强信号强度;

  (2) 第三个问题针对模拟信号的,可以在线路上加载线圈以改变线路的电气属性,或使用高

  频放大器将高频放大;

  2.延迟变形(有线传输介质特有的现象,对数字数据影响比较大)

  延迟变形:由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形,这种效果然称为延迟变形;

  3. 噪声

  接收到的信号包括:传送的信号、因传输系统造成的失真、在传输和接收之间在某处插入的

  不必要的信号(噪声)

  分类:(1) 热噪声 (2) 内调制杂音 (3) 串扰 (4) 脉冲噪声

  4.信道容量

  信道容量:在给定条件下,给定通信路径或信道上数据传送速度称为信道容量;

  相关概念:

  (1) 数据传输速率:每秒传输的数据位数(bits/s)

  (2) 带宽:传送信号的带宽,由发送器及且传输介质的性质决定的,用周/秒或赫兹表达;

  (3) 噪声:在通信信道的平均噪声;

  (4) 误码率:发生错误的频率;

  5.信道的最大容量

  C=Wlog2(1+S/N)

  C:表示信道的最大容量 单位:b/s;

  W:表示以赫兹表示的信道带宽;

  S/N:表示信噪比 S/N=10log(信号能量/噪声能量)

  四 有线传输介质

  传输介质:数据传输系统里发送器和接收器之间的物理通路;

  数据传输的质量和特征由:信号和介质两者决定;

  1.同轴电缆

  (1) 组成:由两个导体组成,一个空心圆柱形导体(网状)围裹一个实心导体,从内到外:内

  导体,绝缘材料,外屏蔽层、塑料外皮

  (2) 直径:1.02~2.54cm(单根)

  (3) 型号: G-8或RG-11(50欧) 粗缆

  RG-58/U或C/U(50欧) 细缆

  RG-59(75欧) CATV电缆

  RG-62(93欧) ARCnet网络及IBM3270 (4) 类型: A.基带同轴电缆:其屏蔽线是用铜线做成网状的,特征阻抗:50欧,又分为细、粗两种

  (1) 粗缆:适用大型的局部网络,连接距离长,可靠性高,但需安收发器和收发器电缆,造

  价高;最大距离:2500米

  (2) 细缆:安装简单、造价低,但接头多,容易接触不良;最大距离925米;

  以上两种均用于总线拓扑结构。

  B.宽带同轴电缆

  注:由于同轴电缆外层起到电磁屏蔽的作用,所以它的抗干扰性能比双绞线强;

  2.双绞线

  (1) 组成:由按一定密度的螺旋结构排列的两根包有绝缘层的铜线、外部再包裹屏蔽层或橡

  塑外皮而成;

  (2) 分类:

  按传输质量分:1类到5类,局域网络中使用3,4和5类双绞线;

  主要用于星型网络结构,即以集线器或网络交换机为中心

  A.非屏蔽双绞线(UTP)电缆(塑料封套、绝缘层、铜导线)

  作用:可以将串扰降至最低或是加以消除,并可降低非平衡型互电容;与双绞线的类

  型、长度和方向有关;

  传输特性 传输速率 范例 3类 16MHZ 10Mb/s IEEE802.5 4MB/S令牌环网,802.3 10MB/S 以太网

  4类 20MHZ 16 Mb/s IEEE802.5 16MB/S令牌环网

  5类 100MHZ 155 Mb/s IEEE802.3Z 100Base-T快速以太网/ANSIX3T9.5 100MB/S CD

  DI系统 优点:(1) 使布线系统与通信系统所使用的布线系统相统一;

  (2)非常容易安装,轻、薄、易弯曲

  (3)无屏蔽外套,较细小,节省空间;

  (4) 平衡传输,避免了外界干扰;

  (5) 将串扰减至最小或加以消除

  (6) 可支持高速数据的应用;

  (7) 通过EMC测试;

  (8) 使用保持独立、具有开放性、非常适用于结构化综合布线系统

  B.屏蔽双绞线(STP)电缆(塑料封套、屏蔽层、绝缘层、铜导线)

  类似同轴电缆,必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器和相应的安装技术。具有较高的传输速

  率,100M内可达到155MB/S

  3.光纤电缆

  (1) 物理特性:

  A.成分:采用三种物质来制造光纤

  超纯二氧化硅:传输损耗最小,但成本太高,一般不用;

  多成分玻璃:性能价格比最优,常用;

  塑料纤维:成本最低,但传输损耗最大,有时可用于短距离传输;

  B.构成:

  由里到外分别为:纤芯、包层、护套;

  传输方式:单模(单条光通路)和多模

  光纤的类型由模式、材料及芯和外的尺寸决定,芯的尺寸及纯度决定光的传输量;

  注:光只能单向传输,若要实行双向通信,光纤需成对出现;

  速率:2.4GB/S~5GB/S,无中继传输距离可达20KM以上;

  (2) 传输原理

  (3) 传输过程:

  A.在发送端利用<光源>将电信号转换成光信号

  光源分为:发光二极管LED 固态器件,产生可见光,定向性较差,用于多模光纤;

  注入型激光二极管:固态,产生激光,减少损耗,用于单模光纤;

  B.光信号通过光纤介质向接收端进行传输

  C.接收端接收前利用<光检波器>(光电二极管)将光信号转换成电信号

  光检波器分为:PIN检波器:增加硅 APD检波器:增强电磁场

  (4) 传输特性:一般用于点对点的连接,

  五。数据编码

  数字数据:在数字信道上传送需进行数字信号编码;

  在模拟信道上传送需进行调制编码;

  模拟数据:在数字信道上传送需要采样编码;

  在模拟信道上传送一般使用基带信号;

  1.数字数据的数字信号编码

  采用两个电压电平表示两个二进制数字11

  方法:不归零制NRZ、曼彻斯特码、差分曼彻斯特码

  2.数字数据的调制编码(因为在模拟信道上传输,所以要转换成模拟信号)

  模拟信号发送的基础就是载波信号,连续、频率恒定的信号;

  调制形式:

  (1) 幅移键控法ASK ,调幅;容易增益变化,一种效率相当低的调制技术,不同振幅表示二

  进制

  (2) 频移键控法 FSK,调频;不同的两个频率表示二进制;

  (3) 相移键控法 PSK,调相;相位移动表示二进制

  3.模拟信号的数字信号编码

  将模拟信号进行数字信号编码即将模拟数据转换成数字数据-数字化过程;

  PCM编码:脉冲编码调制,脉冲调制

  (1) 采样定理:

  模拟信号有最高频率或带宽F(max),采样周期为T,采样的频率为F=1/T,若能满足F=1/T>=2

  F(max),那么采样后的离散序列就能无失真地恢复出原始连续模拟信号;

  (2) PCM编码过程

  第一步:每隔一定的时间对连续模拟信号采样,

  第二步:量化 分级过程,将脉冲信号按量级比较,取整,成为数字信号;

  第三步:编码 用以表示采样量化后的量化幅度,用一定位数的二进制码表示,若有N个量化

  级,则就有log(2)N位。

 

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