数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分布在各处的数据终端设备连 接起来,执行数据传输功能的系统.图 3.2 给出了数据通信系统的基本模型.
信源 信号 变换器 信道 信号 变换器 信宿
系统噪声 (a) 数据通信系统基本模型 数字信道 解码
信源
编码
信宿
系统噪声 (b) 数字数据通信系统基本模型 模拟信道
信源
模/数
数/模
信宿
系统噪声 (c) 模拟数据通信系统基本模型
图 3.2 数据通信系统的基本模型
数据通信系统由信源,信宿和信道三部分组成.其中,信源与信宿分别是数据的出发 点和目的地,又被称为数据终端设备(Data Terminal Equipment, 简称 DTE).DTE 通常属 于资源子网的设备,如资源子网中的计算机,数据输入/输出设备和通信处理机等. 信号变换器的功能是把信源所要发送的数据转换成适合于在信道上传输的信号,或者
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计算机网络技术
相反,把从信道上接收的信号转换成信宿所能识别的数据.若为模拟信道,则信号转换器 的主要功能是分别在发送端和接收端完成数/模和模/数转换功能;若为数字信道,则信号 转换器的主要功能是分别在发送端和接收端完成数字数据的编码和解码.信号变换器又称 为数据线路端接设备(Data Circuit-terminating Equipment,简称 DCE).DCE 为 DTE 提供 了入网的连接点,通常被认为是通信子网中的设备. 从图 3.2 中可以看出,数据通信系统关键是要解决以下几个问题,首先是信道的选择 与构建,其次是数据和信号之间的转换,第三是信号传输的质量.本节我们先来讨论信道 类型的选择以及信道类型确定之后如何实现数据和信号之间转换的问题.
3.1.3 基带传输
在计算机系统中,通常用二进制比特来表示各类数据.而脉冲信号是二进制比特的典 型表达方式,按傅利叶分析,脉冲信号由直流,基频,低频和高频等多个分量组成,随着 频率的升高,其相应的幅度减小直至趋于零.在脉冲信号的整个频谱中,从零开始有一段 能量相对集中的频率范围被称为基本频带(base band),简称基频或基带,基频等于脉冲信 号的固有频率.与基频对应的数字信号称为基带信号. 当我们在数字信道上使用数字信号传输数据时,通常不会将与脉冲信号有关的所有直 流,基频,低频和高频分量全部放在数字信道上传输,因为那要占据很大的信道带宽.更 合适的作法是将占据脉冲信号大部分能量的基带信号传送出去.这种在数字信道中利用基 带信号直接传输的方式被称为基带传输.基带信号的能量在传输过程中很容易衰减,其在 没有信号再放大的情况下一般不大于 2.5km,因此基带传输多用于短距离的数据传输,如局 域网中的数据传输. 采用基带信号进行传输的数字通信系统的模型如图 3.2(b)所示.该系统要解决的关键 问题是数字数据的编解码问题.即在发送端,要解决如何将二进制数据序列通过某种编码 (encoding)方式转化为可直接传送的基带信号;而在接收端,则要解决如何将收到的基 带信号通过解码(Decoding)恢复为与发送端相同的二进制数据序列.下面着重介绍几种常 见的数字数据编码方法. 1.不归零编码 不归零编码(Non-Return Zero, 简称 NRZ)分别采用两种高低不同的电平来表示两个二进 制 "0"和"1" .例如,用高电平表示"1" ,低电平表示"0" ,如图 3.3(a)所示. NRZ 编码虽然简单,但其抗干扰能力较差.另外,由于接收方不能正确判断位的开始与 结束,从而收发双方不能保持同步,需要采取另外的措施来保证发送时钟与接收时钟的同 步,如需要用另一个信道同时传送同步时钟信号.
第 3 章 物理层
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不归零编码
曼彻斯特编码
差分曼彻 斯特编码
时钟信号
图 3.3
数字信号的三种编码方式
2.曼彻斯特(Manchester)编码 曼彻斯特编码将每比特信号周期 T 分为前 T/2 和后 T/2, 用前 T/2 传送该比特的反 (原) 码,用后 T/2 传送该比特的原(反)码.所以在这种编码方式中,每一位电信号的中点(即 T/2 处)都存在一个电平跳变,如图 3.3(b)所示.由于任何两次电平跳变的时间间隔是 T/2 或 T,所以提取电平跳变信号就可作为收发双方的同步信号,而不需要另外的同步信号,故 曼彻斯特编码又被称为"自含时钟编码".另外,曼彻斯特编码采用跳变方式表达数据较 NRZ 中以简单的幅度变化来表示数据具有更强的抗干扰能力. 3. 差分曼彻斯特编码

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