通信子网的基本技术.ppt

后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页第第2章章 通信子网的基本技术通信子网的基本技术（第一讲）（第一讲）物理传输媒体 2.1.1 双绞线 有线媒体有线媒体：双绞线、同轴电缆和光纤 无线媒体无线媒体：卫星、无线电通信、红外通信、激光通信以及微波通信 双绞线：因由两根绝缘的铜线互绞在一起构成而得名，如下图所示。双绞线有非屏蔽的和屏蔽的两种。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页2.1.2 同轴电缆 同轴电缆同轴电缆（coaxial cable）：也像双绞线那样由一对导体组成，但它们是按“同轴”的形式构成线对，其结构如下图中所示。同轴电缆又分为基带（基带（baseband）同轴电缆）同轴电缆（阻抗50）和宽带（宽带（broadband）同轴电缆）同轴电缆（阻抗为75。同轴电缆还有粗和细的之分。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页2.1.3 光纤 光纤：光纤：是一根很细的可传导光线的纤维媒体，其半径仅几微米至一、二百微米。制造光纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃或塑料。用光纤传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检测器还原成电信号，如下图所示。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页光纤相对于如双绞线和同轴电缆等这类金属传导媒体来说有若干优点如下：轻便轻便 低衰减和大容量低衰减和大容量.电磁隔离电磁隔离 光纤分为多模（多模（multimodemultimode）光纤和单模）光纤和单模(single modesingle mode)光纤光纤2.1.4 其它传输媒体 无线电（无线电（radio）通信在无线电广播和电视广播中已广泛使用。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页蜂窝式无线电话网蜂窝式无线电话网 后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页微波微波（microwave）通信通常是指利用在1GHz范围内的电波来进行通信。高频的微波和低频的无线电波不同的一个重要特性是沿着直线传播，而不是向各个方向扩散的。红外红外（infrared）通信是利用红外线进行的通信，已广泛应用于短距离的通信。利用激光利用激光（laser）能不通过有形的光导体直接在空中传输，并能在很长的距离内保持聚焦，即定向，的特点，也可用作为物理传输媒体。卫星卫星（satellite）通信可以看成是一种特殊的微波通信，和一般地面微波通信的不同在于它使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号，如下图所示。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页卫星通信卫星通信 后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页 卫星主要有三个波段：C波段、Ku波段和Ka波段。卫星通信的新发展是低成本的微型地面站的出现，这种系统有时被称为甚小口径终端VSAT（Very Small Aperture Terminal）系统。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页 VSAT系统中利用了下述操作方式：在卫星通信中，只要地面发送方或接收方中任一方有大的天线和大功率的放大器，另一方可用只有一米天线的微型终端，即VSAT。在该系统中，通常两个VAST终端之间无法通过卫星直接通信，还必须再经过一个带有大天线和大功率放大器的中心站来转接，如下图所示。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页使用中心站的使用中心站的VSAT 后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页电磁波的频谱及在通信中作用电磁波的频谱及在通信中作用 2.2 传输技术 2.2.1 数据通信中的若干技术参数 后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页一般点到点的通信系统都可由下图加以概括：通信系统中传输的信号可分为连续变化和离散变化两大类。模拟信号模拟信号和数字信号数字信号 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把信道分为两类：模拟信道和数字信道。数据通信，简单地说，就是数字计算机或其它数字终端装置之间的通信。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页通过模拟信道进行数据通信通过模拟信道进行数据通信 因为任何实际的模拟信道所能通过的信号的频率都有一定的范围，称之为该信道通频带的宽度或称为带宽带宽（bandwidth）。信道的带宽是由传输媒体和有关的附加设备与电路的频率特性综合决定的。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页 我们将介绍模拟信道的带宽和它所传送的数字信号的数据速率之间的关系，奈奎斯特公式奈奎斯特公式和香农公式香农公式。奈奎斯特公式奈奎斯特公式给出了无热噪声（热噪声是指由于信道中分子热运动引起的噪声，这里假定没有热噪声）时信道带宽对最大数据速率的限制，具体为：这里，H是信道的带宽（以Hz为单位），而L表示某给定时刻数字信号可能取的离散值的个数。香农则进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况，给出了香农公式香农公式：这里，S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。信噪比。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页码码元元速速率率指的是每秒信号状态变化的次数，以波波特特（Baud）作为单位。由于某给定时刻信号可能取的离散 值的个数（奈奎斯特公式中的L）对各个系统可以不一样，码元速率B和数据速率C在数值上是不一定相等的。但是，它们间有如下关系：下面我们来说明两种不同的传输方式：模拟传输与数字传输。模拟传输是一种不考虑其内容的模拟信号传输方式。数字传输则不一样，关心的是信号的内容。在长距离传输中数字传输技术已逐步取代早先的模拟传输技术。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页2.2.2 数字调制技术 由信源产生的原始电信号通常称为基带信号基带信号，在调制过程中，基带信号又称为调制信号调制信号（实际上是被调制的信号）。调制的过程就是按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程。调制的方法大体上分为两大类：用正弦型高频信号作为载波的正弦波调制和用脉冲串作为载波的脉冲调制。正弦波调制又分为模拟调制和数字调制两种。所谓模拟模拟调制调制，就是调制信号为连续型的正弦波调制，而数字调数字调制制则是调制信号为数字型的正弦波调制。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页正弦振荡的载波可用A sin(2nft+)来表示，使其幅度A、频率f或相位随基带信号变化而变化，就可在载波上进行调制了。这三者分别成为幅度调制幅度调制(Amplitude Modulation)、频率调制频率调制(Frequency Modulation)或相相位调制位调制(Phase Modulation)，亦可分别简称为调幅调幅(AM)、调频调频(FM)或调相调相(PM)。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页 所谓全双工全双工，就是指数据可以同时在两个方向传输。下图介绍的是贝尔公司的108系列调频方式的调制解调器的规范。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页话频线路上的全双工话频线路上的全双工FMFM传输传输 后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页 在数字调制中，可以利用数字信号离散取值的特点，由数字电路的开关，象拨键一样来控制振幅、频率或相位的变化。因而在数据通信中调幅、调频和调相常相应地称为幅移键控幅移键控ASKASK(Amplitude Shift Keying)、频移键控频移键控FSKFSK(Frequency Shift Keying)和相移键控相移键控PSKPSK(Phase Shift Keying)。下图给出了用数字电路开关来实现FSK调制的原理图。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页FSKFSK调制原理图调制原理图 后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页2.2.3 脉码调制在发送端将模拟信号变换为数字信号的装置称为编码编码器器（Coder），而在接收端将收到的数字信号复原成模拟信号的装置则称为解码器解码器(Decoder)。通常进行的是双向通信，使用既能编码又能解码的装置，即编码解编码解码器码器（Codec）。模拟信号通过编码解码器进行数字传输的工作过程示意如下图：后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页将模拟信号变换为数字信号的常用方法是脉码调制脉码调制PCM(Pulse Code Modulation)。脉码调制的过程由取样取样、量化量化和编码编码三步构成。1、取样：就是按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。2、量化：就是将取样点处测得的信号幅值分级取整的过程。3、编码：就是将量化后的整数值用二进制数来表示。脉码调制中，分级取整量化时引进了误差。显然分级越细，误差越小。但分级越细，每个样本点编码所需的比特数就越多。下图给出了脉码调制的示意图。后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页脉码调制脉码调制 后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页2.2.4 多路复用 多路复用：多路复用：技术就是把许多信号在单一的传输线路和用单一的传输设备来进行传输的技术。两种常用的多路复用技术：频分多路复用频分多路复用FDMFDM（Frequency Division Multiplexing）和时分多路复用时分多路复用TDMTDM（Time Division Multiplexing）。下图中给出的话频线路上全双工FM传输的例子：后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页T1T1信道信道 的的TDMTDM 波分多路复用波分多路复用WDMWDM（Wavelength Division Multiplexing）后页后页后页后页退出退出退出退出前页前页前页前页2.2.5 数字信号的编码技术 曼彻斯特编码曼彻斯特编码（Manchester Encoding）：是为了自带位同步（或称比特同步）信号而采用的一种编码方法。差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding）是基本曼彻斯特编码的变形4B/5B4B/5B编码编码