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通信传输的方式优化:选择合适的传输方式让通信更畅通

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:单工通信:是指消息只能单方向传输的工作方式,如图1-4所示。普通电话就是全双工通信一个常见的例子,通话的双方可同时进行说和听。图1-6 全双工通信方式2.按数字信号码元的排列划分在数字通信中,按数字信号码元排列方法不同,分为串行传输和并行传输。

通信传输的方式优化:选择合适的传输方式让通信更畅通

1.按消息传送的方向和时间的关系划分

对于点对点之间的通信,按消息传送的方向和时间的关系,通信方式可分为单工通信、双工通信和全双工通信三种。

单工通信:是指消息只能单方向传输的工作方式,如图1-4所示。通信双方在整个通信过程中只有一方可以进行发送,另一方只能接收。广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是采用单工通信方式。

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图1-4 单工通信方式

半双工通信:是指通信双方都能收发消息,但任何一方都不能同时进行接收和发射的工作方式。如图1-5所示,A能发信号给B,B也能发信号给A,但这两个过程不能同时进行。例如,使用同一载频的普通对讲机,通信双方的操作采用“按—讲”方式,交替地进行收信和发信。平常各接收机均处于守候状态,即把天线接至接收机等候被呼。当一方要发话时,他就按下开关,一方面关掉接收机,另一方面将天线接至发射机的输出端,接通发射机开始工作。当确知另一方已接收到呼叫信号时,即可进行信息传输。

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图1-5 半双工通信方式

全双工通信:是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。如图1-6所示,在通信一方(A)给另一方(B)发信号的同时,B也可以给A发信号。普通电话就是全双工通信一个常见的例子,通话的双方可同时进行说和听。计算机之间的高速数据通信也是这种方式。

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图1-6 全双工通信方式

2.按数字信号码元的排列划分

数字通信中,按数字信号码元排列方法不同,分为串行传输和并行传输。

串行传输:是将数字信号码元序列按时间顺序一个码元接一个码元地在信道中传输,如图1-7a所示。对任何一个由若干位二进制表示的字符,串行传输都使用一个传输信道,按位有序地传输字符。这种方式只需要一条传输链路,成本低廉,总的传输速率也较低。

并行传输:是将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式同时在两条或两条以上的并行信道上传输。由于串行传输需占用资源较多,通常用于近距离传输。例如,计算机送出的由“0”和“1”组成的二进制代码序列,在n条并行信道上同时传输n个代码。这种方式下,一个分组中的n个码元能够在一个时钟节拍内从一个设备传输到另一个设备。例如4比特字符用4条信道并行传输,如图1-7b所示。

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图1-7 串行传输与并行传输

3.按收发双方是否同步划分

举例

盖房传递砖头。

以前在农村盖房,需要将砖头从地面扔到房顶,一人在地上扔砖,一人在房顶接砖。

老王和小王是多年的老搭档,配合默契,节奏一致(收发时钟相同),从早上到中午,一直没停,且从未出现失误。

老李和小马是新来的两位工人,刚开始,两人节奏不一致(收发时钟不同),老李在地上扔得快,小马在房顶接得慢,手忙脚乱,大汗淋漓,还易出错。后来两人商量,每扔9块红砖,就扔1块青砖(同步头),然后二人休息一会儿后再开始。

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图1-8 盖房传递砖头

通信传输的本质在于接收端重现发射信息,需要对接收信号进行采样后判决,然而由于接收端和发射端距离较远,没有相同的时钟基准或时间基准存在误差,就会在接收采样时发生“对不齐”的情况,影响接收的准确性。同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的基本条件。同步使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按收发双方是否同步可分同步传输方式和异步传输方式。

在图1-9中,接收端的采样脉冲和发射端不同步,即采样间隔和发射端的时钟不能对齐,在开始的几个采样周期中,没有出现判决错误,但每次的采样脉冲较正常情况下提前(也有可能推迟),经过6个采样周期的时钟误差累积,在第7个采样周期,出现了错误判决,导致错误判决的原因就是发射端和接收端的时钟不同步。

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图1-9 同步传输模式中收发时钟不同步造成的错误判决

理想的通信系统中,收发两端的时间基准完全相同,即发送端的1秒时钟长度完全等于接收端的1秒时钟长度,但实际上不可能做到完全相同,只要其误差不影响接收端的检测判决即可。在传输过程中,如何保持码组或者字符同步的问题非常重要,而异步传输模式和同步传输模式对此问题的解决思路完全不同。(www.xing528.com)

同步传输:是指通信过程中通信两端单位时间对应的时间长度是相同的。通信两端都要有时钟,通过同步字使两端时钟达到同步,之后以同步的始终节拍来发送数据信号,因此在串行的数据流中,信号码元的相对位置都是固定的,即同步。

异步传输:是指通信过程中通信两端的时钟是不同步的,允许发射端和接收端的时钟存在较大差异。当然,这里所说的较大差异是和同步传输对时钟的严格要求相比的。为了避免由于时钟不同步出现的时钟误差积累,在接收端利用传输数据中的开始位和终止位,隔段时间就要进行一次时钟校对,以此保证时钟误差积累在系统允许的范围内。如图1-10所示。

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图1-10 异步传输通信

图1-11给出了同步传输方式与异步传输方式的区别。由图中可以看出:

1)同步传输往往通过特定的时钟线路(如GPS)协调时序,对时序的要求较高,在数据中抽取同步信息,实现复杂,但信道利用率较高。

2)异步传输通过传输序列中的开始位和停止位抓住再同步的机会,对时序的要求较低,但由于存在大量的开始位和停止位等冗余信息,传输效率较低。

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图1-11 同步通信与异步通信

4.按多址复用方式划分

多址技术是指多个用户通过地址相互区分,共享同一无线信道资源的技术。按多址复用方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。下面通过实例来介绍三种多址技术。

举例

在一个会议大厅中,有多对朋友(每对朋友2人)在交谈(见图1-12a),为了不相互影响,同时又要共享同一个大厅,提出了三种方案。

方案一:分割空间(频分多址)

将大厅分割为多个包间,包间之间相互隔音,一对朋友占用一个包间(见图1-12b)。该方案对应于频分多址,将频段分割,频段之间有保护间隔,一组用户占用一个频段。该方法实现简单,但频谱利用率不高,若该频段已分配,即使此时没有进行通信,其他用户也不能使用该频谱。

方案二:分割时间(时分多址)

将一天的时间分割为多个时间段,时间段之间互不重叠,一对朋友占用一个时间段(见图1-12c)。该方案对应于时分多址,在GSM系统中,将1秒的时间分割为8个时隙,一组用户占用一个时隙。该方法实现简单,但同样存在频谱利用率不高的问题。

方案三:各组用户采用不同的交流语言(码分多址)

所有的用户同时使用同一个大厅,但每组用户使用的交流语言不同(见图1-12d),A组的一对朋友(2人)选用汉语;B组的一对朋友选用英语;C组的一对朋友选用日语;由于所有的用户只能听懂一种语言,其他语言对他们不会造成影响。该方案对应于码分多址,一组用户分配一种地址码。该方法的优点在于,系统能够容纳的用户数没有明确的界限。

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图1-12 多址技术举例

具体来讲,三种多址的基本原理简单分析如下:

频分多址(FDMA):是指把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道(或称信道),分配给不同的用户使用。这些频道互不交叠,其宽度应能传输一路话音信息,而在相邻频道之间有保护间隔以防止相互串扰。

时分多址(TDMA):是指把时间分割成周期性的帧,每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙都互不重叠),然后根据一定的时隙分配原则,使各移动台只能使用系统分配的时隙,在共享信道的同时互不干扰。

码分多址(CDMA):是指所有的移动台占用同一频率,但每个移动台被分配一个独特的随机码序列,不同移动台的码序列彼此不相关,或相关性很小,以便区分不同移动台。

双工方式和多址方式的区别。

双工方式是指两个通信实体之间,如何协调不同传输方向的两条链路(上行链路是移动台到基站;下行链路是基站到移动台),使其能够有序共享同一无线资源而互不影响,即如何区分两个不同方向的链路。通常包括频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种类型,频分双工是上下行采用不同的频率,例如GSM通信系统。时分双工是上下行采用相同的频率,但选择不同的时隙,例如TD-SCDMA通信系统。

多址方式是指多个用户和一个基站通信,在同一传输方向上(上行或下行),多个用户如何共享同一无线资源而互不影响,即基站如何区分不同用户,也对应不同的用户接入方式。一般有FDMA、TDMA、CDMA等。

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