第4-5章--局域、远程通信

第四、五章局域、远程通信一、信息、数据与信号通信的目的是交换信息，信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合；为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的数据来表示；为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示；数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟信号或数字信号的过程。数据(data)——运送信息的载体。（静态）信号(signal)——数据在传输过程中电信号的表示形式。（动态）“模拟信号”(analogous)——信号电平是连续变化的。“数字信号”(digital)——用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号，取值是离散数值。模拟信号与数字信号波形(a)v(t)v(t)tt(b)二、局域通信：用电流发送位串01001011数据(a)非归零码同步时钟(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码波特率：传输硬件的工作速率，即每秒钟硬件产生的电信号变化（或：改变输出状态）的次数；比特：信息量的单位(bit)；比特率：衡量通信系统数据传输速率的指标，即：每秒钟传送的二进制数据的位数。单位：比特/秒(b/s)三、数据通信方式串行通信、并行通信单工通信、半双工或全双工通信同步通信、异步通信串行通信与并行通信发送端接收端串行通信信道(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道(b)单工通信、半双工或全双工通信单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。双向交替通信（半双工通信）——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)。双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。同步通信、异步通信数据通信可分为同步通信和异步通信两大类：同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致。发送端发送连续的比特流。异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。异步通信的通信开销较大，但接收端可使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。四、实际硬件的限制1）任何一种硬件设备不可能瞬间将一个电压转换为另一个电压；2）没有一种导线能完美地传导电流——电流在导线上传输时信号能量会减弱1）硬件带宽与位串传输带宽：硬件所能发出的最快的连续振荡信号；极限带宽：传输硬件系统的信号变化（改变）的最大速率；带宽与宽带带宽：计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。描述带宽也常常把“比特/秒”省略。例如，带宽是10M，实际上是10Mb/s。这里的M是106。什么是宽带？宽带线路：可通过较高数据率的线路。宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。在目前，对于用户接入到因特网的用户线来说，每秒传送几个兆比特就可以算是宽带速率。对宽带传输的错误概念有些人愿意用“汽车在公路上跑”来比喻“比特在网络上传输”，认为宽带传输的好处就是传输更快，好比汽车在高速公路上可以跑得更快一样。对于这种比喻一定要谨慎对待。常见的错误是混淆了两种速率在网络中有两种不同的速率：信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率（米/秒，或公里/秒）计算机向网络发送比特的速率（比特/秒）这两种速率的意义和单位完全不同。宽带传输：计算机向网络发送比特的速率较高。ABAB宽带线路窄带线路在宽带线路上比特传播得快在窄带线路上比特传播得慢错误的概念ABAB宽带线路窄带线路宽带线路：每秒有更多比特从计算机注入到线路。宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。正确的概念比喻：汽车运货宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短另一种错误概念——“宽带”相当于“多车道”多车道公路是并行传输……100101110100100111010001011010通信线路上通常都是串行传输2）数字信号通过实际的信道失真不严重失真严重实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输出信号波形(失真不严重)输入信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输出信号波形(失真严重)数据经过模拟传输系统后会出现差错出现差错010010100还原后的数据t接收到的失真信号010011100t发送的基带信号t采样时刻五、远程通信非连续的方波电信号损耗较大，传输距离较短；连续振荡信号比其他信号传播得更远；由以上两点引申出一个问题：如何用连续的载波信号携带二进制数据？六、调制与解调调制——把数字信号转换为模拟信号的过程。解调——把模拟信号转换为数字信号的过程。几种最基本的调制方法调制就是进行波形变换（频谱变换）。最基本的二元制调制方法有以下几种：调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。对基带数字信号的几种调制方法010011100基带信号调幅调频调相七、波特率与比特率的关系波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。波特是码元传输的速率单位（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。信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”在数量上却有一定的关系。若1个码元只携带1bit的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上相等。若1个码元携带nbit的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输速率为Mnb/s。八、信道复用技术复用技术是将多路信号组合在一条物理信道（主干Trunk）上进行传输。频分复用、时分复用和波分复用频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。频分复用频率时间频率1频率2频率3频率4频率5频分复用FDM时分复用频率时间BCDBCDBCDBCDAAAA在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧二者的比较：频分复用：适用于（有线、无线）模拟信号的传输时分复用：适用于数字信号的传输波分复用WDM波分复用就是光的频分复用。1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120km波分复用WDM