通信技術概述解析課件

第4章通信技術計算機系統(tǒng)工程系2009.9第4章通信技術計算機系統(tǒng)工程系1本章內容4.1通信的有關概念4.2通信系統(tǒng)的基本模型4.3通信的分類4.4傳輸介質4.5通信網(wǎng)基本概念本章內容4.1通信的有關概念24通信技術4.1通信的有關概念1.通信

為達到相互聯(lián)系的目的，使用電、磁、光等手段傳送語音、圖像、數(shù)字等各種數(shù)據(jù)信息的過程。

從莫爾斯1838年發(fā)明電報起，通信的發(fā)展經(jīng)歷了3大階段：

以1838年發(fā)明電報為標志的通信初級階段；

以1948年香農提出的信息論開始的近代通信階段；

以20世紀80年代出現(xiàn)的光纖通信系統(tǒng)為代表的和以綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN）迅速崛起為標志的現(xiàn)代通信階段。4通信技術4.1通信的有關概念32.信號：

傳輸?shù)南⑹且怨?、電、磁的形式表現(xiàn)出來的,稱為信號。

數(shù)據(jù)要通過傳輸介質從發(fā)送端傳遞到接受端，先按照傳輸介質的特性將數(shù)據(jù)轉換成傳輸介質上所承載的信號，接受端傳輸介質取得信號后，再將其還原成數(shù)據(jù)。

不同傳輸介質所承載的信號類型不同，信號的物理特性也不相同。

銅質纜線承載的是電流信號。

光纜線承載的是光信號。

無線通信則通過天空傳遞電磁波信號

。4.1通信的有關概念2.信號：4.1通信的有關概念43.模擬信號與數(shù)字信號通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?，當它為時間的連續(xù)函數(shù)時，稱為連續(xù)信號(模擬信號）；而當載荷信息的物理量（如電信號的幅度、頻率、相位等）的變化在時間上為離散時，則稱為離散信號。如果不僅在時間上離散，而且取值也離散，則稱為數(shù)字信號。4.1通信的有關概念3.模擬信號與數(shù)字信號4.1通信的有關概念5模擬信號：幅度取值連續(xù)的信號。（函數(shù)值隨時間連續(xù)變化）

模擬信號

4.1通信的有關概念模擬信號：幅度取值連續(xù)的信號。（函數(shù)值隨時間連續(xù)變化）6模擬信號特點：信號的波形幅度上連續(xù)它連續(xù)地“模擬”著信息的變化。如發(fā)話者的話音改變時，信號的波形也改變。

模擬信號將待傳遞的信息包含在信號的波形之中。普通的電話、傳真、電視的信號都是模擬信號。4.1通信的有關概念模擬信號特點：4.1通信的有關概念7數(shù)字信號：幅度取值離散的信號(a)二進制碼元(b)多進制碼元圖1-4數(shù)字信號

“1”碼:有一定持續(xù)時間(Ts)的“有電流脈沖”

“0”碼:有一定持續(xù)時間(Ts)的“無電流脈沖”每個碼又稱為數(shù)字脈沖或碼元。

4.1通信的有關概念數(shù)字信號：幅度取值離散的信號(a)二進制碼元(8數(shù)字信號的特點:波形從時間和幅度上都是離散的（取值是有限個）、不連續(xù)的。從時間上看，脈沖的個數(shù)是有限個。即一段時間內（T時間內）只能傳送有限個脈沖；數(shù)字信號將待傳遞的信息包含在碼元的不同組合之中。如早期的莫爾斯電報用101110表示A?，F(xiàn)代電子計算機輸入、輸出的信號以及所處理的信號都是速率非常高的數(shù)字信號。4.1通信的有關概念數(shù)字信號的特點:4.1通信的有關概念94.基帶傳輸與頻帶傳輸（1）基帶傳輸基帶傳輸是“直接控制信號狀態(tài)”的傳輸方式，即直接傳輸原始信號的方式。對數(shù)字信號，就是按其原有的波形（以脈沖形式）在信道上直接傳輸?；鶐鬏敳恍枰{制、解調，設備花費少，適用于較小范圍的數(shù)據(jù)傳輸?；鶐В褐苯邮褂脭?shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)時，發(fā)送終端設備把數(shù)字信號轉換成脈沖電信號時，這個原始的電信號所固有的頻帶（所謂頻帶，是指用于傳輸信號所占用的頻率范圍）稱為基本頻帶，簡稱基帶（BASEband)。大多數(shù)局域網(wǎng)（LAN）使用的都是基帶傳輸。4.1通信的有關概念4.基帶傳輸與頻帶傳輸4.1通信的有關概念10

使用基帶傳輸時，數(shù)字數(shù)據(jù)由許多不同形式的電信號的波形來表示。表示二進制數(shù)字的碼元的形式不同，便產生出不同的編碼方案。主要有：單極性不歸零碼、單極性歸零碼、雙極性不歸零碼、雙極性歸零碼、曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼等。4.1通信的有關概念使用基帶傳輸時，數(shù)字數(shù)據(jù)由許多不同形式的電信號的波形來表示11當傳輸距離較遠時，由于各種原因，使用基帶傳輸時，容易產生波形的失真。出現(xiàn)差錯010010100還原后的數(shù)據(jù)t接收到的失真信號010011100t發(fā)送的基帶信號t采樣時刻4.1通信的有關概念當傳輸距離較遠時，由于各種原因，使用基帶傳輸時，容易產生波形12（2）頻帶傳輸

頻帶傳輸是一種采用調制、解調技術的傳輸形式。

在發(fā)送端，采用調制手段，對數(shù)字信號進行某種變換，將代表數(shù)據(jù)的二進制“1”和“0”，變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號，以適應在模擬信道上傳輸；在接收端，通過解調手段進行相反變換，把模擬的調制信號復原為“1”或“0”。4.1通信的有關概念（2）頻帶傳輸4.1通信的有關概念13

載波信號：在遠程傳輸過程中,特別是通過無線信道或光信道進行的數(shù)據(jù)傳輸過程中,將由編碼表示的數(shù)字基帶信號通過高頻調制后能在信道中進行傳輸?shù)男盘柗Q為載波信號。

載波(CarrierWave)

----常以一個高頻正弦信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為載波信號。用需要傳輸?shù)男盘柸ジ淖冚d波信號的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位。

4.1通信的有關概念載波信號：在遠程傳輸過程中,特別是通過無線信道或光信道進行14如：Modem，完成數(shù)字信號和模擬信號之間的轉換。

是一種能夠使計算機通過電話線同其他計算機進行通信的設備，作用是把存儲在計算機中的信息（二進制格式）轉換為以電話線傳輸?shù)穆曇舾袷?。把二進制字符轉換為聲音信號并傳到電話線上，稱為調制；而把聲音信號還原為二進制位（Bit），稱為解調。調制：將數(shù)據(jù)放上“載波”的操作稱為調制（Modulation)

調制器：執(zhí)行調制操作的裝置或程序稱為調制器（Modulator)

把要發(fā)送的數(shù)字信號轉換為頻率范圍在300~3400Hz

的模擬信號，以便在模擬線路上傳送。4.1通信的有關概念如：Modem，完成數(shù)字信號和模擬信號之間的轉換。4.1通15

調制器的作用就是個波形變換器，它把基帶數(shù)字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ?。常用的調制方法：頻率調制、振幅調制和相位調制。調頻(FrequencyModulation)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。調幅(AmplitudeModulation)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。調相(PhaseModulation)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。4.1通信的有關概念調制器的作用就是個波形變換器，它把基帶數(shù)字信號的波形變換成16010011100基帶信號調幅調頻調相基帶數(shù)字信號的幾種調制方法4.1通信的有關概念010011100基帶信號調幅調頻調相基帶數(shù)字信號的幾種調制174.1通信的有關概念解調：將數(shù)據(jù)與載波分離的操作稱為解調(Demodulation)，把模擬線路上傳送來的模擬信號轉換為數(shù)字信號。解調器：執(zhí)行解調操作的裝置或程序稱為解調器（Demodulator)

解調器的作用就是個波形識別器，它將經(jīng)過調制器變換過的模擬信號恢復成原來的數(shù)字信號。4.1通信的有關概念解調：將數(shù)據(jù)與載波分離的操作稱為解調(185、帶寬帶寬

(bandwidth)本來是指模擬信號傳遞模擬數(shù)據(jù)時信號具有的頻帶寬度，即信號頻率的變化范圍,通常由最高頻率減去最低頻率而得,單位是赫茲（或千赫、兆赫、吉赫等）?，F(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語，單位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。也指網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸流量（Throuhgput)

“神六”向地面的數(shù)據(jù)傳輸總帶寬為每秒2M，而其中用于畫面?zhèn)鬏?04k，用于畫面所帶聲音64k。4.1通信的有關概念5、帶寬4.1通信的有關概念19

通信系統(tǒng)：

傳遞信息所需要的一切技術設備和傳輸媒介。如：電話、圖像、電報、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。通信業(yè)務分類：根據(jù)所傳遞的消息不同，可分為：電報、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸及可視電話等。從廣義角度看，廣播、電視、雷達、導航、遙測遙控等也可列入通信的范圍。4.2通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)：4.2通信系統(tǒng)的基本模型20通信系統(tǒng)的基本模型步驟：消息信號處理傳輸信號還原消息4.2通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型4.2通信系統(tǒng)的基本模型21

信源、信宿信源：發(fā)送信息的一端稱為信源，信源的作用是產生消息如：聲音、數(shù)據(jù)、文字、圖像等信宿：是傳輸信息的歸宿，其作用是將復原的原始信號轉換成相應的消息。信源、信宿可以是人或設備下圖是一個信源、信宿為計算機的例子4.2通信系統(tǒng)的基本模型信源、信宿4.2通信系統(tǒng)的基本模型22數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)輸出信息傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號源點終點發(fā)送器接收器調制解調器PC機公用電話網(wǎng)調制解調器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號正文正文源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)PC機4.2通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)輸出信息傳輸輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送接收源點232.發(fā)送設備（變換器）是指把信源發(fā)出的信息變成適合于信道傳輸?shù)男盘査枰脑O備。（如上圖的調制解調器）作用：是將消息轉換為適合在信道上傳輸?shù)男盘?。發(fā)送設備的功能有兩個：4.2通信系統(tǒng)的基本模型加工處理適合某種信道傳輸?shù)男盘柗请娦盘栟D換電信號電信號2.發(fā)送設備（變換器）4.2通信系統(tǒng)的基本模型加工處理適24信息轉換為信號，通常要經(jīng)過三個步驟，即變換、編碼和調制。它們可以分別進行，也可以同時進行。變換：將表達信息的非電量的變化變換為電量的變化。編碼(譯碼）：在數(shù)字系統(tǒng)里，為了某種目的而對數(shù)字信號進行的變換。調制（解調）：在通信信系統(tǒng)中的作用是用來變換信號。4.2通信系統(tǒng)的基本模型信息轉換為信號，通常要經(jīng)過三個步驟，即變換、編碼和調制。它們253、信道(channel)：是傳輸信號的通路；信道可以由不同的傳輸媒介組成。（1）信道的帶寬：指信道不失真?zhèn)鬏斝盘柕念l率范圍，即信道容許通過的最高與最低信號頻率之差。信號帶寬:信號所含最高頻率fH與最低頻率fL之差，即信號所含頻率的寬度。4.2通信系統(tǒng)的基本模型3、信道(channel)：是傳輸信號的通路；4.2通信系26（2）信道的分類

有線信道（電信線路）：電磁信號被約束在有線傳輸線上傳輸。架空明線、雙絞線、同軸電纜及光纖等；無線信道：電磁信號沿自由空間傳輸。長波、中波、短波、微波有較寬的頻段。4.2通信系統(tǒng)的基本模型（2）信道的分類4.2通信系統(tǒng)的基本模型274、干擾（或噪聲源）

噪聲源：為了分析問題方便，一般將系統(tǒng)內所存在的干擾均折合到信道中，用噪聲源來表示。通信系統(tǒng)中的噪聲可分成三類：第一類：通信系統(tǒng)的外部噪聲。人為：各種電器開關通斷時產生的短促脈沖，熒光燈閃爍產生的脈沖串等非人為：雷電干擾、宇宙輻射等。其頻率分布可以覆蓋整個無線電波段，但其能量主要集中在20MHz以下頻段。4.2通信系統(tǒng)的基本模型4、干擾（或噪聲源）4.2通信系統(tǒng)的基本模型28第二類：通信系統(tǒng)的內部噪聲。起伏噪聲由電子熱運動引起。它是通信系統(tǒng)中的主要噪聲，是不可避免的噪聲。第三類：信道的特性不理想所引起的噪聲。有線信道中：多對傳輸線間產生的不必要的耦合。無線信道中：例如，電離層和對流層的隨機變化引起信號的隨機變化，而構成對信號的干擾。4.2通信系統(tǒng)的基本模型第二類：通信系統(tǒng)的內部噪聲。4.2通信系統(tǒng)的基本模型29數(shù)字信號通過實際的信道失真不嚴重實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號波形輸出信號波形(失真不嚴重)4.2通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)字信號通過實際的信道實際的信道輸入信號波形輸出信號波形4.30失真嚴重輸入信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號波形(失真嚴重)4.2通信系統(tǒng)的基本模型失真嚴重輸入信號波形實際的信道輸出信號波形4.2通信系統(tǒng)的314.2通信系統(tǒng)的基本模型4.2通信系統(tǒng)的基本模型325.接收設備（反變換器）將從信道上接收的信號再恢復成受信者可以接收的信息所需的設備。接收設備兩個功能：對接收信號進行與發(fā)送設備相反的變換處理，以便恢復出消息供受信者接收。如：解調、譯碼等。接收的信號已疊加有噪聲干擾，接收設備應盡可能的抑制干擾，使所恢復的信號盡可能準確。

4.2通信系統(tǒng)的基本模型5.接收設備（反變換器）4.2通信系統(tǒng)的基本模型33模擬通信系統(tǒng)模型模擬信源調制器信道解調器模擬信宿干擾源模擬通信系統(tǒng)模型4.2通信系統(tǒng)的基本模型模擬通信系統(tǒng)模型模擬調制器信道解調器模擬干擾源模擬通信系統(tǒng)模34數(shù)字信源信道干擾源信道編碼調制器解調器信源譯碼信宿數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源編碼信道譯碼4.2通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)字信源信道干擾源信道編碼調制器解調器信源譯碼信宿數(shù)字通信系351.通信按不同形式可分為如下幾類：按傳輸信號形式不同可分為模擬通信和數(shù)字通信兩類；按受信者是否在運動可分移動通信和固定通信；按通信工作頻段可分為長波、中波、短波、微波、光通信等；按通信的具體業(yè)務與內容可分為語音通信、圖像通信、多媒體通信、數(shù)據(jù)通信等；按信道具體形式可分為有線通信和無線通信；4.3通信的分類1.通信按不同形式可分為如下幾類：4.3通信的分類36通信有線通信無線通信有線電通信光纖通信短波通信微波通信衛(wèi)星通信移動通信雙絞線架空明線同軸電纜通信按信道分類4.3通信的分類通信有線通信無線通信有線電通信光纖通信短波通信微波通信衛(wèi)星通372.按信息傳送的方向和時間來分：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。（1）單工通信（單向通信）

單工通信指消息只能單方向傳輸，而不能進行與此相反方向傳送的工作方式。如遙控、無線電廣播、電視、將計算機的信息向打印機輸出的場合都屬于這種方式。4.3通信的分類2.按信息傳送的方向和時間來分：單工通信、半雙工通信和全雙38（2）半雙工通信（雙向交替通信）通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式。使用同一載波頻率的無線電對講機。4.3通信的分類（2）半雙工通信（雙向交替通信）4.3通信的分類39（3）全雙工通信（或雙工通信，雙向同時通信）全雙工通信是指通信雙方可以同時進行發(fā)送和接收消息的工作方式。電話通信、計算機之間的信息交換以及利用光波的光纖通信就屬于這種通信方式。4.3通信的分類（3）全雙工通信（或雙工通信，雙向同時通信）4.3通信403.按照數(shù)字信號碼元排列方法的不同，可分為:(1)串行傳輸：將數(shù)字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸。

通常的遠距離數(shù)字通信大都采用串行傳輸方式。串行傳輸發(fā)送設備接收設備100101014.3通信的分類3.按照數(shù)字信號碼元排列方法的不同，可分為:串行傳輸發(fā)送41(2)并行傳輸：將數(shù)字信號碼元分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號碼元序列同時在信道中傳輸。發(fā)送設備接收設備011001101010110110010101……并行傳輸4.3通信的分類(2)并行傳輸：將數(shù)字信號碼元分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號424.按通信網(wǎng)絡形式分類，通信方式可分為兩點間直通方式、分支方式和交換方式

(1)直通方式

是最簡單的一種形式，終端A與終端B之間的線路是專用的AB4.3通信的分類4.按通信網(wǎng)絡形式分類，通信方式可分為兩點間直通方式、分支43(2)分支方式

是指每個終端都通過同一信道與轉接站相互連接，終端之間不能直通信息而必須通過轉接站轉接轉接站ABCN4.3通信的分類(2)分支方式轉接站ABCN4.3通信的分類44(3)交換方式

是終端之間通過交換設備，靈活地進行線路交換地一種方式。ABC交換設備N4.3通信的分類(3)交換方式ABC交換設備N4.3通信的分類454.4傳輸介質1、明線指平行而相互絕緣的架空裸線線路。優(yōu)點：（與電纜相比），傳輸損耗低，但易受氣候和天氣影響，并且對外界噪聲干擾較敏感。目前，已逐漸被電纜所代替。4.4傳輸介質1、明線462、雙絞線兩根直徑約0.5mm外包絕緣材料的銅芯線扭絞成有一定規(guī)則的螺旋形狀，多對（如4對）再同樣扭絞在一起?？梢源蟠鬁p少或抵消線對之間的電磁干擾。4.4傳輸介質2、雙絞線4.4傳輸介質47

屏蔽（ShieldTwisted-Pair）雙絞線：金屬箔和屏蔽銅網(wǎng)非屏蔽(UTP，UnshieldTwisted-Pair)雙絞線：無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP4.4傳輸介質屏蔽（ShieldTwisted-Pair）雙絞線：金屬483、同軸電纜內導體：實心的銅質線屏蔽層：一個空心的銅質圓形薄皮絕緣層：塑料材料隔離，護套：聚氯乙烯或其它絕緣材料，特點：抗干擾性能很強。50Ω的同軸電纜：局域網(wǎng)基帶傳輸。75Ω的同軸電纜：閉路電視系統(tǒng)（CATV）。4.4傳輸介質3、同軸電纜4.4傳輸介質494、光纜多根光纖外加防護層特點：帶寬非常寬，可達20THz（實際20GHZ）以上，通信容量大?？闺姶艌龈蓴_能力強。光纜重量輕、體積小。光纜的中繼距離長。（50～100km以上）光纖的抗拉、抗擠壓性不如金屬線，制造工藝也較復雜。4.4傳輸介質4、光纜4.4傳輸介質50光線在光纖中的折射折射角入射角

包層（低折射率的媒體）

包層（低折射率的媒體）

纖芯（高折射率的媒體）

包層纖芯4.4傳輸介質光線在光纖中的折射折射角入射角包層包層纖芯包層51光纖的工作原理：高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?.4傳輸介質光纖的工作原理：高折射率低折射率光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩?24.5通信網(wǎng)基本概念1.通信網(wǎng)

現(xiàn)代通信往往需要許多通信點之間建立相互連接，而且點與點之間不只一條路徑，因此多對多的通信系統(tǒng)，即多用戶通信系統(tǒng)互聯(lián)的總體稱為通信網(wǎng)。

通信的最基本形式是在信源和信宿之間建立起一條傳輸信息的通道。當信源和信宿的數(shù)量有限時，完全可能。如：兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。但當信源和信宿的數(shù)量較多時，若在信源和信宿之間都建立起固定的信息傳輸通道則會造成很大浪費。

4.5通信網(wǎng)基本概念1.通信網(wǎng)通信的最基本形式是在信535部電話機兩兩相連，需10對電線。

更多的電話機互相連通

結論：

N部電話機兩兩相連，需N(N

–1)/2對電線。當電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。

系統(tǒng)成本將隨終端數(shù)目的增加而大大增加信道的利用率就不高4.5通信網(wǎng)基本概念5部電話機兩兩相連，需10對電線。更54使用交換機

當電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務?！?/p>

交換機4.5通信網(wǎng)基本概念使用交換機…交換機4.5通552.通信網(wǎng)現(xiàn)狀三大網(wǎng):電信網(wǎng)——電信部門運營有線電視網(wǎng)——廣電部門運營因特網(wǎng)——各公司企業(yè)自己運營局域網(wǎng)，現(xiàn)已連成世界范圍的因特網(wǎng)（Internet)4.5通信網(wǎng)基本概念2.通信網(wǎng)現(xiàn)狀4.5通信網(wǎng)基本概念562.通信網(wǎng)現(xiàn)狀（1）電信網(wǎng)電信網(wǎng)包括：電話網(wǎng)、電報網(wǎng)、傳真網(wǎng)、幀中繼、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)等為用戶提供各種通信業(yè)務，如電話、傳真、會議電視及數(shù)據(jù)通信等。2.通信網(wǎng)現(xiàn)狀（1）電信網(wǎng)57電信網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷：同步光纖網(wǎng)(SONET-SynchronousOpticalNetwork)或同步數(shù)字體系網(wǎng)(SDH---SynchronousDigitalHierarchy)綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN-IntegratedServiceDigitalNetwork)數(shù)字網(wǎng)模擬網(wǎng)（1）電信網(wǎng)電信網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷：同步光纖網(wǎng)(SONET-Synchron58

（2）有線電視網(wǎng)

有線電視網(wǎng)（CATV—CableTelevision)

混合光纖同軸電纜網(wǎng)（HFC—HybridFiberCoax）第一代CATV主要以同軸電纜為主，單向傳輸。第二代CATV將向混合光纖/同軸(HFC)網(wǎng)絡發(fā)展，單向傳輸。第三代CATV將向雙向HFC方向發(fā)展，視頻點播就是一個很好的例子。2.通信網(wǎng)現(xiàn)狀（2）有線電視網(wǎng)2.通信網(wǎng)現(xiàn)狀59（3）計算機網(wǎng)

計算機網(wǎng)絡技術起源于美國，其發(fā)展經(jīng)歷為：包交換、分組交換多接入網(wǎng)絡IP協(xié)議OSI7層協(xié)議InternetATM與B-ISDN2.通信網(wǎng)現(xiàn)狀（3）計算機網(wǎng)包交換、分組交換多接入網(wǎng)絡IP協(xié)議OSI7603.通信網(wǎng)的發(fā)展方向

可視化、智能化和個人化是通信業(yè)務今后發(fā)展的總趨勢，它們將對通信網(wǎng)的發(fā)展產生深刻的影響。未來的通信網(wǎng)將向數(shù)字化、綜合化、寬帶化、智能化和個人化方向發(fā)展，最終實現(xiàn)三網(wǎng)合一，全球一網(wǎng)。4.5通信網(wǎng)基本概念3.通信網(wǎng)的發(fā)展方向4.5通信網(wǎng)基本概念61第4章通信技術計算機系統(tǒng)工程系2009.9第4章通信技術計算機系統(tǒng)工程系62本章內容4.1通信的有關概念4.2通信系統(tǒng)的基本模型4.3通信的分類4.4傳輸介質4.5通信網(wǎng)基本概念本章內容4.1通信的有關概念634通信技術4.1通信的有關概念1.通信

為達到相互聯(lián)系的目的，使用電、磁、光等手段傳送語音、圖像、數(shù)字等各種數(shù)據(jù)信息的過程。

從莫爾斯1838年發(fā)明電報起，通信的發(fā)展經(jīng)歷了3大階段：

以1838年發(fā)明電報為標志的通信初級階段；

以1948年香農提出的信息論開始的近代通信階段；

以20世紀80年代出現(xiàn)的光纖通信系統(tǒng)為代表的和以綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN）迅速崛起為標志的現(xiàn)代通信階段。4通信技術4.1通信的有關概念642.信號：

傳輸?shù)南⑹且怨狻㈦?、磁的形式表現(xiàn)出來的,稱為信號。

數(shù)據(jù)要通過傳輸介質從發(fā)送端傳遞到接受端，先按照傳輸介質的特性將數(shù)據(jù)轉換成傳輸介質上所承載的信號，接受端傳輸介質取得信號后，再將其還原成數(shù)據(jù)。

不同傳輸介質所承載的信號類型不同，信號的物理特性也不相同。

銅質纜線承載的是電流信號。

光纜線承載的是光信號。

無線通信則通過天空傳遞電磁波信號

。4.1通信的有關概念2.信號：4.1通信的有關概念653.模擬信號與數(shù)字信號通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?，當它為時間的連續(xù)函數(shù)時，稱為連續(xù)信號(模擬信號）；而當載荷信息的物理量（如電信號的幅度、頻率、相位等）的變化在時間上為離散時，則稱為離散信號。如果不僅在時間上離散，而且取值也離散，則稱為數(shù)字信號。4.1通信的有關概念3.模擬信號與數(shù)字信號4.1通信的有關概念66模擬信號：幅度取值連續(xù)的信號。（函數(shù)值隨時間連續(xù)變化）

模擬信號

4.1通信的有關概念模擬信號：幅度取值連續(xù)的信號。（函數(shù)值隨時間連續(xù)變化）67模擬信號特點：信號的波形幅度上連續(xù)它連續(xù)地“模擬”著信息的變化。如發(fā)話者的話音改變時，信號的波形也改變。

模擬信號將待傳遞的信息包含在信號的波形之中。普通的電話、傳真、電視的信號都是模擬信號。4.1通信的有關概念模擬信號特點：4.1通信的有關概念68數(shù)字信號：幅度取值離散的信號(a)二進制碼元(b)多進制碼元圖1-4數(shù)字信號

“1”碼:有一定持續(xù)時間(Ts)的“有電流脈沖”

“0”碼:有一定持續(xù)時間(Ts)的“無電流脈沖”每個碼又稱為數(shù)字脈沖或碼元。

4.1通信的有關概念數(shù)字信號：幅度取值離散的信號(a)二進制碼元(69數(shù)字信號的特點:波形從時間和幅度上都是離散的（取值是有限個）、不連續(xù)的。從時間上看，脈沖的個數(shù)是有限個。即一段時間內（T時間內）只能傳送有限個脈沖；數(shù)字信號將待傳遞的信息包含在碼元的不同組合之中。如早期的莫爾斯電報用101110表示A?，F(xiàn)代電子計算機輸入、輸出的信號以及所處理的信號都是速率非常高的數(shù)字信號。4.1通信的有關概念數(shù)字信號的特點:4.1通信的有關概念704.基帶傳輸與頻帶傳輸（1）基帶傳輸基帶傳輸是“直接控制信號狀態(tài)”的傳輸方式，即直接傳輸原始信號的方式。對數(shù)字信號，就是按其原有的波形（以脈沖形式）在信道上直接傳輸?；鶐鬏敳恍枰{制、解調，設備花費少，適用于較小范圍的數(shù)據(jù)傳輸。基帶：直接使用數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)時，發(fā)送終端設備把數(shù)字信號轉換成脈沖電信號時，這個原始的電信號所固有的頻帶（所謂頻帶，是指用于傳輸信號所占用的頻率范圍）稱為基本頻帶，簡稱基帶（BASEband)。大多數(shù)局域網(wǎng)（LAN）使用的都是基帶傳輸。4.1通信的有關概念4.基帶傳輸與頻帶傳輸4.1通信的有關概念71

使用基帶傳輸時，數(shù)字數(shù)據(jù)由許多不同形式的電信號的波形來表示。表示二進制數(shù)字的碼元的形式不同，便產生出不同的編碼方案。主要有：單極性不歸零碼、單極性歸零碼、雙極性不歸零碼、雙極性歸零碼、曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼等。4.1通信的有關概念使用基帶傳輸時，數(shù)字數(shù)據(jù)由許多不同形式的電信號的波形來表示72當傳輸距離較遠時，由于各種原因，使用基帶傳輸時，容易產生波形的失真。出現(xiàn)差錯010010100還原后的數(shù)據(jù)t接收到的失真信號010011100t發(fā)送的基帶信號t采樣時刻4.1通信的有關概念當傳輸距離較遠時，由于各種原因，使用基帶傳輸時，容易產生波形73（2）頻帶傳輸

頻帶傳輸是一種采用調制、解調技術的傳輸形式。

在發(fā)送端，采用調制手段，對數(shù)字信號進行某種變換，將代表數(shù)據(jù)的二進制“1”和“0”，變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號，以適應在模擬信道上傳輸；在接收端，通過解調手段進行相反變換，把模擬的調制信號復原為“1”或“0”。4.1通信的有關概念（2）頻帶傳輸4.1通信的有關概念74

載波信號：在遠程傳輸過程中,特別是通過無線信道或光信道進行的數(shù)據(jù)傳輸過程中,將由編碼表示的數(shù)字基帶信號通過高頻調制后能在信道中進行傳輸?shù)男盘柗Q為載波信號。

載波(CarrierWave)

----常以一個高頻正弦信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為載波信號。用需要傳輸?shù)男盘柸ジ淖冚d波信號的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位。

4.1通信的有關概念載波信號：在遠程傳輸過程中,特別是通過無線信道或光信道進行75如：Modem，完成數(shù)字信號和模擬信號之間的轉換。

是一種能夠使計算機通過電話線同其他計算機進行通信的設備，作用是把存儲在計算機中的信息（二進制格式）轉換為以電話線傳輸?shù)穆曇舾袷?。把二進制字符轉換為聲音信號并傳到電話線上，稱為調制；而把聲音信號還原為二進制位（Bit），稱為解調。調制：將數(shù)據(jù)放上“載波”的操作稱為調制（Modulation)

調制器：執(zhí)行調制操作的裝置或程序稱為調制器（Modulator)

把要發(fā)送的數(shù)字信號轉換為頻率范圍在300~3400Hz

的模擬信號，以便在模擬線路上傳送。4.1通信的有關概念如：Modem，完成數(shù)字信號和模擬信號之間的轉換。4.1通76

調制器的作用就是個波形變換器，它把基帶數(shù)字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ?。常用的調制方法：頻率調制、振幅調制和相位調制。調頻(FrequencyModulation)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。調幅(AmplitudeModulation)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。調相(PhaseModulation)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。4.1通信的有關概念調制器的作用就是個波形變換器，它把基帶數(shù)字信號的波形變換成77010011100基帶信號調幅調頻調相基帶數(shù)字信號的幾種調制方法4.1通信的有關概念010011100基帶信號調幅調頻調相基帶數(shù)字信號的幾種調制784.1通信的有關概念解調：將數(shù)據(jù)與載波分離的操作稱為解調(Demodulation)，把模擬線路上傳送來的模擬信號轉換為數(shù)字信號。解調器：執(zhí)行解調操作的裝置或程序稱為解調器（Demodulator)

解調器的作用就是個波形識別器，它將經(jīng)過調制器變換過的模擬信號恢復成原來的數(shù)字信號。4.1通信的有關概念解調：將數(shù)據(jù)與載波分離的操作稱為解調(795、帶寬帶寬

(bandwidth)本來是指模擬信號傳遞模擬數(shù)據(jù)時信號具有的頻帶寬度，即信號頻率的變化范圍,通常由最高頻率減去最低頻率而得,單位是赫茲（或千赫、兆赫、吉赫等）。現(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語，單位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。也指網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸流量（Throuhgput)

“神六”向地面的數(shù)據(jù)傳輸總帶寬為每秒2M，而其中用于畫面?zhèn)鬏?04k，用于畫面所帶聲音64k。4.1通信的有關概念5、帶寬4.1通信的有關概念80

通信系統(tǒng)：

傳遞信息所需要的一切技術設備和傳輸媒介。如：電話、圖像、電報、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。通信業(yè)務分類：根據(jù)所傳遞的消息不同，可分為：電報、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸及可視電話等。從廣義角度看，廣播、電視、雷達、導航、遙測遙控等也可列入通信的范圍。4.2通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)：4.2通信系統(tǒng)的基本模型81通信系統(tǒng)的基本模型步驟：消息信號處理傳輸信號還原消息4.2通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型4.2通信系統(tǒng)的基本模型82

信源、信宿信源：發(fā)送信息的一端稱為信源，信源的作用是產生消息如：聲音、數(shù)據(jù)、文字、圖像等信宿：是傳輸信息的歸宿，其作用是將復原的原始信號轉換成相應的消息。信源、信宿可以是人或設備下圖是一個信源、信宿為計算機的例子4.2通信系統(tǒng)的基本模型信源、信宿4.2通信系統(tǒng)的基本模型83數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)輸出信息傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號源點終點發(fā)送器接收器調制解調器PC機公用電話網(wǎng)調制解調器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號正文正文源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)PC機4.2通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)輸出信息傳輸輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送接收源點842.發(fā)送設備（變換器）是指把信源發(fā)出的信息變成適合于信道傳輸?shù)男盘査枰脑O備。（如上圖的調制解調器）作用：是將消息轉換為適合在信道上傳輸?shù)男盘枴０l(fā)送設備的功能有兩個：4.2通信系統(tǒng)的基本模型加工處理適合某種信道傳輸?shù)男盘柗请娦盘栟D換電信號電信號2.發(fā)送設備（變換器）4.2通信系統(tǒng)的基本模型加工處理適85信息轉換為信號，通常要經(jīng)過三個步驟，即變換、編碼和調制。它們可以分別進行，也可以同時進行。變換：將表達信息的非電量的變化變換為電量的變化。編碼(譯碼）：在數(shù)字系統(tǒng)里，為了某種目的而對數(shù)字信號進行的變換。調制（解調）：在通信信系統(tǒng)中的作用是用來變換信號。4.2通信系統(tǒng)的基本模型信息轉換為信號，通常要經(jīng)過三個步驟，即變換、編碼和調制。它們863、信道(channel)：是傳輸信號的通路；信道可以由不同的傳輸媒介組成。（1）信道的帶寬：指信道不失真?zhèn)鬏斝盘柕念l率范圍，即信道容許通過的最高與最低信號頻率之差。信號帶寬:信號所含最高頻率fH與最低頻率fL之差，即信號所含頻率的寬度。4.2通信系統(tǒng)的基本模型3、信道(channel)：是傳輸信號的通路；4.2通信系87（2）信道的分類

有線信道（電信線路）：電磁信號被約束在有線傳輸線上傳輸。架空明線、雙絞線、同軸電纜及光纖等；無線信道：電磁信號沿自由空間傳輸。長波、中波、短波、微波有較寬的頻段。4.2通信系統(tǒng)的基本模型（2）信道的分類4.2通信系統(tǒng)的基本模型884、干擾（或噪聲源）

噪聲源：為了分析問題方便，一般將系統(tǒng)內所存在的干擾均折合到信道中，用噪聲源來表示。通信系統(tǒng)中的噪聲可分成三類：第一類：通信系統(tǒng)的外部噪聲。人為：各種電器開關通斷時產生的短促脈沖，熒光燈閃爍產生的脈沖串等非人為：雷電干擾、宇宙輻射等。其頻率分布可以覆蓋整個無線電波段，但其能量主要集中在20MHz以下頻段。4.2通信系統(tǒng)的基本模型4、干擾（或噪聲源）4.2通信系統(tǒng)的基本模型89第二類：通信系統(tǒng)的內部噪聲。起伏噪聲由電子熱運動引起。它是通信系統(tǒng)中的主要噪聲，是不可避免的噪聲。第三類：信道的特性不理想所引起的噪聲。有線信道中：多對傳輸線間產生的不必要的耦合。無線信道中：例如，電離層和對流層的隨機變化引起信號的隨機變化，而構成對信號的干擾。4.2通信系統(tǒng)的基本模型第二類：通信系統(tǒng)的內部噪聲。4.2通信系統(tǒng)的基本模型90數(shù)字信號通過實際的信道失真不嚴重實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號波形輸出信號波形(失真不嚴重)4.2通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)字信號通過實際的信道實際的信道輸入信號波形輸出信號波形4.91失真嚴重輸入信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號波形(失真嚴重)4.2通信系統(tǒng)的基本模型失真嚴重輸入信號波形實際的信道輸出信號波形4.2通信系統(tǒng)的924.2通信系統(tǒng)的基本模型4.2通信系統(tǒng)的基本模型935.接收設備（反變換器）將從信道上接收的信號再恢復成受信者可以接收的信息所需的設備。接收設備兩個功能：對接收信號進行與發(fā)送設備相反的變換處理，以便恢復出消息供受信者接收。如：解調、譯碼等。接收的信號已疊加有噪聲干擾，接收設備應盡可能的抑制干擾，使所恢復的信號盡可能準確。

4.2通信系統(tǒng)的基本模型5.接收設備（反變換器）4.2通信系統(tǒng)的基本模型94模擬通信系統(tǒng)模型模擬信源調制器信道解調器模擬信宿干擾源模擬通信系統(tǒng)模型4.2通信系統(tǒng)的基本模型模擬通信系統(tǒng)模型模擬調制器信道解調器模擬干擾源模擬通信系統(tǒng)模95數(shù)字信源信道干擾源信道編碼調制器解調器信源譯碼信宿數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源編碼信道譯碼4.2通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)字信源信道干擾源信道編碼調制器解調器信源譯碼信宿數(shù)字通信系961.通信按不同形式可分為如下幾類：按傳輸信號形式不同可分為模擬通信和數(shù)字通信兩類；按受信者是否在運動可分移動通信和固定通信；按通信工作頻段可分為長波、中波、短波、微波、光通信等；按通信的具體業(yè)務與內容可分為語音通信、圖像通信、多媒體通信、數(shù)據(jù)通信等；按信道具體形式可分為有線通信和無線通信；4.3通信的分類1.通信按不同形式可分為如下幾類：4.3通信的分類97通信有線通信無線通信有線電通信光纖通信短波通信微波通信衛(wèi)星通信移動通信雙絞線架空明線同軸電纜通信按信道分類4.3通信的分類通信有線通信無線通信有線電通信光纖通信短波通信微波通信衛(wèi)星通982.按信息傳送的方向和時間來分：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。（1）單工通信（單向通信）

單工通信指消息只能單方向傳輸，而不能進行與此相反方向傳送的工作方式。如遙控、無線電廣播、電視、將計算機的信息向打印機輸出的場合都屬于這種方式。4.3通信的分類2.按信息傳送的方向和時間來分：單工通信、半雙工通信和全雙99（2）半雙工通信（雙向交替通信）通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式。使用同一載波頻率的無線電對講機。4.3通信的分類（2）半雙工通信（雙向交替通信）4.3通信的分類100（3）全雙工通信（或雙工通信，雙向同時通信）全雙工通信是指通信雙方可以同時進行發(fā)送和接收消息的工作方式。電話通信、計算機之間的信息交換以及利用光波的光纖通信就屬于這種通信方式。4.3通信的分類（3）全雙工通信（或雙工通信，雙向同時通信）4.3通信1013.按照數(shù)字信號碼元排列方法的不同，可分為:(1)串行傳輸：將數(shù)字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸。

通常的遠距離數(shù)字通信大都采用串行傳輸方式。串行傳輸發(fā)送設備接收設備100101014.3通信的分類3.按照數(shù)字信號碼元排列方法的不同，可分為:串行傳輸發(fā)送102(2)并行傳輸：將數(shù)字信號碼元分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號碼元序列同時在信道中傳輸。發(fā)送設備接收設備011001101010110110010101……并行傳輸4.3通信的分類(2)并行傳輸：將數(shù)字信號碼元分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號1034.按通信網(wǎng)絡形式分類，通信方式可分為兩點間直通方式、分支方式和交換方式

(1)直通方式

是最簡單的一種形式，終端A與終端B之間的線路是專用的AB4.3通信的分類4.按通信網(wǎng)絡形式分類，通信方式可分為兩點間直通方式、分支104(2)分支方式

是指每個終端都通過同一信道與轉接站相互連接，終端之間不能直通信息而必須通過轉接站轉接轉接站ABCN4.3通信的分類(2)分支方式轉接站ABCN4.3通信的分類105(3)交換方式

是終端之間通過交換設備，靈活地進行線路交換地一種方式。ABC交換設備N4.3通信的分類(3)交換方式ABC交換設備N4.3通信的分類1064.4傳輸介質1、明線指平行而相互絕緣的架空裸線線路。優(yōu)點：（與電纜相比），傳輸損耗低，但易受氣候和天氣影響，并且對外界噪聲干擾較敏感。目前，已逐漸被電纜所代替。4.4傳輸介質1、明線1072、雙絞線兩根直徑約0.5mm外包絕緣材料的銅芯線扭絞成有一定規(guī)則的螺旋形狀，多對（如4對）再同樣扭絞在一起。可以大大減少或抵消線對之間的電磁干擾。4.4傳輸介質2、雙絞線4.4傳輸介質108

屏蔽（ShieldTwisted-Pair）雙絞線：金屬箔和屏蔽銅網(wǎng)非屏蔽(UTP，UnshieldTwisted-Pair)雙絞線：無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP4.4傳輸介質屏蔽（ShieldTwisted-Pair）雙絞線：金屬1093、同軸電纜內導體：實心的銅質線屏蔽層：一個空心的銅質圓形薄皮絕緣層：塑料材料隔離，護套：聚氯乙烯或其它絕緣材料，特點：抗干擾性能很強。50Ω的同軸電纜：局域網(wǎng)基帶傳輸。75Ω的同軸電纜：閉路電視系統(tǒng)（CATV）