现在的位置: 首页 > 综合 > 正文

计算机网络《二》

2019年05月17日 ⁄ 综合 ⁄ 共 3188字 ⁄ 字号 评论关闭
文章目录

第2章 传输媒体

    2.1 简介

传输媒体包括:数字信道和模拟信道

2.1.1 数字信道

可以直接传输数字信号。但二进制数据流变成数字信号前需要进行编码。

例如:同轴电缆、短距离的双绞线、光纤

  1. 数字信号的表达和传输
    1. 低电平(例如:0v或者-15V)
    2. 高电平(例如:+5v或者+15V)

例如:需要传输1000100111,即8个码元(传输1Bit称为1个码元),按照电平直接生成的信号(称为基带信号)如下:

  1. 直接传输数字信号存在的问题

    (1)不能准确判断数据开始

如果平时没有数据时,信道为低电平,开始的传输的数字信号"0"也是低电平,接收方无法知道。如果平时没有数据时,信道为高电平,开始的传输的数字信号"1"也是高电平,接收方无法知道。

    (2)传输特殊数据时不能准确识别

发送方和接收方时钟不一致,发送方连续发送多个"0"或者连续发送多个"1"时,接收方收到的个数会出现偏差(例如多1个或者少1个)。

111111111111111111111111111111111111111

000000000000000000000000000000000000000

3. 发收信号同步编码

    (1)在发送数据(帧)的前后加特殊信号让接收方识别

先发送包含0和1的特殊组合让接收方识别,然后发送数据(帧)。在发送数据结束后,再发送包含0和1的特殊组合告诉接收方结束。

特殊比特

特殊比特

(2)对传输的数据进行编码

    编码的方法包括:曼彻斯特编码、4B5B编码、7B8B编码等。

    曼彻斯特(Manchester)编码:发送"0"先高电平然后低电平;发送"1"先低电平然后高电平。

    特点:每个码元信号中间有电平变化。

    存在的问题:传输效率只有50%。这种编码用在10Mb/s的以太网上,传输数据只能达到5Mb/s。

    4B5B编码:将5位32种(25)组合种取出16种作为传输4位数字信号的编码。映射方式如下表所示:&A'crb1H

中国通信人博客_`DN~!oM'Y
j$M0L

    4B5B编码传输效率可以达到80%。

2.1.2模拟信道

模拟信道(例如:电话线、电视线、双绞线)可以直接传输模拟信号,不能直接传输数字信号,否则会出现信号失真。

  1. 模拟信道传输数字信号

如果在模拟信道传输数字信号,需要进行模数转换。即:将数字信号转换成模拟信号(称为调制),然后在模拟信道传输模拟信号,到达目的地再将模拟信号转换为数字信号(称为解调)。

 

  1. 调制和解调

(1) 调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而变化。

(2) 调频(FM):载波的频率随基带数字信号而变化。

(3) 调相(PM) :载波的初始相位随基带数字信号而变化。

(4) 正交振幅调制 QAM

由于4 bit 编码共有16 种不同的组合,因此这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。

例如:传输"01001110"只需要传输2个波。

2.2 传输媒体

    传输媒体包括导向传输媒体和非导向传输媒体。常用的导向传输媒体包括:双绞线、光纤和同轴电缆,非导向传输媒体指的是自由空间,传输的是各种类型的无线电波。电信领域它们使用的电磁波的频谱如下:

2.2.1 导向传输媒体

1. 双绞线

把相互绝缘的铜导线按照一定规则绞合起来就构成双绞线。双绞的目的就是抗电磁干扰。

双绞线包含无屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。

按照双绞线的绞合度不同,双绞线又可分成3、4、5、5E(超5类)、6、7类,带宽从16MHz~600MHz。

  1. 双绞线作为数字信道,可直接传输数字信号,一般不超过100M。
  2. 双绞线作为模拟信道,可传输模拟信号,传输的距离较远。

2. 光缆

(1) 光纤通信

光纤通信就是利用光导纤维(简称光纤)传递光脉冲进行通信。有光脉冲表示1,没有光脉冲0。由于可见光频率高,所以传输的带宽以其他媒体高得多,一般带宽为250000~300000GHz。

光纤分成多模光纤与单模光纤。

    多模光纤比单模光纤光纤的直径大,可以采用比较便宜的发光二极管产生光脉冲,但光线的角度比较大,所以容易衰减。

单模光纤纤芯很细,其直径只有几um,制造成本较高,并需要采用昂贵的半导体激光器产生光脉冲。但传输的距离远,在2.5Gb/s传输速率下可传输几十公里。

(2) 光缆

光缆包含1~几百根光纤,加上加强芯和填充物,外加包带和外套而成。必要时,可包括远供电源线,完全可以满足施工对强度的要求。

光纤通信的优点:

  1. 传输距离远,传输速率高;
  2. 抗雷电和电磁干扰能力强;
  3. 不易被截取和窃听,保密性好;
  4. 体积小,重量轻。

光纤通信的缺点:

    由于计算机只能接收电信号,所以光纤连接计算机时需要进行光电转换。

    3. 同轴电缆

(1)构成

    (2)主要特点:    抗干扰、带宽可达1GHz。在早期局域网中使用,目前主要用于居民小区有线电视。

2.2.2非导向传输媒体

2.3 信道复用技术

2.3.1 频分复用和时分复用

    1. 频分复用

    频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

    2. 时分复用

时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM 帧)。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。

    (1)使用时分复用系统传送计算机数据时,由于计算机数据的突发性质,用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。

    (2)统计时分复用 STDM

2.3.2 波分复用和码分复用

    1. 波分复用 WDM

波分复用就是光的频分复用。

    2. 码分复用 CDMA

每一个比特时间划分为 m 个短的间隔,称为码片(chip)。

每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。

如发送比特 1,则发送自己的 m bit 码片序列。

如发送比特 0,则发送该码片序列的二进制反码。

例如,S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。

发送比特 1 时,就发送序列 00011011,

发送比特 0 时,就发送序列 11100100。

S 站的码片序列:(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)

每个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还必须互相正交(orthogonal)。

【例】

令向量 S 为(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1),向量
T
为(–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1)。

把向量 S T 的各分量值代入(2-3)式就可看出这两个码片序列是正交的。

令向量 S 表示站 S 的码片向量,令 T 表示其他任何站的码片向量。

两个不同站的码片序列正交,就是向量 S 和T 的规格化内积(inner product)都是 0:

 

 

任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1 。

 

 

一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。

 

2.4 数字传输系统

2.4.1 PCM

脉码调制 PCM 体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。

由于历史上的原因,PCM 有两个互不兼容的国际标准,即北美的 24 路 PCM(简称为 T1)和欧洲的 30 路 PCM(简称为 E1)。我国采用的是欧洲的 E1 标准。

E1 的速率是 2.048 Mb/s,而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。

当需要有更高的数据率时,可采用复用的方法。

2.4.2 同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH

线路速率

(Mb/s)

SONET

符号

ITU-T

符号

表示线路速率

的常用近似值

51.840

OC-1/STS-1

¾

 

155.520

OC-3/STS-3

STM-1

155 Mb/s

466.560

OC-9/STS-9

STM-3

 

622.080

OC-12/STS-12

STM-4

622 Mb/s

933.120

OC-18/STS-18

STM-6

 

1244.160

OC-24/STS-24

STM-8

 

2488.320

OC-48/STS-48

STM-16

2.5 Gb/s

4976.640

OC-96/STS-96

STM-32

 

9953.280

OC-192/STS-192

STM-64

10 Gb/s

39813.120

OC-768/STS-768

STM-256

40 Gb/s

抱歉!评论已关闭.