第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)2

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)2第一頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）2.3.1同軸電纜同軸電纜是由繞同一軸線的兩個(gè)導(dǎo)體所組成，即內(nèi)導(dǎo)體（銅芯導(dǎo)線）和外導(dǎo)體(屏蔽層)，外導(dǎo)體的作用是屏蔽電磁干擾和輻射，兩導(dǎo)體之間用絕緣材料隔離。同軸電纜具有較高的帶寬和極好的抗干擾特性。同軸電纜的規(guī)格是指電纜粗細(xì)程度的度量（直徑:1.02~2.54cm），按射頻級(jí)測(cè)量單位(RG)來(lái)度量，銅芯導(dǎo)線越細(xì)，RG越高，銅芯導(dǎo)線越粗，RG越低2023/4/182第二頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）同軸電纜分類1.基帶同軸電纜 一條電纜只用于一個(gè)信道，網(wǎng)狀銅線屏蔽，特征阻抗為50，用于數(shù)字傳輸，如RG-8（粗纜以太網(wǎng)），RG-58（細(xì)纜以太網(wǎng)）。

局域網(wǎng)：50基帶同軸電纜，數(shù)據(jù)傳輸率10Mbps2.寬帶同軸電纜

一條電纜同時(shí)傳輸不同頻率的多路模擬信號(hào)，鋁箔纏繞屏蔽，特征阻抗為75，用于模擬傳輸，300～450MHz，100km，需要放大器，如RG-59（有線電視CATV）2023/4/183第三頁(yè)，共51頁(yè)。基帶同軸電纜分為：2.3傳輸媒體（介質(zhì)）細(xì)同軸50，D=1.02cm，10Mbps185m、4中繼、5段（925m）優(yōu)缺點(diǎn)： 價(jià)格低

安裝方便（T型連接器、BNC 接頭、終端匹配器） 抗干擾能力強(qiáng) 距離短 可靠性差粗同軸50，D=2.54cm，10Mbps500m、4中繼、5段（2500m）優(yōu)缺點(diǎn)： 價(jià)格稍高

安裝稍難（收發(fā)器、收發(fā)器電纜、終端匹配器） 抗干擾能力強(qiáng) 距離中等 可靠性好細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜都只能用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2023/4/184第四頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）2.3.2雙絞線雙絞線是由兩根絞合的絕緣銅線外部包裹屏蔽層和橡膠外皮而構(gòu)成。一根電纜中通常包含多對(duì)雙絞線，線對(duì)數(shù)量視用途在2對(duì)到1800對(duì)之間，連接計(jì)算機(jī)終端的雙絞線電纜通常包含2對(duì)或4對(duì)雙絞線。在局域網(wǎng)中一般也采用雙絞線作為傳輸媒體。主要用于星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌匆约€器或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心、各網(wǎng)絡(luò)工作站用一根雙絞線與之相連。雙絞線電纜可分為非屏蔽雙絞線UTP（UnshieldedTwistedPair）和屏蔽雙絞線STP（ShieldedTwistedPair）。2023/4/185第五頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）1.非屏蔽雙絞線（UTP）：雙絞線外沒有任何附加屏蔽

質(zhì)量類別（等級(jí)）3類（20MHz/

10Mbps/令牌環(huán)網(wǎng)、

10Base-T、100Base-T4）5類（100MHz/

155Mbps

/100BASE-T）6類（250MHz/1200Mbps/100BASE-T、1000BASE-T）2023/4/186第六頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）2.屏蔽雙絞線（STP）：以鋁箔屏蔽以減少干擾和串?dāng)_

安裝比UTP困難，必須配有支持屏蔽功能的特殊連接器和相應(yīng)的安裝技術(shù)價(jià)格比UTP高，但低于同軸電纜傳輸速率高，100m內(nèi)可達(dá)到155Mbps，常見速率為16Mbps和100Mbps最大使用距離限制在幾百米之內(nèi)2023/4/187第七頁(yè)，共51頁(yè)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)18第八頁(yè)，共51頁(yè)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)第九頁(yè)，共51頁(yè)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)雙絞線RJ45接法規(guī)則：

1（白綠）數(shù)據(jù)發(fā)送+2（綠）數(shù)據(jù)發(fā)送—3（白橙）數(shù)據(jù)接受+6（橙）數(shù)據(jù)接受—4（蘭）電源預(yù)留+5（白蘭）電源預(yù)留—7（白棕）音頻預(yù)留8（棕）音頻預(yù)留只適應(yīng)于（10base-T/100base-TX）絞線通訊技術(shù)對(duì)于1000base-TX絞線通訊技術(shù)接法另行規(guī)定。（TIA/EIA568A標(biāo)準(zhǔn)：線序）

TIA:電信工業(yè)聯(lián)合會(huì)；EIA:電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)第十頁(yè)，共51頁(yè)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)雙絞線RJ45接法規(guī)則：

1（白橙）數(shù)據(jù)發(fā)送+2（橙）數(shù)據(jù)發(fā)送—3（白綠）數(shù)據(jù)接受+6（綠）數(shù)據(jù)接受—4（蘭）電源預(yù)留+5（白蘭）電源預(yù)留—7（白棕）音頻預(yù)留8（棕）音頻預(yù)留只適應(yīng)于（10base-T/100base-TX）絞線通訊技術(shù)對(duì)于1000base-TX絞線通訊技術(shù)接法另行規(guī)定。（TIA/EIA568B標(biāo)準(zhǔn)：線序）第十一頁(yè)，共51頁(yè)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)雙絞線直通直線：用于不同設(shè)備之間互連（交換機(jī)-PC）568A-568A第十二頁(yè)，共51頁(yè)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)雙絞線交叉反線：用于同種設(shè)備之間互連（PC-PC，交換機(jī)-交換機(jī)）568A-568B

第十三頁(yè)，共51頁(yè)。2.3.3光纖電纜光纖傳輸原理——利用了光的反射光纖電纜：纖芯-折射率高；玻璃包層-折射率低 導(dǎo)光纖維是一種由石英玻璃纖維或塑料制成的，直徑很細(xì)，能傳導(dǎo)光信號(hào)的媒體。 玻璃包層又稱為覆層，是折射率較低的反光材料。 由于覆層的作用，在纖芯中傳輸?shù)墓庑盘?hào)幾乎不會(huì)從覆層中折射出去。這樣當(dāng)光束進(jìn)入光纖中的纖芯后，可以減少光通過光纜時(shí)的損耗，并且在纖芯邊緣產(chǎn)生全反射，使光束曲折前進(jìn)。玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼第十四頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）光纖分類： 根據(jù)使用的光源和傳輸模式，光纖可分為多模光纖MMF和單模光纖SMF多模光纖采用發(fā)光二極管產(chǎn)生可見光作為光源，定向性較差。 當(dāng)光纖纖芯的直徑比光波波長(zhǎng)大很多時(shí)，由于光束進(jìn)入纖芯中的角度不同傳播路徑也不同，這時(shí)光束是以多種模式在纖芯內(nèi)不斷反射而向前傳播。 多模光纖的傳輸距離一般 在2km以內(nèi)。纖芯/覆層的直徑為62.5/125微米。2023/4/1815第十五頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）單模光纖采用注入式激光二極管作為光源，激光的定向性強(qiáng)。單模光纖的纖芯直徑一般為幾個(gè)光波的波長(zhǎng)，當(dāng)激光束進(jìn)人玻璃芯中的角度差別很小時(shí)，能以單一的模式無(wú)反射地沿軸向傳播。單模光纖的傳輸距離可以達(dá)到幾十甚至上百公里。纖芯/覆層的直徑為8/125微米。2023/4/1816第十六頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）傳輸過程：發(fā)送端：將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)

光源發(fā)光二極管LED多模光纖

激光二極管LD單模光纖接收端：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

檢測(cè)器光電二極管PIN APD光載波調(diào)制：幅移鍵控法ASK（亮度調(diào)制），有光-1，無(wú)光-02023/4/1817第十七頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）光纖的傳輸特性：依靠光波承載信息速率高，通信容量大（僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制），數(shù)據(jù)傳輸速率已達(dá)2.4Gbps傳輸損耗小，衰減率極低，無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)50km以上，主要用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)的主干線采用光譜技術(shù)，不易受外界的信號(hào)干擾，抗干擾性能極好；本身沒有電磁輻射，所以它傳輸?shù)男盘?hào)不易被竊聽，保密性能好不易分支，普遍用于點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路2023/4/1818第十八頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）2.3.4無(wú)線介質(zhì)（大氣和外層空間）：無(wú)線傳輸使用電磁波或光波攜帶信息發(fā)送天線所產(chǎn)生的信號(hào)帶寬比介質(zhì)的特性更為重要基本方法：定向和全向定向：信號(hào)頻率越高越容易聚焦成定向的電磁波；傳送和接收天線必須仔細(xì)對(duì)齊全向：較低頻率傳輸?shù)男盘?hào)是全向性的，很多天線都能收到無(wú)需物理連接適用于長(zhǎng)距離或不便布線的場(chǎng)合易受干擾、易被偵聽2023/4/1819第十九頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）1.地面微波在有線線路昂貴或地理?xiàng)l件不允許的情況下適用；頻率范圍2GHz~40GHz地球地面站之間的直視線路微波傳送塔2023/4/1820第二十頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）當(dāng)中間不存在障礙物時(shí)，天線之間的最大距離依從公式地球地面站之間的直視線路微波傳送塔d：天線之間距離（單位km）；h：天線高度（單位m）；K：調(diào)整因子（據(jù)經(jīng)驗(yàn)K＝4/3）2023/4/1821第二十一頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）地面微波的應(yīng)用——完成遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)程通信服務(wù)（作用類似于同軸電纜和光纖電纜）：遠(yuǎn)程通信——電視傳輸樓宇間建立短距離的點(diǎn)到點(diǎn)通信——閉路電視或無(wú)線局域網(wǎng)旁路使用——繞過地方電話局直接連接長(zhǎng)途電信系統(tǒng)常用頻帶：電信系統(tǒng) 4GHz～6GHz有線電視系統(tǒng)12GHz短距離的點(diǎn)到點(diǎn)通信22GHz2023/4/1822第二十二頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）地面微波的優(yōu)點(diǎn)：微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬(2GHz~40GHz)，因此其通信信道的容量很大。與相同容量和長(zhǎng)度的電纜載波通信比較，地面微波通信建設(shè)投資少，見效快。2023/4/1823第二十三頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）地面微波的缺點(diǎn)：相鄰站之間必須直視，不能有障礙物（”視距通信”）。有時(shí)一個(gè)天線發(fā)射出的信號(hào)也會(huì)分成幾條略有差別的路徑到達(dá)接收天線，容易造成信號(hào)失真。通過地球表面的大氣傳播，易受到建筑物或天氣的影響。與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差。兩個(gè)地面站之間傳送，距離為10-100km，對(duì)大量中繼站的使用和維護(hù)要耗費(fèi)一定的人力和物力。2023/4/1824第二十四頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）2.衛(wèi)星微波經(jīng)衛(wèi)星微波的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路經(jīng)衛(wèi)星微波的廣播通信鏈路2023/4/1825第二十五頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）地球同步衛(wèi)星從技術(shù)角度上講，只要在地球赤道上空的同步軌道上，等距離地放置三顆相隔120度的衛(wèi)星，就能基本上實(shí)現(xiàn)全球的通信。為了避免產(chǎn)生干擾，衛(wèi)星之間的相隔不能小于2度（地面上測(cè)得的角位移），因此，整個(gè)赤道上35,784公里地球空只能放置180個(gè)同步衛(wèi)星。一個(gè)典型的衛(wèi)星通常擁有12～20個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶寬度為36MHz或72MHz。2023/4/1826第二十六頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）地球地面站地面站重要應(yīng)用： 電視傳播、長(zhǎng)途電話傳輸、專用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)： 通信距離遠(yuǎn)，在電波覆蓋范圍內(nèi)，任何一處都可以通信，且通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)； 受陸地災(zāi)害影響小,可靠性高； 易于實(shí)現(xiàn)廣播通信和多址通信缺點(diǎn)：

通信費(fèi)用高； 延時(shí)較大； 10GHz以上衰減較大； 易受太陽(yáng)噪聲的干擾。C波段4/6GHz下行3.7～4.2GHz上行5.925～6.425GHzKU波段11/14GHz下行11.7～12.2GHz上行14～14.5GHz

2023/4/1827第二十七頁(yè)，共51頁(yè)。2.3傳輸媒體（介質(zhì)）3.紅外線光波傳輸在短距離內(nèi)連接兩個(gè)通信設(shè)備；收發(fā)機(jī)置于可視線內(nèi)并對(duì)準(zhǔn)；可直接傳遞或通過淺色表面反射傳遞信息。特點(diǎn)：用于短距離通信，如電視、錄象機(jī)等的遙控；抗干擾能力強(qiáng)，安全保密性好；無(wú)頻率分配問題；缺點(diǎn)： 不能穿透固體，不能穿透雨和濃霧，易受天氣影響；2023/4/1828第二十八頁(yè)，共51頁(yè)。2.3.5常用傳輸媒體的比較第二十九頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼信源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；通信信道分為模擬信道和數(shù)字信道。調(diào)制編碼2023/4/1830第三十頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼2.4.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼利用數(shù)字通信信道直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的方法稱作數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在傳輸之前，需要進(jìn)行數(shù)字編碼。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方式有三種：不歸零碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼2023/4/1831第三十一頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼1.不歸零碼(NRZ，Non-ReturntoZero)二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平（常用－5V表示1，＋5V表示0）來(lái)表示。缺點(diǎn)：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機(jī)制，無(wú)法判別信號(hào)的開始和結(jié)束，必須使用外同步。2023/4/1832第三十二頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼2.曼徹斯特編碼(Manchestercode)用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個(gè)位的中間發(fā)生跳變： 高→低的跳變——1，低→高的跳變——0 ∵每個(gè)位中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)，使接收端的時(shí)鐘與發(fā)送設(shè)備的時(shí)鐘保持一致。 ∴曼徹斯特編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。它具有自同步機(jī)制，無(wú)需外同步信號(hào)。特點(diǎn)：不含直流分量；需要雙倍的傳輸帶寬。2023/4/1833第三十三頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼3.差分曼徹斯特編碼(DifferentialManchestercode)與曼徹斯特編碼相同，在每個(gè)位的中間，信號(hào)都會(huì)發(fā)生跳變；與曼徹斯特編碼不同之處在于：位中間處跳變僅用作同步信號(hào)；利用在位開始的邊界處有無(wú)跳變來(lái)表示0和1： 位開始處有跳變——0 位開始處無(wú)跳變——12023/4/1834第三十四頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼2.4.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語(yǔ)音信號(hào)設(shè)計(jì)的，用于傳輸音頻300Hz～3400Hz的模擬信號(hào)，不能直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。為了利用模擬語(yǔ)音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，也就是要對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。2023/4/1835第三十五頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼發(fā)送端將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為調(diào)制Modulation，調(diào)制設(shè)備就稱為調(diào)制器Modulator；接收端將模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為解調(diào)Demodulation，解調(diào)設(shè)備就稱為解調(diào)器Demodulator。若進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的發(fā)送端和接收端以全雙工或半雙工的方式進(jìn)行通信時(shí)，就需要同時(shí)具備調(diào)制和解調(diào)功能的設(shè)備，稱為調(diào)制解調(diào)器Modem。2023/4/1836第三十六頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼基本原理：用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。1）載波：連續(xù)的、頻率恒定的信號(hào)，表示為S(t)=Acos(t+)

2）S(t)的參量：幅度A頻率

相位3）調(diào)制就是要使這三個(gè)參量隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制的基本方法有三種：幅移鍵控ASK頻移鍵控FSK相移鍵控PSK2023/4/1837第三十七頁(yè)，共51頁(yè)。1.幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）

ASK是通過改變載波信號(hào)的幅度值A(chǔ)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)‘1’，‘0’，以載波幅度A1表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的“1”，用載波幅度A2表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的“0”（通常A1取1，A2取0），而載波信號(hào)的參數(shù)

和恒定。 特點(diǎn)： 信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單； 易受增益變化影響，效率低。第三十八頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼2.頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）

FSK是用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率來(lái)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)‘1’和‘0’：用

1表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)‘1’，用

2表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)‘0’，而載波信號(hào)的A和不變。 特點(diǎn)： 信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單； 抗干擾能力強(qiáng)，最常用的調(diào)制技術(shù)之一。2023/4/1839第三十九頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼3.相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying） PSK是通過改變載波信號(hào)的相位值表示數(shù)字信號(hào)‘1’,’0’，而載波信號(hào)的A和

不變。 PSK包括兩種類型：

絕對(duì)調(diào)相 絕對(duì)調(diào)相使用相位的絕對(duì)值，為0表示數(shù)字信號(hào)‘1’，

為π表示數(shù)字信號(hào)‘0’。

相對(duì)調(diào)相 相對(duì)調(diào)相使用相位的相對(duì)偏移值，當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為0時(shí)，相位 不變化，而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為1時(shí)，相位要偏移π。 特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，但實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜。2023/4/1840第四十頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼2.4.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼在網(wǎng)絡(luò)中除計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)外，語(yǔ)音、圖像等模擬信息必須數(shù)字化以后才能經(jīng)計(jì)算機(jī)處理并傳送。脈沖編碼調(diào)制PCM（PulseCodeModulation）是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制序列PCM技術(shù)的典型應(yīng)用是語(yǔ)音數(shù)字化。在發(fā)送端通過PCM編碼器將語(yǔ)音數(shù)據(jù)變換為數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)，通過通信信道傳送到接收方，接收方再通過PCM解碼器還原成模擬語(yǔ)音信號(hào)。2023/4/1841第四十一頁(yè)，共51頁(yè)。2.4數(shù)據(jù)編碼1.奈奎斯特定理（采樣定理）：

假設(shè)連續(xù)變化的模