数据通信基础

一：信道特性

信息带宽W=f2-f1

 

Nyquist定理：  最大码元速率 B=2W

 

若信号码元宽度为T秒，则码元速率B=1/T 。

 

数据速率R=Blog₂^N=2Wlog₂^N

 

香农定理：  C=Wlog₂(1+S/N)   分贝与信噪比的关系  dB=10log₁₀^s/n

 

信道时延：500m同轴电缆的时延大约是2.5微秒，卫星信道是270ms。电缆信道200KM/ms

 

二：传输介质

双绞线：分为UTP和STP  5类 100M   超5类 155M    6类 200M

 

同轴电缆：具有高带宽和极好的噪声抑制特性。

50欧姆同轴电缆（基带同轴电缆）：用于传输数字信号，RG-8，RG-11粗缆和RG-58细缆

阻抗75欧姆CATV电缆（宽带同轴电缆）：传输模拟信号，

 

光缆：分为单模和多模

单模光纤（Single Mode Fiber）：采用LD作为光源，波长为1310nm和1550nm两种。单模光纤的纤芯直径为8.3微米，表示为8.3/125。只能传导一种模式的光，模间色散很小，适用于远程通信。如果希望支持万兆传输，而且距离较远，应考虑采用单模光纤。

多模光纤（Multi Mode Fiber）采用LED作为光源，波长分为850nm和1300nm两种。多模光纤的纤芯较粗，有50微米和62.5微米两种，包层外径125微米，分别表示为50/125和62.5/125微米。多模光纤传输的距离比较近，一般只有几公里。但是，多模光纤要比单模光纤价格便宜。

SONET/SDH多路复用的速率

Optical Level	Electrical	Line Rate	Payload Rate	Overhead	SDH Equivalent

 

 

微波通信系统：地面微波系统和卫星微波系统

 

红外线：

 

三：数据编码

1.单极性码 高电平用0表示，低电平用1表示

         需要单独的时钟信号配合定时，抗噪声性也不好。

 

2.极性码

 

3.双极性码  信号在三个电平（正、负、零）之间变化。 AMI遇1时交替转换，遇0时则保持零电平。有其内在的检错能力，当传送长串0时会失去位同步信息。

 

4.归零码（NRZ-L）：０没有跳变，1有跳变。

 

5.曼彻斯特编码（Manchester Code）是一种双相码。0从高电平到低电平  1从低电平到高电平  使用在以太网中

 

6.差分曼彻斯编码

         与曼彻斯特编码不同的是，这种码元中间的电平转换边只作为定时信号，而不表示数据。有电平转换表示0 无电平转换表示1，差分曼彻斯特编码用在令牌环网中。由于其良好的抗噪声特性和自定时能力，所以在低速局域网中广泛使用。

 

7.多电平编码

 

8.4B/5B编码：

         是一种两级编码方案。首先要把数据变成NRZ-I编码，再把4位分为一组代码变成5单位的代码。这种编码效率是0.8

 

四：数字调制技术

用数字数据调制模拟信号叫做数字调制。

1.ASK  技术实现起来简单，但抗干扰性能较差

 

2.FSK  抗干扰性能好，但占用带宽较大，按照数字数据的值调制载波的频率

 

3.PSk  抗干扰性能好，相位的变化可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟

 

4.QAM 正交幅度调制

 

五：PCM

取样

量化

编码

 

六：扩频通信

         将信号散布到更宽的带宽上以减少发生阻塞和干扰的机会

频率跳动扩展频谱（FHSS）:

         FHSS使用频点间隔为1Mhz，如果一个频点由于信号衰落而传输出错时，400ms后以不同频率重发的数据将会成功地传送。

直接序列扩展频谱（DSSS）:

        

 

数据通信方式

         异步传输：优点是简单，但是由于起止位和检验位的加入会引起20%~30%的开销，传输的速率也不会很高。

         同步传输：仅在数据块的前后加入控制字符SYNC，所以效率更高。在短距离调整数据传输中，多采用同步传输方式。

 

七：多路利用技术

频分多路利用：在一条传输介质上使用多个频率不同的模拟载波信号进行多路传输，这些载波可以进行任何方式的调制

 

时分多路复用

在同步时分多路传输中（TDM）中，复用信道的带宽等于各个子信道带宽之和。

在统计TDM情况下，由于每个信道只有30%的时间忙，所以复用信道的数据速率

波分多路复用（WDM）：使用在光纤通信中，不同的子信道用不同波长的光波承载

 

码分多路复用

 

 

 

数字传输系统

E1载波的基本帧由32个子信道组成，每个子信道含8位数据，是一种时分多路复用信道。

子信道CH0用于组帧，使得接收方可以检测帧的开起点。

另一个子信道CH16用于承载控制呼叫的信令。

其余30个信道用于承载PCM编码的话音数据。E1帧每秒发送8000次，发送时间为125微秒，其数据速率为8*32*8000=2.048Mb/s。

基于E0的准同步数字系列PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)以4个低级信道组成更高一级的信道。实际使用的是E1和E3信道。

Single	Rate
E0	64kb/s
E1	2.048Mb/s
E2由4个E1组成	8.448Mb/s
E3由16个E1组成	34.368Mb/s
E4由4个E3组成	139.264Mb/s
E5由4个E4组成	565.148MB/s

 

 

 

T载波是贝尔系统的数字传输标准，在北美和日本使用。T载波中话音信道的数据速率为56Kb/s。24路话音被复合在一条T1信道上，其数据速率为1.544Mb/s。

T1	1.544Mb/s
T2由4个T1组成	6.312Mb/s
T3由7个T2组成	44.736Mb/s
T4由6个T3组成	274.176Mb/s

 

 

八:差错控制

通信过程出现的差错分为两类：

1.由热噪声引起的随机错误

2.由冲击噪声引起的突发错误。

 

奇偶校验：简单实用，但只能对付少量的随机性错误

 

海明码：如果任意两个码字之字之间的海明距离是d,则所有少于等于d-1位的错误都可以检查出来，所有少于d/2位的错误都可以纠正。 M+k+1<=2^k

 

CRC：只能检错，不能纠错。校验码长度取决于生成多项式最高的幂次。

CRC-CCITT    G(X)=X¹⁶+X¹²+X⁵+1

CRC-16       G(X)=X¹⁶+X¹⁵+X²+1

CRC-12       G(X)=X¹²+X¹¹+X³+X²+X+1

CRC-32       G(X)=X³²+X²⁶+X²³+X²²+X¹⁶+X¹²+X¹¹+X¹⁰+X⁸+X⁷+X⁵+X⁴+X²+X+1