当前课程知识点：网络技术与应用 > 第2讲 数据通信基础 > 2.2 信号 > 2.2 信号
计算机处理的是二进制位流
而网络当中传输的是信号
下面 我们就来学习两种常用的信号
数字信号和模拟信号
以及这个信号在传输过程当中的失真现象和还原的过程
信号在传输过程当中有两种
一种是数字信号 另外一种是模拟信号
任何一种周期性的数字信号和模拟信号都可以
用一组不同频率的正弦波信号表示
正弦波信号 大家非常熟悉
它主要有三个参数 一个是幅度 一个是频率还有初始相位
这三个参数之间可以用这样一个函数来表示
正弦波信号是一种成分非常单一的信号
许多复杂的信号都可以由一组频率不同的正弦波信号组成
或者说
一个复杂的信号可以拆分为一组不同频率的正弦波信号
下面我们来看一下数字信号
数字信号是幅度为有限个离散值的信号
那么当数字信号要改变幅度的时候
它是直接从一种幅度跳变到另一种幅度
我们把幅度具有两种离散值的数字信号称为基带信号
因为这种信号幅度只有两个离散值
正好可以表示二进制数当中的一个二进制位的两个值
因此基带信号常常作为最常用的表示二进制位流的数字信号
基带信号也可以有一组不同频率的正弦波信号拟合而成
比如说
这是一个周期性的由基带信号组成的二进制位流对应信号的波形
这是其中的一个周期
那么下面 我们用一组正弦波信号来拟合
看一下这个过程
我们用1次正弦波拟合出来的波形是这个样子
那么跟原始的信号相差非常的远
而根本不是一回事
那么经过两次拟合 那么这个波形还是相差很大
跟原始波形还是相差很大
经过4次拟合以后
这个波形就有点接近原来的波形了
而经过8次正弦波信号拟合以后
拟合出来的信号跟原始的波形就非常的接近了
那么从原理上来说 要拟合成原始波形
应该是要经过无限次的拟合
但是在实际的应用过程当中
往往是经过若干次 有限次的拟合
就可以在实际应用当中使用了
我们把刚才拟合过程当中参与拟合的正弦波称为谐波
由这些谐波拟合出来的波形称为拟合周期性数字信号
参与拟合的正弦波信号或者谐波的频率范围称为带宽
那么带宽要在这儿提一下的是
在实际的使用过程当中
人们也常常把数据的传输速率表示为带宽
或者说带宽常常用数据的传输速率来表示
但是那个带宽和我们这里说的带宽是有本质上的差异
这是数字信号
接下来我们看一下模拟信号
模拟信号是幅度连续的信号
和数字信号的幅度是若干个 有限个离散值不一样
那么模拟信号也可以由一组频率不同的正弦波信号来拟合
由有限次的不同频率的正弦波拟合出来的信号
称为拟合周期性模拟信号
那么同样
用于拟合这样一个拟合周期性模拟信号的谐波的频率范围
称为模拟信号带宽
这是模拟信号
那么无论是模拟信号还是数字信号
在传输的过程当中 都会产生失真的现象
为什么呢
信号传输过程当中 物理链路存在阻抗
而且阻抗与物理链路的长度成正比
物理链路越长 阻抗就越大
那么按道理来说 阻抗只会使得信号衰减
它为什么会失真呢
它还有一个特性 就是阻抗具有频率相关性
也就是说 相同的一段物理链路
对不同频率信号呈现不同的阻抗
也就是说 不同频率的信号经过相同的物理链路
有着不同的衰减程度
因此 不同频率的信号衰减程度不同
所以就会造成整个信号失真
那么对于失真现象 我们不能任它而去
必须要有一个办法把它解决了
因为失真以后就会造成发送端的数据在接收端
接收到的跟原来发送的数据不一样
因此 我们要通过一定的方法把它还原成原来的信号
那么数字信号的还原 可以通过这样的方法还原
一个是幅度的还原
对于幅度来说 我们可以通过设计一个阈值来还原
比如说这个信号通过物理链路传输以后 就变形了
那么我们可以设置一个阈值
把大于阈值的离散值全部还原为原来的高电平
低于阈值的离散值全部还原为原来的低电平
那么这样子的话 幅度就还原了
另外我们看到了 这个信号经过物理链路传输以后
它的宽度也变了
那么宽度的还原需要通过同步技术进行调整
那么通过同步技术还原宽度
在后面结合具体的传输网络工作原理会详细介绍
这是数字信号的还原
我们从这里可以看出来
因为数字信号只有有限个离散值
那么幅度的还原还是比较容易的
那么有一种情况可能会造成基带信号不能还原
什么样的情况呢
失真以后的低电平高于阈值了
那么这种情况是什么情况呢
就是在传输过程当中有噪音
并且这个噪音还很大
另外 失真后的高电平低于阈值了
就是这个衰减程度太大了
当然 我们在网络当中要尽量采取措施避免这种现象发生
这是数字信号
下面我们来看一下模拟信号的还原
因为模拟信号是一个幅度连续的信号
那么它无法通过像刚才数字信号一样
通过一个阈值的设置来还原
它只能是通过一个放大电路把信号进行放大
这样一个措施来弥补信号的衰减
但是我们前面讨论的 可以看出
模拟信号可以由一组不同频率的正弦波信号组成
而不同频率的这些正弦波信号经过某一段物理链路以后
衰减程度是不一样的
那么 要么就是对每一次谐波设置一个放大电路
就单独地为每一个谐波设置一个放大电路
这应该说是很不现实的 不可行的
那么如果为整个的信号设置单一的一个放大电路
那么是一种什么样的情况呢
我们来看一下
这是一个原始信号
假设它由三个不同频率的正弦波信号组成
那么经过物理链路传输以后 这个信号产生了衰减
最后失真了
这个信号可以用这样一个表达式来表示
因为每一个信号的衰减程度不一样
我们分别用三个衰减系数来表示
就是α1 α2 α3
这三种谐波信号的衰减系数不一样的
假设我们对衰减以后的信号 统一地采用一个放大器放大
比如说β倍
那么放大以后的信号可以用这样一个表达式表示
假设这个信号经过多段物理链路传输
经过多次的衰减
也经过多级的放大
比如说经过n级放大以后
那么放大以后的信号可以用这样一个表达式来表示
真正地要把这个信号还原为原来的信号的话
那么这三个谐波的f1 f2 f3 3个还原系数应该同时为1才行
但根据刚才讨论的过程
这三个还原系数同时为1是不可能的
不但不可能 而且它的衰减系数不同
经过n级放大以后 放大以后的差异应该说是更大了
所以n级的放大 相当于是差异的放大
使得失真就更加严重了
因此对于模拟信号的还原是一个非常复杂的过程
因为模拟信号由多个谐波组成的
那么为每一次谐波单独设置一个放大电路是不可行的
如果为模拟信号的总体设置一个统一的放大电路
那么反而会加剧失真的严重程度
总之 数字信号和模拟信号都是由多次谐波组成的
而数字信号和模拟信号通过物理链路的传输都会引发失真
那么数字信号的失真比较容易还原
而模拟信号不容易还原
-课程先导语
--先导语
-1.1 网络内涵
--网络内涵
-1.2 互联网发展过程
--互联网发展过程
-1.2 互联网发展过程--作业
-1.3 交换方式
--电路交换
-- 虚电路交换
--数据报交换
--三种交换方式比较
--html
-1.3 交换方式--作业
-1.4 计算机网络体系结构和协议
--分层结构
--OSI体系结构
-1.4 计算机网络体系结构和协议--作业
-第一讲内容的启示
--html
-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
-2.1 数据传输系统
-2.1 数据传输系统--作业
-2.2 信号
--2.2 信号
-2.2 信号--作业
-2.3 编码和调制
--2.3-1 编码
--2.3-2 调制
-2.3 编码和调制--作业
-2.4 差错控制
-2.4 差错控制--作业
-2.5 传输媒体
--2.5 传输媒体
-2.5 传输媒体--作业
-2.6 Packet Tracer6.2使用说明
-第二讲内容的启示
--html
-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-以太网发展过程与内容简介
-以太网发展过程与内容简介--作业
-3.1 总线形以太网
-3.1 总线形以太网--作业
-3.2 网桥与冲突域分割
-3.2 网桥与冲突域分割--作业
-3.3 交换式以太网与VLAN
-3.3 交换式以太网与VLAN--作业
-3.4 以太网标准
-3.4 以太网标准--作业
-第三讲内容的启示
--html
-例题分析
--例题分析
-案例设计
--案例设计
-测验--作业
-本讲内容简介
--无线局域网
-4.1 无线局域网概述
-4.1 无线局域网概述--作业
-4.2 无线局域网应用方式
-4.2 无线局域网应用方式--作业
-4.3 无线局域网MAC层
-4.3 无线局域网MAC层--作业
-4.4 终端接入无线局域网过程
-4.4 终端接入无线局域网过程--作业
-4.5 无线局域网设计和分析
-第四讲内容的启示
--html
-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
-- IP与网络互连
-5.1 网络互连机制
-5.1 网络互连机制--作业
-5.2 网际协议
-5.2 网际协议--作业
-5.3 IP分组传输过程
-5.3 IP分组传输过程--作业
-5.4 路由表建立过程
-5.4 路由表建立过程--作业
-5.5 IP over以太网
-5.5 IP over以太网--作业
-5.6 三层交换机与VLAN间通信过程
-5.7 Internet控制报文协议
-5.7 Internet控制报文协议--作业
-第五讲内容启示
--html
-案例设计
--案例设计
-例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
--本讲内容简介
-6.1 Internet接入控制机制
-6.1 Internet接入控制机制--作业
-6.2 以太网和ADSL接入技术
-6.2 以太网和ADSL接入技术--作业
-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器
-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器--作业
-6.4 接入综合演示实验
-6.4 接入综合演示实验--作业
-第六讲内容的启示
--html
-例题分析
--第六讲 例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
--传输层
-7.1 传输层服务特性
--传输层服务特性
-7.1 传输层服务特性--作业
-7.2 端口号
--端口号
-7.3 用户数据报协议UDP
-7.3 用户数据报协议UDP--作业
-7.4 传输控制协议TCP
--TCP特点和格式
-- TCP的几点说明
-7.4 传输控制协议TCP--作业
-第七讲内容启示
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-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
-- 应用层
-8.1 应用结构
--应用结构
-8.1 应用结构--作业
-8.2 域名解析
-8.2 域名解析--作业
-8.3 动态主机配置协议
-8.3 动态主机配置协议--作业
-8.4 万维网
-- 万维网
-8.4 万维网--作业
-8.5 电子邮件
--html
-8.6 文件传输协议
--html
-例题分析
--例题分析
-案例设计
--CH8 案例设计
-应用层启示
--html
-测验--作业
-本讲内容简介
-9.1 网络安全概述
-9.1 网络安全概述--作业
-9.2 网络安全基础
-9.2 网络安全基础--作业
-9.3 病毒检测与防御技术
-9.3 病毒检测与防御技术--作业
-9.4 以太网安全技术
-9.4 以太网安全技术--作业
-9.5 无线局域网安全技术
-9.5 无线局域网安全技术--作业
-9.6 防火墙
-9.6 防火墙--作业
-9.7 安全协议
--9.7 安全协议
-9.7 安全协议--作业
-例题分析
--例题分析
-防火墙演示实验
-- 防火墙演示实验
-案例设计
--案例设计
-网络安全的启示
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-测验--作业
-附录1：综合应用分析
--综合应用分析
-附录2：Cisco实际设备网络构建与配置
-期末考试--考试试题
