1、1第二章 数据通信的基础知识 本章内容 2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 2.2 2.2 信道及其主要特征信道及其主要特征 2.3 2.3 传输媒体传输媒体 2.4 2.4 数据编码数据编码 2.5 2.5 多路复用多路复用 2.6 2.6 数据交换技术数据交换技术 2.7 2.7 差错控制差错控制22.12.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 数据及计算机通信术语数据及计算机通信术语 数据数据(Data)：传递传递(携带携带)信息的实体。信息的实体。信息信息(Information)：是数据的内容或解释。是数据的内容或解释。信号信号(Signal)：数据的物理量编码数
2、据的物理量编码(通常为电编码通常为电编码)，数据，数据以信号的形式传播。以信号的形式传播。模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 基带基带(Base band)与宽带与宽带(Broad band)信道信道(Channel)：传送信息的线路传送信息的线路(或通路或通路)比特比特(bit)：信息量的单位。比特率为每秒传输的二进制位信息量的单位。比特率为每秒传输的二进制位个数。个数。码元码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元。时间轴上的一个信号编码单元。2.1.1 2.1.1 数据通信的一般概念数据通信的一般概念3t码元码元1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号同步脉冲同步
3、脉冲同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始 同步脉冲也可位于码元的中部同步脉冲也可位于码元的中部 一个码元也可有多个同步脉冲相对应一个码元也可有多个同步脉冲相对应4 误码率：误码率：信道传输可靠性指标，是概率值。信道传输可靠性指标，是概率值。信息编码：信息编码：将信息用二进制数表示的方法。将信息用二进制数表示的方法。数据编码：数据编码：将数据用物理量表示的方法。将数据用物理量表示的方法。例如：字符例如：字符A的的ASCII编码编码(是信息编码的一种是信息编码的一种)为为01000001，其数据编码可能为，其数据编码可能为01000001t5 带
4、宽带宽“带宽带宽”本来的意思是指某个本来的意思是指某个信号具有的频带宽度信号具有的频带宽度。带宽。带宽的单位是赫兹的单位是赫兹(Hz)、千赫、千赫(kHz)、兆赫、兆赫(MHz)等。等。对于数字信道，对于数字信道，“带宽带宽”是指在信道上是指在信道上(或一段链路上或一段链路上)能能够传送的够传送的数字信号的速率数字信号的速率，即，即数据率数据率或或比特率比特率。比特。比特(bit)是计算机中的数据的最小单元，它也是计算机中的数据的最小单元，它也是是信息量的度量单位信息量的度量单位。带宽的单位就是比特每秒带宽的单位就是比特每秒(bit/s)。带宽有时也称为带宽有时也称为吞吐量吞吐量。6 如果我们
5、在网络中某一个点上观察数字信如果我们在网络中某一个点上观察数字信号流随时间的变化，那么信号在时间轴上的宽号流随时间的变化，那么信号在时间轴上的宽度就随着带宽的增大而变窄。下图是这一概念度就随着带宽的增大而变窄。下图是这一概念的示意图。的示意图。78 带宽带宽 带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹（的通信工程中通常以赫兹（Hz）为单位计量。）为单位计量。在计算机网络中，在计算机网络中，一般使用每秒位数一般使用每秒位数(b/s 或或bps)作为带宽的计量
6、单位。主要单位：作为带宽的计量单位。主要单位：kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/sn一个以太局域网理论上每秒可以传输一个以太局域网理论上每秒可以传输1千万比千万比特，它的带宽相应为特，它的带宽相应为10Mb/s。9 时延时延 信息从网络的一端传送到另一端所需的时间信息从网络的一端传送到另一端所需的时间 时延之和时延之和=处理时延处理时延+排队时延排队时延+发送时延发送时延+传播时传播时延延处理时延处理时延=分组首部和错误校验等处理（微秒）分组首部和错误校验等处理（微秒）排队时延排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间数据在中间结点等待转发的延迟时间发送时延发送时延=数据位数数据位数/信道带
7、宽信道带宽传播时延传播时延=d/sd/s（毫秒）（毫秒）d d:距离距离 s s:传播速度传播速度光光速速10宽带线路窄带线路宽带线路：每秒有更多比特从计算机 注入到线路。宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。正确的宽带和窄带概念11比喻：汽车运货宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短12一种错误概念“宽带”相当于“多车道”10010111010010011101000101101013 时延带宽乘积时延带宽乘积 某一链路所能容纳的比特数某一链路所能容纳的比特数 时延带宽乘积时延带宽乘积=带宽带宽传播时延传播时延例如，某链路的例如，某链路的时延带宽乘积为时延带宽乘积为
8、100万比特，这意味万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了着第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比万比特。特。链路链路带宽带宽传播时延传播时延体积体积=时延带宽乘积时延带宽乘积14 往返时延往返时延(Round-Trip Time，RTT)从信源发送数据开始，到信源收到信宿确认所经从信源发送数据开始，到信源收到信宿确认所经历的时间历的时间 RTT22传播时延传播时延 传输可靠性传输可靠性 两个含义：两个含义：数据能正确送达数据能正确送达数据能有序送达数据能有序送达(当采用分组交换时当采用分组交换时)152.1.2数据通信系统模型数据通信系统模型 通信的三个要素：通信的三个
9、要素：信源信源、信宿信宿和和信道信道噪声噪声信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系统源系统目的系统目的系统数据通信系统的构成：数据通信系统的构成：传输系统传输系统(传输线路和传输设备传输线路和传输设备)数据处理系统数据处理系统16一、数据传输系统一、数据传输系统1）传输线路）传输线路2）调制解调器）调制解调器3）多路复用器）多路复用器4）交换器）交换器二、数据处理系统二、数据处理系统1）终端设备：指）终端设备：指用户与数据传输系统间的接口用户与数据传输系统间的接口，为系统中计算机系统发送信息及接收来自计，为系统中计算机系统发送信息及接收来自计算机系统的信息。算机系统的信息。2）计
10、算机系统）计算机系统进行数据的收集和处理进行数据的收集和处理17三、三、数据通信基本过程：数据通信基本过程：包括两个方面的内容包括两个方面的内容传输数据和通信控制传输数据和通信控制1）建立通信线路）建立通信线路；2）建立数据传输链路，建立同步联系；）建立数据传输链路，建立同步联系；3）传送通信控制信号和数据）传送通信控制信号和数据；4）通过通信控制信息确认通信结束）通过通信控制信息确认通信结束；5）通知交换机，通信结束，切断物理连接。）通知交换机，通信结束，切断物理连接。18数据通信基本过程数据通信基本过程 包含两项内容：数据传输和通信控制包含两项内容：数据传输和通信控制 过程过程 与打电话的
11、对比与打电话的对比 建立物理连接建立物理连接 拨号，拨通对方拨号，拨通对方 建立逻辑连接建立逻辑连接 互相确认身份互相确认身份 数据传送数据传送 互相通话互相通话 断开逻辑连接断开逻辑连接 互相确认要结束通话互相确认要结束通话 断开物理连接断开物理连接 双方挂机双方挂机19 信息通过数据通信系统传输信息通过数据通信系统传输 把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地。把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地。信息和数据信息和数据(0,1比特比特)一般不能直接在介质上传输。一般不能直接在介质上传输。编码：数据编码：数据适合传输的数字信号适合传输的数字信号便于同步、识别、纠错便于
12、同步、识别、纠错 调制：数字信号调制：数字信号适合传输的形式适合传输的形式按频率、幅度、相位按频率、幅度、相位 解调：接收波形解调：接收波形数字信号数字信号 解码：数字信号解码：数字信号原始数据原始数据信息信息数据数据信号信号在信道上传输在信道上传输信号信号数据数据信息信息数据编码调制解调数据解码201）传输速率）传输速率码元速率（码元速率（RB），又称信号速率或波特），又称信号速率或波特(Baud)率：率：为每秒为每秒传送的码元数传送的码元数(即信号传送速率即信号传送速率)。信息速率（信息速率（Rb），又称比特率：），又称比特率：每秒传送的信息量每秒传送的信息量(bps，bit/s)。字符速
13、率（字符速率（Rm），），指单位时间内所传字符的数量。例如在指单位时间内所传字符的数量。例如在传送计算机信息时，单位为字符传送计算机信息时，单位为字符/秒。秒。Rb=RB log2M，其中其中M是信号的编码级数。是信号的编码级数。一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。个码元中可以传送多个比特。例如，例如，M=16，波特率为，波特率为9600时，信息速率为时，信息速率为38.4kbit/s四四.数据通信的主要技术指标数
14、据通信的主要技术指标21 1 0 0 1 0 1 1 二进制数据波形二进制数据波形 00 10 11 01 10 00 01 四进制数据波形四进制数据波形 l一个数字脉冲称为一个一个数字脉冲称为一个码元码元，码元携带的信息量由码元可取得的离散值个数，码元携带的信息量由码元可取得的离散值个数决定，若码元可取决定，若码元可取2个离散值，则一个码元携带个离散值，则一个码元携带1bit信息；信息；若码元可取若码元可取4个离个离散值，则一个码元携带散值，则一个码元携带2bit信息。一个码元的携带信息量信息。一个码元的携带信息量n（bit）与可取的）与可取的离散值个数离散值个数M有关有关 n=log2M
15、222）差错率：）差错率：误码率误码率Pc：指错误接收信息的码元数在传输信息：指错误接收信息的码元数在传输信息的总码数中所占的比例。一般要求误码率小于的总码数中所占的比例。一般要求误码率小于10-6。Pc错误接收的码元数错误接收的码元数/传输的总码数传输的总码数误比特率误比特率Pb:指错误接收的比特数占传输总比特数的比例。指错误接收的比特数占传输总比特数的比例。Pb错误接收的比特数错误接收的比特数/传输的比特数传输的比特数误字符率误字符率Pw:指错误接收的字符数占传输总字符数的比例。指错误接收的字符数占传输总字符数的比例。Pw错误接收的字符数错误接收的字符数/传输的字符数传输的字符数数据通信的
16、主要技术指标数据通信的主要技术指标23频率、频谱和带宽 （1）时域概念时域概念电磁信号是连续或离散的；电磁信号是连续或离散的；正弦波：正弦波：s（t）=A sin（2ft+）（注：少一个字符）（注：少一个字符）（A）振幅（振幅（A）：信号对比时间的峰值，单位：伏特或）：信号对比时间的峰值，单位：伏特或瓦特瓦特（B）频率（频率（f）：信号重复的速度，单位：周）：信号重复的速度，单位：周/秒或赫兹秒或赫兹（HZ）（C）周期（周期（T）：信号重复一次所需的时间，单位：秒）：信号重复一次所需的时间，单位：秒 T=1/f；（D）相位（相位（）：在一个完整的信号周期范围内对时间）：在一个完整的信号周期范围
17、内对时间相对位置的度量相对位置的度量24频率、频谱和带宽 （2）频域概念频域概念基本频率或基波：当全部信号的频率是某一频率的整数倍基本频率或基波：当全部信号的频率是某一频率的整数倍时，后者称为基波；时，后者称为基波；即存在两个信号，信号即存在两个信号，信号A的频率是信号的频率是信号B频率的整数倍，频率的整数倍，那么信号那么信号B称为基波，且信号称为基波，且信号A、B 合成后的频率为合成后的频率为B的频率的频率（基波的频率）整数倍；（基波的频率）整数倍；（3）频谱：信号所包括频率的范围；（针对合成信号，频频谱：信号所包括频率的范围；（针对合成信号，频率范围是信号率范围是信号A和信号和信号B 的频
18、率区间）的频率区间）信号的绝对带宽信号的绝对带宽.（4）有效带宽或带宽：信号的大部分能量往往包含在频率有效带宽或带宽：信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带较窄的一段频带.（5）直流成分：直流成分：252.2 信道及其主要特征信道及其主要特征1.数字信道和模拟信道数字信道和模拟信道 数字信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。传输数据的信道。计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输 ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网、局域网 模拟信道模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据：以连续模拟信号形式传输数据
19、的信道。的信道。CATV、无线电广播、电话拨号线路、无线电广播、电话拨号线路26 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号 模拟信号模拟信号 时间上连续，包含无穷多个信号值时间上连续，包含无穷多个信号值 模拟信号能在数字信道上传输吗？模拟信号能在数字信道上传输吗？数字信号数字信号 时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号 数字信号能在模拟信道上传输吗？数字信号能在模拟信道上传输吗？ta）模拟信号tb）数字信号27 周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号 周期信号周期信号 信号由不断重复的固定模式组成信号由不断重复的固定模式组成（
20、如正弦波）（如正弦波）非周期信号非周期信号 信号没有固定的模式和波形循环信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）（如语音的音波信号）。tTTTtTTT周周期期信信号号非非周周期期信信号号tt28 数字通信与模拟通信数字通信与模拟通信 数字通信数字通信 在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输 模拟通信模拟通信 在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输 数字通信的优点数字通信的优点 抗噪声（干扰）能力强抗噪声（干扰）能力强 可以控制差错，提高了传输质量可以控制差错，提高了传输质量 便于用计算机进行处理便于用计
21、算机进行处理 易于加密、保密性强易于加密、保密性强 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活可以传输语音、数据、影像，通用、灵活计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网。如通过电话线拨号上网。292.信道的最大数据传输率信道的最大数据传输率 Nyquist公式公式：用于无噪声理想低通信道用于无噪声理想低通信道 Nyquist公式为公式为估算已知带宽信道的最高数估算已知带宽信道的最高数据传输速率据传输速率提供了依据。提供了依据。例如，话音级线路的带例如，话音级线路的带 宽约为宽约为3.1kHz，根据上，根据上 式计算的信道最
22、大数据式计算的信道最大数据 传输率如右表所示传输率如右表所示C=2W log2 MC =数据传输率，单位数据传输率，单位b/s W=带宽，单位带宽，单位HzM=信号编码级数信号编码级数M 最大数据率最大数据率 2 6200 b/s 4 12400 b/s 8 18600 b/s16 24800 b/s32 31000 b/s30 非理想信道非理想信道 实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。损耗损耗引起信号强度减弱，导致信噪比信噪比S/N降低降低。延迟延迟会使接收端的信号产生畸变信号产生畸变。噪声噪声会破坏信号，产生误码破坏信号，产生误码。例如：数据传输速率为56k
23、b/s时，持续时间0.01s的干扰会破坏约560个比特。010110011001010010110011001010010110111001000误码位传输数据：信号：噪声：信号与噪声叠加：采样时序：接收数据：原始数据：31 Shannon公式公式：用于有噪声干扰信道用于有噪声干扰信道例：信道带宽例：信道带宽W=3.1kHz，S/N=2000，则，则 C=3100log2（1+2000）34kb/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于即该信道上的最大数据传输率不会大于34kb/s。信噪比的单位也可用分贝(dB)表示：S/NdB=10log10 S/N所以，若S/NdB=30dB，则S/N=10
24、00。C=W log2（1+S/N）C:传输率，单位传输率，单位b/sW:带宽，单位带宽，单位HzS/N:信噪比信噪比32Nyquist公式和公式和Shannon公式的比较公式的比较 C=2W log2M 用于理想信道（这样的信道存在吗？）用于理想信道（这样的信道存在吗？）数据传输率随信号编码级数增加而增加。数据传输率随信号编码级数增加而增加。C=W log2（1+S/N）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）！）无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。噪声信道可能达到的最
25、大数据传输速率上限。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。333.通信网络中站点的连接方式通信网络中站点的连接方式点-点连接主站交换连接集线式连接次站次站次站中心站集中器交换机多点连接344.数据传输方式数据传输方式 单单/双工通信双工通信单单/双向传输双向传输 单工单工：数据单向传输：数据单向传输（例：无线电广播）（例：无线电广播）半双工半双工：数据可以双向交替传输，但不能在同：数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输一时刻双向传输（例：对讲机）（例：对讲机）全双工全双工：数据可以双向同时传输：数据可以双向同时传输（例：电话）（例：电话）
26、需要具有两条物理上独立的传输线路；需要具有两条物理上独立的传输线路；或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于不同方向的信号传输。于不同方向的信号传输。35发送接收单向通道单向通道双向通道双向通道双向通道双向通道(a)(a)(b)(b)(c)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信 36数据串/并行通信 1.串行传输串行传输 串行传输是一位一位地传送，从发送端到接串行传输是一位一位地传送，从发送端到接收收端只要一根传输线即可端只要一根传输线即可,节省设备，适用于远程通信节省设备，适用于远程通信 接收设
27、备2314567812345678发 送设备串 行 到 并行的转换并 行 到 串行的转换37串行传输的特点串行传输的特点 传输速度较低，一次一位；传输速度较低，一次一位；通信成本也较低，只需一个信道。通信成本也较低，只需一个信道。支持长距离传输，目前计算机网络中所用支持长距离传输，目前计算机网络中所用的传输方式均为串行传输。的传输方式均为串行传输。38数据串/并行通信 2.并行传输并行传输 并行传输的速率高，可以一次同时传输若干比并行传输的速率高，可以一次同时传输若干比特的数据。特的数据。2345678发 送设备接 收设备校验数据线数据位39并行传输的特点并行传输的特点 传输速度快：一位传输速
28、度快：一位(比特比特)时间内可传输一时间内可传输一个字符；个字符；通信成本高：每位传输要求一个单独的信通信成本高：每位传输要求一个单独的信道支持；因此如果一个字符包含道支持；因此如果一个字符包含8个二进制位，个二进制位，则并行传输要求则并行传输要求8个独立的信道的支持；个独立的信道的支持；不支持长距离传输：由于信道之间的电容不支持长距离传输：由于信道之间的电容感应，远距离传输时，可靠性较低。感应，远距离传输时，可靠性较低。40 基带基带/频带频带/宽带传输宽带传输 基带传输基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。直接在信道上传送。例如：以太网（
29、局域网）例如：以太网（局域网）频带传输频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方需要解调。传送，接收方需要解调。例如：通过电话网络传输数据例如：通过电话网络传输数据 宽带传输宽带传输：把信号调制成频带为几十：把信号调制成频带为几十MHZ到几到几百百MHZ的模拟信号后再传送，接收方需要解调。的模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：闭路电视的信号传输例如：闭路电视的信号传输41 数据同步方式数据同步方式 目的是使接收端与发送端在时间基准上一致：目的是使接收端与发送端在时间基准上一致：同步脉冲频率同步脉冲频率 数据从什么时候开始，什么时候结束数据从什么时候
30、开始，什么时候结束 位边界位边界 数据块边界数据块边界 数据通信中需要在三个层次上实现同步：数据通信中需要在三个层次上实现同步：位位位同步位同步 字符字符字符同步字符同步 帧帧(Frame)帧同步帧同步42 位同步位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，发送端保持同步，2种同步方法：种同步方法：外同步外同步发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步自同步通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号通过特殊
31、编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。己的时钟脉冲频率。发送站 同步信号数据接收的同步信号锁定后的同步信号接收站接收站收到的数据数据43 字符同步字符同步：找到正确的字符边界。：找到正确的字符边界。常用的为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字常用的为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字符的传输需要：符的传输需要：1个起始位、个起始位、58个数据位、个数据位、1、1.5或或2个停止位个停止位 采用这种同步方式的通信也称采用这种同步方式的通信也称“异步通信异步通信”
32、。起止式的优缺点：起止式的优缺点：频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步；频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步；每两个字符之间的间隔时间不固定；每两个字符之间的间隔时间不固定；增加了辅助位，所以传输效率低；增加了辅助位，所以传输效率低；例如，采用例如，采用1个起始位、个起始位、8个数据位、个数据位、2个停止位时，其传输效个停止位时，其传输效率为率为8/1173起始位起始位数据位数据位停止位停止位字符间隔不固定字符间隔不固定1个字符时间个字符时间逻辑逻辑“0”逻辑逻辑“1”44 帧同步帧同步：识别一个帧的起始和结束：识别一个帧的起始和结束。帧（帧（Frame）：数据链路
33、中的传输单位：数据链路中的传输单位包含数据和包含数据和控制信息的数据块控制信息的数据块 面向字符面向字符的的以同步字符（以同步字符（SYN，16H）来标识一）来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧 面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH，即，即01111110）来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧帧起始帧起始控制信息控制信息数据数据帧结束帧结束校验和校验和0 n bit8bit8bit8-32m7EH7EH45传输损耗 最有影响的损耗包括：衰减、衰减失真、延时变形、噪声最有影响的损耗包括：
34、衰减、衰减失真、延时变形、噪声 1.衰减衰减提出的三个问题：提出的三个问题：（1）第一：接收到的信号必须有足够的强度，这样接收第一：接收到的信号必须有足够的强度，这样接收器里的电子电路才能辨认、解释信号；器里的电子电路才能辨认、解释信号；（2）第二：信号须比收到的噪声维持一个更高的电平，第二：信号须比收到的噪声维持一个更高的电平，以避免出错；以避免出错；（3）第三：衰减是频率增量函数；第三：衰减是频率增量函数；解决问题解决问题：（1）针对第一、第二问题，可以在线路设置放大器或中针对第一、第二问题，可以在线路设置放大器或中继器，来增强信号强度；继器，来增强信号强度；（2）第三个问题针对模拟信号的
35、，可以在线路上加载线第三个问题针对模拟信号的，可以在线路上加载线圈以改变线路的电气属性，或使用高频放大器将高频放大；圈以改变线路的电气属性，或使用高频放大器将高频放大；46传输损耗 2.延迟变形延迟变形（有线传输介质特有的现象，对数字数（有线传输介质特有的现象，对数字数据影响比较大）据影响比较大）延迟变形：由于信号中各种成分延迟使得接收到延迟变形：由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形，这种效果然称为延迟变形；的信号变形，这种效果然称为延迟变形；3.噪声噪声接收到的信号包括：传送的信号、因传输系统造接收到的信号包括：传送的信号、因传输系统造成的失真、在传输和接收之间在某处插入的不必要成的失
36、真、在传输和接收之间在某处插入的不必要的信号（噪声）的信号（噪声）分类：（分类：（1）热噪声热噪声（2）内调制杂音内调制杂音（3）串串扰扰（4）脉冲噪声脉冲噪声472.3 传输介质传输介质磁介质磁介质高带宽、低费用、高带宽、低费用、高延时（小时）高延时（小时）在通信中很少使用在通信中很少使用 例：例：7GB/8mm磁带，磁带，1000盘盘/50*50*50cm3，24h可送到任何可送到任何地方。地方。总容量总容量=7*1000*8Gbits，总时间，总时间=24*60*60=86400s 传送速率传送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s 金属导体金属导体双绞线、双绞线、同轴电缆同
37、轴电缆(粗、细粗、细)光纤光纤无线介质无线介质无线电、微波、卫星、红外线无线电、微波、卫星、红外线我们追求的最快传输速率是多少？我们追求的最快传输速率是多少？48 双绞线双绞线（Twist Pair，TP）-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线-每根每根4对、对、25对、对、1800对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点：成本低成本低 组装密度高、节省空间组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）平衡传输（高速率）抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离短连接距离短应用领域：电话网络、计算机局域网应用领
38、域：电话网络、计算机局域网内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套49屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少干以铝箔屏蔽以减少干扰和串音，应用较少扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛层，应用广泛常用的双绞线：常用的双绞线：3类（类（16Mb/s）和和5类（类（155Mb/s）两种）两种50 光纤光纤（Optical Fiber）依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播 优缺点：优缺点：传输带宽高：传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（100G
39、b/s）传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能极好、误码率低，保密性好抗干扰性能极好、误码率低，保密性好 轻便轻便 价格较高价格较高 需要光电转换需要光电转换 纤芯材料：纤芯材料：塑料塑料 二氧化硅二氧化硅 （高纯玻璃）（高纯玻璃）51 光纤传输光纤传输原理原理光的反射光的反射 光从折射光从折射率高的率高的介质入射到折射介质入射到折射率低的率低的介质时会介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当当入射角入射角临界值临界值时时产生全反射，不会泄漏。产生全反射，不会泄漏。纤芯纤芯-折射率高折射率高，玻璃包层玻璃包层-折射率低
40、折射率低 亮度调制亮度调制：有有光光脉冲脉冲-1，无，无光光脉冲脉冲-0 光传输系统：光源、介质、光检测光传输系统：光源、介质、光检测 光源光源：850nm/1300nm/1500nm，发光二极管发光二极管/激光二极管激光二极管 光检测器光检测器：光电二极管光电二极管PIN/雪崩二极管雪崩二极管APD 单向传输，双向需两根光纤单向传输，双向需两根光纤 应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接52 多模光纤多模光纤(MMF)单模光纤单模光纤(SMF)：光纤的直径光纤的直径接近接近一个光波波长一个光波波长多束光线以不同的反射角传播多束光线以不同的反射角传
41、播激光器包层，折射率低纤芯，折射率高亮度调制光检波器激光器光检波器单束光线沿直线传播单束光线沿直线传播53 典型的光缆单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳常见规格：常见规格：纤纤芯芯50um缓变型缓变型-MMF 62.5um缓变型缓变型/增强型增强型-MMF 8.3um突变型突变型-SMF 包层包层125um54光钎电缆55 高密度多芯光缆高密度多芯光缆剖面结构剖面结构芯芯封套封套外套外套加强芯加强芯光纤光纤外鞘外鞘加强芯加强芯光纤束光纤束56 同轴电缆同轴电缆（Coaxial Cable）计算
42、机网络中使用基带同轴电缆计算机网络中使用基带同轴电缆 阻抗50，有粗同轴和细同轴两种 应用：总线局域网（以太网）应用：总线局域网（以太网）性能：性能：10Mb/s，500米米/185米米铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套57同轴电缆型号 RG-8或或RG-11（阻抗（阻抗50欧姆欧姆）粗缆粗缆 RG-58（50欧姆欧姆）细缆细缆 RG-59（75欧姆欧姆）CATV细缆细缆 RG-62（93欧姆欧姆）ARCnet网络及网络及IBM3270系统专系统专用用 一般为频分多路复用一般为频分多路复用58 无线介质无线介质（信号在大气或外层空间自由传播）信号在大气或外层空间自由传播）
43、使用电磁波或光波携带信息使用电磁波或光波携带信息 优缺点：优缺点：无需物理连接 适用于长距离或不便布线的场合 易受干扰 反射，为障碍物所阻隔 主要类型主要类型：无线电、地面微波 通信卫星 红外线59 无线电无线电 基站与终端之间通信采用无线链路基站与终端之间通信采用无线链路 应用领域：移动通信、无线局域网（应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端60 地面微波地面微波 通过地面站之间接力传送通过地面站之间接力传送 接力站之间距离：接力站之间距离：50-100 km 速率：每信道速率：每信道 45 Mb/
44、s地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔61 地球同步卫星地球同步卫星 与地面站相对固定位置与地面站相对固定位置 使用使用3颗卫星即可覆盖全球颗卫星即可覆盖全球 传输延迟时间长（传输延迟时间长（270ms）广播式传输广播式传输 应用领域：应用领域：电视传输电视传输 长途电话长途电话 专用网络专用网络 广域网广域网35,784公里公里地球地球62 常用传输常用传输介质介质的比较的比较（p46表表2.1）传输介质传输介质传输方式传输方式速率速率/工作频带工作频带传输距离传输距离性能性能价格价格应用应用双绞线双绞线宽带宽带基带基带1Gb/s模拟模拟:10km数字数字:500m
45、较好较好低低模拟模拟/数字数字信号传输信号传输50同轴电缆同轴电缆基带基带10Mb/s3km较好较好较低较低基带数字信基带数字信号号75同轴电缆同轴电缆宽带宽带450MHz100km较好较好较低较低模拟电视、模拟电视、数据及音频数据及音频光纤光纤基带基带40Gb/s20km以上以上很好很好较高较高远距离高速远距离高速数据传输数据传输微波微波宽带宽带4-6GHz几百几百km好好中等中等远程通信远程通信卫星卫星宽带宽带1-10GHz18000km很好很好高高远程通信远程通信632.4 数据编码数据编码 不同类型的信号在不同类型的信道上传输不同类型的信号在不同类型的信道上传输有有4种情况：种情况：数
46、据数据：模拟数据：模拟数据 数字数据数字数据信号信号：模拟信号：模拟信号 数字信号数字信号 信道信道：模拟信道：模拟信道 数字信道数字信道64 模拟传输和数字传输所使用的技术模拟传输和数字传输所使用的技术话音话音移频移频,调制调制模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟PCM编码编码数字数字数字数字数字编码数字编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制调制65 编码与调制的区别编码与调制的区别 编码编码：用数字信号承载数字或模拟数据：用数字信号承载数字或模拟数据 调制调
47、制：用模拟信号承载数字或模拟数据：用模拟信号承载数字或模拟数据EncoderDecoder数字或数字或模拟数据模拟数据x(t)g(t)数字或数字或模拟数据模拟数据发送方发送方接收方接收方g(t)编码编码解码解码66数字或数字或模拟数据模拟数据ModulatorDemodulator数字或数字或模拟数据模拟数据g(t)s(t)g(t)载波发送方发送方接收方接收方调制调制解调制解调制671.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 使数字数据能在数字信道上传输使数字数据能在数字信道上传输 把数字数据转换成某种数字脉冲信号把数字数据转换成某种数字脉冲信号 常见的有两类：常见的有两类：不归零码和曼
48、彻斯特编码不归零码和曼彻斯特编码 不归零码（不归零码（NRZ，Non-Return to Zero）二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示；分别用两种电平来表示；常用常用5V表示表示1，5V表示表示0；缺点：缺点：存在直流分量，传输中不能有变压器或电容存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。68 曼彻斯特编码曼彻斯特编码（Manchester Coding）用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1。规定在规定在每个码元的中间发生跳变每个码元的中间发生跳变：高高低的跳变代表低的跳变代表0，低，低高的跳变代表高
49、的跳变代表1 每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种化提取出来作为同步信号。这种编码也称为自编码也称为自同步码（同步码（Self-Synchronizing Code）。）。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的据速率的2倍）。倍）。差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Differential）每个码元的中间每个码元的中间仍要发生跳变。仍要发生跳变。用用码元开始处码元开始处有无跳变来表示有无跳变来表示0和和1，有跳变代，有跳变代表表0，无跳变代表，无跳变代表1。69 三种数字
50、编码的波形图三种数字编码的波形图702.数字数据的调制数字数据的调制 使数字数据能在模拟信道上传输使数字数据能在模拟信道上传输 三种常用的调制技术三种常用的调制技术：幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）频移键控FSK（Frequency Shift Keying）相移键控PSK（Phase Shift Keying）原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波信号载波信号 S(t)=Acos(t+)S(t)的参量包括：的参量包括：幅度幅度A、频率频率 、初相位初相位 调制就是要使调制就是要使A、或或 随数字基带信号的变化而变
