数据通信基础理论(广东石油化工学院-陈信版)(2)

2019-03-09 15:04

S/N 叫做信噪比,由于实际信噪比值较大,常用分贝数来表示,分贝与信噪比的关系为:

1dB(分贝)=10log10(S/N)

例子:一个带宽为 3KHZ、信噪比为 30dB 的信道,能够达到的极限数据传输率为__(7)__。

(7):A.12Kbps B.30Kbps C.56Kbps D.10Mbps

计算过程:

3

(1)计算信噪比:30=10 log10(S/N),得log10(S/N)=3, S/N=10=1000 (2)计算C。c= W log2(1+S/N)=3000* log2(1+1000)≈3000*10=30Kbps 1.3传输介质

1.3.1 有线介质 1.同轴电缆:

图 同轴电缆结构模型

75欧同轴缆用于有线电视网络,为宽带同轴电缆,用于传输模拟信号。

50欧同轴缆用于局域网的数字信号传输,为基带同轴电缆,粗缆适合大型局域网,传输距离长,可靠性高。造价高,安装难度大。细缆安装简单,造价低。

2.双绞线

图 双绞线结构模型 表 几种不同的双绞线 双绞线总类 类型 3类 4类 无屏蔽双绞线 5类 超5类 6类 屏蔽双绞线 3.光纤 3类 5类 带宽Mb/s 16 20 100 155 200 16 100 4

光纤的纤芯是一种能传播光的石英玻璃或特制塑料拉成的柔软细丝。包层是涂在纤芯外的一层折射率比光纤纤芯低的材料。

图 光纤结构图

“模”是指光线的入射角。

多模光纤:光线能从多种角度入射,通过不同光路传播,常见的有62.5/125μm和50/125μm两种,其中后面的数值125μm是指光纤的包层直径,前面的数值50μm和62.5μm是指光纤的纤芯直径,一般使用波长为850nm或1310nm的激光,以波长为850nm的激光最为常见。

单模光纤:纤芯直径比多模光纤要小的多,常见规格是9/125μm,一般采用波长为1310nm或1550nm的激光,传播的光线基本是水平的。

单模光纤与多模光纤相比:单模光纤有较高的传输率、较长的传输距离、较高的成本,较细的纤芯。且单模光纤的光源采用激光光源,多模的可以采用二极管作光源。

1.3.2 无线介质

1. 无线电传输 2. 微波传输 3. 卫星传输 4. 红外线传输 5. 激光传输 1.3.3 信道延迟

1、发送时延 指主机或路由器发送数据帧所需要的时间,也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间。

2、传播时延 指电磁波在实际信道中传播一定距离需要的时间,时间长短和两端距离有关,也与具体信道中的信号传播速度有关。光在空气中的速度为3*108m/s,电缆中电信号的传播速度为光速的77%,约为2*108m/s,即500m同轴电缆的传播时延大约是2.5μm,而卫星信道的时延大约为270ms,这与源端和目的端的距离无关。

1.4 编码

在进行数据通信时,必须将数据进行编码,转化为数字信号或模拟信号,以便在信道上传输。

图 编码的分类

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1.4.1 数字—数字编码

图 数字-数字编码的三类方法

1. 单极性编码

脉冲的极性用电压的正负来表示,单极性编码只使用了电压的一极。通常用正电压或负电压表示1,而用0电压来表示数据0.图中对应的数字数据是1010,1用高电压表示,0用零电压表示。

图 单极性编码类型

优点:实现简单

缺点:直流分量不能通过某些不具备传输直流信号的载体,如微波;当信号不发生改变时,接收方无法知道每位的开始和结束。

2. 极化编码

极化编码采用两个电压值:正电压和负电压,减轻了单极性编码的直流分量问题。

图 极化编码类型

1) 非归零编码( Non Return-to-Zero,NRZ)

在这种编码方式中,信号的电压值或正或负,若线路空闲则表示没有信号传输。常见的的非归零编码有两种:

? 非归零电平编码(Non Return-to-Zero-Level,NRZ-L) 正电压代表位1,负电压代表位0。

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图 非归零电平编码

? 非归零反相编码(Non Return-to-Zero-Invert,NRZ-I) 信号电平的一次翻转代表位1,没有电平变化代表位0.

图 非归零反相编码

NRZ-I相对NRZ-L的优点在于,每遇到1发生跳变,是一种同步机制。但遇到多个连续0时,不能同步。

2)归零编码(Return-Zero,RZ)

归零编码使用三个电平,正电平,负电平和0电平。正电平代表位1,负电平代表位0,在任何位中间,信号都归零。

图 归零编码

优点:有很好的同步机制。

缺点:由于每位数据需要两次信号变化,因此编码的效率只有50%,即比特率是波特率的一半。

7

3) 双相位编码

每位编码间隙发生改变,转向相反的极性,具有自同步功能,同时也有检错功能,若某一位中间没有翻转,则视为违例信号。

? 曼彻斯特编码

一般情况下高电平到低电平的跳变代表0,低电平到高电平代表1.

图 曼彻斯特编码

? 差分曼彻斯特编码

位隙中间的跳变仅用于携带同步信息,不同位是通过在位起始位置是否有跳变来表示,位开始有跳变表示位0,无跳变表示位1。

图 差分曼彻斯特编码

优点:曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码都有很好的同步机制,也能解决直流分量问题。

缺点:两种编码由于每位数据需要两次信号变化,因此编码的效率只有50%,即比特率是波特率的一半。

3. 双极性编码

像归零编码一样,也是用三个电平值:正电平、负电平和0.但与归零编码不同的是,0电平代表位0(或1),用正负电平交替代表另一位。

? 伪3进制编码:零电平代表位1,正负电平交替代表位0.

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