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資料通信之信道與編碼

一、信道特性

資料通信中産生、發送資訊的一端稱為信源,接收資訊的一端稱為信宿,而信源和信宿之間的通信線路稱為信道。信道最重要的一個特性就是信道容量,就是信道上資料所能夠達到的傳輸速率。

1、帶寬

是指發送器和傳輸媒體的特性限制下的帶寬,通常用赫茲或每秒周期表示。模拟信道的帶寬W=最高頻率f2-最低頻率f1。信道的電路制成後,帶寬就決定了,是以它是影響信道傳輸速率的客觀性因素。

2、嗓聲

資訊在傳輸過程中可能會受到外界的幹擾,這種幹擾稱為噪聲,它會使得信道的傳輸速率降低。

3、計算信道的資料速率

資料通信之信道與編碼

奈奎斯特定律:B(碼元速度)=2W(帶寬);R(資料速率)=B(碼元速度)log2N(碼元種類);

香農理論:C=Wlog2(1+S/N) :C極限資料速率 W帶寬 S信号平均速率 N噪聲平均功率

(1)有噪聲的香農理論

香農理論描述了有限帶寬、有随機熱噪聲信道的最大傳輸速率與信道帶寬、信号噪聲功率比(S/N, 簡稱信噪比)之間的關系。由于S/N的比值太大,通常使用分貝數(dB)表示。dB =10*lg(S/N):

例1:S/N=1000時, 用分貝表示就是30dB。

如果帶寬是3kHz,則極限資料速率是:C = 3000*log2(1 + 1000) ≈ 3000*9.97≈30Kbps

(2)無噪聲

無噪聲時應該使用奈奎斯特定律(奈式定律)碼元是一個資料信号的基本機關,而比特是一個二制數位,一位可以表示兩個值。是以,如果碼元可取兩個離散值,則隻需1比特表示;若可取4個離散值,則需要2比特來表示。碼元有多少個不同種類取決于其使用的調制技術。

資料通信之信道與編碼

二、資料調制與編碼

在計算機通信時,有時需要對數字信号進行調制,以适合在模拟線路上傳輸,接收端通過解調以還原信号,是以在利用模拟線路(如電話線)進行資料通信時就使用數據機(Modem)。

1、模拟通道傳送模拟資料

模拟資料通過模拟通道傳送的調制方式主要有調幅(AM)、調頻(FM)和調相(PM)幾種方式。

資料通信之信道與編碼

2、數字通道傳送模拟資料

模拟資料必須轉變為數字信号,才能在數字通道上傳送,這個過程稱為”數字化"脈碼調制(PCM)是模拟資料數字化的主要方法,PCM要經過采樣、量化、編碼3個步驟。

資料通信之信道與編碼

3、模拟通道傳送數字資料

數字資料調制為模拟信号,選取某一頻率的正弦信号作為載波用以運載所要傳送的數字資料。用待傳送的數字資料改變載波的幅值、頻率或相位,到達目的地後進行分離。

4、數字通道傳送數字資料

在資料通信中,編碼的作用是用信号來表示數字資訊。如,單極性編碼、極化編碼、雙極性編碼等。

二進制數字資訊在傳輸過程中可采用不同的代碼,這些代碼的抗噪性和定時能力各不相同。

●最基本的數字編碼有單極性碼、極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼、雙相碼六種。

●常用于區域網路的有曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼。

●常用于廣域網的4B/5B碼、8B/10B碼。

1、基本編碼

(1)極性編碼:極性編碼可以分為單極性碼,極性碼,雙極性碼。極包括正極和負極。

●單極性碼:隻使用一一個極性,再加零電平(正極表示0,零電平表示1);

●極性碼使用了兩極(正極表示0,負極表示1) ;

●雙極性碼則使用了正、負兩極和零電平(典型的雙極性碼是信号交替反轉編碼AMI,它使用零電平表示0001則使電平在正、負極間交替翻轉)

在極性編碼方案中,始終使用某一特定的電平來表示特定的數,是以當連續發送多個"1”或 "0"時,将無法直接從信号判斷出個數。要解決這個問題,就需要引入時鐘信号。

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(2)歸零性編碼

歸零性指的是編碼信号量是否回歸到零電平。歸零碼就是指碼元中間的信号要回歸到零電平。不歸零碼則不回歸零(而是當1時電平翻轉,0時不翻轉),也稱為差分機制。

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(3)雙相碼

通過不同方向的電平翻轉(低到高代表0,高到低代表1),這樣不僅可以提高抗幹擾性,還可以實作自同步,這也是曼徹斯特編碼的基礎。

資料通信之信道與編碼

總結:

資料通信之信道與編碼

2、應用性編碼

(1)曼徹斯特編碼

曼徹斯特編碼(簡稱"曼碼”)是一種雙相碼,用低到高的電平轉換表示0,用高到低的電平轉換表示1 (有些教程描述正好相反,即用低到高的電平轉換表示1,用高到低的電平轉換表示0), 它可以實作自同步,常用于802.3 10Mbps以太網。

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(2)差分曼徹斯特編碼

差分曼徹斯特編碼(簡稱差分曼碼)是在曼徹斯特編碼的基礎,上加上了翻轉特性,遇1翻轉,遇0不變,常用于令牌環網。使用曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼時,每傳輸1bit的資訊, 就要求線路上有2次電平狀态變化(2波特),是以要實作100Mbps的傳輸速率,就需要有200MHz的帶寬,即編碼效率隻有50%。

資料通信之信道與編碼

(3)4B/5B編碼、8B/6T編碼和8B/10B編碼

正是因為曼碼的編碼效率不高,是以在帶寬資源寶貴的廣域網和速度要求更高的區域網路中,就面臨困難。是以就出現了mbnb編碼,也就是将m比特位編碼成為n波特(代碼位)的編碼。

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