第2章通信技術(shù)基礎(chǔ)課件

第2章數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)傳輸介質(zhì)信道及其復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸方式和信息傳輸速率信息編碼與數(shù)字信號編碼調(diào)制技術(shù)與遠程傳輸2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念信息:是事物的固有屬性，它可以用來刻畫事物的某些性質(zhì)。信息可以采用數(shù)字、聲音、文字、圖像或圖形進行表示。在計算機中采用數(shù)據(jù)來表示所采集到的信息。

信號:是數(shù)據(jù)的電磁表現(xiàn)形式。

信號的分類按時間：模擬信號數(shù)字信號

按頻率范圍：基帶信號頻帶信號

信號按時間分類：模擬信號是隨時間連續(xù)變化的信號，也稱為連續(xù)信號；如我們使用的照明電壓（即正弦波信號）、語音信號等。

數(shù)字信號是取值不隨時間連續(xù)變化的信號，也稱為離散信號；如數(shù)字電話、數(shù)字電視中的信號。

模擬信號數(shù)字信號

相互轉(zhuǎn)換信號按頻率分類：基帶信號：指由信號源發(fā)出不經(jīng)任何變換直接進行傳輸?shù)男盘?；該類信號因為沒有經(jīng)過特殊處理，其能量有限，故一般適用于近距離通信；局域網(wǎng)中所傳輸?shù)男盘栆话銥榛鶐盘?。頻帶信號：也稱為寬帶信號，指由信號源產(chǎn)生的信號經(jīng)過處理后再進行傳輸，這種處理可能是調(diào)制過程（如調(diào)頻、調(diào)幅等），它將基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號以進行遠距離傳輸。

通信的分類：模擬通信數(shù)字通信

模擬通信：利用模擬信號傳輸信息，實現(xiàn)模擬通信的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信：利用數(shù)字信號傳輸信息，實現(xiàn)數(shù)字通信的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。

通信系統(tǒng)的組成模型2.2傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)的作用：用于連接計算機、終端和通信設(shè)備。傳輸介質(zhì)的分類：有線傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖

無線傳輸介質(zhì)短波微波

2.2.1有線傳輸介質(zhì)雙絞線:非屏蔽雙絞線（UTP:UnshieldedTwistedPair）屏蔽雙絞線（STP:ShieldedTwistedPair）同軸電纜

:按照規(guī)格分為粗纜和細(xì)纜根據(jù)傳輸信號頻率范圍的不同，分成基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜

光纖:單模光纖多模光纖

光纜:由多根光纖加上填充物、加強芯和保護層組成.2.2.2無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì):電波不是按照一個固定的方向而是向自由空間中傳播，故也稱為非導(dǎo)向性傳輸介質(zhì).

短波：頻率一般低于300MHz，它主要靠電離層的反射來進行通信。但由于受氣候等因素的影響，常導(dǎo)致電離層非常不穩(wěn)定。因此短波通信的質(zhì)量較差，一般只適用于低速率通信。微波：頻率范圍一般為300MHz至300GHz，主要使用2GHz至40GHz范圍內(nèi)的信號。微波在空間中以直線傳播，可以穿透電離層進入太空，不能通過電離層反射的方式進行通信。所以，微波采用地面微波接力通信和衛(wèi)星通信等中繼方式進行通信。

2.3信道及其復(fù)用2.3.1信道信道：傳輸信息的通道，通常由發(fā)送和接收信息的設(shè)備以及將這些設(shè)備連接在一起的傳輸介質(zhì)所組成。

信道的各種分類：模擬信道：信道中傳輸?shù)男盘枮槟M信號數(shù)字信道：信道中傳輸?shù)男盘枮閿?shù)字信號獨占信道：某條信道僅被一對通信對象所使用共享信道：同時被幾對通信對象所使用信道的各種分類：單工信道：信道僅向一個方向傳輸信號半雙工信道：信道交替地向兩個不同的方向傳輸信號全雙工信道：信道同時向兩個方向傳輸信號信道的度量：帶寬（bandwidth）：指信道允許通過信號的頻率范圍，即所能傳輸?shù)淖罡哳l率和最低頻率之差。

2.3.2信道復(fù)用信道復(fù)用：多個用戶同時使用同一條物理信道進行通信信道復(fù)用的種類：時分、頻分、波分、碼分時分復(fù)用（TDMA：TimeDivisionMultiplexingAccess）

特點：信道輪流分配給固定的用戶使用，信道浪費嚴(yán)重統(tǒng)計時分復(fù)用（STDMA：StatisticTDMA）特點：用戶隨機占用信道，信道的利用率高頻分復(fù)用（FDMA：FrequencyDivisionMultiplexingAccess)將有效傳輸數(shù)據(jù)的頻率范圍分成幾個互不重疊的頻率段，每個頻率段固定地分配給不同的用戶。波分復(fù)用（WDMA：WavelengthDivisionMultiplexingAccess）

將有效使用波長分成多個互不重疊的波段，各個波段分配給一個固定用戶使用。主要用于光纖網(wǎng)。碼分復(fù)用（CDMA：CodingDivisionMultiplexingAccess）

原理：基于碼型分割信道，每個用戶分配一個互不重疊的地址碼，這些地址碼碼型互不重疊，以此區(qū)分每個用戶。又稱為碼分多址技術(shù)。特點：抗干擾能力強，可以實現(xiàn)頻率和時間同時共享。應(yīng)用：移動通信系統(tǒng)。2.4數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞酱嬖诙喾N數(shù)據(jù)傳輸分類方式：按照通信線路上每次所傳輸?shù)谋忍匚粩?shù)分按照發(fā)送、接收雙方是否需要同步分按照傳輸?shù)男盘栴l率范圍分串行傳輸：串行通信，依據(jù)二進制數(shù)據(jù)各位的順序一位一位地依次進行傳輸；并行傳輸：并行通信，并行傳輸是一次可以傳輸若干個比特位（如8位）

特點：并行傳輸比串行傳輸快得多，但需要較多的數(shù)據(jù)線，故僅適合于近距離通信；而串行傳輸因需要的數(shù)據(jù)線少，非常適合遠距離通信；目前計算機網(wǎng)絡(luò)等通信系統(tǒng)中廣泛采用串行傳輸。

1、按照通信線路上每次所傳輸?shù)谋忍匚粩?shù)分異步傳輸：指發(fā)送方和接收方的時鐘不需要保持一致；發(fā)送方有數(shù)據(jù)就可以發(fā)送（只要信道可用），而接收方只要有數(shù)據(jù)到達就可以接收。以字符（5至8位）為單位進行傳輸。傳輸效率較低，適合于遠距離傳輸。

同步傳輸：要求發(fā)送方和接收方的時鐘一致，以保證接收方能準(zhǔn)確識別線路上傳輸?shù)拿總€比特數(shù)據(jù)。以數(shù)據(jù)塊為單位傳輸數(shù)據(jù)。傳輸效率高，適合于近距離傳輸。

2、按照發(fā)送、接收雙方是否需要同步分2.5信道的性能指標(biāo)信道的性能指標(biāo)：碼元傳輸速率比特傳輸速率誤碼率

帶寬碼元傳輸速率每秒鐘系統(tǒng)所能傳輸?shù)拇a元數(shù)。其單位為波特（baud），1波特就是1秒鐘傳輸1個碼元。碼元：攜帶數(shù)字信息的信號單元。碼元是由傳輸前的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后得到的。

比特傳輸速率指每秒鐘系統(tǒng)所能傳輸?shù)亩M制位數(shù)，其單位為比特/秒或者bps（bitpersecond）

注意：比特傳輸速率與碼元傳輸速率間存在一定的關(guān)系。誤碼率：為一定時間內(nèi)信道所傳輸出現(xiàn)錯誤的碼元數(shù)占所傳輸?shù)拇a元總數(shù)的比值。誤碼率越小，說明信道的可靠性越好，傳輸質(zhì)量越高。

2.6信息編碼與數(shù)字信號編碼信息編碼的目的：信息（數(shù)據(jù)）加密/解密信息（數(shù)據(jù)）壓縮數(shù)據(jù)的抽象表示數(shù)據(jù)校驗區(qū)分信息的性質(zhì)和含義編碼技術(shù)信息編碼：對數(shù)據(jù)進行編碼數(shù)字信號編碼：對數(shù)字信號進行編碼信號編碼的目的：提供同步信號提高信號的抗干擾性和延長信號的有效傳輸距離進行信號加密

常用的數(shù)字信號編碼方法

：不歸零制編碼（NRZ:Non-ReturnZeroCoding）

曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）

差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterCoding）

不歸零制編碼（NRZ:Non-ReturnZeroCoding）：用低電平表示邏輯“0”，用高電平表示邏輯“1”。曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）：每個比特周期的前半周期傳輸原碼，而后半周期傳輸原碼的反碼。每個比特的中間發(fā)生一個跳變來作為同步信號。

特點：曼徹斯特編碼是自同步的。缺點是編碼時鐘信號的頻率應(yīng)為信號傳輸速率的兩倍。差分曼徹斯特編碼：前沿發(fā)生跳變表示該位是“0”，前沿不發(fā)生跳變表示該位是“1”。每個比特的中間仍發(fā)生跳變，以提供同步信號

缺點：編碼時鐘信號的頻率為信號傳輸速率的兩倍，抗干擾性比較好。2.7調(diào)制技術(shù)與遠程傳輸問題：信號的遠程傳輸例子：電力供應(yīng)的高壓傳輸解決方案：常常將低頻的基帶信號加載到一個高頻信號上以傳輸更遠的距離，這個高頻信號稱為載波信號；這種將基帶信號加載到高頻的載波信號上以進行遠距離傳輸?shù)倪^程稱為調(diào)制（modulation）。通常采用的調(diào)制方法是以正弦波作為載波信號對基本信號進行變換，以進行遠程傳輸。實現(xiàn)調(diào)制的方法：調(diào)幅（AM：AmplitudeModulation）調(diào)頻(FM：FrequencyModulat