• 周六. 2月 24th, 2024

5G编程聚合网

5G时代下一个聚合的编程学习网

热门标签

数据通信的概念

admin

11月 28, 2021

一、数据通信的概念

  1.1 概念

  广义概念:把消息由一地向另一地或多地进行消息的有效传输称为数据通信。

  狭义概念:利用电磁波、电子技术、光电手段,借助电信号或光信号实现把消息从一地向另一地或多地进行消息地有效传输和交换的过程称为数据通信。 

  通信的实质就是实现信息的有效传输,它不仅要将有用的信息进行无失真、高效的传输,而且还要在传输的过程中减少或消除无用信息和有害信息

  

  1.2 数据通信术语

   1.2.1 数据和信号

   数据是运送信息的实体,而信号则是数据的电气表现形式。无论数据或信号,都既可以是模拟的也可以是数字的,所谓“模拟信号”就是连续变化的,而“数字信号”就是离散数值

  

  1.2.3 信道

  信道一般用来表示向某个方向传送信息的媒介,因此,一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。从通信双方信息交互的方式看,可以有三种基本方式:

  (1)单工通信

  单工通信指只有一个方向的通信而没有反方向的交互,仅需要一条信道,无线电广播、电视广播就属于这种类型。

  (2)半双工通信

  半双工通信即通信的双方可以交替的发送信息,但不能同时发送,仅需要一条信道,典型设备是集线器、对讲机、WIFI

  (3)全双工通信

  全双工通信即通信的双方可以同时发送和接收信息,通常需要两条信道,典型设备是交换机、电话

  1.2.4 码元

  数字通信中对数据信号的计量单位采用码元这个概念一个码元指的是一个固定时长的数字信号波形该时长称为码元宽度

  1.2.5 传输速率

  数字通信系统的有效传输可以用码元传输速率和信息传输速率来描述。

  1)码元传输速率

  码元传输速率又可称为码元速率,符号速率、波形速率等,它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数,单位是波特(Baud),1波特表示数字通信系统每秒传输1个码元。

  2)信息传输速率

  信息传输速率又可称为比特速率,它表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数,单位是比特/秒(bps)。

  1.2.6 抖动

  抖动指在噪声因素的影响下,数字信号有效瞬间相对于应生成理想时间位置的短时偏离,是数字通信系统中数字信号传输的一种不稳定现象,即数字信号在传输过程中,造成的脉冲信号在时间间隔上不再是等间隔的,而是随时间变化的。由于噪声、定时恢复电路调谐不准、系统复用设备的复用和分路过程中引入的时间误差,以及传输信道质量变化等多种因素引起的。

二、速率性能指标

  与速度有关的指标有速率、带宽、吞吐量。

   2.1 速率

  2.1.1 什么是比特(数据传输的单位)就是0/1。

  数据的速率:连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送的数据位。单位是b/s,Kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s。

  速率单位

  1kb/s = 10^3b/s

  

  存储单位

  1Byte = 8bit

  1KB    =  2^10B = 1024B = 1024 * 8b

  2.2 带宽:指某个信号具有的频带宽度,即最高频率与最低频率之差,单位是赫兹(Hz)。

  2.2.1 网络带宽

  计算机网络中,网络带宽指单位时间内从一端到另一端能通过的“最高数据率”,单位是“比特每秒”。(可以理解为网络设备所支持的最高发送速度),当带宽越宽线路所支持的最高发送数率越高。

  时间的换算

  1s = 1,000 毫秒(ms)

  1s = 1,000,000微秒(us)

  1s = 1,000,000,0000纳秒(ns)

  1s = 1,000,000,000,000,000皮秒(ps)

    

  链路带宽 = 1Mb/s,即在1us内可向链路发1bit数据,而不影响数据在链路上的传播速度。

  注意:发送速率和传播速率。

  2.3 吞吐量

  在单位时间内通过某个网络、信道、接口的实际数据量,单位是b/s,Kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s。

  吞吐量受网络带宽或网络额定速度的限制。

  

三、传输时间性能指标

  传输时间性能指标有时延、往返时延RTT。

  3.1 时延

  指数据(指文/分组/比特流)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位是s。

  时延包括:发送时延,传播时延,排队时延,处理时延

  发送时延:指从发送分组的第一个比特算起,到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。

  发送时延 = 数据长度 / 信道带宽

  传播时延:指电磁波在信道上传播一定的距离所花费的时间。

  传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速度

  注:电磁波在自由空间的传播速率是光速,即3.0 × 10 ^8 m/s,在铜线中的传播速率为2.3 × 10 ^8 m/s,在光纤中传播速率为2 × 10 ^8 m/s。  

    卫星信道的时延大约为270ms(来回双向的延迟)

  排队时延 :指等待输入输出链路可用需要等侍的时间。(在设备缓存等侍处理的时间)

  处理时延 :指的是设备处理数据所花费的时间。

  注:发送时延的提高只会影响数据发送到数据链路的速度,并不会直接影响数据的传送速度,即跟传播时延没有任何关系。

 · 

  因此,数据经历的总时延就是以上几种时延之和:

  总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 排队时延 + 处理时延

  

  3.2 往返时间RTT

  往返时延RTT:指发送方发送数据开始,到发送方收到接收方的确认,总共经历的时延。(数据在信道上的往返时间和未端设备处理数据的时间,并不包括发送端数据发上信道的时间,注:ping命令就是这个原理)

  RTT包括 = 往返传播时延 × 2 + 末端的处理时间

  3.3 时延带宽积  

  时延带宽积 = 传播时延 × 带宽

  带宽(发送速率):指发送端在发送数据时所能到达的最高数据率,单位是 b/s。

  传播时延:指电磁波在信道上传播一定的距离所花费的时间,单位是s。

  时延带宽积:将进程之间的信道看成一条空的管道,时延相当于管道的长度,带宽相当于管道的直径,时延带宽积就是管道的容积,即信道能容纳的比特数。

  

  3.4 利用率

  信道利用率 = 有数据通过信道时间 / (有 + 无)数据通过信道时间

  注:信道利用率与时延的关系。

  3.5 误码率

  指在一定统计时间内,数字信号在传输过程中发生错误的码元位数与传输总码元数据的比值,一般网络要求误码率低为10-6

四、数字传输与模拟传输

  按承载消息的电信号形式的不同,通信可分为模拟传输和数字传输。

  模拟传输是指以模拟信号来传输消息的通信方式。

  数字传输是指用数字信号来传送消息的通信方式。

  不论是数字数据还是模拟数据,都可以采用两种传输方式之一进行传输。

   注:关于数字信号与模拟信号的转换,请参看数字信号或模拟信号的编码与调制章节。

五、基带传输与频带传输

  基带传输是指信号没有经过调制而直接送到信道中去传输的一种方式,采用这种信号传输技术的通信系统称为基带传输通信系统,简称基带系统。

  频带传输是指信号经过调制后再送到信道中传输的一种方式,接收端要进行相应的解调才能恢复原来的信号,采用这种信号传输技术的通信系统称为频带传输能信系统,简称频带系统。

六、传输损害

   由于传输过程中的各种因素,造成通信系统接收到的信号和发送的信号会有所不同。对模拟信号而言,各种随机改变降低了信号的质量。对数字信号而言,引起位串错误,比特1变为比特0或比特0变成比特1,传输损害包括衰减、延迟变形和噪声

  衰减

  在任何传输介质上信号强度将随着距离延伸而减弱。对有线类传输介质,强度减弱或衰减一般具有对数函数性,对无线类传输介质,衰减则是距离和大气组成所构成的复合函数。

  衰减的三个问题是:(1)接收到的信号必须有足够的强度,接收器的电子电路才能辩别、解释信号。(2)信号需比接收到的噪声维持一个更高的电平,以避免出错。(3)针对模拟信号,衰减是频率的增量函数,所以接收到的信号会扭曲。

  解决衰减的办法:针对(1)(2)问题可以增加信号强度、设置放大器或中继器来解决,针对(3)问题,可以使用技术手段在某个频带内的频率衰减趋于相等。对于语音电话线来说,通常使用在线路上加载线圈以改变线路的电气属性,使衰减趋于平滑,另一种方法是使用高频放大器将高频放大。

  延迟变形

  延迟变形是有线传输介质独有的现象,这种变形是由有线介质上信号传输速率随着频率变化所引起的。在一个有限的信号频带中,中心频率附近的信号速度最高,而频带两边的信号速度较低,这样,信号的各种频率成分将在不同的时间到达接收器。

  由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形的这种效果称为延迟变形。延迟变形尤其对数字信号来说影响重大,一个位元的信号成分可能溢出到其他的位元,引起信号内部的相互串扰,这将限制传输控制上的位速率。

  噪声

  因传输系统造成的各种失真,以及在传输和接收之间的某处插入不必要的信号产生噪声,噪声可分为热噪声、内调制杂音、串扰、脉冲噪声4种。

  热噪声是导体中电子的热振动引起的,它出现在所有电子设备和传输介质中,且是温度的函数,热噪声在所有频谱中以相同的形态分布,所以常称为白噪声,它是不能消除的,因此对通信系统性能构成了上限

  内调制杂音不同频率的信号共享同一传输介质时,可能导致内调制杂音。杂调制杂音的结果往往产生一些新的信号,它们的频率是某两个频率和、差或倍数,这些信号可能对正常信号产生影响,当发送器、接收器或介入的传输设备里有一些非线性问题时,将会产生内调制杂音。

  串扰是信号通路之间产生了不必要的耦合,一般在邻近的的双绞线之间因电耦合而产生,在极少数的情况下也可能在运载多个信号的同轴电缆中产生。

  脉冲噪声是非连续的且不可预测的。在短时间里,它可具有不规则的脉冲或噪声峰值,并且振幅较大,它产生的原因包括各种意外的电磁干扰如闪电,以及通信系统的故障,脉冲噪声对模拟信号一般仅是小麻烦,但对数字信号是出错的主要原因。

   

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注