计算机网络原理与应用讲稿.ppt

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1、关于计算机网络原理与应用第一页，讲稿共五十九页哦2.1 基本概念基本概念数据通信是计算机网络的基础。数据通信是计算机网络的基础。没有数据通信技术的发展，就没有计算机网络的今没有数据通信技术的发展，就没有计算机网络的今天。天。本节将简单介绍数字通信的一些基本概念。本节将简单介绍数字通信的一些基本概念。2.1.1 2.1.1 基本概念基本概念2.1.2 2.1.2 模拟通信模拟通信2.1.3 2.1.3 数字通信数字通信第二页，讲稿共五十九页哦2.1.1基本概念基本概念(1)数据数据(Data)(Data)：运送信息的实体。运送信息的实体。信息信息(Information)(Information

2、)：是数据的内容或解释。是数据的内容或解释。信号信号(Signal)(Signal)：数据的物理量编码数据的物理量编码(通常为电磁编码通常为电磁编码)，数据以信号的形式，数据以信号的形式传播。传播。模拟信号模拟信号:是连续变化的电磁波，它可以在各种媒体上传输与频率有关。即是连续变化的电磁波，它可以在各种媒体上传输与频率有关。即连续的信号，如话音信号和广播电视信号。连续的信号，如话音信号和广播电视信号。数字信号数字信号:是一串相继的电压脉冲，它能在导线上传播。即离散的信号，是一串相继的电压脉冲，它能在导线上传播。即离散的信号，如计算机通信所用的二进制代码如计算机通信所用的二进制代码1 1和和0

3、0组成的信号。组成的信号。tta)模拟信号b)数字信号第三页，讲稿共五十九页哦2.1.1基本概念基本概念(2)信道信道(channel):(channel):一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。一个信道可以一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。一个信道可以看成是一条电路的逻辑部件。看成是一条电路的逻辑部件。信道上传送的信号有信道上传送的信号有基带信号基带信号和和宽带信号宽带信号之分。之分。基带基带(Base band)(Base band)与宽带与宽带(Broad band)Broad ban

4、d)基带基带(baseband)(baseband)信号信号:就是将数字信号就是将数字信号1 1或或0 0直接用两种不同的电压来表直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。示，然后送到线路上去传输。宽带宽带(broadband)(broadband)信号信号:则是将基带信号进行调制后形成的则是将基带信号进行调制后形成的频分复用频分复用模拟模拟信号。基带信号进行调制后，其频谱搬移到较高的频率处。由于每一路信号。基带信号进行调制后，其频谱搬移到较高的频率处。由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段，这样做就可以在一条电缆中同时基带信号的频谱被搬移到不同的频段，这样做就可以在一条电缆中同时

5、传送许多路的数字信号，因而提高了线路的利用率。传送许多路的数字信号，因而提高了线路的利用率。第四页，讲稿共五十九页哦2.1.1基本概念基本概念(3)通信的双方信息通信的双方信息交互的方式交互的方式：单向通信单向通信(单工通信单工通信):):只能有一个方向的通信而没有反方向只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。的交互。（无线电广播）（无线电广播）双向交替通信双向交替通信(半双工通信半双工通信):):通信的双方都可以发送信息，通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送但不能同时发送(也不能同时接收也不能同时接收)。（对讲机）（对讲机）双向同时通信双向同时通信(全双工通信全双工通信):):通信的双方

6、可以同时发送和接收通信的双方可以同时发送和接收信息。信息。（电话）（电话）第五页，讲稿共五十九页哦2.1.1基本概念基本概念(4)带宽带宽(bandwidth(bandwidth）信号中的大部分能量都集中在一个相对较窄的频带范围之内，信号中的大部分能量都集中在一个相对较窄的频带范围之内，我们将信号大部分能量集中的那段频带称为我们将信号大部分能量集中的那段频带称为有效带宽有效带宽（指信号（指信号具有的频带宽度），简称带宽。具有的频带宽度），简称带宽。以前通信线路主要是传送模拟信号，所以是用以前通信线路主要是传送模拟信号，所以是用频率频率的单位来衡量，的单位来衡量，如，如，HzHz、kHzkHz、

7、MHzMHz等。等。现在线路都用来传送数字信号，所以，带宽用在通信链路上能够传现在线路都用来传送数字信号，所以，带宽用在通信链路上能够传送数字信号的速率来衡量，也称为比特率、通信速率、数据送数字信号的速率来衡量，也称为比特率、通信速率、数据(传输传输)率。率。带宽单位：带宽单位：bit/s(bps)bit/s(bps)，kbit/skbit/s，Mbit/sMbit/s，Gbit/sGbit/s第六页，讲稿共五十九页哦2.1.1基本概念基本概念(5)时延时延信息从网络的一端传送到另一端所需的时间信息从网络的一端传送到另一端所需的时间时延时延=传播时延传播时延+发送时延发送时延+排队时延排队时延

8、传播时延传播时延=信道长度信道长度/电磁波在信道的传播速率电磁波在信道的传播速率发送时延发送时延=数据位数数据位数/信道带宽信道带宽排队时延排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间数据在中间结点等待转发的延迟时间第七页，讲稿共五十九页哦时延带宽乘积时延带宽乘积某一链路所能容纳的比特数某一链路所能容纳的比特数时延带宽乘积时延带宽乘积=带宽带宽传播时延传播时延例如，某链路的时延带宽乘积为例如，某链路的时延带宽乘积为100100万比特，这意味着第一个比特到达万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了目的端时，源端已发送了100100万比特。万比特。链路带宽传播时延体积=时延带宽乘积往返时

9、延往返时延RTT(Round-Trip Time)从源端发送数据开始，到源端收到目的端的确认所经历的时间从源端发送数据开始，到源端收到目的端的确认所经历的时间RTT2RTT2传播时延传播时延2.1.1基本概念基本概念(5)第八页，讲稿共五十九页哦2.1.2 通信系统模型通信系统模型通信的三个要素：通信的三个要素：信源信源、信宿信宿和和信道信道数据通信系统的构成：数据通信系统的构成：传输系统：传输系统：传输线路和传输设备(调制解调器、多路复用器、交换机、路由器等)源系统：源系统：源站+发送器目的系统：目的系统：目的站+接收器噪声噪声信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系统源系统目的

10、系统目的系统第九页，讲稿共五十九页哦2.1.3 模拟通信模拟通信模拟通信模拟通信:利用模拟信号来传递消息，如，广播、电视。利用模拟信号来传递消息，如，广播、电视。模拟通信系统模拟通信系统:通常由通常由信源信源、调制器调制器、信道、解调器信道、解调器、信宿信宿以及以及噪声源噪声源组成。组成。信源信源所产生的模拟信号一般都要经过调制再通过信道传输。所产生的模拟信号一般都要经过调制再通过信道传输。调制器调制器是用发送的消息对载波的某个参数进行调制的设备。是用发送的消息对载波的某个参数进行调制的设备。解调器解调器是实现上述过程逆变换的设备。是实现上述过程逆变换的设备。噪声源噪声源包括了影响该系统的所有

11、噪声，如脉冲噪声（天电噪声、工业包括了影响该系统的所有噪声，如脉冲噪声（天电噪声、工业噪声等）和随机噪声（信道噪声、发送设备噪声、接收设备噪声等）。噪声等）和随机噪声（信道噪声、发送设备噪声、接收设备噪声等）。信源信源调制器调制器信道信道信宿信宿解制器解制器噪声源噪声源第十页，讲稿共五十九页哦2.1.4 数字通信数字通信数字通信数字通信:利用数字信号来传递消息。如计算机通信和数字电视。利用数字信号来传递消息。如计算机通信和数字电视。数字通信系统：数字通信系统：由由信源信源、信源编码器信源编码器、信道编码器信道编码器、调制器调制器、信道信道、解调器解调器、信道译码信道译码器器、信源译码器信源译码

12、器、信宿信宿、噪声源噪声源以及以及发送端和接收端时钟同步发送端和接收端时钟同步组成。组成。信源编码器信源编码器对模拟信号变换为数字信号。而对模拟信号变换为数字信号。而信源译码信源译码则是信源编码的逆过程。则是信源编码的逆过程。信道编码：信道编码：可自动地检测出错误或纠正错误；可自动地检测出错误或纠正错误；信道译码信道译码则是信道编码的逆变换。则是信道编码的逆变换。调制器调制器是为了与采用的信道相匹配，将基带信号经过调制变换成宽带信号再传输；而是为了与采用的信道相匹配，将基带信号经过调制变换成宽带信号再传输；而解调解调则是调制的逆过程。则是调制的逆过程。为了保证接收端正确接收数据，接收端的接收时

13、钟必须与发送端的发送时钟保持同步。为了保证接收端正确接收数据，接收端的接收时钟必须与发送端的发送时钟保持同步。信信源源信信源源编编码码器器信信宿宿信信道道编编码码器器调调制制器器信信道道解解调调器器信信道道解解码码器器信信源源译译码码器器噪声源噪声源发送时钟同步发送时钟同步接受时钟同步接受时钟同步第十一页，讲稿共五十九页哦数字通信系统的特点数字通信系统的特点抗干扰能力强抗干扰能力强;可实现高质量的远距离通信可实现高质量的远距离通信;能适应各种通信业务能适应各种通信业务;能实现高保密通信能实现高保密通信;通信设备的集成化和微型化通信设备的集成化和微型化;数字通信的缺点：数字通信的缺点：最大缺点是

14、占用的频带宽。最大缺点是占用的频带宽。(一路模拟电话占用一路模拟电话占用4KHZ4KHZ信道的带宽，而一路数信道的带宽，而一路数字电话占用字电话占用64kHZ64kHZ信道的带宽信道的带宽)第十二页，讲稿共五十九页哦2.2 数据通信基础理论数据通信基础理论比特比特(bit)(bit)：信息量的单位。比特率为每秒传输的二进制位个数。信息量的单位。比特率为每秒传输的二进制位个数。码元码元(Code Cell)(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元。时间轴上的一个信号编码单元。码元传输速率码元传输速率:每秒传多少个码元。它的速率单位是波特每秒传多少个码元。它的速率单位是波特(Baud)(

15、Baud)，也称为调，也称为调制速率、波形速率或符号速率。制速率、波形速率或符号速率。无噪声信道上的最高码元传输速率无噪声信道上的最高码元传输速率遵循奈奎斯特遵循奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)公式：公式：C=2WlogC=2Wlog2 2V b/sV b/s W W为信道的带宽（以为信道的带宽（以HzHz为单位）；为单位）；V V为某给定时刻数字信号的可能取的离散值的个数。为某给定时刻数字信号的可能取的离散值的个数。有噪声信道的极限信息传输速率有噪声信道的极限信息传输速率遵循香农遵循香农(Shannon)(Shannon)公式：公式：C=WlogC=Wlog2 2(1+S/N)b

16、/s(1+S/N)b/s W W为信道的带宽（以为信道的带宽（以HzHz为单位）；为单位）；S S为信道内所传信号的平均功率；为信道内所传信号的平均功率；N N为信道内部的高斯噪声功率。为信道内部的高斯噪声功率。第十三页，讲稿共五十九页哦1)数据通信方式数据通信方式-并行传输与串行传输并行传输与串行传输 第十四页，讲稿共五十九页哦2 2）数据同步方式）数据同步方式目的是使接收端与发送端在时间基准上一致目的是使接收端与发送端在时间基准上一致(包括开始时间、位包括开始时间、位边界、重复频率等边界、重复频率等)。有三种同步方法：有三种同步方法：位同步位同步字符同步（用于异步传输）字符同步（用于异步传

17、输）帧同步（用于同步传输）帧同步（用于同步传输）第十五页，讲稿共五十九页哦位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步同步外同步外同步发送端发送数据时同时发送同步时钟信号，接收发送端发送数据时同时发送同步时钟信号，接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步自同步通过特殊编码通过特殊编码(如曼彻斯特编码如曼彻斯特编码)，这些数据编，这些数据编码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步信号来锁定码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自己的时钟脉冲频率。a.a.位

18、同步位同步第十六页，讲稿共五十九页哦字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步制。字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步制。每个字符的传输需要：每个字符的传输需要：1 1个起始位个起始位5 5，6 6，7 7，8 8个数据位个数据位1 1，1.51.5，2 2个停止位个停止位频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同步频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同步每两个字符之间的间隔时间不固定每两个字符之间的间隔时间不固定增加了辅助位，所以效率低增加了辅助位，所以效率低例如，采用例如，采用1 1个起始位、个起始位、8 8个数据位、个数据位、2 2个停止

19、位时，个停止位时，其效率为其效率为8/118/117272起始位数据位停止位间隔,不固定b.b.字符同步字符同步(用于异步传输用于异步传输)第十七页，讲稿共五十九页哦帧同步：识别一个帧的起始和结束。帧同步：识别一个帧的起始和结束。帧帧(Frame)(Frame)包含数据和控制信息的数据块包含数据和控制信息的数据块面向字符的面向字符的以同步字符以同步字符(SYN(SYN，16H)16H)来标识一个帧的开始，来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧适用于数据为字符类型的帧面向比特的面向比特的以特殊位序列以特殊位序列(7EH)(7EH)来标识一个帧的开始，适来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型

20、的帧用于任意数据类型的帧帧起始帧起始控制信息控制信息数据数据帧结束帧结束校验和校验和0 n bit8bit8bit8-32mc.c.帧同步帧同步(用于同步传输用于同步传输)第十八页，讲稿共五十九页哦2.3 传输媒体传输媒体传传输输媒媒体体（传传输输介介质质或或传传输输媒媒介介）：数数据据传传输输系系统统中中在在发发送送器器和接收器之间的物理通路。和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类：传输媒体可分为两大类：导导向向传传输输媒媒体体：在在导导向向传传输输媒媒体体中中，电电磁磁波波被被导导向向沿沿着着固体媒体（铜线或光纤）传播。固体媒体（铜线或光纤）传播。非非导导向向传传输输媒媒体体：就就是

21、是指指自自由由空空间间，在在非非导导向向传传输输媒媒体中电磁波的传输常称为无线传输。体中电磁波的传输常称为无线传输。第十九页，讲稿共五十九页哦电磁波的频谱电磁波的频谱第二十页，讲稿共五十九页哦2.3.1 导向传输媒体导向传输媒体双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光纤光纤光缆光缆第二十一页，讲稿共五十九页哦双绞线（双绞线（1）双双绞绞线线(双双扭扭线线):):是是最最常常用用的的传传输输媒媒体体。把把两两根根互互相相绝绝缘缘的的铜铜导导线线并并排排放放在在一一起起，然然后后用用规规则则的的方方法法绞绞合合(twist)(twist)起起来来就就构构成成了了双双绞绞线线。可可减少对相邻导线的电磁干扰。减

22、少对相邻导线的电磁干扰。-螺旋绞合的双导线，螺旋绞合的双导线，1mm-每根每根4对、对、25对、对、1800对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-优缺点：优缺点：成本低成本低 组装密度高、节省空间组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）平衡传输（高速率）抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离短连接距离短内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套第二十二页，讲稿共五十九页哦双绞线（双绞线（2）双双绞绞线线的的类类型型:屏屏蔽蔽双双绞绞线线STPSTP (Shielded(Shielded Twisted Twisted P

23、air)Pair)；无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线UTPUTP (Unshielded Twisted Pair)(Unshielded Twisted Pair)。UTP双绞线用双绞线用RJ-45头头连接在网络设备上。连接在网络设备上。UTPUTP双双绞绞线线的的种种类类:有有六六个个种种类类的的UTPUTP标标准准，从从1 1类类线线到到6 6类类线线。对对传传送送数数据据来来说说，最最常用的常用的UTPUTP是是3 3类线类线(Category 3)(Category 3)、5 5类线类线(Category 5)(Category 5)和和6 6类线类线(Category 6)(Categor

24、y 6)。STP：以铝箔屏蔽以减少：以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音干扰和串音UTP：双绞线外无任何：双绞线外无任何屏蔽层屏蔽层第二十三页，讲稿共五十九页哦同轴电缆同轴电缆 同同轴轴电电缆缆的的类类型型：按按特特性性阻阻抗抗数数值值的的不不同同分分为为两两类类：5050 同同轴轴电电缆缆，用用于于传传送送基基带带数数字字信信号号；75 75 同同轴轴电电缆缆，用用于于模模拟拟传传输输系系统统，它它是是有有线电视系统线电视系统CATVCATV中的标准传输电缆。中的标准传输电缆。铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套同同轴轴电电缆缆：由由内内导导体体铜铜质质芯芯线线(单单股股实实心心

25、线线或或多多股股绞绞合合线线)、绝绝缘缘层层、网网状状编编织织的的外外导导体体屏屏蔽蔽层层(也也可可以以是是单单股股的的)以以及及保保护护塑塑料料外外层层所所组组成成。同轴电缆具有很好的抗干扰特性。同轴电缆具有很好的抗干扰特性。通通常常利利用用T T型型分分接接头头进进行行连连接接。T T型型接接头头主主要要有有两两种种。一一种种必必须须先先把把电电缆缆剪剪断断，然然后后再再进进行行连连接接。另另一一种种则则不不必必剪剪断断电电缆缆，但但要要用用另另一一种种较较昂昂贵贵的的、特特制制的插入式分接头的插入式分接头(vampire tap)(vampire tap)，利用螺丝分别将两根电缆的内外导

26、线连接好。，利用螺丝分别将两根电缆的内外导线连接好。第二十四页，讲稿共五十九页哦光纤光纤光光纤纤：由由非非常常透透明明的的石石英英玻玻璃璃拉拉成成细细丝丝，主主要要由由纤纤芯芯和和包包层层构构成成双双层层通通信信圆圆柱柱体体。纤纤芯芯用用来来传传导导光光波波。包包层层较较纤纤芯芯有有较较低低的的折折射射率率。光光纤纤通通信信就就是是利利用用光光导导纤纤维维传递光脉冲传递光脉冲来进行通信。来进行通信。光纤的种类：光纤的种类：多多模模光光纤纤：用用许许多多条条不不同同角角度度入入射射的的光光线线在在一一条条光光纤纤中中传传输输的的光光纤纤，光光源源使使用用较便宜的发光二极管较便宜的发光二极管LED

27、,LED,它的传输距离较近；它的传输距离较近；纤芯较粗纤芯较粗纤芯较粗纤芯较粗。单单模模光光纤纤：若若光光纤纤的的直直径径减减小小到到只只有有一一个个光光的的波波长长，则则光光纤纤就就像像一一根根波波导导那那样样，它它可可使使光光线线一一直直向向前前传传播播，而而不不会会产产生生多多次次反反射射。这这样样的的光光纤纤就就称称为为单单模模光光纤纤。光光源源要要使使用用昂昂贵贵的的半半导导体体激激光光器器，。但但单单模模光光纤纤的的衰衰耗耗较较小小，在在2.5 2.5 Gb/sGb/s的的高高速速率率下下可传输数十公里而不必采用中继器。可传输数十公里而不必采用中继器。纤芯较细纤芯较细纤芯较细纤芯较

28、细。输入脉冲输入脉冲输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲多模光纤多模光纤MMF单束光线沿直线传播单束光线沿直线传播输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲单模光纤单模光纤SMF第二十五页，讲稿共五十九页哦光缆光缆光光缆缆：一一根根光光缆缆少少则则只只有有一一根根光光纤纤，多多则则可可包包括括数数十十至至数数百百根根光光纤纤，再再加加上上加加强强芯芯和和填填充充物物就就可可以以大大大大提提高高其其机机械械强强度度。必必要要时时还还可可放放入入远远供供电源线。最后加上包带层和外护套。电源线。最后加上包带层和外护套。光纤的优点：光纤的优点：通信容量非常大；通信容量非常大；传输损耗小，中继距离长，对远距离传输损耗

29、小，中继距离长，对远距离传输特别经济；传输特别经济；抗雷电和电磁干扰性能好；抗雷电和电磁干扰性能好；无串音干扰，保密性好，不易被截取数无串音干扰，保密性好，不易被截取数据；据；体积小，重量轻。体积小，重量轻。光纤的缺点：光纤的缺点：两根光纤精确地连接需要专用两根光纤精确地连接需要专用设备；光电接口比较昂贵。设备；光电接口比较昂贵。第二十六页，讲稿共五十九页哦玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆单芯光缆单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳芯芯封封套套外套加强芯光纤光纤外鞘外鞘加强芯加强芯光纤束光纤束高密度多芯光缆高密度多芯光缆典型的光缆典型的光缆第二十七页，讲

30、稿共五十九页哦2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体无线媒体：无线媒体：指信号通过空气传输，信号不被约束在一个物理导体内。无线媒体实际指信号通过空气传输，信号不被约束在一个物理导体内。无线媒体实际上就是无线传输系统，主要包括短波、微波和卫星通信等。上就是无线传输系统，主要包括短波、微波和卫星通信等。短波通信：短波通信：主要是靠电离层的反射。但电离层的不稳定所产生的衰主要是靠电离层的反射。但电离层的不稳定所产生的衰落现象和电离层反射所产生的多径效应，使得短波信道的通信质量落现象和电离层反射所产生的多径效应，使得短波信道的通信质量较差。较差。微波通信：微波通信：在数据通信中占有重要地位。微波的频

31、率范围为在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围为300 MHz-300 300 MHz-300 GHzGHz。微波在空间主要是直线传播。微波会穿透电离层而进入宇宙空间。微波在空间主要是直线传播。微波会穿透电离层而进入宇宙空间。有两种方式：地面微波接力通信；卫星通信。有两种方式：地面微波接力通信；卫星通信。微波通信特点：微波通信特点：无需敷设电缆；无需敷设电缆；通信信道的容量很大；通信信道的容量很大；微波通信的危害比对短波和米波通信小得多，因而微波传输质量较高微波通信的危害比对短波和米波通信小得多，因而微波传输质量较高;微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响

32、。与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。第二十八页，讲稿共五十九页哦微波通信微波通信-无线蜂窝无线蜂窝固定接入点(基站)和终端之间是无线链路BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F2 2F F3 3F F1 1F1,F2,F3=使用的频率F1,F2,F3=使用的频率基站基站第二十九页，讲稿共五十九页哦地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传

33、送塔微波传送塔微波传送塔微波通信微波通信-地面微波接力通信地面微波接力通信地面微波接力通信：地面微波接力通信：由于微波在空间是由于微波在空间是直线传播直线传播，而地球表面是个曲面，而地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限制，一般只有因此其传播距离受到限制，一般只有50 km50 km左右。为实现远距离通信必须在一左右。为实现远距离通信必须在一条无线电通信信道的两个终端之间建立若干个中继站。中继站把前一站送条无线电通信信道的两个终端之间建立若干个中继站。中继站把前一站送来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为“接力接力”。第三十页，讲稿共五十九页哦微波通信

34、微波通信-卫星通信卫星通信与地面站相对固定位置使用3个卫星可覆盖全球传输延迟时间长传输延迟时间长适用于海洋、山区、沙漠等适用于海洋、山区、沙漠等地区的通信地区的通信22,30022,300公里公里公里公里地球地球地球地球卫星通信：卫星通信：在地球站之间利用位于在地球站之间利用位于3 3万万6 6千公里高空的千公里高空的人造同步地球卫星人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。通信卫星就是在太空的无人值守的微波作为中继器的一种微波接力通信。通信卫星就是在太空的无人值守的微波通信的中继站。通信的中继站。第三十一页，讲稿共五十九页哦常用传输媒体的比较常用传输媒体的比较第三十二页，讲稿共五十九页哦

35、不同类型的信号在不同类型的信道上传输有不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况种情况话音话音放大放大,调制调制模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟PCM编码编码数字数字数字数字数字编码数字编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制调制2.4 数据编码技术（数据编码技术（1）编码与调制的区别：编码与调制的区别：用数字信号承载数字或模拟数据用数字信号承载数字或模拟数据编码编码用模拟信号承载数字或模拟数据用模拟信号承载数字或模拟数据调制调制第三十三页，讲稿共五十九页

36、哦2.4 数据编码技术（数据编码技术（2）数据的传输方式有两种：数据的传输方式有两种：基带传输：基带传输：以以数字信号方式传输数字信号方式传输，或经调制变换后以，或经调制变换后以模拟信号方式传输模拟信号方式传输。数字信号以原来的二进制数数字信号以原来的二进制数“0 0”、“1 1”原封不变地在信道内传输叫原封不变地在信道内传输叫基带基带传输传输。频带传输：频带传输：数字信号经调制以后，转换为模拟信号在信道内传输叫数字信号经调制以后，转换为模拟信号在信道内传输叫频带频带传输传输。第三十四页，讲稿共五十九页哦2.4.1 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码基带传输中二进制数据编码的方法主要

37、有以下三种：基带传输中二进制数据编码的方法主要有以下三种：x(t)Decoderg(t)数字或数字或模拟数据模拟数据发送方发送方接收方接收方数字或数字或模拟数据模拟数据数字信道数字信道数字信道数字信道Encoder编码编码编码编码/解码解码解码解码01001100011 时钟时钟时钟时钟NRZNRZManchesterManchester差分差分差分差分ManchesterManchester第三十五页，讲稿共五十九页哦三种数据编码方式三种数据编码方式(1)(1)非归零编码非归零编码(NRZ)(NRZ)：二进制数字二进制数字0 0、1 1分别用两种电平（分别用两种电平（5V5V：1 1；5V5

38、V：0 0）来表示。）来表示。缺点：不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。缺点：不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。(2)(2)曼彻斯特编码曼彻斯特编码(Manchester)(Manchester)：用电压的变化表示用电压的变化表示0 0和和1 1。规定在每个码元的中间发生跳变：高规定在每个码元的中间发生跳变：高低的跳变代表低的跳变代表0 0，低，低高的跳变代表高的跳变代表1 1。这种。这种编码也称为自同步码。编码也称为自同步码。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2 2倍）。倍）。(3)(3)差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码

39、(Difference Manchester)(Difference Manchester)：每个码元的中间每个码元的中间仍要发生跳变仍要发生跳变用用码元开始处码元开始处有无跳变来表示有无跳变来表示0 0和和1 1。有跳变代表。有跳变代表0 0，无跳变代表，无跳变代表1 1特点：有较好的抗干扰性能。频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。特点：有较好的抗干扰性能。频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。第三十六页，讲稿共五十九页哦2.4.2 数字数据的调制编码数字数据的调制编码调制解调器的作用调制解调器的作用 用庞大的模拟电话网络传送计算机数据时，可采用用庞大的模拟电话网络传送计算机数据时，可采用用庞

40、大的模拟电话网络传送计算机数据时，可采用用庞大的模拟电话网络传送计算机数据时，可采用在模拟信道两端各加上一在模拟信道两端各加上一在模拟信道两端各加上一在模拟信道两端各加上一个调制解调器个调制解调器个调制解调器个调制解调器，把模拟信道改造为数字信道把模拟信道改造为数字信道把模拟信道改造为数字信道把模拟信道改造为数字信道。一个一个一个一个调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器(modemmodemmodemmodem)包括了为发送信号用的包括了为发送信号用的包括了为发送信号用的包括了为发送信号用的调制器调制器调制器调制器(modulatormodulatormodulatormodulator)

41、和为接和为接和为接和为接收信号用的收信号用的收信号用的收信号用的解调器解调器解调器解调器(demodulatordemodulatordemodulatordemodulator)。调制器调制器调制器调制器的主要作用就是个的主要作用就是个的主要作用就是个的主要作用就是个波形变换器波形变换器波形变换器波形变换器，它将基带数字信号的波形变换成，它将基带数字信号的波形变换成，它将基带数字信号的波形变换成，它将基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。适合于模拟信道传输的波形。适合于模拟信道传输的波形。适合于模拟信道传输的波形。解调器解调器解调器解调器的作用就是个的作用就是个的作用就是个的作用

42、就是个波形识别器波形识别器波形识别器波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。来的数字信号。来的数字信号。来的数字信号。ModulatorDemodulator数字或数字或模拟数据模拟数据模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号s(t)m(t)数字或数字或模拟数据模拟数据载波模拟信道模拟信道模拟信道模拟信道发送方发送方接收方接收方调制调制调制调制/解调解调解调解调第三十七页，讲稿共五十九页哦几种最基本的调制方法几种最基本的调制方法 调制就是进行频谱变换，将基带数

43、字信号的频谱变换成为适合于在模拟信道中传调制就是进行频谱变换，将基带数字信号的频谱变换成为适合于在模拟信道中传输的频谱。其最基本的调制方法有以下几种：输的频谱。其最基本的调制方法有以下几种：调幅调幅(AM)(AM)：移幅键控移幅键控ASKASK(Amplitude Shift Keying),(Amplitude Shift Keying),即载波的振幅随基带即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如数字信号而变化。例如0 0对应于无载波输出对应于无载波输出,而而1 1对应于有载波输出。对应于有载波输出。调频调频(FM):(FM):移频键控移频键控FSKFSK(Frequency Shift Ke

44、ying)(Frequency Shift Keying)，即载波的频率随基带数字信，即载波的频率随基带数字信号而变化。例如号而变化。例如0 0对应于频率对应于频率f1f1，而，而1 1对应于频率对应于频率f2f2。调相调相(PM):(PM):移相键控移相键控PSK(PSK(Phase Shift Keying),Phase Shift Keying),即载波的初始相位随基带数即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如字信号而变化。例如0 0对应于相位对应于相位00，而，而1 1 对应于对应于180180。001 10100010ASKFSKPSK第三十八页，讲稿共五十九页哦高速高速(56Kb

45、it/s)MODEM(56Kbit/s)MODEMD/AA/D2/4A/DD/A4/2D/AA/D V.34(33.6kbit/s)A/D转换转换的量化噪声使信道容量极限值约的量化噪声使信道容量极限值约 35kbit/sD/AA/D2/4D/A V.90(56kbit/s)交换机交换机1交换机交换机2ISPV.34(33.6kbit/s)模拟模拟模拟模拟数字数字数字数字数字数字数字数字模拟模拟上行仍需上行仍需A/D转换，速率最高为转换，速率最高为35kbit/s；下行则可达；下行则可达56Kbit/s因特网因特网数字数字交换机交换机1 V.90(56kbit/s)第三十九页，讲稿共五十九页哦2

46、.4.3 模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码采样定理：采样定理：如果模拟信号的最高频率为如果模拟信号的最高频率为F F，若以，若以2F2F的采样频率对的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。始信号。要转换的模拟数据主要是要转换的模拟数据主要是电话语音信号电话语音信号语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：这需要经过三个步骤：采样：按一定间隔对语音信号进行采样采样：按一定间隔对语音信号进行采样量化：对每个样本舍入

47、到量化级别上量化：对每个样本舍入到量化级别上编码：对每个舍入后的样本进行编码编码：对每个舍入后的样本进行编码编码后的信号称为编码后的信号称为PCM PCM(Pulse Coded Modulation)信号信号第四十页，讲稿共五十九页哦 脉码调制脉码调制PCM 转换过程转换过程3.23.23.93.92.82.83.43.41.21.24.24.23 34 43 33 31 14 4011011100100011011011011001001100100 语音信号语音信号语音信号语音信号 PAMPAM脉冲脉冲脉冲脉冲 PCM PCM 脉冲脉冲脉冲脉冲 （有量化误差）（有量化误差）（有量化误差）

48、（有量化误差）011 100 011 011 001 100011 100 011 011 001 100 PCM PCM 输出输出输出输出第四十一页，讲稿共五十九页哦2.5 多路复用多路复用多路复用多路复用(Multiplexing)(Multiplexing)：是在同一传输媒体上，同时传输多个不是在同一传输媒体上，同时传输多个不同来源的信息。主要目的：提高线路的利用率，降低成本。同来源的信息。主要目的：提高线路的利用率，降低成本。复用器复用器(multiplexer)(multiplexer)和和分用器分用器(demultiplexer)(demultiplexer)成对地使用。成对地使用

49、。多路复用分主要有：多路复用分主要有：频分多路复用频分多路复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)(Frequency Division Multiplexing,FDM)时分多路复用时分多路复用(Time Divsion Multiplexing,TDM)(Time Divsion Multiplexing,TDM)码分复用：码分多址码分复用：码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)CDMA(Code Division Multiple Access)DEMUX复用器复用器解复用器解复用器MUX信信源源信信宿宿第四十

50、二页，讲稿共五十九页哦频分多路复用频分多路复用(FDM)频分多路复用频分多路复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)(Frequency Division Multiplexing,FDM)：在传输媒体上同时在传输媒体上同时传输多路信号，每路信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率完全传输多路信号，每路信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率完全独立，即载波形成的信号不互相重叠，频率通道之间留有防护频带以防相互干独立，即载波形成的信号不互相重叠，频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。扰。CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽