通信子網(wǎng)的基本技術(shù)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1通信子網(wǎng)的基本通信子網(wǎng)的基本(jbn)技術(shù)技術(shù)第一頁(yè)，共30頁(yè)。2.1.2 同軸電纜(tn zhu din ln) 同軸電纜（同軸電纜（coaxial cablecoaxial cable）：也像雙絞線那樣由一對(duì)）：也像雙絞線那樣由一對(duì)導(dǎo)體組成，但它們是按導(dǎo)體組成，但它們是按“同軸同軸”的形式的形式(xngsh)(xngsh)構(gòu)成構(gòu)成線對(duì)，其結(jié)構(gòu)如下圖中所示。線對(duì)，其結(jié)構(gòu)如下圖中所示。 同軸電纜(tn zhu din ln)又分為基帶（baseband）同軸電纜(tn zhu din ln)（阻抗50）和寬帶（broadband）同軸電纜(tn zhu din ln)（阻抗為75。 同

2、軸電纜還有粗和細(xì)的之分。 第1頁(yè)/共29頁(yè)第二頁(yè)，共30頁(yè)。2.1.3 光纖 光纖：是一根很細(xì)的可傳導(dǎo)光線的纖維光纖：是一根很細(xì)的可傳導(dǎo)光線的纖維(xinwi)(xinwi)媒體，其半徑僅幾微米至一、二百微媒體，其半徑僅幾微米至一、二百微米。制造光纖的材料可以是超純硅、合成玻璃米。制造光纖的材料可以是超純硅、合成玻璃或塑料。或塑料。 用光纖傳輸電信號(hào)時(shí)，在發(fā)送(f sn)端先要將其轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，而在接收端又要由光檢測(cè)器還原成電信號(hào)，如下圖所示。第2頁(yè)/共29頁(yè)第三頁(yè)，共30頁(yè)。光纖相對(duì)于如雙絞線和同軸電纜等這類金屬傳導(dǎo)媒體來(lái)說(shuō)有若干優(yōu)點(diǎn)(yudin)如下： 輕便輕便(qngbin) 低衰減和大

3、容量低衰減和大容量 . 電磁電磁(dinc)隔離隔離 光纖分為多模（多模（multimodemultimode）光纖和單模）光纖和單模( (single modesingle mode) )光纖光纖2.1.4 其它傳輸媒體 無(wú)線電（無(wú)線電（radio）通信在無(wú)線電廣播和電視廣播中已廣泛使用。 第3頁(yè)/共29頁(yè)第四頁(yè)，共30頁(yè)。蜂窩式無(wú)線電話蜂窩式無(wú)線電話(wxin dinhu)(wxin dinhu)網(wǎng)網(wǎng) 第4頁(yè)/共29頁(yè)第五頁(yè)，共30頁(yè)。微波（微波（microwavemicrowave）通信通常是指利用在）通信通常是指利用在1GHz1GHz范圍內(nèi)的電波范圍內(nèi)的電波來(lái)進(jìn)行通信。高頻來(lái)進(jìn)行通信。

4、高頻(o pn)(o pn)的微波和低頻的無(wú)線電波不同的微波和低頻的無(wú)線電波不同的一個(gè)重要特性是沿著直線傳播，而不是向各個(gè)方向擴(kuò)散的一個(gè)重要特性是沿著直線傳播，而不是向各個(gè)方向擴(kuò)散的。的。 紅外（紅外（infraredinfrared）通信）通信(tng xn)(tng xn)是利用紅外線進(jìn)行的是利用紅外線進(jìn)行的通信通信(tng xn)(tng xn)，已廣泛應(yīng)用于短距離的通信，已廣泛應(yīng)用于短距離的通信(tng (tng xn)xn)。 利用激光（利用激光（laserlaser）能不通過(guò)有形的光導(dǎo)體直接在空）能不通過(guò)有形的光導(dǎo)體直接在空中中(kngzhng)(kngzhng)傳輸，并能在很長(zhǎng)的

5、距離內(nèi)保持聚焦傳輸，并能在很長(zhǎng)的距離內(nèi)保持聚焦，即定向，的特點(diǎn)，也可用作為物理傳輸媒體。，即定向，的特點(diǎn)，也可用作為物理傳輸媒體。 衛(wèi)星衛(wèi)星（satellite）通信可以看成是一種特殊的微波通信，和一般地面微波通信的不同在于它使用地球同步衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)，如下圖所示。 第5頁(yè)/共29頁(yè)第六頁(yè)，共30頁(yè)。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(wixng (wixng tngxn) tngxn) 第6頁(yè)/共29頁(yè)第七頁(yè)，共30頁(yè)。 衛(wèi)星主要(zhyo)有三個(gè)波段：C波段、Ku波段和Ka波段。 衛(wèi)星通信的新發(fā)展是低成本的微型(wixng)地面站的出現(xiàn)，這種系統(tǒng)有時(shí)被稱為甚小口徑終端VSAT（Very Sma

6、ll Aperture Terminal）系統(tǒng)。 第7頁(yè)/共29頁(yè)第八頁(yè)，共30頁(yè)。 VSAT系統(tǒng)中利用了下述操作方式：在衛(wèi)星通信中，只要地面發(fā)送方或接收方中任一方(y fn)有大的天線和大功率的放大器，另一方(y fn)可用只有一米天線的微型終端，即VSAT。在該系統(tǒng)中，通常兩個(gè)VAST終端之間無(wú)法通過(guò)衛(wèi)星直接通信，還必須再經(jīng)過(guò)一個(gè)帶有大天線和大功率放大器的中心站來(lái)轉(zhuǎn)接，如下圖所示。 第8頁(yè)/共29頁(yè)第九頁(yè)，共30頁(yè)。使用使用(shyng)(shyng)中心站中心站的的VSAT VSAT 第9頁(yè)/共29頁(yè)第十頁(yè)，共30頁(yè)。電磁波的頻譜及在通信電磁波的頻譜及在通信(tng (tng xn)xn

7、)中作用中作用 2.2 傳輸技術(shù) 2.2.1 數(shù)據(jù)通信中的若干(rugn)技術(shù)參數(shù) 第10頁(yè)/共29頁(yè)第十一頁(yè)，共30頁(yè)。一般點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)(xtng)都可由下圖加以概括 ：通信(tng xn)系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)可分為連續(xù)變化和離散變化兩大類。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是(hi shi)數(shù)字信號(hào)，可以相應(yīng)地把信道分為兩類：模擬信道和數(shù)字信道。 數(shù)據(jù)通信，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是數(shù)字計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字終端裝置之間的通信。 第11頁(yè)/共29頁(yè)第十二頁(yè)，共30頁(yè)。通過(guò)模擬通過(guò)模擬(mn)(mn)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信通信 因?yàn)槿魏螌?shí)際的模擬信道所能通過(guò)的信號(hào)的頻率都有一定的范圍，稱之

8、為該信道通頻帶的寬度或稱為帶寬（bandwidth）。信道的帶寬是由傳輸媒體和有關(guān)(yugun)的附加設(shè)備與電路的頻率特性綜合決定的。 第12頁(yè)/共29頁(yè)第十三頁(yè)，共30頁(yè)。 我們將介紹模擬信道的帶寬和它所傳送的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)速率(sl)之間的關(guān)系 ，奈奎斯特公式和香農(nóng)公式。 奈奎斯特公式給出了無(wú)熱噪聲（熱噪聲是指由于信道奈奎斯特公式給出了無(wú)熱噪聲（熱噪聲是指由于信道中分子熱運(yùn)動(dòng)引起的噪聲，這里假定沒(méi)有熱噪聲）時(shí)中分子熱運(yùn)動(dòng)引起的噪聲，這里假定沒(méi)有熱噪聲）時(shí)信道帶寬對(duì)最大數(shù)據(jù)速率的限制信道帶寬對(duì)最大數(shù)據(jù)速率的限制(xinzh)(xinzh)，具體為，具體為 ：)(log22bpsLHC 這里，

9、H是信道的帶寬（以Hz為單位），而L表示某給定時(shí)刻(shk)數(shù)字信號(hào)可能取的離散值的個(gè)數(shù)。 香農(nóng)則進(jìn)一步研究了受噪聲（服從高斯分布）干擾的信道的情況，給出了香農(nóng)公式香農(nóng)公式： )(1 (log2bpsNSHC這里，S表示信號(hào)功率，N為噪聲功率，S / N則為信噪比。信噪比。 第13頁(yè)/共29頁(yè)第十四頁(yè)，共30頁(yè)。碼元速率指的是每秒信號(hào)狀態(tài)變化的次數(shù)，以波特（碼元速率指的是每秒信號(hào)狀態(tài)變化的次數(shù)，以波特（Baud）作為單位）作為單位。由于某給定時(shí)刻信號(hào)可能取的離散。由于某給定時(shí)刻信號(hào)可能取的離散 值的個(gè)數(shù)（奈奎斯特公式中的值的個(gè)數(shù)（奈奎斯特公式中的L）對(duì)各個(gè)系統(tǒng)可以不一樣，碼元速率）對(duì)各個(gè)系統(tǒng)可

10、以不一樣，碼元速率B和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)(shj)速率速率C在數(shù)值上是在數(shù)值上是不一定相等的。但是，它們間有如下關(guān)系：不一定相等的。但是，它們間有如下關(guān)系：LBC2log下面我們來(lái)說(shuō)明(shumng)兩種不同的傳輸方式：模擬傳輸與數(shù)字傳輸。模擬傳輸是一種不考慮其內(nèi)容的模擬信號(hào)傳輸方式。數(shù)字傳輸則不一樣，關(guān)心的是信號(hào)的內(nèi)容。在長(zhǎng)距離傳輸中數(shù)字傳輸技術(shù)已逐步取代早先的模擬傳輸技術(shù)。第14頁(yè)/共29頁(yè)第十五頁(yè)，共30頁(yè)。2.2.2 數(shù)字(shz)調(diào)制技術(shù) 由信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)通常稱為基帶信號(hào)，在調(diào)制過(guò)程中，基帶信號(hào)又稱為調(diào)制信號(hào)（實(shí)際上是被調(diào)制的信號(hào)）。調(diào)制的過(guò)程就是按調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）的變化規(guī)律去改變

11、載波某些參數(shù)的過(guò)程。 調(diào)制的方法大體上分為兩大類：用正弦型高頻信號(hào)作為載波的正弦波調(diào)制和用脈沖串作為載波的脈沖調(diào)制。正弦波調(diào)制又分為模擬(mn)調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩種。所謂模擬(mn)調(diào)制，就是調(diào)制信號(hào)為連續(xù)型的正弦波調(diào)制，而數(shù)字調(diào)制則是調(diào)制信號(hào)為數(shù)字型的正弦波調(diào)制。第15頁(yè)/共29頁(yè)第十六頁(yè)，共30頁(yè)。正弦振蕩的載波可用A sin(2nft+)來(lái)表示(biosh)，使其幅度A、頻率f或相位隨基帶信號(hào)變化而變化，就可在載波上進(jìn)行調(diào)制了。這三者分別成為幅度調(diào)制(Amplitude Modulation)、頻率調(diào)制(Frequency Modulation)或相位調(diào)制(Phase Modulation

12、)，亦可分別簡(jiǎn)稱為調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)或調(diào)相(PM)。第16頁(yè)/共29頁(yè)第十七頁(yè)，共30頁(yè)。第17頁(yè)/共29頁(yè)第十八頁(yè)，共30頁(yè)。 所謂全雙工，就是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)在兩個(gè)(lin )方向傳輸。下圖介紹的是貝爾公司的108系列調(diào)頻方式的調(diào)制解調(diào)器的規(guī)范。 第18頁(yè)/共29頁(yè)第十九頁(yè)，共30頁(yè)。話頻線路話頻線路(xinl)(xinl)上的全雙上的全雙工工FMFM傳輸傳輸 第19頁(yè)/共29頁(yè)第二十頁(yè)，共30頁(yè)。 在數(shù)字調(diào)制中，可以利用數(shù)字信號(hào)離散取值的特點(diǎn)，由數(shù)字電路的開(kāi)關(guān)，象撥鍵一樣來(lái)控制振幅(zhnf)、頻率或相位的變化。因而在數(shù)據(jù)通信中調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相常相應(yīng)地稱為幅移鍵控ASK(Ampli

13、tude Shift Keying)、頻移鍵控FSK(Frequency Shift Keying)和相移鍵控PSK(Phase Shift Keying)。下圖給出了用數(shù)字電路開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制的原理圖。 第20頁(yè)/共29頁(yè)第二十一頁(yè)，共30頁(yè)。FSKFSK調(diào)制調(diào)制(tiozh)(tiozh)原原理圖理圖 第21頁(yè)/共29頁(yè)第二十二頁(yè)，共30頁(yè)。2.2.3 脈碼調(diào)制在發(fā)送端將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的裝置稱為編碼器（Coder），而在接收端將收到的數(shù)字信號(hào)復(fù)原成模擬信號(hào)的裝置則稱為解碼器(Decoder)。通常進(jìn)行的是雙向通信，使用既能編碼又能解碼的裝置，即編碼解碼器（Codec）。模擬信號(hào)

14、通過(guò)編碼解碼器進(jìn)行數(shù)字傳輸?shù)墓ぷ鬟^(guò)程(guchng)示意如下圖：第22頁(yè)/共29頁(yè)第二十三頁(yè)，共30頁(yè)。將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的常用方法(fngf)是脈碼調(diào)制PCM(Pulse Code Modulation)。脈碼調(diào)制的過(guò)程由取樣、量化和編碼三步構(gòu)成。 1、取樣：就是按照一定的時(shí)間間隔采樣(ci yn)測(cè)量模擬信號(hào)幅值。 2、量化：就是將取樣點(diǎn)處測(cè)得的信號(hào)幅值分級(jí)(fn j)取整的過(guò)程。 3、編碼：就是將量化后的整數(shù)值用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。 脈碼調(diào)制中，分級(jí)取整量化時(shí)引進(jìn)了誤差。顯然分級(jí)越細(xì)，誤差越小。但分級(jí)越細(xì)，每個(gè)樣本點(diǎn)編碼所需的比特?cái)?shù)就越多。下圖給出了脈碼調(diào)制的示意圖。 第23頁(yè)/共29

15、頁(yè)第二十四頁(yè)，共30頁(yè)。脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制 第24頁(yè)/共29頁(yè)第二十五頁(yè)，共30頁(yè)。2.2.4 多路復(fù)用 多路復(fù)用：多路復(fù)用：技術(shù)就是把許多信號(hào)在單一的傳輸線路和用單一的傳輸設(shè)備來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。 兩種常用的多路復(fù)用技術(shù)：頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用FDMFDM（Frequency Division Multiplexing）和時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用TDMTDM（Time Division Multiplexing）。 下圖中給出的話頻線路上全雙工FM傳輸?shù)睦?：第25頁(yè)/共29頁(yè)第二十六頁(yè)，共30頁(yè)。第26頁(yè)/共29頁(yè)第二十七頁(yè)，共30頁(yè)。T1T1信道信道(xn do) (xn do) 的的T

16、DM TDM 波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用WDMWDM（Wavelength Division Multiplexing） 第27頁(yè)/共29頁(yè)第二十八頁(yè)，共30頁(yè)。2.2.5 數(shù)字信號(hào)的編碼(bin m)技術(shù) 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼(bin m)(bin m)（Manchester EncodingManchester Encoding）：是為）：是為了自帶位同步（或稱比特同步）信號(hào)而采用的一種編碼了自帶位同步（或稱比特同步）信號(hào)而采用的一種編碼(bin m)(bin m)方法。方法。 差分曼徹斯特編碼（差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester EncodingDifferential Manchester Encoding）是基本）是基本(jbn)(jbn)曼徹斯特編碼的變形曼徹斯特編碼的變形4B/5B4B