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  • 信道上信息传输方式
    2021-07-20 01:11:04

    传输介质、信道.ppt

    计算机网络 第三章 通信子网 计算机网络通信基本原理 计算机网互联的硬件设备 网络拓扑结构与分类 网络的传输介质 网络互联设备产品 3.1 通信基本原理 计算机网络的两大基本功能: 数据通信 数据处理。 名词:数据通信 数据通信就是依照通信协议,利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。 数据通信与传统电话电报比较 实现的计算机之间或计算机与人之间的通信,需要定义严格的通信协议或标准。 数据传输的准确性和可靠性高。误码率要求小于10-8,而语音和电视系统只有10-2。 传输速率高,通信持续时间差异较大。 数据通信具有灵活的接口功能以满足各式各样的计算机和终端 间的相互通信。例如:通信速率、编码格式、同步方式和通信规程等。 通信子网组成 在大多数广域网中,通信子网由两个不同部件组成:传输线和交换单元。 交换单元:一种特殊的计算机,用于连接两个或更多条传输线。(常被称为分组交换结点、中介系统、数据开关交换、路由器等。) 相关术语:传输介质、信道 传输介质是用来连接两个或多个网络结点的物理电路。 信道是建立在传输介质之上的,包括传输介质和设备,还有逻辑信道的含义。 在同一条物理传输介质上可以建立多条通信信道。 3.1.1 数据通信的基本概念 信息:数据的内容和解释。 数据:信息的表现形式。 信道:信号传输的通道。 信息和数据 信息是事物运动的状态与方式,是物质的一种属性。信息的载体可以是多媒体,包括语音、音乐、图形图像、文字和数据等。 被传输的二进制代码称为数据。 信道 信道即指通信中传递信息的通道。 信道分类 按传输介质分类 按传输信号类型分类 按使用方式分类 按传输介质分类 有线信道:有形的电路作为传输介质。如:双绞线、同轴电缆、光纤信道等。 无线信道:以电磁波在空间传输方式传送信息的信道。如微波、红外线、卫星信道等等。 按传输信号类型 模拟信道:传输模拟信号的信道。 数字信道:传输数字信号的信道。 按使用方式分类 专用信道:连接用户设备之间的固定电路,可以由用户自己架设或向电信部门租用。采用专用连接有两种:点对点连接、多点连接。一般用于短距离与传输量比较大的网络情况。 公共交换信道:通过交换机转换,为大量用户提供服务的信道。例如公共电话交换网。 信道带宽和信道容量(容易混淆) 信道带宽:信道的发送和接受两端传输比特信号的最大速率称为信道的带宽。单位为赫兹Hz。 信道容量:单位时间内信道上所传输的最大比特数。单位为每秒比特数b/s(bps)。 信道带宽与信道容量之间的关系满足香农定理。 香农定理 香农定理指出了信道带宽和信道容量之间的关系 C=Wlog2(1+S/N)(bps) C是信道容量 W是信道带宽 S是信号功率 N是噪声功率 3.1.2 数据信号表示方式 信号:经过编码后的数据。 计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。 数据编码技术 模拟数据编码:振幅键控ASK,移频键控FSK,移项键控PSK。 数字数据编码:非归零码NRZ,曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码。 模拟数据编码方法 调制(modulation):将发送端数字数据信号变换成模拟数据信号的过程。产品:调制器。 解调(demodulation):将接收端模拟数据信号变换成数字数据信号的过程。设备:解调器。 同时具有调制和解调功能的设备成为调制解调器(Modem) 常见模拟数据编码方法比较 振幅键控ASK:用载波信号的振幅表示数字信号。实现容易,技术简单,抗干扰能力差。 移频键控FSK:通过改变载波信号角频率的方法表示数字信号。实现容易,技术简单,抗干扰能力强,最常用。 移相键控PSK:改变载波信号的相位值表示数字信号,分绝对调相、相对调相。抗干扰能力强,但是现技术复杂。 数字数据编码方法 宽带传输:在数据通信技术中,利用模拟通信信道,通过调制解调器传输模拟数据信号的方法称为宽带传输。 基带传输:利用数字通信信道直接传输数字信号的方法称为基带传输。 非归零码NRZ 用负电平表示逻辑0,用正电平表示逻辑1。 缺点: 收发双方不能同步。 必须在发送NRZ码的同时,用另一个信道同时传送同步时钟信号。 曼彻斯特编码 目前广泛使用的一种编码。 每一比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分。 前T/2传送该比特的反码,后T/2传送该比特的原码。 曼彻斯特编码 优点:在每一个比特的中间有一次电平的跳变,可以提取这个跳变作为收发双方的同步信号。 不含直流分量。 缺点:编码效率较低。(50%) 差分曼彻斯特编码 与曼彻斯特编码的区别在于:每比特的中间跳变仅做同步之用。 每比特的值,根据其开始边界是否发生跳变来决定。每一比特的开始处出现电平跳变表示“0”,不发生跳变表示“1”。 几种编码图实例 A/D和D/A转换编

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    1. 信息传送模式

    信息在网络中的传送方式称为传送模式,包括信息的复用、传输和交换。

    同步时分复用(STDM)方式和同步传送模式(STM)

    STDM

    以固定分配时隙的方式对来自多个输入设备的各路信号进行组合。(一帧的时长是固定的,一般为125us)

    特点:

    (1)采用固定帧长结构,各帧中的时隙按位置顺序编号,不同帧中编号相同的时隙为同一个子信道,即每个子信道占用一个周期性重复出现的时隙。

    (2)每个子信道的速率是恒定的,一个子信道传输一路信号,而且需要同步信号进行时隙定位。

    (3)根据时隙在帧内的相对位置来识别信道(位置化信道)。

    STM = STDM + 同步时分交换

    特点:速率和带宽是确定的,必须按照信道的最大速率分配信道资源。

    应用:适合恒定速率业务的传送(电话网中的数字交换机等)。

    异步时分复用(ATDM)方式和异步传送模式(ATM)

    ATDM

    根据用户需求动态分配时隙。

    特点:

    (1)每帧中没有空闲时隙,每帧中的时隙数可小于所接的低速输入线数,其帧长是不定的。复用信道上的一帧的数据速率可低于信道的最大速率,提高了信道利用率。

    (2)在每个时隙中必须带有地址信息,这些地址信息是靠标志码标示的,同一用户信息的不同分组的标志码相同,通过时隙中的标示信息来识别信道,并通过标示进行交换。(标志化信道)

    (3)此种方式不是根据时隙位置来识别信道,不需要同步信号进行时隙定位。

    (4)在每个时隙中,既包含数据又包含地址信息,所以每个时隙存在额外的开销。

    ATM = ATDM + 异步时分交换

    动态地分配信道,提高信道效率,适用于可变速率的业务。

    2. 传输系统

    传输节点设备

    作为数据传输链路的转接设备,完成节点两侧链路之间的交叉连接,包括:

    (1)配线架

    (2)电分叉复用器(ADM)

    (3)数字交叉连接器(DXC)

    (4)光分叉复用器(OADM)

    (5)光交叉连接器(OXC)等

    传输方式

    有线传输链路:

    (1)实际传输链路(无复用):处理模拟基带信号

    (2)频分载波传输链路:有线电视网

    (3)时分数字传输链路:PCM(PDH、SDH)

    传输方式:

    (1)单工方式:广播网、寻呼网等

    (2)半双工方式:对讲机、采用CSMA/CD协议机制的以太网

    (3)全双工方式:以太网、GSM、有线长途电话

    双工方式:

    (1)频分双工(FDD):GSM、保护间隔

    (2)时分双工(TDD):TD-SCDMA

    FDD和FDM的区别:

    (1)FDD是针对收发两个传输方向定义的

    (2)FDM是针对一个传输方向定义的

    传输控制方式分类:

    (1)串行 or 并行 (比特传送方式)

    (2)同步 or 异步 (比特传送时间)

    3. 信道访问方式

    固定分配信道接入方式:

    适用于支持用确定参数描述的业务

    特点:

    (1)无需采用复用器或集中器

    (2)每个用户占用两个子信道

    (3)无线传输的网结构为全连接网

    (4)举例:固定FDMA、TDMA、CDMA、WDMA、SDMA等

    按需分配信道接入方式:

    适用于支持用统计特性描述的业务

    特点:

    (1)无需采用复用器或集中器

    (2)任何情况下,信道只允许一个用户使用

    (3)各用户之间通信必须遵循多址接入协议

    (4)举例:动态FDMA、TDMA、CDMA等

    按需分配信道接入方式有两种分配调度算法,分别为控制接入和随机接入。

    控制接入

    非竞争信道访问机制,分为:

    (1)中央集中控制方式

    (2)分散控制方式(轮询、令牌)

    特点:由于用户访问信道具有确定性,控制访问方式是无冲突的。

    随机接入

    竞争信道访问机制,分为:

    (1)基本的随机接入方式(基于ALOHA的接入方式)

    (2)基于监听的随机接入方式(基于CSMA的接入方式)

    (3)基于预约机制的随机接入方式

    特点:用户访问信道具有随机性,可能发生多个用户同时竞争访问信道,造成冲突或碰撞。

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    码率、信道带宽、信道容量、信息传输速率的意义

    码率:信息位长度/码长。因为所发送的信息除了信息位还有校验位,所以整个码长并不全部都是需要的信息。
    信道带宽:信号传输频率最大值与最小值的差,B=f2-f1。
    信道容量:根据香农公式一般形式,信道容量C实际是单位时间内信道能可靠传输的信息量的最大值。也就是如同限速标志。
    信道带宽与信道容量的关系在这里插入图片描述
    信息传输速率:每秒传输二进制信息的位数,单位bit/s。
    信号传输速率:单位时间传输码元的个数,单位Baud。

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