数据通信与计算机网络_第1页
数据通信与计算机网络_第2页
数据通信与计算机网络_第3页
数据通信与计算机网络_第4页
数据通信与计算机网络_第5页
已阅读5页,还剩120页未读, 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

数据通信与计算机网络

第3章物理层

□物理层的基本概念

□数据通信的基础知识

□物理层下面的传输媒体

□模拟传输与数字传输

口信道复用技术

□数据交换技术

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

UMMkSXn

3.1物理层的基本概念

用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。

可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接

口的一些特性,即:

(1)机械特性。

(2)电气特性。

(3)功能特性。

(4)规程特性。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

在物理连接上的传输方式一般都是串行传输,即一个

比特一个比特地按照时间顺序传输。但,有时也可以

采用多个比特的并行传输方式。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

I簸)“月及李

UMMkSXn

3.2数据通信的基础知识

3.2.1数据通信系统的模型

两个PC机经过普通电话机的连线,再经过公用

电话网进行通信。

如图3・1所示,一个数据通信系统可划分为三大

部分,即源系统(或发送端)、传输系统(或传输网络)

和目的系统(或接收端)。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

CtlONGQ减50VDWH

数据通幡系境

数宇出将旗叔松借号模拟住号数字比构部

一WM

正文-

公用电裾网)—...

PC机期前解调粉调制解调君

-嚣系笠极谿系统目的系统

工

恢

发送

蹲点役输系统接

发

箱

箍接轴

箱

送

入

人校出

出

的

信

救的敏

信

信

息

期信

燧息

号

号

图3」数据通信系统的模型

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

源系统一般包括以下两个部分:

(1)源点。

(2)发送器。

目的系统一般包括以下两个部分:

(1)接收器。

(2)终点。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

数据(data)是运送信息的实体,而信号(signal)

则是数据的电气的或电磁的表现。无论数据或信号,

都可以是模拟的或数字的。所谓“模拟的”就是连续变

化的,而“数字的”就表示取值是离散的。因此,数字

数据(digitaldata)就是用不连续形式表示的数据。

将数字数据转换为模拟信号的过程叫作调制。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

般说来,模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信号或数

字信号。因此我们有以下四种情况:

(1)模拟数据、模拟信号。

(2)模拟数据、数字信号。

(3)数字数据、模拟信号。

(4)数字数据、数字信号。

图3・2给出了模拟的和数字的数据、信号的示意图。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

模拟数我

模拟数据

梭柢格号

JTTLTL

数不

数宇欲报,数字格号

图3-2不拟数据、模拟信号、数字数据孽字信号

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

ClQHGQtMGWMXOT9

3.2.2有关信道的几个基本概念

从通信的双方信息交互的方式来看,可以有以下

三种基本方式。

(1)单向通信:又称为单工通信,即只能有一个

方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线

电广播以及电视广播就属于这种类型。

(2)双向交替通信:又称为半双工通信,即通信

的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也

就不能同时接收)。这种通信方式是一方发送另一方接

收,过一段时间后再反过来。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

(3)双向同时通信:又称为全双工通信,即通信的双方可

以同时发送和接收信息。

有时也常用“单工”这个名词表示“双向交替通信”。

信道可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数

字信道两大类。但应注意,数字信号在经过数模变换后就可以在

模拟信道上传送,模拟信号在经过模数变换后也可在数字信道上

传送。

信道上传送的信号还有基带(baseband)信号和宽带

(broadband)信号之分。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□(1)数据传输速率

□数据传输速率是指单位时间内传输信息量的

多少。它是衡量数据传输有效性的主要指

标。

□咨据传输速率通常用波特率和比特率来表

O

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□波特率:是指单位时间内传输码元的个数,单

位为波特(Baud)。每个码元表示一个波形或

一个电平。波特率又叫调制速率、码元速

率。调制速率是指信号经过调制后的传输速

率,表示调制后信号每秒钟变化的次数。若

用T(秒)表示调制周期,则波特率为:

Rs=1/T(Baud)

可见,1波特表示每秒钟传送一个码元

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

比特率:指单位时间内传输二进制码的位数(记为

b/s或bps),也叫信息速率。

比特率公式:

Rb=(1/T)log2N(bps)

式中T为传输的脉冲信号周期,N为脉冲信号所有

可能的状态数,Rb为比特率。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

I[就4方火多

tlKiNGQ^ibUWMJQim

当信号的状态数N=2时,则每个电信号脉冲只传

送1位二进制数据,此时比特率与波特率相同,为:

Rb=1/T(bps)

由以上分析知,比特率和波特率的关系为:

Rb=RJogzN(bps)

在数值上“比特”单位等于“波特”的logzN倍。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

3.2.3信道上的最高码元传输速率

奈奎斯特(Nyquist)推导出在理想低通信道下的最高码

元传输速率的公式:

理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaud(3-1)

这里W是理想低通信道的带宽,单位为赫(Hz);

Baud是波特,是码元传输速率的单位,1波特为

每秒传送1个码元。

式(3・1)就是著名的奈氏准则。奈氏准则的另一种

表达方法是:每赫带宽的理想低通信道的最高码元传

输速率是每秒2个码元。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

藏彳月-学

对于具有理想带通矩形特性的信道(带宽为W),奈氏准

则就变为:

理想带通信道的最高码元传输速率=WBaud(3-2)

即每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率为每

秒1个码元。

强调以下两点:

(1)一个实际的信道所能传输的最高码元速率,

要明显地低于奈氏准则给出的这个上限数值。

(2)波特是码元传输的速率单位,它说明每秒传

多少个码元。码元传输速率也称为调制速率、波形速

率或符号速率。

比特是信息量的单位,与码元的传输速率“波特”

是两个完全不同的概念。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

奈奎斯特公式

在理想信道情况下,信道的容量为:

C=2Wlog2N

式中W为信道带宽,N为信号的状态个数,C为信道容

量(最大传输速率),即每秒所能传输的最大比特数

为:

C=2Wlog2N(bps)

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□3.2.4信道的极限信息传输速率

图3-3给出了一个数字信号通过实际的信道和质量

很差的信道时的输出波形。

ML用是限差的信道

检人信号波形输出信号液形

图3-3数字信号逋过实际的信道和质量很差的信道时的输出波形

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

信道的极限信息传输速率C可表达为

C=Wlog2(1+S//V)bit/s(3-3)

其中:W为信道的带宽(以Hz为单位);

S为信道内所传信号的平均功率;

N为信道内部的高斯噪声功率。

式(3・3)就是著名的香农公式。香农公式表明,信道

的带宽或信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率

就越局。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

由于码元的传输速率受奈氏准则的制约,所以要

提高信息的传输速率,就必须设法使每一个码元能携

带更多个比特的信息量。这就需要采用多元制(又称为

多进制)的调制方法。

图3・4说明了奈氏准则和香农公式在数据通信系统

中的作用范围。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

CtlONGQ减50VDWH

图3-4奈氏准则和香农公式在数据通信系统中的作用范围

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

奈奎斯特定理和香农定理给出的是信道容量,即信

道的最大传输速率的极限值,实际上很难达到该

值。

例3.电视信道带宽为6MHz,理想情况下,如果数

字信号取4种离散值,那么可获得的最大传输速率

是多少?

C=2*6M*log24=24Mbps

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

物理层下面的传输媒体

传输媒体也称为传输介质或传输媒介,它就是数

据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传

输媒体可分为两大类,即导向传输媒体和非导向传输

媒体。在导向传输媒体中,电磁波被导向沿着固体媒

体(铜线或光纤)传播,而非导向传输媒体就是指自由

空间,在非导向传输媒体中电磁波的传输常称为无线

传输。图3・5是电信领域使用的电磁波的频谱。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

CtlONGQ减50VDWH

/(Hz)

/画

图3-5电信领域使用的电磁波的频谱

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□3.3.1导向传输媒体

1.双绞线

把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起,然后用规则的方法

绞合(twist)起来就构成了双绞线。

从用户电话机到交换机的这段线称为用户线或用户环路

(subscriberloop)。

图3・6是无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线的示意图。

聚靠煽丽层绝绿层铜线

⑥无屏蔽双姣线(b)屏蔽双姣线:

图3・6双蛟线示意图

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

2.同轴电缆

同轴电缆由内导体铜质芯线(单股实心线或多股绞合线)、绝

缘层、网状编织的外导体屏蔽层(也可以是单股的)以及保护塑料

外层所组成(图3・7)。

维级保护套层外导体屏蔽层维等层

内景体

图3,同轴电珑的结构

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

通常按特性阻抗数值的不同,将同轴电缆分为两

类:

(1)50Q同轴电缆

50。同轴电缆又称为基带同轴电缆。

在传输基带数字信号时,可以有多种不同的编码

方法。图3・8画的是未经编码的原基带数字信号和在计

算机网络中常用的两种编码方法,即:曼彻斯特

(Manchester)编码和差分曼彻斯特编码。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

CtlONGQ减50VDWH

0

炭港

数字信号

曼彻斯特

编码信号

追分—

曼彻斯特

编码信号

图3-8三种常用的编码方法

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

(2)75Q同轴电缆

75。同轴电缆又称为宽带同轴电缆。在计算机通

信中,“宽带系统”是指采用了频分复用和模拟传输技

术的同轴电缆网络。

双电缆系统的示意图如图3・9(a)所示。头端

(headend)的作用是将各计算机从发送电缆发过来的

信息转换到接收电缆,使得各计算机能从接收电缆上

收到发送给它们的信息。

图3・9(b)为单电缆系统。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

⑥双电缆系统(b)单电缆系统

图3-9、宽带网络

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

3.光缆

光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝,主要由纤芯和包层构成

双层通信圆柱体。纤芯很细,其直径只有8〜100Rm。正是这个纤芯用

来传导光波。包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的媒体射

向低折射率的媒体时,其折射角将大于入射角(如图3・10所示)。

折射角

-I.包层(低折射率的媒体)

纤若(高折射率的媒体)

“射角

包层(低折射率的媒体)

图3-10光线在光纤中的折射

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

atONGQOkjwwmtvt

图3-11画出了光波在纤芯中传播的示意

图。

低析扪率(包层)

/高夕射率(纤芯)光线在野芯中传输的方式是不断地全反射

图3-11光波在纤芯中的传播

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于

某一个临界角度,就可产生全反射。因此,可以存在

许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种

光纤就称为多模光纤(如图3・12(a)所示)。若光纤的直

径减小到只有一个光的波长,则光纤就像一根波导那

样,它可使光线一直向前传播,而不会产生多次反

射。这样的光纤就称为单模光纤(图3・12(b))。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

彳月大季

OIOMGQ加tmtvmm

帏人脉冲输出昧冲

㈤多模光纤

输入味冲输出昧冲

ffl-

(b)单模光纤

图3-12多模光纤和单模光纤的比较

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

atONGQOkjwwmtvt

图3・13为四芯光缆剖面的示意图。

远供电源线

光纤及其包层

雄光物

加做芯

包喈层

图3」3四芯光缆剖面的示意图

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

光纤不仅具有通信容量非常大的优点,而且还具

有其他的一些特点:

(1)传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特

别经济。

(2)抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉

冲干扰的环境下尤为重要。

(3)无串音干扰,保密性好,也不易被窃听或截

取数据。

(4)体积小,重量轻。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

当采用光纤连网时,常常将一段段点到点的链路

串接起来构成一个环路,通过T形接头连接到计算机。

T形接头有两种:无源的和有源的。无源的T形接

头由于完全是无源的,因此非常可靠。

有源的T形接头实际上就是一个有源转发器(如图

3・14所示)。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□3.3.2非导向传输媒体

1.无线传输

2.地面微波接力通信

其主要特点是:

*微波波段频率很高,其频段范围也很宽,因此其通信

信道的容量很大;

来因为工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比微波频率

低得多,对微波通信的危害比对短波和米波通信小得

多,因而微波传输质量较高;

橐与相同容量和长度的电缆载波通信比较,微波接力通

信建设投资少,见效快。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

微波接力通信缺点:

*相邻站之间必须直视,不能有障碍物,有时一个天线

发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收

天线,因而造成失真;

来微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响;

警与电缆通信系统比较,微波通信的隐蔽性和保密性较

差;

奈对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物

力。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

3.卫星通信

卫星通信的最大特点是通信距离远,且通信费用

与通信距离无关。

卫星通信的另一特点就是具有较大的传播时延。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

I簸)“月及李

UMMkSXn

3.4模拟传输与数学传输

3.4.1模拟传输系统

主要讨论数字数据在模拟信道上传输问题,即数字数据

的模拟信号编码过程(即调制过程)

3.4.2调制解调器

1.调制解调器的作用

图3・15表示了出现一个误码的示意图。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

01-0011100

出现空—三

S3-15基带信号经电话线路传输后产生误码

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

若所传送的码元速率越高,信号的失真就越严

重。

调制解调器(modem)就是由调制器(MOdulator)

和解调器(DEModulator)这两个字各取其字头合并而

成的。

调制器的主要作用就是个波形变换器,解调器的

作用就是个波形识别器。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

2.几种最基本的调制方法

所谓调制就是进行波形变换。或者更严格些,是

进行频谱变换,将基带数字信号的频谱变换成为适合

于在模拟信道中传输的频谱。最基本的二元制调制方

法有以下几种(如图3-16所示):

(1)调幅(AM)

(2)调频(FM)

(3)调相(PM)

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

ASXZ*,.或

寸

□twr*

提街信号

网幅

阿卿

上述的对数字信号的调频和调相,分别称

为频移键控FSK(FrequencyShiftKeying)和

相移键控PSK(PhaseShiftKeying)o

而对移相键控还可再分为绝对相移键控和相

对相移键控(DPSK)。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□ASK(幅移键控):就是利用基带脉冲信号对

模拟载波信号的幅度进行控制,使其随基带

脉冲的变化而变化,频率和相位均不变。

口其实现方法有:乘法器和键控开关。

□ASK技术简单,实现容易,但抗干扰能力较

差。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

基带

脉冲

载波

ASK

载波信号、基带脉冲及ASK调制波形

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□FSK(频移键控):利用基带脉冲信号对模拟载波信号的

频率进行控制,使其随基带脉冲的变化而变化(通过改

变载波信号的角频率来表示数字信号中的“1”和“0”),幅

度和相位均不变。

□FSK由键控方法实现,利用数字信号控制开关对两个不

同的独立载波频率源进行选通。

□FSK技术较简单,实现较容易,抗干扰能力较强。是目

前较常用的调制方法。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

10110010

基带

脉冲

载波

FSK

载波信号、基带脉冲及频率调制波形

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□PSK(相移键控):利用基带脉冲信号对模拟载波

信号的相位进行控制,使其随基带脉冲的变化而

变化(通过改变载波信号的相位值来表示数字信号

中的“厂和“0”),幅度和频率均不变。相移键控又

有绝对相移键控和相对相移键控,在模拟通信

中,为了提高数据传输速率,常采用多相调制方

法。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

CIIOMGQtJtQuwtvExmrv

10110010

基带

脉冲

载波

PSK

^VWVUVYWVMVMAAA?

载波信号、基带脉冲及相位调制波形

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

图3・17画的是一种正交调制QAM(QuadratureAmplitude

Modulation)的星座图。

若每一个码元可表示的比特数越多(即在星座图中的点数越多),

则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。

图3」、可得到I眄元表示43的正交幅度调制的星生且

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

3.关于调制解调器的速率

图3-18(a)表示两个计算机用户A和B通过V.34调制

解调器(33.6kbit/s)进行通信。

由于大部分的ISP都使用租用数字专线接入到电话

交换机,因此用户与ISP之间的通信信道是图3・18(b)

所示的那样。

经数模转换后到用户环路,只有在模拟信号到达

用户的调制解调器后才进行数模转换,这时才产生量

化噪声。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

CtlONGQ减50VDWH

交换机2

用户环踣

模旗信号

V.3433.6WbiVs

网渐解网黔

㈤用尸到用户的通信

(b)用户到ISP的通信

图••3••,-18量••化噪声产生的地方

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

OlOHGQ^ibSOVUcsm

3.4.3数字传输系统

讨论的主要问题是模拟数据在数字信道的传

输,即模拟数据对数字信号的转化

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

[施彳及火季

二小cIK>NGQ出口UW5,Ucsmr

模拟数据的数字信号编码

□模拟数据经过调制后可实现模拟信号的数字化

传输。

□常用的这种调制方法有脉冲编码调制(PCM)和

增量调制(AM)。

□利用PCM对音频信号进行数字化编码,一般包

括三个过程:取样、量化利编码。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

月麦季

CtlONGQ9UjUWtVDUtfn

□取样:指在每隔固定长度的时间点上抽取模拟数据的瞬

时值,作为模拟数据的代表值。这是把连续信号变为离

散信号的关键一步。

□取样要求符合取样定理:当取样的频率F大于或等于模拟

信号的频率宽度f的两倍时(F》2f),所得的离散信号可

以无失真地代表被取样的模拟数据。

□例如:标准的电话信号的最高频率为3.4kHz,为方便起

见,采样频率就定为8kHz,相当于采样周期为125

|LlSo

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□量化:是把取样得到的不同的离散幅值,按照

一定的量化级转换为对应的数据值,并取整

数,得到离散信号的具体数值。

口量化级数一般为2的整数次塞,如64,128,256

等。量化级别越高,表示离散信号的精度越

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口编码:是将量化后的离散值转换为一定位数的

二进制数值。

口量化级别越高,需要二进制数码的位数越多。

□PCM调制过程如下图:

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

CtlONGQ减50VDWH

㈤模拟电话信号(b)采样后的脉冲信号

⑹编码后的数字信号0)解码后的脉冲信号(e)还原后的模拟电话信号

图3-19PCM的基本原理

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

OH月及季

ClKiMGQ^b5OVEJ0m

3.5多路复用技术

口多路复用:利用一条物理信道同时传输多路

信息的过程。这是共享信道的应用。

□多路复用技术能把多个信源信号组合在一条物

理信道上传输,使多个计算机或终端设备共享

信道资源,提高信道的利用率。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

“CtlONGQtHGUWIXTWn

□多路复用技术包括复用、传输和分离三个过

程。实现多路复用功能的设备叫多路复用器。

复用器成对使用。

nn

个

个

输

输

入

出

多路复用原理图

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□多路复用技术应用在共享式信道上。

口多路复用技术通常有频分多路复用、时分多

路复用、波分多路复用和码分多路复用等。

重庆大学电气工程学院电能质量监测叮控制课题组

(1)频分多路复用(FDM)

□频分多路复用:就是将具有一定带宽的信道分

割为若干个有较小频带的子信道,每个子信道

供一个用户使用。这样在信道中就可同时传送

多个不同频率的信号。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□频分多路复用实现的条件是信道的带宽远远大

于每个子信道的带宽

□采用频分多路复用时数据在各子信道上是并行

传输的。由于各子信道相互独立,故一个信道

发生故障时不会影响其他信道。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□FDM信号是频带信号。

口被复用的信号是模拟的,但信源信号可以是模

拟的,也可以是数字的。不同的信号在进入频

分复用信道前要做相应变换,使之成为模拟信

号。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

f

子信道nfn

信

道

=警带

子信道3f3、减宽

手啬12〜f.・频

2一带

子信道1L

t

频分多路复用

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

(藏)彳方火学

ClKiMGQ^IG"ZUOim

(2)时分多路复用(TDM)

□时分多路复用:是将一条物理信道的传输时间分成若干

个时隙,把这些时隙轮流地给多个信号源使用,每个时

隙被复用的一路信号占用。这样,当多路信号准备传输

时,一个信道就能在不同的时隙传输多路信号。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

CtlONGQ9UjUWtVDUtfn

f

子信道A的间隙

AIBCDABCDABCDABCD

t

时分多路复用

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□时分多路复用实现的条件是信道能达到的最高

传输速率超过待传输的各路信号的传输速率之

利。

□时分多路复用又可分为固定时分多路复用和统

计时分多路复用,或叫同步时分多路复用

(STDM)和异步时分多路复用(ATDM)。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

①同步时分多路复用(STDM):

□采用固定的时隙分配方式:即把信道中的各时隙

以固定的方式分配各信源,每路信号固定占用每

帧一个时隙。无论信源是否有数据传输,都要占

用一个时隙。而有的信源有大的信息量要发送,

也只能依次轮流分得时隙而不能利用其他的空闲

时隙。因此这种方式的效率较低。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

②异步时分多路复用(ATDM):

口动态地分配时隙,它将每帧中的时隙只分配给那

些需要发送数据的信源。对没有数据发送的信

源,就不分配时隙。但因该方式的时隙序号与信

道序号之间不存在一一对应关系,为此要求在发

送数据中要加入信道号、双方地址等标识,以便

达到同步要求。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

二小CIKIMGQtwiiUWZkkjm

(3)码分多路复用(CDM)

口码分多路复用:是一种用于移动通信、无线计

算机网络以及移动性计算机联网的复用技术。

笔记本电脑、掌上电脑、手机等移动性设备的

通信将会大量使用码分多路复用技术。

重庆大学电”(工程学院电能质量监测与控制课题组

□CDM的复用原理是基于码型分割信道。每个用

户分配有一个地址码,而这些码型互不重叠,以

区分每个用户。信道的频率和时间资源均为各用

户共享。因此,在频率和时间资源紧缺的情况

下,CDM技术的优势突现,CDM已受到人们的

普遍关注。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□CDM的基础是移动通信中的扩频技术。扩频就

是利用扩频编码发生器产生的伪随机码对基带

信号进行扩频调制,形成远大于原信号带宽的

范围的码。在接收端,用相同的伪随机码所扩

频解调,即压缩其频带,将信号恢复成原基带

信号。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口不同码型的用户得到不同的扩频编码,这些扩频

编码就可以同时使用同一频率进行通信,互不干

扰。

□发送者可用不同的扩频编码分别向不同接收者发

送数据,同样,接收者也可使用不同的扩频编码

接收不同发送者的数据,实现多址通信。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

月灭季

CtlONGQ9UjUWtVDUtfn

扩频通信原理图

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□码分多路复用技术具有抗干扰能力强和通信隐蔽性好

等优点。

□抗干扰能力强:信号带宽扩展多少倍,在相同干扰强

度下,噪声功率也需扩展多少倍,这就相当于噪声功

率不变时干扰强度只是原来的多少分之一。

□隐蔽性好:信号频带变宽,单位频带内的信号功率变

小,隐藏或淹没在噪声中,通信隐蔽。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

(藏4方火字

(4)波分多路复用(WDM)

□波分多路复用:是在一根光纤上能同时传送多

个波长不同的光载波信号的复用技术。通过

WDM,将光纤信道分为多个波段,每个波段传

输一种波长的光信号,这样在一根光纤上可同

时传输多个不同波长的光信号。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口光信号具有不同波长,波分多路复用利用了衍

射光栅来实现不同光波的合成和分解。发送端

的波分复用设备叫合波器,它将不同信道的信

号调制成不同波长的光,并复用到一条光纤信

道上。接收端的波分复用设备叫分波器,它分

离出不同波长的光信号,分送给不同的信道。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

修彳

ClKiMGQ^bUWfXVJOim

多路复用的类型

「频分多路复用

r固定时分多路复用

时分多路复用<

多路复用,〔统计时分多路复用

波分多路复用

码分多路复用

I

重庆大学电/(工程学院电能质量监测与控制课题组

4.同步技术

□同步:统一收发两端动作、保持收发步调一致

的过程。接收方按照发送方发送信息的重复频

率和起止时间来接受数据。

□数据通信系统能否可靠而有效地工作,在很大

程度上依赖于是否能很好实现同步。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□同步形式:位同步、字符同步和帧同步。

□常用的数据传输的同步方式有异步式同步和同

步式同步。两者的区别在于发送端和接收段的

时钟是独立的还是同步的。前者有位同步和字

符同步形式,后者有位同步、字符同步和帧同

步形式。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

月麦季

CtlONGQ9UjUWtVDUtfn

□异步传输是指同一个字符内相邻两位的间隔是固

定的,而两个字符间的间隔是不固定的,即所谓

字符内同步,字符间异步。

口异步传输是面向字符的,每个字符独立传输。异

步式同步方式又称起止式同步。

□异步传输不需在发收两端间传输时钟信号,实现

简单,但传输效率较低。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

月及季

CIIONGQ3tGUWIXTWn

01OOOOO1O

停

起校

止

验

始位

位

位一

—司官位-----一

二

二---------------个字符+一

一

一

X

字符1字符2字符3字符4

、字符间隔一

异步方式的同步过程

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

(就4

LIIOHGQtWUUWMJCKTH

□同步传输可以面向字符,也可以面向比特。

口面向字符时数据以字符为单位传输,多个字符构

成一个字符组(串),由一个或几个同步字符(如

SYN)为组头和组尾做同步标识;接收方识别出

SYN后,即可接收数据组,直至组尾。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□面向比特时,数据由任意比特组成数据块

(帧),在每个数据块的前后加上起始和结束标

志序列(0111110),以固定时钟节拍串行发送

数据。接收端要建立与发送端一样的时钟,才

可便于实现同步。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□同步传输时,发送端以固定的时钟信号频率串

行发送数据,每比特与时钟严格对应;因接收

端有与之一样的时钟,接收端可从接收的数据

中区分出每个比特,达到同步目的。

□远距离传输时,接收端可从数据流中提取同步

时钟,从而实现位同步,这就是内同步或自同

IH

/J/O

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

月灭季

CtlONGQ9UjUWtVDUtfn

SS字字字S

YY符符•••••••••符Y

NN12NN

一组(串)字符

(a)字符同步

0111111011:文01111110

V-~Y,

标志位任意组合的比特流标志位

(b)帧同步

同步传输

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□异步传输方式不需要在发送端和接收端之间传

输时钟信号,而是靠它的起始位和停止位来确

定的。因此实现简单,控制容易,如果出现错

误,只需重发一个字符即可,但传输效率较

低,开销大。适于低速率场合。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□同步传输方式的传输效率高,开销小,但收发

双方需建立同步时钟,实现和控制比较复杂;

在传输的数据中有一位出错,就必须重新传输

整个数据块。同步传输方式适合于高速场合。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

籁彳4k

r并行通信

按数据传输的时空顺

序区分L串行通信

单工通信

按线路上数据传输的

方向区分Y半双工通信

数据I全双工通信

「点到点通信

按线路连接方式和信

通信息方向区分1广播式通信

方式「基带通信

按信道中传输的数据形:

式区分I频带通信

同步通信

按数据传输所使用的同

步方式区分

异步通信

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

(施彳方火多

OKiNGQ^b"NUcsm

3.6数据交换技术

1.数据交换的概念

口数据交换是指在任意拓扑结构的通信网络中,

通过网络节点的某种转换方式实现任意两个或

多个系统之间的连接。

□数据交换是多节点网络中实现数据传输的有效

手段。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口数据交换通过中间网络实现,这个中间网络只为

数据从一个节点到另一个节点直至到达目的点提

供交换的功能。这个中间网络也叫交换网络,组

成交换网络的节点叫交换节点,一般的交换网络

都是通信子网。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

(就彳

口按交换原理区分,数据交换有电路交换、存储

交换和混合交换。

□而具体实现的交换技术有:电路交换、报文交

换、报文分组交换、ATM交换、帧中继交换

等。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

I1卷d方火学

与二^tIIONGQ出心UWMJcsm

2.电路交换

□电路交换是数据通信领域最早使用的交换方式,

多用于电话网络交换。电路交换就是要通过中

间交换节点在两个站点之间建立一条专用的通

信线路。

口利用电路交换进行通信包括建立线路、传输数

据和拆除线路三个阶段。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口建立线路:源点向网络发送带目的点地址的请求

连接信号。该信号先到达连接源点的第一个交换

节点,该节点根据请求中的目的点地址,按一定

的规则将请求传送到下一个节点;依此类推,直

到目的点。目的点接到请求信号后,若同意通

信,从刚才的来路返回一个应答信号,此时,源

木节点之间的线路即已建成。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口传输数据:源点在已建立的线路上发送数据和

控制信息,直至全部发送完毕。

口拆除线路:源点数据发送完毕,且目的点也正

确接收完毕,就可由某一点提出拆线请求,拆

除原来建立的线路。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

通信双方物理信道的建立

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□电路交换方式的特点:用户就可以固定的速率传

输数据,中间节点也不对数据进行其他缓冲和处

理,数据不丢失、不乱序,传输可靠,传输实时

性好,透明性好。但该方式线路建立时间延迟较

大,传输效率较低;线路建立后即为专用线路,

线路利用率低;不具备数据存储和差错控制能

力。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

3.存储交换

口存储交换的过程(原理)是:交换节点将输入的信

息先在存储区暂存,并对存储的信息进行处理,

待指定输出线空闲时,再分别将信息转发出去。

交换设备可控制输入信息存入缓冲区等待出口的

空闲,接通输出并传送信息。

重庆大学电”(匚程学院电能质量监测与控制课题组

月灭季

CtlONGQ9UjUWtVDUtfn

输输

入<卜出

交换节点存储交换原理图

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口存储交换方式:具有均衡负荷、不需建立线

路、线路利用率高、差错控制、速率匹配、灵

活性好等优点。但其实时性不好,网络传输延

迟大。适用于对一些实时性要求不高(如计算机

数据处理)的场合。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

II(^)4月女学

LIKINGQ出口UKMJCKm

4.混合交换

□近几年出现了综合线路交换和分组交换的高速交换

方式,也叫混合交换。

□混合交换采用动态时分复用技术,将一部分带宽分

配给电路交换用,而将另一部分带宽分配给分组交

换用。这两种交换所占的带宽比例也是动态可调

的,以便使这两种交换都能得到充分利用,提供多

媒体传输服务。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□典型的ATM(异步传输模式)交换、DQDB(分布

式队列双总线)交换等均属混合交换,帧中继

(FR)交换也是近年来发展起来的高速交换技

术。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

簸)彳月支季

5.报文交换

□报文交换过程:发方把待传送的正文信息再加上相

应的控制信息形成一份份报文;再以报文为单位送

到各节点;交换节点在接收报文后进行缓存和必要

的处理;待指定输出端线路和下一节点空闲时,再

将报文转发出去,直到目的节点;目的节点将收到

的各份报文中的正文信息交付给收端DTE。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□报文交换方式是以报文为单位交换信息。每个

报文包括三部分:报头、报文正文和报尾。报

头通常由报文编号、发送端地址、接收端地址

及报文起始、数据起始和结束标志等控制信息

组成。报尾通常包括差错控制信息等。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

LlKiNGQ^bUWMJcsm

6.报文分组交换

□报文分组交换简称分组交换(包交换)。报文分

组交换方式是把信息正文再分成若干个正文

组,每个组再加上相应的头部和尾部控制信

息,就形成了报文分组,在线路和节点上是以

报文分组为单位进行存储、处理和转发的。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口在原理上,分组交换技术类似于报文交换,只是

它们的数据单位不同。报文分组交换中规定了分

组的长度。通常分组的长度小于报文交换中报文

的长度。如果站点的信息超过限定的分组长度,

该信息必须被分为若干个分组。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口与报文交换相比,报文分组交换有如下特点:

①利用节点主存进行存储转发,不需访问外存,处

理速度加快,降低了传输延迟;

②较短的信息分组,其下一节点和线路的响应时间

也较短,可提高传输速率;

③短信息传输中出错的概率小,即使有差错重发的

也只是一个分组,提高了传输效率;

重庆大学电/11:程学院电能质旧监测叮控制课题组

④分组交换的数据报形式可使多个分组在网络的

不同链路上并发传送,提高传输效率和线路利用

率;

⑤可大大降低对节点存储容量的要求。

⑥分组交换要进行组包、拆包和重装过程,增加

了报文的加工处理时间。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

□报文分组交换技术是由数据报分组利虚电路分

组两种传输方式实现的。

,数据报传输是一种面向无连接的传输方

式;

/虚电路传输是一种面向连接的传输方式。

重庆大学电/(工程学院电能质量监测与控制课题组

□数据报分组交换:数据报传输类似于邮政系统的

信件投递。每个分组都携带完整的源、目的节点

的地址信息,独立地传输。每经过一个中间节点

时,都要根据目标地址、网络流量及故障等网络

当时的状态,按一定路由选择算法选择一条最佳

的输出线,直至传输到目的节点。

重庆大学电气工程学院电能质量监测与控制课题组

口虚

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论