通信原理知识点整理

数据通信网络：数据通信网构成、拓扑结构、网络协议、网络互连，常用的分组交换网、帧中继网IR、DDN数字数据网、宽带IP网、接入网等。数据通信网是若干个数据通信系统的归并和互联，是数据通信系统的扩展，由分布在各地的数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路等组成，能在通信协议支持下完成终端间的数据传输、交换，它收集信息采集、传输、存储及处理为一体。数据通信网和计算机相结合组成计算机网络，网上各点可以使用与之相连的计算机并和网中任何其他用户进行数字通信。从逻辑功能上看，分为通信子网、资源子网、网络节点等。按通信子网使用方式不同，分为公用数据网和专用数据网。按网络覆盖区域范围不同，分局域网和广域网。分组交换网：分组交换网通常采用网状结构，由分组交换机（NS）、网络管理中心（NCC）、网络集线器（NC）、分组型终端（PT）、非分组型终端（NPT）、分组装拆设备（PAD）等组成。分组交换网协议可分为接口协议和网内协议。分组交换网工作原理：两个用户间存在多个路由的情况下，一份报文的多个分组可各在不同的路由传输。特点：①线路利用率高。②不同种类的终端可相互通信。③信息传输可靠性高。④分组多路通信。⑤计费与传输距离无关。⑥分组交换的网络结构。物联网：物联网是通过各种信息传感设备及传感网、射频识别系统、红外感应器、条码与二维码、GPS，按约定的通信协议，将“物-物”、“人-物”、“人-人”连接起来，通过各种接入网、因特网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。①物联网是指对具有全面感知能力的物体及人的互联集合。②物联网必须遵循约定的通信协议，并通过相应的软、硬件实现。③物联网可以实现对各种物品（包括人）进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。物联网产生的基础：1.经济危机催生新产业革命。2.传感网技术的成熟应用。3.网络接入和数据处理能力基本适应多媒体信息传输处理的需求。物联网特征：①它是各种感知技术的广泛应用。②它是一种建立在因特网上的泛在网络。③物联网不仅提供了传感器的连接，本身也具有智能处理能力，能对物体实施智能控制。物联网基本属性：①全面感知。利用RFID、传感器等智能感知设施，可随时随地感知、获取物体的信息。②可靠传输。通过各种信息网络与计算机网络的融合，将物体信息实时准确地传送到目的地。③智能处理。利用数据融合及处理、云计算等，对海量数据信息进行分析、融合和处理，向用户提供信息服务。物联网与其它网络及通信技术间的包容、交互作用关系。①物联网隶属于泛在网，但不等同于泛在网，它只是泛在网的一部分；②物联网涵盖了物品间通过感知设施连接起来的传感网，不论是否接入因特网，都属于物联网的范畴；③传感网可以不接入因特网，但需要时可利用各种方式接入因特网；④因特网（包括NGN）、移动通信网等可作为物联网的核心承载网。物联网系统组成：物联网是以数据为中心的面向应用的网络，主要完成信息感知、数据处理、数据回传，以及决策支持等功能，硬件平由传感网、核心承载网和信息服务系统等组成。①传感网包括感知节点和末稍网络；②核心承载网为物联网业务的基础通信网络；③信息服务系统硬件设施主要负责信息的处理和决策支持。物联网软件平台建立在分层通信协议体系上，通常包括：①数据感知系统软件。完成物品的识别和物品EPC码的采集和处理。②物联网中间件系统软件。③网络操作系统。④物联网信息管理系统。物联网关键技术：1.节点感知技术。是实现物联网的基础，包括电子标签、新型传感器、智能化传感网节点技术等。2.节点组网及通信网络技术。物联网工作范围分两部分：①体积小、能量低、存储容量小、运算能力弱的智能小物体的互联，即传感网；②没有约束机制的智能终端互联。3.数据融合与智能技术。物联网由大量传感网节点构成，信息感知的过程中，各节点存有大量冗余数据，会浪费通信带宽和能量资源，且降低数据采集效率和及时性，需采用数据融合与智能技术进行处理。多媒体通信体系结构：国际电联（ITU-T）在I.211建议中提出了一种适用于多媒体通信的体系结构模式。该结构模式主要包括5个方面的内容。①传输网络。体系结构的最底层，为多媒体通信的实现提供了最基本的物理环境。②网络服务平台。提供各类网络服务，使用户能直接使用这些服务内容。③多媒体通信平台。以文本、图形、图像、话音、视频等的信息结构为基础，提供其通信支援，并支持各类多媒体应用。④一般应用。指常见的一些多媒体应用。⑤特殊应用。指业务性较强的某些多媒体应用，如电子邮购、远程培训等。信道复用采样：频分多路复用是将传输介质的可用带宽分割成一个个“频段”，以便每个输入装置都分配到一个“频段”。传输介质容许传输的最大带宽构成一个信道，因此每个“频段”就是一个子信道。频分多路复用的特点是：每个用户终端的数据通过专门分配给它的予信道传输，在用户没有数据传输时，别的用户也不能使用。频分多路复用适合于模拟信号的频分传输，主要用于电话和电缆电视(CATV)系统，在数据通信系统中应和调制解调技术结合使用。时分多路复用的原理为了提高信道利用率，信号在传输过程中一般采用多路复用的传输方式，即多路信号在同一条信道上传输。所谓时分多路复用，就是利用多路信号（数字信号）在信道上占有不同的时间间隔来进行通信。目前应用较多的是频分多路复用和时分多路复用，前者适用于时间连续信号的传输；后者适用于时间离散信号的传输。异步时分多路复用技术，也叫做统计时分多路复用技术（STDM，StatisticTime-DivisionMultiplexing）。指的是将用户的数据划分为一个个数据单元，不同用户的数据单元仍按照时分的方式来共享信道；但是不再使用物理特性来标识不同用户，而是使用数据单元中的若干比特，也就是使用逻辑的方式来标识用户。这种方法提高了设备利用率，但是技术复杂性也比较高，所以这种方法主要应用于高速远程通信过程中，例如，异步传输模式ATM。数据传输速率：数据传输速率（DataTransferRate）,是描述数据传输系统的重要技术指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的比特数。数据传输速率（DataTransferRate）也是人们常说的“倍速”数。单倍数传输时，每秒可以传输150KB数据;四倍速传输时，每秒可以传输600KB数据；40倍速传输时，每秒可以传输6MB数据（Internet数据传输速率最高可达10Mbps）......以此类推。目前市场上常见的光盘光驱动器多为40倍速到50倍速。但要注意在实际使用中，受光盘读速度和CPU传输本身的影响，上述速率会大打折扣，而且倍速越高，所打折扣越大。通常，平均传输速率能达到3~4MB就不错了。数据传输速率的定义:数据传输率是指单位时间内信道上所能传输的数据量。可用“比特率”来表示。数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制信息位数，单位为比特/秒(bit/s)，也记做bps；数据传输速率计算公式：R=(1/T)*log₂N(bps)其中：T为一个数字脉冲信号的宽度（全宽码）或重复周期（归零码），单位为秒；ATM：ATM----AsynchronousTransferMode（ATM）异步传输模式的缩写ATM是一项数据传输技术，是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样，可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。ATM是一种异步传输模式。ATM以信元为基本单位。ATM的信元的长度为53个字节。在光通信中有应用。ATM有它自己的参考模型，既不同于OSI模型，也不同于TCP/IP模型。它包括三层：物理层、ATM层和ATM适配层。工作原理：ATM采用面向连接的传输方式，将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不同信道。主从同步法:网络内设一主站，备有高稳定的时钟。它产生标准频率，并传递给各从站，使全网都服从此主时钟，达到全网频率一致的目的。主从同步法的优点是从站的设备比较简单，比较经济，性能也较好，在数字通信网中得到广泛的应用。主从同步法的缺点是当主站发生故障时，各从站会失去统一的时间标准而无法工作，以致造成全网通信中断。前后纠错：前向纠错是一种差错控制方式，它是指信号在被送入传输信道之前预先按一定的算法进行编码处理，加入带有信号本身特征的冗码，在接收端按照相应算法对接收到的信号进行解码，从而找出在传输过程中产生的错误码并将其纠正的技术。FEC前向纠错(ForwardErrorCorrection)也叫“前向纠错码”，是增加数据通讯可信度的方法。在单向通讯信道中，一旦错误被发现，其接收器将无权再请求传输。FEC是利用数据进行传输冗长信息的方法，当传输中出现错误，将允许接收器再建数据。由于前向纠错能自动实现纠错，不要求检错重发，因而延时小、实时性好，在高速及超高速系统中得到应用。由于增加了一些额外的冗码，前向纠错技术要付出一定的带宽代价。但是，相对于直接传输，使用前向纠错技术可以使得误码率下降，而且对于光、无线等不同的传输媒质，根据其物理特点可以设计不同的前向纠错算法，从而获得最高的效率，以很小的带宽代价获得很大的误码率改善。前向纠错在数字通信领域应用很广，在无线、接入、传输等各个方面都有广泛的应用。如在光通信领域，前向纠错最先应用于长距离传输的海缆，应用结果表明：前向纠错可以有效地延长光信号的传输距离，提高整个通信系统的性能。作用：在数字信号中，为了防止外界信号干扰，保护信号不变异，要进行多重的纠错码设置。数字信号在解码过程中，对错误信号十分敏感，每秒钟只要有很小很小的误码，就无法正常解码。而数字卫星信号之所以能顺利播放，又是得益于数字信号中的纠错码的设置。在各种纠错码的设置中，被称做FEC的前向纠错是一个非常重要的防干扰算法。采用前向误差校正FEC方法，是为了降低数字信号的误码率，提高信号传输的可靠性。视频压缩：基本概念：视频压缩目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。压缩比是视频压缩重要指标，指压缩后数据量与压缩前数据量之比。视频是连续的静态图像，故压缩算法与静态图像有共同之处，但运动视频压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩目标。无损压缩。指解压缩后数据和压缩前数据完全一致，多数无损压缩采用行程编码算法，应用有限。有损压缩。指解压缩后图像与压缩前存在一定误差，但视觉上可接受，既保持高质量视频，压缩比又高，应用广泛，是目前的主要方式，高压缩算法多采用有损压缩。帧内压缩。也称空间压缩，压缩时仅考虑本帧而不考虑相邻帧间的冗余信息。多采用有损压缩，压缩比低。压缩时各帧间无相互关系，故压缩后的数据以帧为单位进行编辑。帧间压缩。也称时间压缩，基于连续两帧视频相关性很大，压缩相邻帧间冗余量。帧差值算法是典型的帧间压缩，显著减少数据量。对称编码和不对称编码二者压缩/解压缩时速度与时间的不同。①对称性是压缩编码的关键特征，对称意味着压缩/解压缩占用相同的处理能力和处理时间，对称编码适合于实时压缩和传输视频。②不对称意味着压缩和解压缩速度不同，压缩时需大量处理能力和时间，但解压缩时能较好地实时回放。电子出版等多采用不对称编码。视频压缩必要性：模拟视频信号数字化后的数据量极大。以存储90min电影为例，假设分辨率352*288、场频50Hz、每像素24b，每秒钟数据量为14.5MB，90min的数据量高达76.5GB