第二章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程

1、第二章 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.1 數(shù)據(jù)、信號、信息等基本概念 1、數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)有意義的實(shí)體；傳遞信息的實(shí)體或載體； 是對客觀事物描述和記錄的物理符號。對 于數(shù)據(jù)通信來說，數(shù)據(jù)就是被傳輸?shù)亩M(jìn) 制代碼的不同組合就稱為數(shù)據(jù)。 模擬數(shù)據(jù)：某個區(qū)間產(chǎn)生的連續(xù)值； 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：某個區(qū)間產(chǎn)生的離散值。 2、數(shù)據(jù)通信計(jì)算機(jī)傳遞二進(jìn)制比特序列的過程。 數(shù)據(jù)在傳遞前，往往要進(jìn)行編碼。常用的編 碼方式主要有： CCITT的國際5單位編碼； 擴(kuò)充的二、十進(jìn)制交換碼（EBCDIC）； 美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（ASC型碼）等。 （American Standard Code for Informatio

2、n Interchange） 3、信號數(shù)據(jù)在傳輸過程中的表現(xiàn)形式。即信號 是數(shù)據(jù)的電子編碼或電磁編碼。 模擬信號：一種強(qiáng)弱幅度隨時間連續(xù)變化的電流、電壓 或電磁波。即一種連續(xù)的電信號或連續(xù)的載 波頻率。 數(shù)字信號：一種強(qiáng)弱幅度不隨時間變化的信號。即一種 離散的電壓脈沖。 4、通信系統(tǒng) 模擬通信系統(tǒng)：模擬數(shù)據(jù)用模擬信號傳輸?shù)南到y(tǒng)。 （與所傳內(nèi)容無關(guān)） 數(shù)字通信系統(tǒng)：模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號傳輸?shù)南到y(tǒng)。 （與所傳內(nèi)容有關(guān)） 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用模擬信號或數(shù)字信號 傳輸?shù)南到y(tǒng)。 5、信息對數(shù)據(jù)的集合、含義和解釋。是指若干個字母、 數(shù)字或符號的組合。其載體可以是文字、語音、 圖形、圖像等。 6、傳輸將符

3、號從一個位置傳輸?shù)搅硪粋€位置。信宿信宿終端設(shè)備（終端設(shè)備（DTE）發(fā)送器發(fā)送器通信信道通信信道信源信源終端設(shè)備（終端設(shè)備（DTE）接收器接收器噪聲噪聲輸入輸入輸出輸出DCEDTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備。終端、計(jì)算機(jī)或其他生成數(shù)據(jù)的設(shè)備。：數(shù)據(jù)終端設(shè)備。終端、計(jì)算機(jī)或其他生成數(shù)據(jù)的設(shè)備。DCE：數(shù)據(jù)電路設(shè)備（數(shù)據(jù)通信設(shè)備）。為用戶設(shè)備提供入網(wǎng)的接入點(diǎn)。：數(shù)據(jù)電路設(shè)備（數(shù)據(jù)通信設(shè)備）。為用戶設(shè)備提供入網(wǎng)的接入點(diǎn)。 7、信道信號的傳輸通道（信源與信宿之間的通信線路）。 信源：信源：產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備； 信宿：信宿：接收和處理信息的設(shè)備。 信道可分為物理通道和邏輯通道兩種。 物理通道物理通道：由傳輸介質(zhì)和有

4、關(guān)設(shè)備組成的用來傳送信號的客觀存 在的通道。網(wǎng)絡(luò)兩節(jié)點(diǎn)間的物理通道稱為通信鏈路 。 邏輯通道：邏輯通道：在信源與信宿之間不存在一條物理上的傳輸介質(zhì)。而 是在物理信道的基礎(chǔ)上，通過結(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)部的連接， 來實(shí)現(xiàn)的信道。 8、帶寬指信號中所含諧波的最高頻率fh與最低頻 率fe之差（fh-fe），即信道所傳輸信號的 頻率寬度。 （任何信號都可以看成是基波和無數(shù)諧波的疊加。） 帶寬的單位為：Hz、kHz 、MHz等。 當(dāng)通信線路上傳輸?shù)氖悄M信號模擬信號時，帶寬也稱通頻帶，表示允許通過的頻率范圍，即用頻率來度量帶寬。 當(dāng)通信線路上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號數(shù)字信號時，人們很少用通頻帶表示帶寬，而往往用信道上能夠傳

5、送的數(shù)字信號的速率，即數(shù)據(jù)傳輸率來表示帶寬（這種情況下，有時帶寬也稱吞吐量）。數(shù)據(jù)傳輸率的單位是bit/s，因此，帶寬的單位也就是bit/s。如10Mbps，表示10Mbit/s，也表示10M帶寬。 一般地，信道帶寬越寬，其容量也越大，信號的傳輸率也就越高。它是通信系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)。 如果我們在網(wǎng)絡(luò)中某一個點(diǎn)上觀察數(shù)字信號流隨時如果我們在網(wǎng)絡(luò)中某一個點(diǎn)上觀察數(shù)字信號流隨時間的變化，那么信號在時間軸上的寬度就隨著帶寬的增間的變化，那么信號在時間軸上的寬度就隨著帶寬的增大而變窄。下圖是這一概念的示意圖。大而變窄。下圖是這一概念的示意圖。 9、碼元承載信息的基本信號單位。一個脈沖就是一個碼元。

6、10、數(shù)據(jù)包在一小段數(shù)據(jù)中加上序號、目的地址、源地址、錯誤檢測碼 等。這種數(shù)據(jù)段就稱為數(shù)據(jù)包。它是一種數(shù)據(jù)傳送的單位。 11、數(shù)據(jù)傳輸率(bps)串行通信中設(shè)備傳輸字節(jié)的瞬時位速度?；蛎棵雮?輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)（比特/秒）。b/s；bps。12、信道容量指信道允許通過的最大傳輸頻率。 13、幀數(shù)據(jù)通信中的基本單位。通常按照信號內(nèi)容的不同，又可分 為數(shù)據(jù)幀、命令幀、響應(yīng)幀等不同形式。 14、誤碼率數(shù)據(jù)在傳輸系統(tǒng)中被錯傳的概率。是系統(tǒng)可靠性的重要 指標(biāo)。 15、時延指一個報文或分組從一個網(wǎng)絡(luò)(或一條鏈路)的一端傳送到另 一端所需的時間。 時延主要由傳播時延、發(fā)送時延、排隊(duì)時延三部分部分組成的。（1）傳

7、播時延傳播時延是電磁波在信道中傳播所需要的時間。傳播時延的計(jì)算公式是： 傳播時延傳播時延 = 信道長度信道長度 電磁波在信道上的傳播速率。電磁波在信道上的傳播速率。 （2）發(fā)送時延發(fā)送時延是發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時間。發(fā)送時延的計(jì)算公式是：發(fā)送時延發(fā)送時延 = 數(shù)據(jù)塊長度數(shù)據(jù)塊長度 信道帶寬信道帶寬（3）排隊(duì)時延這是數(shù)據(jù)在交換結(jié)點(diǎn)為等候發(fā)送，而在緩存的隊(duì)列中排隊(duì)所經(jīng)歷的時延。數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是以上三種時延之和：總時延總時延 = 傳播時延傳播時延 + 發(fā)送時延發(fā)送時延 + 排隊(duì)時延排隊(duì)時延下圖畫出了三種時延所產(chǎn)生的地方16時延帶寬積和往返時延網(wǎng)絡(luò)性能的兩個度量傳播時延和帶寬相乘，就得到另一個很有用的

8、度量：傳播時延帶寬積，即(傳播時延)(帶寬)。下圖的示意圖表示時延帶寬積。鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，往返時延RTT (Round-Trip Time)也是一個重要的性能指標(biāo)，它表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認(rèn)，總共經(jīng)歷的時延。 2.1.2 數(shù)據(jù)傳輸類型與通信方式 1、數(shù)據(jù)傳輸類型 模擬信號 模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字信號 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 模擬信號 數(shù)字信號 2、數(shù)據(jù)的通信方式 1）串行與并行通信（按使用的信道數(shù)分 ） 串行：將待傳的二進(jìn)制代碼由低位到高位順序依次 發(fā)送的方式。（費(fèi)用低、長距離） 并行：一次傳送8個二進(jìn)制比特的方式。即一次傳 送一個字節(jié)的數(shù)

9、據(jù)。（費(fèi)用高、短距離） 發(fā)收b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b0b1b7b7b6收b1b0發(fā)b6 2）單工、半雙工、全雙工通信（按方向和時間分） 單工：單工：任何時候信號只能沿一個方向傳輸； 半雙工：半雙工：信號可沿雙向傳輸，但同一時刻 只能沿一個方向傳輸； 全雙工：全雙工：信號能在同一時刻雙向傳輸。 3）同步技術(shù) 所謂同步技術(shù)：就是要求通信雙方在時間基準(zhǔn)上保持一致。即接收方要知道發(fā)送方所發(fā)送數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束時間。 同步又分位同步和字符同步兩種。 位同步，位同步，主要解決時鐘頻率一致性的問題。 也就是說，接收方要根據(jù)發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘頻率與比特流的起止時刻，來校正自己的時鐘頻率

10、與接收數(shù)據(jù)的起始時刻的過程。這一過程就稱為位同步。這一過程就稱為位同步。 位同步 外同步 內(nèi)同步 外同步：收發(fā)雙方建立單獨(dú)的時鐘信道。 內(nèi)同步：將時鐘信號加載到數(shù)據(jù)信號中一 起發(fā)送的方法。 從中可以看出，位同步指的是比特同步。 字符同步：字符同步：解決字符問題。即保證雙方正確傳輸 字符的過程，就叫字符同步。 字符同步 起止式同步（異步式同步） 同步式同步 起止式同步：起止式同步：又稱為傳輸異步技術(shù)。 要點(diǎn)： 每個字符作為一個獨(dú)立整體發(fā)送； 字符間的時間間隔可以是任意的； 一次只傳一個字符； 每個字符由一個起始碼“0”引導(dǎo)， 一個停止碼“1”結(jié)束。 格式： 0 0 接收方從“1”到“0”的跳變識

11、別下一個字符的開 始。并復(fù)位準(zhǔn)備接受下一個字符。 這種方式，每傳一個字符由2-3位的額外開銷。 傳輸量小。 bo b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 1 同步式同步：同步式同步：一字符組為傳輸單位的同步。 格式： 一個或多個 控制字符 數(shù)據(jù)字符 控制字符 SYN: 00010110 面向位流的同步方式。 格式： 控制字符 數(shù)據(jù)字符 控制字符 F 的編碼為：01111110 SYNSYNFF 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1

12、1 0 1 1 0 2.2 傳輸介質(zhì)及主要特性2.2.1 傳輸介質(zhì)的類型 1、定義：收發(fā)雙方之間的物理鏈路。通信過程中 傳送數(shù)據(jù)信息的載體。 連接方式有：點(diǎn)對點(diǎn)連接、多點(diǎn)連接。 2、類型 有線介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜、光纖 無線介質(zhì)：無線電波、微波及衛(wèi)星、 紅外線與激光 3、傳輸介質(zhì)的特性 1）物理特性； 2）傳輸特性； 3）連通特性； 4）地理特性； 5）抗干擾性； 6）相對價格。2.2.2 雙絞線 有規(guī)則螺旋排列的兩根、四根、八根絕緣導(dǎo)線組成。 一對線作為一條通信線路。 螺旋排列：減少線間的干擾。 平行結(jié)構(gòu)雙絞結(jié)構(gòu)封套撕剝線絕緣層銅線 雙絞線把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起的，每一根

13、導(dǎo)線在傳輸過程中輻射的電磁波會與另一根導(dǎo)線上發(fā)出的電磁波抵消，從而降低了信號干擾的程度，這是雙絞結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。 雙絞線的一個雙絞循環(huán)稱作扭距，扭距越小，抗干擾能力越強(qiáng)。 雙絞線內(nèi)部的八根導(dǎo)線是兩兩互絞的：橙色線與白橙線互絞，藍(lán)色線與白藍(lán)線互絞，綠色線與白綠線互絞，棕色線與白棕線互絞。UTP非屏蔽雙絞線STP屏蔽雙絞線 STP屏蔽雙絞線 雙絞線 UTP非屏蔽雙絞線 雙絞線既能傳輸模擬信號，也能傳輸數(shù)字信號。當(dāng)傳輸模擬信號時，大約5-6公里加一個放大器；傳輸數(shù)字信號時，大約每2-3公里加一個中繼器?？捎糜邳c(diǎn)對點(diǎn)的連接，也可用于多點(diǎn)的連接。對外界噪聲的抗干擾能力一般。 但，低頻時，雙絞線的性能要優(yōu)于同

14、軸電纜； 高頻時，同軸電纜的性能要優(yōu)于雙絞線。 優(yōu)點(diǎn)：使用廣泛，價格便宜，安裝容易 缺點(diǎn)：對電磁干擾比較敏感，不適合傳輸高速數(shù)據(jù) 雙絞線的型號和規(guī)格： EIA/TIA(電氣工業(yè)協(xié)會/電信工業(yè)協(xié)會)為雙絞線電纜定義了多種不同型號，如下所述。其中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合布線使用3、4、5類及5類以上雙絞線電纜。 1類：主要用于傳輸語音信號(1類標(biāo)準(zhǔn)主要用于20世紀(jì)80年代之前的電話線纜)，不用于數(shù)據(jù)傳輸。 2類：傳輸頻率為1 MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率4 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸，常見于使用4 Mb/s規(guī)范令牌傳遞協(xié)議的舊的令牌環(huán)網(wǎng)。 3類：指目前EIA/TIA 568標(biāo)準(zhǔn)中指定的電纜。該電纜的傳輸頻率

15、為16 MHz，用于語音傳輸及最高傳輸速率為10 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10Base-T網(wǎng)絡(luò)。 4類：該類電纜的傳輸頻率為20 MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率16 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)以及10Base-T和100Base-T網(wǎng)絡(luò)。5類：該類電纜增加了繞線密度，外套是一種高質(zhì)量的絕緣材料，最高傳輸頻率為100 MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為100 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10Base-T和100Base-T網(wǎng)絡(luò)，這是較常用的以太網(wǎng)電纜。 超5類(Enhanced Cat 5)：將現(xiàn)在的5類非屏蔽雙絞線的性能加以改善，不少參數(shù)的性能(例如近端串?dāng)_(NEX

16、T)、衰減串?dāng)_比(ACR)、帶寬等)都有提高，主要用于傳輸速率低于千兆b/s的以太網(wǎng)。 6類：一個新級別的電纜，與5類或超5類相比，各項(xiàng)性能參數(shù)都有較大提高。6類系統(tǒng)工作在250 MHz的頻率上，在相等條件下提供兩倍于5類系統(tǒng)的帶寬，主要用于千兆b/s或更高傳輸速率的以太網(wǎng)。線纜產(chǎn)品標(biāo)識 雙絞線產(chǎn)品標(biāo)識沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同生產(chǎn)商的產(chǎn)品標(biāo)識可能不同，但一般應(yīng)包括以下一些信息：雙絞線類型、NEC/UL防火測試和級別、CSA防火測試、長度標(biāo)志、生產(chǎn)日期、雙絞線的生產(chǎn)商和產(chǎn)品號碼。 下面以AVAYA產(chǎn)品為例說明其標(biāo)識的含義：AVAYA-C SYSTEIMAX 1061C+ 4/24AWG CM VERI

17、FIED UL CAT 5E 31086 FEET 09745.0 METERS 該雙絞線的生產(chǎn)商該雙絞線的產(chǎn)品號這條雙絞線是由4對24AWG電線的線對所構(gòu)成的。銅導(dǎo)線的直徑通常用AWG(American Wire Gauge)來衡量，AWG數(shù)值越小，導(dǎo)線直徑越大。我們通常使用的雙絞線均為24 AWG(約0.5 mm)。通信通用電纜。CM是NEC(美國國家電氣規(guī)范，National Electrical Code)中防火耐煙等級中的一種。雙絞線滿足UL(Underwriters Laboratories Inc.，(美國)保險商實(shí)驗(yàn)室)的標(biāo)準(zhǔn)要求。UL成立于1984年，是一個非營利的獨(dú)立組織，

18、致力于產(chǎn)品的安全性測試和認(rèn)證。該雙絞線通過UL測試，達(dá)到超5類標(biāo)準(zhǔn)雙絞線長度點(diǎn)。購買雙絞線時，如果想知道一箱雙絞線的長度，可以找到雙絞線的頭部和尾部的長度標(biāo)記，相減后即得出其長度。METERS表明以米為單位，如果是FT則表示以英尺為單位。1英尺英尺=0.3048米米傳輸介質(zhì)在傳輸信息的過程中存在著傳輸損害 靜態(tài)噪聲 外部損害 地球外噪聲 傳輸損害 工業(yè)噪聲 衰減失真 內(nèi)部損害 延遲失真 噪 聲 熱噪聲( 白噪聲或高斯噪聲) 噪聲 串?dāng)_噪聲 脈沖噪聲 衡量噪聲的主要量化指標(biāo)： 信噪比=信號功率/噪聲功率 （分貝） 2.2.3 同軸電纜同軸電纜 定義：定義：由內(nèi)導(dǎo)體、外頻蔽層、絕緣層和外保護(hù)層組成

19、的，能傳送數(shù)據(jù)信號的通信線路。它們是按“同軸”的形式構(gòu)成線對，同軸電纜是網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用十分廣泛的傳輸介質(zhì)之一。其結(jié)構(gòu)如下圖中所示。 電纜線類型阻抗 / W直徑 / 英寸*應(yīng) 用RG-11500.4010BASE-5RG-58A/U500.1810BASE-2RG-62930.25ARCnetRG-59U750.25CATV同軸電纜同軸電纜 基帶同軸電纜：基帶同軸電纜：傳輸數(shù)字信號（數(shù)位信號，發(fā)送 （阻抗50） 時，信號會占用整個頻帶寬度）； 寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜：傳送模擬信號（類比信號）。也 （阻抗75 可以只用于一條通道的高速數(shù)字 通信，復(fù)用后，可支持多路信號 的傳送。 基帶：基帶：由計(jì)算機(jī)

20、或終端產(chǎn)生的，頻譜從零開始， 而未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占用的頻率范圍 叫基本頻帶，簡稱基帶。相應(yīng)的信號稱為 基帶信號。 基帶同軸電纜又分為： 粗纜粗纜粗同軸電纜：粗纜以太網(wǎng)，粗纜網(wǎng) （標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)）； 細(xì)纜細(xì)纜細(xì)同軸電纜：細(xì)纜以太網(wǎng)，細(xì)纜網(wǎng)。2.2.4 光導(dǎo)纖維（光纖光導(dǎo)纖維（光纖） 光纖：光纖：是一根很細(xì)的可傳導(dǎo)光線的纖維媒體，其半徑僅幾微米至一、二百微米。制造光纖的材料可以是超純硅、超高純石英玻璃纖維、合成玻璃或塑料。 用光纖傳輸電信號時，在發(fā)送端先要將其轉(zhuǎn)換成光信號，而在接收端又要由光檢測器還原成電信號，如下圖所示。 光纖相對于如雙絞線和同軸電纜等這類金屬傳導(dǎo)媒體來說有若干優(yōu)點(diǎn)如下： 輕便；

21、低衰減和大容量；電磁隔離；抗干擾能力極強(qiáng)；高數(shù)據(jù)傳輸率等。（實(shí)驗(yàn)室條件下，68公里范圍內(nèi)，光纖能實(shí)現(xiàn)數(shù)個G的數(shù)據(jù)傳輸率。實(shí)際中6-8公里加一臺中繼器） 光纖是利用光的全反射來傳輸一束經(jīng)過調(diào)制的光信號。一般可采用強(qiáng)度調(diào)制技術(shù)調(diào)制二進(jìn)制位流 “ 0 ” 或 “ 1 ”。發(fā)光二極管發(fā)光二極管LED：注入型激光二極管：注入型激光二極管ILD 光電二極管光電二極管 光導(dǎo)纖維的物理構(gòu)成示意圖光纖芯包層光纖不僅具有通信容量非常大的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有其他的一些特點(diǎn)：（1）傳輸損耗小，中繼距離長，對遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)。（2）抗雷電和電磁干擾性能好。這在有大電流脈沖干擾的環(huán)境下尤為重要。（3）無串音干擾，保密性好，

22、也不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)。（4）體積小，重量輕。當(dāng)采用光纖連網(wǎng)時，常常將一段段點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路串接起來構(gòu)成一個環(huán)路，通過T形接頭連接到計(jì)算機(jī)。T形接頭有兩種：無源的和有源的。無源的T形接頭由于完全是無源的，因此非常可靠。有源的T形接頭實(shí)際上就是一個有源轉(zhuǎn)發(fā)器。 光纖分為多模（multimode）光纖和單模(single mode)光纖兩種。 單模光纖：單模光纖：光信號僅與光纖軸成單個可分辨角度 的單光纖傳輸； 多模光纖：多模光纖：光信號僅與光纖軸成多個可分辨角度 的多光纖傳輸2.2.5 無線介質(zhì)（無線介質(zhì)（無線電、電磁波、紅外線與激光、衛(wèi)星無線電、電磁波、紅外線與激光、衛(wèi)星） 2.2.5.1 無線電

23、通信：無線電通信：在無線電廣播和電視廣播中已廣泛使用。 無線電傳輸：無線電傳輸： 根據(jù)波長和頻率范圍，無線電波分為長波、中波、中短波、短波、微波幾個波段，范圍從幾千米到幾毫米，是一個比較寬的波段。廣播、電視、雷達(dá)、微波爐和通信等都使用無線電波。 不同波段的無線電波有不同的傳輸特性。無線電波有三種傳播方式：地波、天波、沿直線傳播的波。 地波指沿地球表面附近空間傳播的無線電波，波長較長的長波、中波、中短波主要以地波方式傳播。地波能繞過地表的障礙物，沿著彎曲的地球表面?zhèn)鞑?。天波是靠電離層反射來傳播的無線電波，短波就是利用電離層反射向前傳播的.而微波到達(dá)電離層時會穿透電離層。微波只能沿直線傳播，無法繞

24、過山巒和高大建筑等障礙物。 因此，微波發(fā)射和接收天線都建得很高，而且微波發(fā)射和接收天線之間的距離不能過遠(yuǎn)，否則微波會被彎曲的地球表面阻擋，這被稱為視距傳播。如果利用微波進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，就需要設(shè)立中繼站，由某地發(fā)射的微波被中繼站接收，放大后再轉(zhuǎn)向下一站，就像接力賽一樣，一站接一站把信號傳向遠(yuǎn)方。與地波、天波方式相與地波、天波方式相比，直線傳播方式受大氣的干擾小，能量損耗少，所收比，直線傳播方式受大氣的干擾小，能量損耗少，所收到的信號較強(qiáng)，而且比較穩(wěn)定。到的信號較強(qiáng)，而且比較穩(wěn)定。因此，在無線電波中，微波受到了無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的青睞。 以微波作為傳輸介質(zhì)的技術(shù)有窄帶微波技術(shù)和擴(kuò)頻微波技術(shù)。 窄帶微波指

25、使用某個微波頻帶來傳輸信號，其帶寬剛好能容納信號，這樣可以大幅減少頻帶的耗用，減少串音干擾。窄帶網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品使用無線頻譜中授予許可的部分，因?yàn)槿绻褂脽o需許可的ISM（工業(yè)工業(yè)/ /科學(xué)科學(xué)/ /醫(yī)療醫(yī)療）頻帶，則由于ISM頻帶內(nèi)的無線電產(chǎn)品非常多而無可避免地會經(jīng)常受到其他應(yīng)用的信號干擾，而在申請的許可頻段內(nèi)干擾相對較少。由于窄帶傳輸?shù)念l帶范圍固定不變，因而傳輸過程中信息容易被竊聽。用窄帶微波傳送數(shù)據(jù)時，克服噪音的主要手段是加強(qiáng)信號的功率，使信噪比達(dá)到指標(biāo)要求。這種技術(shù)雖然可以加強(qiáng)傳輸性能，但會干擾其他鄰近同頻的微波信號，使頻帶的實(shí)際總應(yīng)用效率降低。 擴(kuò)頻技術(shù)：擴(kuò)頻技術(shù)是將發(fā)送的信號擴(kuò)展到更寬的頻

26、帶范圍內(nèi)，且該頻帶范圍遠(yuǎn)大于信號必需的最小帶寬。頻帶的擴(kuò)展是通過一個獨(dú)立的碼序列，用編碼及調(diào)制的方法來實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)。在接收端則用同樣的碼序列進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)，恢復(fù)同步接收、解擴(kuò)，恢復(fù)所傳信息數(shù)所傳信息數(shù)據(jù)。據(jù)。對于竊聽者，除非采用發(fā)送端所用的擴(kuò)頻碼并與之對于竊聽者，除非采用發(fā)送端所用的擴(kuò)頻碼并與之同步后，才能進(jìn)行相關(guān)檢測，否則竊聽者對擴(kuò)頻信號是同步后，才能進(jìn)行相關(guān)檢測，否則竊聽者對擴(kuò)頻信號是無能為力的。無能為力的。因此，采用擴(kuò)頻技術(shù)使信息的竊聽更加困難，增強(qiáng)了抗干擾能力，其自身產(chǎn)生的干擾也比較小，適用于在無需許可的頻段進(jìn)行信號傳輸，可以保證信號適用于在無需許可的頻段進(jìn)行信號

27、傳輸，可以保證信號被正確接收被正確接收。 2.2.5.2 電磁波譜電磁波譜電磁波是變化的電磁場在空間的傳播，它在在真空中的傳播速度等于光速真空中的傳播速度等于光速。光也是電磁波。頻率低的電磁波波長較長，頻率高的電磁波波長較短。不同頻率(波長)的電磁波組成了連續(xù)的電磁波譜，如下圖所示。非常低極低低 中等 高非常高高高 紅外線可見光紫外線X射線902928 MHz26 MHz2.42.4835 GHz83.5 MHz5.7255.85 GHz125 MHz音頻窄帶PCS(1.9 GHz)蜂窩通信(840 MHz)電視信號FM廣播紅外無線局域網(wǎng)AM廣播短波極超 電磁波譜圖 無需授權(quán)使用的三個ISM頻

28、段 不同頻率的電磁波具有不同的物理特性，其用途也不同。無線電波、紅外光和可見光都可以通過調(diào)節(jié)波的振幅、頻率和相位來承載信息。電磁波頻率越高，承載的信息量就越大電磁波頻率越高，承載的信息量就越大，但頻率更高的紫外線、X射線、射線，由于難以產(chǎn)生和調(diào)節(jié)，且傳播時易造成傷害，因而不被用于信息傳播。 電磁波譜的分配： 在有線通信系統(tǒng)中，信號在實(shí)體的線路中傳播，由于線路自身是相互隔離的，因而它們之間的干擾是有限的。而在無線通信系統(tǒng)中在無線通信系統(tǒng)中沒有實(shí)體的通信線路，信號在開放的空間中傳播，為了避免混亂，一般采用分一般采用分配頻段配頻段(波段波段)的方式來進(jìn)行信號隔離的方式來進(jìn)行信號隔離。這種分配通常都是

29、由政府立法來執(zhí)行的，將電磁波譜分段，依據(jù)不同的應(yīng)用目的分配使用。因此，大多數(shù)頻段的使用如同土地、能源的使用一樣，必須獲得許可并付費(fèi)。 在電磁波譜中有一些頻段的使用是無需授權(quán)的，即這些頻段沒有根據(jù)應(yīng)用目的被分配，可以任意使用。大多數(shù)政府都預(yù)留了這樣的頻段，稱為ISM(Industrial，Scientific and Medical)頻段，即工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療領(lǐng)域中所有使用電磁波的設(shè)備都可以任意使用這些頻段。當(dāng)然，不同的國家ISM頻段的位置會有所不同。其中2.4 GHz頻段幾乎對所有國家都開放使用。 (1) 900 MHz頻段：用于無繩電話、蜂窩電話和其他消費(fèi)品，頻段范圍小，數(shù)據(jù)速率最大為1Mb/

30、s，但傳輸距離較長。該段已十分擁擠，用戶時常會受到干擾或無法接入網(wǎng)絡(luò)。 (2) 2.4 GHz頻段：頻段范圍比900 MHz頻段要寬，無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11b工作在該段，能提供最高11 Mb/s的數(shù)據(jù)速率。大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用該頻帶作為主要傳輸頻率。 (3) 5 GHz頻段：較以上兩個頻段開放得晚，無線標(biāo)準(zhǔn)802.11a工作在該段，能提供最高54 Mb/s的數(shù)據(jù)速率，但傳輸距離較短。 2.2.5.3 紅外線和激光紅外線和激光 1. 紅外線紅外線 紅外線是波長在750 nm1 mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。如電視機(jī)等家用電器的遙控器就是通過紅外

31、線脈沖信號來實(shí)現(xiàn)遙控的。紅外線無法穿透固體物質(zhì)，因此分別處于兩個房間的紅外系統(tǒng)之間不會相互干擾，這使得紅外頻段的使用無需政府許可。 紅外線傳輸連接有以下三種模式。 (1) 直接式紅外線連接：建立連接時，由于紅外端口射出的紅外線以圓錐形向外散出，因而可將兩個設(shè)備的紅外線端口相互對準(zhǔn)，使之在接收范圍內(nèi)，兩設(shè)備之間不能有障礙物。這種傳輸模式常用于兩個桌面或掌上設(shè)備的臨時通信。 (2) 反射式紅外線連接：在一個封閉的空間內(nèi)，紅外線設(shè)備依靠墻壁和物體對紅外線的反射接收另一設(shè)備發(fā)送的信號，此時無需設(shè)備紅外端口相互對準(zhǔn)。 (3) 全向性紅外線連接：各個設(shè)備的紅外端口對準(zhǔn)紅外線基站設(shè)備，從而通過基站實(shí)現(xiàn)彼此通

32、信。 采用紅外線通信方式與無線電波方式相比，可以提供極高的數(shù)據(jù)速率，有較高的安全性，且設(shè)備相對便宜而且簡單。但由于紅外線對障礙物的透射和繞射能力很差，使得傳輸距離和覆蓋范圍都受到很大限制，通常通信覆蓋范圍只限制在一間房屋內(nèi)。 2. 激光激光 無線激光通信工作頻段為365326 THz(目前提供無線激光通信設(shè)備的廠商使用的光波長范圍多為820920 nm)。和紅外線一樣，激光通信系統(tǒng)的使用不需政府機(jī)構(gòu)許可。激光是一種單色光，頻率范圍極窄，發(fā)散角很小，只有幾毫弧，但方向性很強(qiáng)，幾乎就是一條直線。因此，激光通信具有數(shù)據(jù)傳遞保密性，除非其通信鏈路被截斷，否則數(shù)據(jù)不易外泄。但是這要求處于兩個通信點(diǎn)的激光

33、發(fā)生器和光檢測器精確對準(zhǔn)，且相互之間在視線范圍內(nèi)無遮擋，如果中間存在障礙物則需設(shè)置一個中繼站實(shí)現(xiàn)連接。 無線激光通信建網(wǎng)速度快，成本低，只需在通信點(diǎn)上進(jìn)行設(shè)備安裝，無需進(jìn)行昂貴的管道工程鋪設(shè)和維護(hù)，工程建設(shè)以小時或天為計(jì)量單位，適合臨時使用和復(fù)雜地形中的緊急組網(wǎng)等情況，如臨時通信點(diǎn)之間路面不能挖掘或者因跨越海洋無法鋪設(shè)通信線路等。無線激光通信網(wǎng)的重新撤換部署也很方便。 2.2.5.4 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信可以看成是一種特殊的微波通信，與一般地面微波通信的不同之處在于：它使用地球同步衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號，如下圖所示。 衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信的新發(fā)展是低成本的微型地面站的出現(xiàn)，這種系統(tǒng)有

34、時被稱為甚小口徑終端甚小口徑終端 VSAT（Very Small Aperture Terminal）系統(tǒng)。 VSAT系統(tǒng)中利用了下述操作方式： 在衛(wèi)星通信中，只要地面發(fā)送方或接收方中任一方有大的天線和大功率的放大器，另一方便可用只有一米天線的微型終端，即VSAT。在該系統(tǒng)中，通常兩個VAST終端之間無法通過衛(wèi)星直接通信，還必須再經(jīng)過一個帶有大天線和大功率放大器的中心站來轉(zhuǎn)接，如下圖所示。使用中心站的使用中心站的VSAT2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 一般點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)都可由下圖加以概括 ： 通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柨煞譃檫B續(xù)變化和離散變化兩大類: 模擬信號模擬信號和數(shù)字信號數(shù)字信號 按照信道

35、中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可以相應(yīng)地把信道分為兩類：模擬信道和數(shù)字信道。 模擬信號 模擬信號 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字信號 數(shù)字信號 以上四種形式，除了模擬數(shù)據(jù)模擬信號可直接通過信道發(fā)送以外，其余的三種通信方式均要進(jìn)行一定形式的編碼，才能實(shí)現(xiàn)信號的傳遞。2.3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是一些離散的值，要用模擬信號傳送，就必須進(jìn)行編碼。編碼的方法：編碼的方法：用調(diào)制解調(diào)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。 調(diào)制解調(diào)器的工作原理：調(diào)制的方法主要有： 幅移鍵控法（ASK）； 頻移鍵控法（FSK）； 相移鍵控法（PSK）。 在調(diào)制過程中，首先要選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率為在調(diào)制過程中，首

36、先要選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率為w的正、余的正、余弦信號作為載波，假定所選定的該正余弦信號為：弦信號作為載波，假定所選定的該正余弦信號為： f(t)=Asin(wt+a) 在載波 f(t) 中，有三個可以改變的電參量（振幅、振幅、角頻率角頻率與與相位相位）。）?？梢酝ㄟ^變化三個電參量，來實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號的編碼。 1、幅移鍵控法幅移鍵控法（ASK） 用載波頻率不同的兩個幅值來表示兩個二進(jìn)制值。 用有載波表示用有載波表示 “1” A=1 f(t)=Asin(wt+a) 用無載波表示用無載波表示 “0” A=0 f(t)=02、 頻移鍵控法頻移鍵控法（FSK） 用不同的載波頻率來表示兩個二進(jìn)制值。

37、用頻率用頻率1表示表示 “1” f(t)=Asin(w1t+a) 用頻率用頻率2表示表示 “0” f(t)=Asin(w2t+a) 3、相移鍵控法相移鍵控法（PSK）； 視頻率、振幅為常數(shù)，用相位的變化來表示二進(jìn)制值。1）差分相位調(diào)制相對相位調(diào)制 以相鄰兩位的載波相差0度或180度來區(qū)分兩位是相同狀態(tài)還是不同狀態(tài)。 兩比特信號交接處遇0，載波信號相位不變（180度）； 兩比特信號交接處遇1，載波信號相位偏移180度（不變）。 0發(fā)送與以前所發(fā)信號同相（反相）的信號串； 1發(fā)送與以前所發(fā)信號反相（同相）的信號串。2）絕對相位調(diào)制 根據(jù) 1 或 0 狀態(tài)，分別給予已調(diào)信號0度或者180度的調(diào)制方法

38、（用相位的絕對值來表示二進(jìn)制數(shù)1和0）。 1取相位值為取相位值為0度；度； f(t)=Asin(wt+0) 0取相位值為取相位值為180度。度。 f(t)=Asin(wt+180) 對于只有0、180度兩種相位變化的方式，稱為兩相調(diào)制。可分別表示 1 和 0 兩個比特； 對于有0、90、180、270度四種相位變化的方式，稱為四相調(diào)制?？煞謩e表示 00 、01、10、11四種比特組合。其數(shù)據(jù)傳輸率較兩相增加一倍； 對于有0、45、90、135、180、225、270、315度八種相位變化的方式，稱為八相調(diào)制?？煞謩e表示 000 、001、010、011、100、101、110、111八種比特組

39、合。其數(shù)據(jù)傳輸率較兩相增加三倍；多相調(diào)制多相調(diào)制數(shù)據(jù)0100011112111222(a) 幅度調(diào)制(b) 頻率調(diào)制(c) 絕對相位調(diào)制相對相位調(diào)制 在數(shù)字調(diào)制中，可以利用數(shù)字信號離散取值的特點(diǎn)，由數(shù)字電路的開關(guān)，象撥鍵一樣來控制振幅、頻率或相位的變化。下圖給出了用數(shù)字電路開關(guān)來實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制的原理圖。 FSKFSK調(diào)制原理圖調(diào)制原理圖2.3.2 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采用數(shù)字信號傳輸，必須進(jìn)行編碼。 1）不歸零制編碼）不歸零制編碼 用兩個不同的電壓電平值來表示二進(jìn)制值。 無電壓0； 恒定的正電壓或者恒定的負(fù)電壓1。 2）曼徹斯特編碼）曼徹斯特編碼 是為了自帶位同步（或

40、稱比特同步）信號而采用的一種編碼方法。 每個比特位中間都有一個跳變，該跳變既表示數(shù)據(jù)，又表示時鐘。 從低位到高位跳變表示 0； 從高位到低位跳變表示 1。 接收方將數(shù)據(jù)和時鐘信號進(jìn)行分離。 3）差分曼徹斯特編碼）差分曼徹斯特編碼 是基本曼徹斯特編碼的變形。每個比特位中間都有一個跳變，該跳變只表示時鐘，不表示數(shù)據(jù)。 用位首是否發(fā)生跳變來表示數(shù)據(jù) 0 或 1。 位首是位首是 0 0 跳變；跳變； 位首是位首是 1 1 不變。不變。 接收方將數(shù)據(jù)和時鐘信號進(jìn)行分離。 曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼又稱為曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼又稱為自含時自含時鐘編碼。鐘編碼。01數(shù)據(jù)001110時鐘(a) N

41、RZ(b) 曼徹斯特編碼(c) 差分曼徹 斯特編碼2.3.3 模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號 模擬數(shù)據(jù)采用數(shù)字信號發(fā)送，必須進(jìn)行編碼。即要進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理。 在發(fā)送端將模擬信號變換為數(shù)字信號的裝置稱為編碼器編碼器（Coder），而在接收端將收到的數(shù)字信號復(fù)原成模擬信號的裝置則稱為解碼器解碼器(Decoder)。通常進(jìn)行的是雙向通信，使用既能編碼又能解碼的裝置，即編碼解碼器編碼解碼器。模擬信號通過編碼解碼器進(jìn)行數(shù)字傳輸?shù)墓ぷ鬟^程示意如下圖： 將模擬信號變換為數(shù)字信號的常用方法是：脈沖代碼調(diào)制脈沖代碼調(diào)制PCMPCM(Pulse Code Modulation)。脈沖代碼調(diào)制的過程由取樣

42、取樣、量量化化和編碼編碼三步構(gòu)成。 1、取樣：就是按照一定的時間間隔采樣測量模擬信號幅值。 采樣定理：采樣定理：在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于被采樣信號最高頻率fmax的2倍時，即：fs.max=2fmax,則采樣之后的數(shù)字信號完整地保留了原始信號中的信息，一般取2.56-4倍的信號最大頻率；采樣定理又稱奈奎斯特定理。 2、量化：就是將取樣點(diǎn)處測得的信號幅值分級取整的過程。 3、編碼：就是將量化后的整數(shù)值用二進(jìn)制數(shù)來表示。 脈沖代碼調(diào)制中，分級取整量化時引進(jìn)了誤差。顯然分級越細(xì)，誤差越小。但分級越細(xì)，每個樣本點(diǎn)編碼所需的比特數(shù)就越多。下圖給出了脈碼調(diào)制的示意圖。增

43、量調(diào)制（DM） 通過逼近模擬信號的增量（而非幅度）來產(chǎn)生信號位流的方法。簡單，成本低。 如果當(dāng)前的幅度采樣值大于大于前一個采樣值。則用“1”表示； 如果當(dāng)前的幅度采樣值小于小于前一個采樣值。則用“0”表示； 在相同數(shù)據(jù)傳輸率的情況下，采用DM與PCM編碼的信號質(zhì)量差不多。但DM需要更高的采樣頻率。如： 產(chǎn)生56kbps的聲音信號： PCM需8000次/秒采樣 DM需56000次/秒采樣 信號 數(shù)據(jù) 模擬信號 數(shù)字信號 模擬數(shù)據(jù) 直接發(fā)送數(shù)字化技術(shù)： PCM DM 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 調(diào)制技術(shù)： ASK FSK PSK編碼技術(shù)： 不歸零制編碼 曼徹斯特編碼 差分曼徹斯特編碼2.4 2.4 基帶傳輸基帶傳輸

44、2.4.1 基帶傳輸?shù)亩x基帶傳輸?shù)亩x 基帶基帶指原始數(shù)字信號調(diào)制以前所占有的頻帶，是原始信指原始數(shù)字信號調(diào)制以前所占有的頻帶，是原始信號所固有的基本頻帶。在信道中直接傳送基帶信號時，稱為基帶號所固有的基本頻帶。在信道中直接傳送基帶信號時，稱為基帶傳輸，相應(yīng)的進(jìn)行基帶傳輸?shù)南到y(tǒng)稱為基帶傳輸系統(tǒng)。傳輸，相應(yīng)的進(jìn)行基帶傳輸?shù)南到y(tǒng)稱為基帶傳輸系統(tǒng)。 基帶信號分：基帶信號分： 基帶模擬信號基帶模擬信號 基帶數(shù)字信號基帶數(shù)字信號 信號的種類由信源決定。信號的種類由信源決定。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以計(jì)算機(jī)為主體的數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以計(jì)算機(jī)為主體的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，信源是計(jì)算機(jī)或數(shù)字終端。由信源產(chǎn)生的基帶信號據(jù)通信系統(tǒng)，信

45、源是計(jì)算機(jī)或數(shù)字終端。由信源產(chǎn)生的基帶信號都是數(shù)字信號。都是數(shù)字信號。因此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所指的基帶傳輸是特指基帶因此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所指的基帶傳輸是特指基帶數(shù)字信號的傳輸?；鶐鬏斒且环N最基本的數(shù)字傳輸方式。數(shù)字信號的傳輸?；鶐鬏斒且环N最基本的數(shù)字傳輸方式。 在網(wǎng)絡(luò)中，信源數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼器交換為基帶信號后，便可在在網(wǎng)絡(luò)中，信源數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼器交換為基帶信號后，便可在傳輸介質(zhì)上傳輸至接收端。傳輸介質(zhì)上傳輸至接收端。 2.4.2 2.4.2 通信信道帶寬對基帶傳輸?shù)挠绊懲ㄐ判诺缼拰鶐鬏數(shù)挠绊?、通信中觀察和分析電信號的基本方法、通信中觀察和分析電信號的基本方法 時域方法：以時間時域方法：以時間t

46、為自變量，觀察電信號（電壓或電流）隨為自變量，觀察電信號（電壓或電流）隨 時間的變化情況。時間的變化情況。示波器觀察信號波形。示波器觀察信號波形。 頻域方法：通過傅立葉分析，以頻率頻域方法：通過傅立葉分析，以頻率f（或角頻率（或角頻率w）為自）為自 變量，觀察電信號的頻譜組成、振幅與相位變變量，觀察電信號的頻譜組成、振幅與相位變 化情況。（分析包括電信號的波形變化及引起的化情況。（分析包括電信號的波形變化及引起的 傳輸失真情況）傳輸失真情況）頻譜儀觀察信號的頻譜。頻譜儀觀察信號的頻譜。2 2、帶寬、帶寬 傅立葉分析認(rèn)為：任何一個基頻為f的周期函數(shù) E（t），都可以表示為無數(shù)個正弦和余統(tǒng)函數(shù)之和

47、。 帶寬：信號中所含諧波的最大值與最小值之差。 采用“電子線路”技術(shù)測定帶寬方法： 在保證輸入的正（余弦）信號頻率可變，但幅度不變的情況下輸入放大器，然后從出端電壓表上讀出正（余）弦信號的電壓幅度，從而取得對應(yīng)于不同信號頻率的輸出電壓值Vo（f）。所構(gòu)成的Vo（f）曲線叫做該放大器的幅頻曲線。通常人們將放大器的輸出功率從最大值下降一半所對應(yīng)的頻率范圍，定義為放大器的通頻帶寬。即帶寬。 3 3、帶寬對信號傳輸?shù)挠绊憽拰π盘杺鬏數(shù)挠绊?實(shí)驗(yàn)可得： 1）當(dāng)帶寬只允許發(fā)送信號的直流分量和基波分量通過時，接收端得到由直流分量與基波分量合成的信號波形。這種波形的失真最大，收端很難識別編碼。 0 1 1

48、 0 0 0 1 0E（t） 2）當(dāng)帶寬允許直流分量、基波分量和二次諧波分量通過時，情況稍好，但失真仍然很大。 0 1 1 0 0 0 1 0E（t） 3）當(dāng)帶寬允許直流、基波、二次與四次諧波分量時，波形基本接近發(fā)送方所發(fā)送信號的波形。 0 1 1 0 0 0 1 0E（t） 4）當(dāng)帶寬允許直流、基波、二次至八次諧波分量通過時，接收方只需稍加整形，就能正確地識別波形。接收到的波形進(jìn)一步逼近真實(shí)情況。 0 1 1 0 0 0 1 0E（t） 因此，帶寬對數(shù)據(jù)信號傳輸中失真的影響很大，信號帶寬越寬，因此，帶寬對數(shù)據(jù)信號傳輸中失真的影響很大，信號帶寬越寬，信號傳輸?shù)氖д嬖叫?，傳輸質(zhì)量越高，信號也越容

49、易識別。信號傳輸?shù)氖д嬖叫。瑐鬏斮|(zhì)量越高，信號也越容易識別。 243 數(shù)據(jù)傳輸率的定義與信道速率的極限1 1數(shù)據(jù)傳輸率的的定義數(shù)據(jù)傳輸率的的定義 在串行傳輸過程中，指一臺設(shè)備或信道傳播字節(jié)的瞬時位速在串行傳輸過程中，指一臺設(shè)備或信道傳播字節(jié)的瞬時位速度。即：每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制比特數(shù)。度。即：每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制比特數(shù)。（bit/second） bpsBits per second S=1/T T發(fā)送每一比特所需時間。 如發(fā)送一比特0，1信號，需0.104ms，則信道的數(shù)據(jù)傳輸率為：9600bps 單位：bps bps Mbps Gbps Tbps1k=103bps 1M=106bps 1G=109b

50、ps 1T=1012bps2信道速率極限（碼元速率）信道速率極限與帶寬有關(guān)，帶寬越大，信道所能提供的傳輸率越大。說明它們之間的關(guān)系的理論有：奈奎斯特準(zhǔn)則和香農(nóng)定律。（1 1）奈奎斯特準(zhǔn)則認(rèn)為：）奈奎斯特準(zhǔn)則認(rèn)為：在無噪聲的情況下（這是一種理想的狀態(tài)），信道的最高速率是信道帶寬的兩倍。Rmax=2f（bps）f帶寬Rmax=2Blog2NN為碼元所取的離散值的個數(shù)。當(dāng)離散值只有0、1時，Rmax=2B如信道帶寬是4000Hz，則它能提供最高為8000bps的傳輸速率。要注意一點(diǎn)的是： 奈奎斯特(Nyquist)推導(dǎo)出在理想低通信道下的最高碼元傳輸速率的公式： 理想低通信道理想低通信道的最高碼元傳

51、輸速率 = 2W （Baud ）這里W是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz)；Baud是波特，是碼元傳輸速率的單位，1波特為每秒傳送1個碼元。奈氏準(zhǔn)則的另一種表達(dá)方法是：每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個碼元。最高信道速率極限。 信號中的所有低頻分量，只要其頻率不超過某個上限值，都能不失真地通過該信道。而頻率超過該上限值的所有高頻分量均不能通過該信道。對于具有理想帶通矩形特性的信道(帶寬為W)，奈氏準(zhǔn)則就變?yōu)椋?理想帶通信道的最高碼元傳輸速率 = W Baud 即每赫帶寬的帶通信道的最高碼元傳輸速率為每秒1個碼元。 強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn)：（1）一個實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明

52、顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出的這個上限數(shù)值。（2）波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?，它說明每秒傳多少個碼元。碼元傳輸速率也稱為調(diào)制速率、波形速率或符號速率。 比特是信息量的單位，與碼元的傳輸速率“波特”是兩個完全不同的概念。 信號中的所有頻帶下限頻率f 1 以及頻帶上限頻率f 2 之間的頻率分量，都能不失真地通過該信道。而低f 1 于和高于f 2 的所有頻率分量均不能通過該信道。 奈氏準(zhǔn)則告訴我們： 奈奎斯特準(zhǔn)則描述的是：在有限帶寬和無噪聲干擾的情況下，信道的在有限帶寬和無噪聲干擾的情況下，信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率與信道帶寬的關(guān)系。最大數(shù)據(jù)傳輸率與信道帶寬的關(guān)系。（兩倍的關(guān)系）（兩倍的關(guān)系） 由于碼元的傳輸速率受

53、奈氏準(zhǔn)則的制約，所以要提高信息的傳輸速率，就必須設(shè)法使每一個碼元能攜帶更多個比特的信息量。這就需要采用多元制(又稱為多進(jìn)制)的調(diào)制方法。如PSK的四相、八相調(diào)制。（2）香農(nóng)定理則認(rèn)為： 在存在隨機(jī)熱噪聲的情況下，信道的最大傳輸率與信道帶寬、信號噪聲功率比（信噪比）之間的關(guān)系為：Rmax=Blog2（1+S/N）（S/N信噪比，S信號強(qiáng)度，N噪聲強(qiáng)度）當(dāng)信道帶寬一定時，Rmax主要與S/N有關(guān)，S/N越大，信道速率極限值Rmax也越大。 需要注意的是：當(dāng)信噪比以“分貝”為單位表示時， S/N（db）和S/N（無單位）的換算公式為： S/N（dbdb）=10lg（S/N） （無單位）（無單位） 即

54、，香農(nóng)定理表明：即，香農(nóng)定理表明： 香農(nóng)定理描述的是：香農(nóng)定理描述的是：在有限帶寬和隨機(jī)熱噪聲干擾的情況下，信道的最大數(shù)據(jù)傳輸在有限帶寬和隨機(jī)熱噪聲干擾的情況下，信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率與信道帶寬、信道噪聲功率比之間的關(guān)系。率與信道帶寬、信道噪聲功率比之間的關(guān)系。25 頻帶傳輸2 25 51 1 頻帶傳輸?shù)亩x頻帶傳輸?shù)亩x 把基帶信號經(jīng)調(diào)制變換后，能在公共電話線上傳輸?shù)男盘杺鬏?，稱頻帶傳輸。這實(shí)際上也是一種模擬傳輸。目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信大都采用頻帶傳輸。 而寬帶是指比音頻帶更寬的頻帶。它包括了大部分的電磁波波譜。利用寬帶進(jìn)行的傳輸稱為寬帶傳輸，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為寬帶傳輸系統(tǒng)。寬帶系統(tǒng)也屬于模擬系

55、統(tǒng)的范疇。它能夠在一個信道上進(jìn)行數(shù)字信息和模擬信息服務(wù)?？梢匀菁{全部的廣播，并可實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)率的傳輸。 寬帶采用的是頻帶傳輸技術(shù)。但頻帶傳輸不一定是寬帶傳輸。寬帶采用的是頻帶傳輸技術(shù)。但頻帶傳輸不一定是寬帶傳輸。252 頻帶傳輸中MODEM的基本工作原理MODEM主要是通過調(diào)制的方法，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號，從而使信號可以在公共電話網(wǎng)上傳輸。 以FSK為例（頻移鍵控法）：發(fā)送端的調(diào)制器是用輸入的數(shù)字脈沖信號控制兩個不同頻率振蕩器信號的輸出來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)變。1270 10701270Hz1070Hz頻率振蕩器帶通濾波器組合器組合器1 0 0 11 0 0 1檢波器檢波器調(diào)制器調(diào)制器

56、解調(diào)器解調(diào)器發(fā)送端：發(fā)送端：當(dāng)輸入的數(shù)字脈沖信號為高電平時，頻率f1=1270Hz的振 蕩器有信號輸出 二進(jìn)制數(shù)“1”； 當(dāng)輸入的數(shù)字脈沖信號為低電平時，頻率f2=1070Hz的振 蕩器有信號輸出 二進(jìn)制數(shù)“0”。 在調(diào)制器的輸入端將兩種頻率的正（余）弦信號合并起來，就構(gòu)成了FSK信號。接收端：接收端：通過設(shè)置對應(yīng)于發(fā)送端f1、f2兩種頻率的帶通濾波器，將兩種正（余）弦信號分開，并分別通過兩個檢波器，再將信號送入組合器，組合器按與發(fā)送端使用相同的電平值，將不同頻率的信號解調(diào)為“0”“1”的二進(jìn)制比特序，送入目的計(jì)算機(jī)，完成通信。 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)MODEMMODEM電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)

57、MODEM如何在一對電話上完成全雙工通信？ 標(biāo)準(zhǔn)的FSK，MODEM都規(guī)定了兩個頻率組，即上、下頻帶（Bell103標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定） 呼叫方：呼叫方：（主動發(fā)起通信的一方）使用下頻帶： 邏輯“1” 1270Hz 邏輯“0” 1070Hz 應(yīng)答方：應(yīng)答方：（被動參與通信的一方）使用上頻帶：邏輯“1” 2225Hz 邏輯“0” 2025Hz（呼叫方與主答方是相對的，動態(tài)轉(zhuǎn)換的）（呼叫方與主答方是相對的，動態(tài)轉(zhuǎn)換的） 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)MODEMMODEM電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方調(diào)制器調(diào)制器帶通濾波器帶通濾波器Fol=1170Hz帶通濾波器帶通濾波器Fol=1170Hz

58、解調(diào)器解調(diào)器接收方接收方發(fā)送方發(fā)送方解調(diào)器解調(diào)器帶通濾波器帶通濾波器Foh=2125Hz帶通濾波器帶通濾波器Foh=2125Hz調(diào)制器調(diào)制器帶通濾油器允許中心頻帶中心頻帶f0f 的頻率通過，2倍f為通頻帶寬，而對其它頻率的信號則拒絕通過。 f=1270-1070=2225-2025=200Hz f0=1170或2125Hz因此， 對于上頻帶允許通過19252325Hz的信號 對于下頻帶允許通過9701370Hz的信號 從下圖中可以看出，兩路信號并不交叉，說明信道之間無干從下圖中可以看出，兩路信號并不交叉，說明信道之間無干擾，能滿足全雙工通信的要求。擾，能滿足全雙工通信的要求。 f0L=1170

59、Hz f0H=2125Hz1070Hz1270Hz2025Hz2225Hz970Hz1370Hz1925Hz2325Hz下頻帶下頻帶上頻帶上頻帶電話交換網(wǎng)通頻帶寬電話交換網(wǎng)通頻帶寬Hz253 MODEM的分類與標(biāo)準(zhǔn)1MODEM分類 MODEM的技術(shù)發(fā)展很快，目前按不同的方法，MODEM有以下幾種分類： （1）按功能分： 傳統(tǒng)的用于數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)膍odem 兼有Fax卡功能的FAX/modem 用于CATV的Cable modem （2）按外型分： 外置式modem 內(nèi)置式modem 袖珍式modem 無線式modem （3）按傳輸速率分： 低速modem 600bps 中速modem 6009600bps 高速modem