Ch2—數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、第第2 2章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍顢?shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍?.2 2.2 傳輸損耗傳輸損耗2.3 2.3 數(shù)據(jù)編碼方法數(shù)據(jù)編碼方法2.4 2.4 通信傳輸媒介通信傳輸媒介2.1數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍顢?shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍?2.1.1 2.1.1 并行傳輸與串行傳輸并行傳輸與串行傳輸 2.1.2 2.1.2 單工、半雙工和全雙工單工、半雙工和全雙工 2.1.3 2.1.3 異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸 2.1.4 2.1.4 傳輸速率傳輸速率 2.1.1 并行傳輸與串行傳輸 信號傳輸方式：描述確定了數(shù)據(jù)具體如何在通信設(shè)備間進(jìn)行傳輸。 串行/并行傳輸：在計算機(jī)內(nèi)部

2、各部件之間以及計算機(jī)與計算機(jī)之間進(jìn)行通信時，根據(jù)一次傳輸數(shù)據(jù)的多少可將數(shù)據(jù)傳輸方式分為串行和并行。2.1.1 并行傳輸與串行傳輸1.并行傳輸：多個數(shù)據(jù)位（對一個編碼字符）同時在通信設(shè)備間的多條通道上傳輸，并且每個bit都占用一條專用的傳輸通道；用于短距離設(shè)備間的通信/設(shè)備內(nèi)部通信方式，相對速率較快如：Computer，Printer并行傳輸并行傳輸2.1.12.1.1并行傳輸與串行傳輸2.串行傳輸：編碼字符的各個數(shù)據(jù)位一位一位順序的在通信設(shè)備之間的一條通道上傳輸；適合遠(yuǎn)距離設(shè)備間的通訊，但傳輸速率較慢。例如：Computer與mouse和keyboard間。串行傳輸串行傳輸b7b6b5b4b3

3、b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b0b1b2b3b4b5b6b7串行信道并行信道(a)并行數(shù)據(jù)傳輸(b)串行數(shù)據(jù)傳輸2.1.2 2.1.2 單工、半雙工和全雙工單工、半雙工和全雙工 根據(jù)通信在通信線路上的傳輸方向及其與時間的關(guān)系，串行通信可分為三種方式：單工/半雙工/全雙工方式。1.1.單工傳輸單工傳輸：數(shù)據(jù)始終只能在一個方向上傳輸，任何時間不能進(jìn)行反向傳輸。如廣播電視。2.1.2 2.1.2 單工、半雙工和全雙工單工、半雙工和全雙工2.2.半雙工傳輸半雙工傳輸：數(shù)據(jù)允許在設(shè)備間兩個方向上傳輸，但在某一時刻數(shù)據(jù)只被允許

4、在一個方向傳輸即設(shè)備間只有一條傳輸通道，所以信號只能分時傳輸。如對講機(jī)；在同一時刻只能進(jìn)行一個方向上傳輸而不能進(jìn)行雙向傳輸，但在不同時刻可以。2.1.2 2.1.2 單工、半雙工和全雙工單工、半雙工和全雙工3.3.全雙工傳輸全雙工傳輸：克服半雙工通訊發(fā)送方式和接收方式之間切換所花費的時間提高傳輸速率，為此在此基礎(chǔ)上增加一條傳輸通道，允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，稱為全雙工。 串行通信過程中，數(shù)據(jù)是一位一位串行通信過程中，數(shù)據(jù)是一位一位依次傳輸?shù)?，發(fā)送端與接收端在相依次傳輸?shù)模l(fā)送端與接收端在相應(yīng)的時鐘脈沖控制下進(jìn)行發(fā)送和接應(yīng)的時鐘脈沖控制下進(jìn)行發(fā)送和接收的，為使接收端能準(zhǔn)確接收所傳收的，為使接

5、收端能準(zhǔn)確接收所傳輸信息，接收端必須知道：輸信息，接收端必須知道： 2.1.2 2.1.2 單工、半雙工和全雙工單工、半雙工和全雙工 2.1.2 2.1.2 單工、半雙工和全雙工單工、半雙工和全雙工2.1.3 異步傳輸與同步傳輸 1.1.異步傳輸異步傳輸：起止式傳輸，它是利用起止起止式傳輸，它是利用起止方法來保持收發(fā)雙方同步的。方法來保持收發(fā)雙方同步的。 1 1）每次只能傳輸一個編碼字符，可以連續(xù)）每次只能傳輸一個編碼字符，可以連續(xù)發(fā)送多個字符，可以隨即進(jìn)行單獨發(fā)送發(fā)送多個字符，可以隨即進(jìn)行單獨發(fā)送2 2）起始位表示字符傳輸?shù)拈_始，長度為）起始位表示字符傳輸?shù)拈_始，長度為1bit1bit（“0

6、 0”）；停止位表示字符傳輸?shù)模?；停止位表示字符傳輸?shù)慕Y(jié)束，長度結(jié)束，長度1bit1bit，1.5bit1.5bit，2bit2bit（“1 1”） 3 3）發(fā)送端數(shù)據(jù)格式：發(fā)送端數(shù)據(jù)格式： 起始位起始位 字符代碼字符代碼 校驗位校驗位 停止位停止位 1 51 58 1 8 1 1,1.5,21,1.5,2 位數(shù)取決于編碼方案位數(shù)取決于編碼方案 提高傳輸可靠性提高傳輸可靠性 2.1.3 異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸4）接收端：通過檢測起始位和停止位來判斷新近到達(dá)的字符，保持收發(fā)雙方每傳輸一個字符就重新校驗一次同步關(guān)系，不易造成時鐘誤差。2.1.3 異步傳輸與同步傳輸5）應(yīng)用：低速傳輸系

7、統(tǒng)，因為其傳輸效率較低，如傳輸一個ASC碼，數(shù)據(jù)代碼7位，1位起止位，2位停止位，1位校驗位，其效率7/(7+1+1+2)64且字符之間還可能有空隙 2.1.3 異步傳輸與同步傳輸起始位數(shù)據(jù)位0數(shù)據(jù)位1數(shù)據(jù)位2數(shù)據(jù)位3數(shù)據(jù)位4數(shù)據(jù)位5數(shù)據(jù)位6校驗位停止位停止位字符2字符1字符3字符4任意間隔任意間隔任意間隔2.1.3 2.1.3 異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸異步傳輸異步傳輸 2.同步傳輸：不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊為傳輸單位，其傳輸速率較高每次傳輸多個字符（數(shù)據(jù)塊）且它們之間沒間隙以及起始位，停止位保持收發(fā)同步，在數(shù)據(jù)塊之前加上前文，在數(shù)據(jù)之后加上后文幀（frame）2.1.3 異步傳輸與

8、同步傳輸接收端：檢測幀中的前文和后文（特定的標(biāo)志序列）保持與發(fā)送端同步 數(shù)據(jù)格式：前文和后文的具體格式視傳輸控制規(guī)程而定，有面向字符與面向比特型兩種方案 應(yīng)用：高速傳輸系統(tǒng)中，其傳輸效率較高，因為字符間無需加入階加位和間隙。 0111111001111110BAX. .01111110SYNSYNBAX. .SYN同步字符(一個或多個)同步位模式(一個或多個)可變長度的位數(shù)據(jù)塊可變長度的字符數(shù)據(jù)塊面向比特方案面向比特方案面向字符方案面向字符方案2.1.3 2.1.3 異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸 同步傳輸每次傳送的是一個完整的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送端無需在字符間加入附加位和間隙，因而同步傳輸?shù)男?/p>

9、率比異步傳輸?shù)男矢摺５捎谑瞻l(fā)雙方需建立準(zhǔn)確的同步關(guān)系，所以實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。 SYN-同步符SOH-報文頭開始STX-正文開始ETX-正文結(jié)束BCC-校驗 二進(jìn)制同步通信規(guī)程 高級數(shù)據(jù)鏈路控制 幀格式（HDLC）同步傳輸同步傳輸2.1.4 傳輸速率 傳輸速率就是指在單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，即信息速率；它是評價通信系統(tǒng)好壞優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)；在數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)常用到的指標(biāo)有調(diào)制速率，數(shù)據(jù)信號速率和數(shù)據(jù)傳輸速率。 當(dāng)要將數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送時，往往是將數(shù)據(jù)通當(dāng)要將數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送時，往往是將數(shù)據(jù)通過調(diào)制解調(diào)技術(shù)進(jìn)行傳送的，即將數(shù)據(jù)信號先調(diào)過調(diào)制解調(diào)技術(shù)進(jìn)行傳送的，即將數(shù)據(jù)信號先調(diào)制在載波上傳送，如制在載

10、波上傳送，如QPSK、各種、各種QAM調(diào)制等，調(diào)制等，在接收端再通過解調(diào)得到數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)信號在在接收端再通過解調(diào)得到數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)信號在對載波調(diào)制過程中會使載波的各種參數(shù)產(chǎn)生變化對載波調(diào)制過程中會使載波的各種參數(shù)產(chǎn)生變化（幅度變化、相位變化、頻率變化、載波的有或（幅度變化、相位變化、頻率變化、載波的有或無等，視調(diào)制方式而定），波特率是描述數(shù)據(jù)信無等，視調(diào)制方式而定），波特率是描述數(shù)據(jù)信號對模擬載波調(diào)制過程中，載波每秒中變化的數(shù)號對模擬載波調(diào)制過程中，載波每秒中變化的數(shù)值，又稱為調(diào)制速率，波特率又稱符號率。值，又稱為調(diào)制速率，波特率又稱符號率。 碼元：碼元： 在數(shù)字通信中常常用時間間隔相同在數(shù)

11、字通信中常常用時間間隔相同的符號來表示一位二進(jìn)制數(shù)字。這樣的時的符號來表示一位二進(jìn)制數(shù)字。這樣的時間間隔內(nèi)的信號稱為二進(jìn)制碼元，而這個間間隔內(nèi)的信號稱為二進(jìn)制碼元，而這個間隔被稱為碼元長度。間隔被稱為碼元長度。 符號：符號： 即用于表示某數(shù)字碼型的一定相位即用于表示某數(shù)字碼型的一定相位或幅度值的一段正弦載波或幅度值的一段正弦載波其長度即符號長其長度即符號長度度。 符號又稱單位碼元，它是一個單元傳送周符號又稱單位碼元，它是一個單元傳送周期內(nèi)的數(shù)據(jù)信息期內(nèi)的數(shù)據(jù)信息 。2.1.4 傳輸速率傳輸速率 1.碼元傳輸速率:又稱波特率、傳碼率或調(diào)制速率，記作RB。指單位時間所傳送的碼元(即脈沖)數(shù)目，或者

12、表示信號調(diào)制過程中單位時間內(nèi)調(diào)制信號波形的變換次數(shù)。單位為波特(Baud或Bd)。調(diào)制速率可表示為： RB1/T ； （2.1） 2.1.4 傳輸速率 例例2.12.1：如圖如圖2.72.7所示的調(diào)頻波，其中一個所示的調(diào)頻波，其中一個“0 0”或或“1 1”狀態(tài)的最短時間長度為狀態(tài)的最短時間長度為41741710-10-6 6秒，試求調(diào)制速率。秒，試求調(diào)制速率。解：根據(jù)以上公式解：根據(jù)以上公式 61041711TRB= 2400（波特） 2.1.4 傳輸速率 2.數(shù)據(jù)信號速率：單位時間內(nèi)通過信道的信息量，簡稱比特率，記作,單位為bit/s（bps） 串行方式：（一路）MlogT1MlogRR2

13、2Bb并行方式：（多路）i2n1iibMlogT1RRB為波特率，M為調(diào)制信號波的狀態(tài)數(shù)(叫M進(jìn)制數(shù)字傳輸)，T為單位調(diào)制信號波的時間長度。（公式 2.2）2.1.4 傳輸速率i在串行傳輸方式下在串行傳輸方式下波特率波特率與與比特率比特率之間之間的關(guān)系取決于的關(guān)系取決于調(diào)制信號波的狀態(tài)數(shù)調(diào)制信號波的狀態(tài)數(shù)。如果。如果只使用兩種狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制，那么兩種速率只使用兩種狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制，那么兩種速率在數(shù)值上是相等的在數(shù)值上是相等的。2.1.4 傳輸速率i例例2.2：若采用串行傳輸方式，且一個單位若采用串行傳輸方式，且一個單位調(diào)制信號波的時間長度為調(diào)制信號波的時間長度為41741710-10-6 6秒，那秒

14、，那么在使用么在使用2 2狀態(tài)調(diào)制時，數(shù)據(jù)信號速率為狀態(tài)調(diào)制時，數(shù)據(jù)信號速率為多少？若使用多少？若使用4 4狀態(tài)調(diào)制，則數(shù)據(jù)信號速狀態(tài)調(diào)制，則數(shù)據(jù)信號速率又為多少？率又為多少？2.1.4 傳輸速率i解：當(dāng)M=2時 RB=1/T2400（波特） 根據(jù)公式（2.2）可得 Rb=RBlog2M=2400log22=24001=2400（bit/s） 當(dāng)M=4時 RB=1/T2400（波特） Rb=RBlog2M=2400log24=24002=4800（bit/s） 二者關(guān)系：與基數(shù)有關(guān)，如： 波特率 1200 1200 1200 1200 調(diào)制相數(shù) 2 4 8 16 比特率 1200 2400 3

15、600 48002.1.4 傳輸速率 3.數(shù)據(jù)傳輸速率：單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)量的單位為：比特、字符等，時間的單位可以是s，m，h等。如果數(shù)據(jù)量單位bit，時間單位s，則數(shù)據(jù)傳輸率即為數(shù)據(jù)信號速率如果數(shù)據(jù)量單位字符，時間單位min ，則需作個轉(zhuǎn)換 。2.1.4 傳輸速率傳輸速率 例例2.4 2.4 若以若以異步方式傳輸若以若以異步方式傳輸EBCDICEBCDIC碼，碼，數(shù)據(jù)信號速率為數(shù)據(jù)信號速率為2400bps2400bps，且停止位的長度，且停止位的長度是是2 2位，試求相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。位，試求相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。2.1.4 傳輸速率傳輸速率 解：若以字符/分為單位，則數(shù)據(jù)傳輸速率

16、為 2400X60/1+8+2=13091（字符/分） 分母中的“1”和“2”分別是附加在字符代碼前后的起始位和停止位的長度。 3.帶寬 帶寬(Bandwidth)：信號或信道占據(jù)的頻率范圍。 信道帶寬：信道可以不失真地傳輸信號的頻率范圍，即信道能夠傳輸?shù)男盘柕淖罡哳l率和最低頻率的差值。 系統(tǒng)的帶寬（或者說信道帶寬）通常是指系統(tǒng)的頻率響應(yīng)（幅度特性）曲線的幅度保持在其頻帶中心的取值的 倍（即70%）以內(nèi)的頻率區(qū)間，該頻率區(qū)間寬度是最高分量頻率與最低分量頻率之差。：復(fù)雜2/ 13.帶寬信號帶寬：諧波的最高頻率 f h 與最低頻率 f l 之差（ f h - f l ）叫做信號的頻帶寬度，簡稱帶寬

17、。一般而言，任何一個有限時間的信號之頻譜寬度是無限的即信號頻譜中各分量的頻率理論上可擴(kuò)展至無限。然而，信號的大部分功率實際上只集中在某個有限的頻譜寬度內(nèi)。所謂信號的有效帶寬就是指包含信號大部分功率的這部分頻譜的寬度。信號的半功帶寬 信號的半功帶寬，是通用的帶寬定義。 半功率帶寬是信號f(t)一個頻率區(qū)間，在該區(qū)間內(nèi)的頻率分量對f(t) 功率的貢獻(xiàn)是整個信號功率的一半。 信號的帶寬和傳輸信號的系統(tǒng)的帶寬（或者說信道帶寬）是有區(qū)別的。 為了減小系統(tǒng)失真，要求系統(tǒng)有足夠的帶寬，而且信號帶寬越寬，系統(tǒng)的帶寬相應(yīng)地也要越寬。2.2 傳輸損耗傳輸損耗2.2.1 2.2.1 衰損衰損2.2.2 2.2.2

18、失真失真2.2.3 2.2.3 噪聲噪聲2.2.4 2.2.4 信噪比信噪比2.2.5 2.2.5 香農(nóng)定理香農(nóng)定理2.2.6 2.2.6 信道容量信道容量2.2.1 衰損 衰損：衰損：信號在傳輸介質(zhì)中傳輸時將會有部信號在傳輸介質(zhì)中傳輸時將會有部分分能量能量轉(zhuǎn)化為熱能或者被傳輸介質(zhì)吸收，轉(zhuǎn)化為熱能或者被傳輸介質(zhì)吸收，從而造成信號從而造成信號強(qiáng)度強(qiáng)度不斷減弱。特別是在遠(yuǎn)不斷減弱。特別是在遠(yuǎn)距離通信時不可忽視，在適當(dāng)位置設(shè)立距離通信時不可忽視，在適當(dāng)位置設(shè)立放放大器大器/ /轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器/ /中繼器中繼器來增加強(qiáng)度。來增加強(qiáng)度。2.2.1 衰損 衰損用分貝來描述，它是衡量兩個功率電平之間差別的度量

19、。 D=10lg(p1/p2) D單位：dB 21lg2021lg2021lg10D 21 P2P1 1P2P1 then 0D if21 P2P1 1P2P1 then 0D if22IIUUPPRIRUPPPPP所以出現(xiàn)了增益到即功率從出現(xiàn)了衰損到即功率從 例2.5：假設(shè)在傳輸系統(tǒng)上傳輸?shù)男盘柧哂校杭僭O(shè)在傳輸系統(tǒng)上傳輸?shù)男盘柧哂?2mW12mW的功率，而在一定距離遠(yuǎn)的某處測得的功率，而在一定距離遠(yuǎn)的某處測得功率為功率為7mW7mW，試求出這段線路上信號的衰損。，試求出這段線路上信號的衰損。 解：根據(jù)公式（解：根據(jù)公式（2.42.4）可得）可得 D=10 lg(p1/p2)= 10 lg(7

20、/12)=-D=10 lg(p1/p2)= 10 lg(7/12)=-2.34 2.34 （dBdB） 2.2.2 失真 失真：信號不同頻率的分量在傳輸過程中受到不同程度的衰減和延遲的影響，最終使到達(dá)接收端的信號與發(fā)送端送出的初始信號在波形上有所差異，把這種傳輸過程中信號波形的變化稱為失真。2.2.2 失真 根據(jù)產(chǎn)生的原因不同分為振幅失真，根據(jù)產(chǎn)生的原因不同分為振幅失真，延遲失真。延遲失真。振幅失真：由各個頻率分量振幅值由各個頻率分量振幅值發(fā)生不同變化而引起的失真，是由發(fā)生不同變化而引起的失真，是由傳輸設(shè)備和線路引起的衰損造成的傳輸設(shè)備和線路引起的衰損造成的延遲失真：由各頻率分量的傳播速由各頻

21、率分量的傳播速度不一致所造成的失真，容易造成度不一致所造成的失真，容易造成碼間串?dāng)_碼間串?dāng)_ 圖圖2.9 失真的信號波形失真的信號波形 2.2.3 噪聲 噪聲：傳輸過程中插入到數(shù)據(jù)信號中不希望有的信號，根據(jù)產(chǎn)生原因不同分為四類：熱噪聲，交調(diào)噪聲串音脈沖噪聲。2.2.3 噪聲 熱噪聲：由帶電粒子在導(dǎo)電媒介中進(jìn)行的分子熱運(yùn)動造成的（絕對存在的）無法被消除的。 噪聲功率密度可作為熱噪聲值的度量,N0=KT N0：W/HZ； K：波爾茲曼常數(shù) 1.3810-23J/K； T：絕對溫度 K2.2.3 噪聲 高斯噪聲：n維分布都服從高斯分布。 白噪聲：功率譜密度在這個頻率范圍內(nèi)分布均勻的噪聲。 熱噪聲是一種

22、高斯白噪聲。 2.2.3 噪聲 交調(diào)噪聲：多個不同頻率的信號共享一個多個不同頻率的信號共享一個傳輸媒介時可能產(chǎn)生的噪聲，通常是通信傳輸媒介時可能產(chǎn)生的噪聲，通常是通信系統(tǒng)中存在非線性因素造成的。（非線性系統(tǒng)中存在非線性因素造成的。（非線性因素因素元件故障引起的）元件故障引起的） 通常情況：發(fā)送端和接收端是以線性系統(tǒng)模式通常情況：發(fā)送端和接收端是以線性系統(tǒng)模式工作的，即輸出為輸入的常數(shù)倍。工作的，即輸出為輸入的常數(shù)倍。 干擾信號頻率可能是：干擾信號頻率可能是：f f1 1 f f2 2 ；f f1 1f f2 2；2f2f1 1 2f2f2 2 ；2f2f1 1f f2 2 ；mf1+mf2mf

23、1+mf2 串音：又稱串?dāng)_，它是由一個信道中的信又稱串?dāng)_，它是由一個信道中的信號對另一個信道中的信號產(chǎn)生的干擾。號對另一個信道中的信號產(chǎn)生的干擾。2.2.3 噪聲脈沖噪聲：是一種由突發(fā)的振幅很大持續(xù)時間很短，耦合到信號通路中的非連續(xù)尖峰脈沖引起的干擾，通常是由一些無法預(yù)知的因素造成的，如電火花，雷電； 脈沖噪聲對模擬數(shù)據(jù)傳輸不會造成明顯影響 但數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中脈沖噪聲是產(chǎn)生差錯的主要來源2.2.3 噪聲噪聲對數(shù)字信號傳輸造成的影響 2.2.3 噪聲 脈沖噪聲造成的干擾是不易被消除的，必須通過差錯控制手段來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?.2.4 信噪比 信噪比：信號在傳輸過程中不可避免地要信號在傳輸過程

24、中不可避免地要受到噪聲的影響，受到噪聲的影響，信噪比是用來描述在此信噪比是用來描述在此過程中信號受噪聲影響程度的量過程中信號受噪聲影響程度的量，它是衡，它是衡量傳輸系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一。量傳輸系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一。2.2.4信噪比 信噪比通常是指某一點上的信號功率與噪聲功率之比，可用下面的公式表示信噪比 其中，/是信噪比，Ps是信號的平均功率，Pn是噪聲的平均功率 nsPPNS2.2.4信噪比 有時為了使用方便也會采用分貝（dB）來表示信噪比，公式如下NSlg10PPlg10NSnsdB2.2.5 香農(nóng)定理 給出了一種計算傳輸速率上限的方法。 香農(nóng)定理指出：在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)

25、的極限傳輸速率為 （2.112.11） 式中C是極限傳輸速率，其單位是bit/s；B是信道帶寬，其單位是Hz；S/N是信噪比，其中S為信號功率，N為噪聲功率。 NSBC1log2 例2.8 假設(shè)一個音頻電話線路支持的頻率范 圍為300 Hz到3 400 Hz，其信噪比是 25 dB，試求這個線路傳輸速率的上 限。 解：由題可知，這條線路的帶寬 B=3 400300=3 100（Hz） 又因為信噪比為25 dB，故由公式（2.10）可得 316 因此根據(jù)公式（2.11），線路傳輸速率的上限約為 =3 100log2(317)25 761（bit/s） 也就是說，這條線路傳輸速率的上限將近26 k

26、bit/s。 NSBC1log2NS2.2.6 信道容量（補(bǔ)充） 比特率與有效頻譜的關(guān)系比特率與有效頻譜的關(guān)系 當(dāng)比特率上升時，有效頻譜也變寬。當(dāng)比特率上升時，有效頻譜也變寬。 而而有效帶寬則根據(jù)系統(tǒng)中的噪聲程度也會有有效帶寬則根據(jù)系統(tǒng)中的噪聲程度也會有所不同地增加。所不同地增加。 如圖，假如比特率是如圖，假如比特率是10001000bpsbps，有效帶寬，有效帶寬是是200Hz200Hz，則當(dāng)比特率增加到，則當(dāng)比特率增加到2000bps2000bps，有，有效帶寬可能會相應(yīng)為效帶寬可能會相應(yīng)為400Hz400Hz。信道容量 信道容量：信道容量：信道所能允許的不產(chǎn)生錯誤的信道所能允許的不產(chǎn)生錯

27、誤的最快的傳輸速率。對連續(xù)信道若最快的傳輸速率。對連續(xù)信道若B B為信道帶為信道帶寬，在加性高斯白噪聲的干擾下，根據(jù)香寬，在加性高斯白噪聲的干擾下，根據(jù)香農(nóng)（農(nóng)（ShannonShannon）信息論，其信道容量）信息論，其信道容量C C）噪聲功率（）信號功率（）信道帶寬（信道容量WWHzsbitNSBCNS B/ C)1 (log2信道容量 香農(nóng)公式表明的是當(dāng)信號與信道高斯白噪聲的平均功率給定時，在具有一定頻帶寬度的信道上，理論上單位時間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康臉O限數(shù)值。 只要傳輸速率小于等于信道容量，則總可以找到一種信道編碼方式，實現(xiàn)無差錯傳輸；若傳輸速率大于信道容量，則不可能實現(xiàn)無差錯傳輸。信

28、道容量 由香農(nóng)公式可得以下結(jié)論： (1) (1) 增大信號功率增大信號功率S S可以增加信道容量，若信號功率可以增加信道容量，若信號功率趨于無窮大，則信道容量也趨于無窮大，即趨于無窮大，則信道容量也趨于無窮大，即(2) (2) 減小噪聲功率減小噪聲功率N (N (或減小噪聲功率譜密度或減小噪聲功率譜密度n n0 0) )可以可以增加信道容量，若噪聲功率趨于零增加信道容量，若噪聲功率趨于零( (或噪聲功率譜或噪聲功率譜密度趨于零密度趨于零) )，則信道容量趨于無窮大。，則信道容量趨于無窮大。(3) (3) 增大信道帶寬增大信道帶寬B B可以增加信道容量，但不能使信可以增加信道容量，但不能使信道容

29、量無限制增大。道容量無限制增大。信道容量 (4)任何一個信道都有C 如果信息速率RC ；理論上存在一種方法能以任意小的差錯率通過信道數(shù)據(jù)如果信息速率RC；理論上不存在一種方法能以任意小的差錯率通過信道數(shù)據(jù)信道容量香農(nóng)定理是針對噪聲信道而言的，它對香農(nóng)定理是針對噪聲信道而言的，它對模擬信道和數(shù)字信道都適用。對于模擬信道和數(shù)字信道都適用。對于無噪無噪聲的數(shù)字信道聲的數(shù)字信道而言，另有奈奎斯特而言，另有奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)準(zhǔn)則指明其信道容量。準(zhǔn)則指明其信道容量。信道容量奈奎斯特準(zhǔn)則指出：頻帶寬度為奈奎斯特準(zhǔn)則指出：頻帶寬度為B B（赫茲）（赫茲）的無噪聲數(shù)字信道，所能傳輸?shù)男?/p>

30、號的的無噪聲數(shù)字信道，所能傳輸?shù)男盘柕淖罡叽a元速率為最高碼元速率為2B2B波特，則最大信息速波特，則最大信息速率率C C可由下式確定：可由下式確定： C=2Blog2N C=2Blog2N 比特比特/ /秒秒 式中，式中，N N為碼元所能取的離散值的為碼元所能取的離散值的個數(shù)個數(shù)。信道對信號傳播的影響信號隨著在信道上傳輸而變化。當(dāng)變化過大時，受信端有可能無法辨當(dāng)變化過大時，受信端有可能無法辨別它們。別它們。信道影響可能包含帶寬限制、衰減、信道影響可能包含帶寬限制、衰減、失真、噪聲、干擾等，無線信道還包失真、噪聲、干擾等，無線信道還包含空間的散射、折射、障礙反射、大含空間的散射、折射、障礙反射、

31、大氣吸收等。氣吸收等。信道對信號傳播的影響2.3 數(shù)據(jù)編碼方法 2.3.1 2.3.1 字符編碼字符編碼 2.3.2 2.3.2 碼型及其編碼方式碼型及其編碼方式 2.3 數(shù)據(jù)編碼方法 將數(shù)字消息和模擬消息轉(zhuǎn)換成通信硬件能夠接受將數(shù)字消息和模擬消息轉(zhuǎn)換成通信硬件能夠接受和易于傳輸?shù)男盘枺Q這一過程為和易于傳輸?shù)男盘?，稱這一過程為編碼編碼。 根據(jù)編碼功能的不同，可分為根據(jù)編碼功能的不同，可分為 （1 1）第一次編碼，把各種信息用二進(jìn)制表示。）第一次編碼，把各種信息用二進(jìn)制表示。 （2 2）第二次編碼，把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖信號。）第二次編碼，把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖信號。 （3 3）第三次編碼，差錯控

32、制編碼。）第三次編碼，差錯控制編碼。 （4 4）第四次編碼，基帶信號變成頻帶信號。）第四次編碼，基帶信號變成頻帶信號。 本章主要講述第一、二次編碼，第三次編碼將在第三章本章主要講述第一、二次編碼，第三次編碼將在第三章講述，第四次編碼將在第五章講述。講述，第四次編碼將在第五章講述。2.3.1 字符編碼 由于通信計算機(jī)處理設(shè)備只能識別、存儲、和處理二進(jìn)制的信息，而字符信息又是最重要的數(shù)據(jù)信息。這樣為了使計算機(jī)能處理字符，規(guī)定了字符和二進(jìn)制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，又稱字符編碼(這也是一種信源編碼）。它涉及到信息的表示，交換，處理，傳輸和存儲國家或國際標(biāo)準(zhǔn)的形式來實施。2.3.1 字符編碼 2.3.1 2.

33、3.1 字符編碼字符編碼 1.1.國際國際5 5號碼號碼 2.EBCDIC2.EBCDIC碼碼 3.3.國際國際2 2號碼號碼 4.4.計算機(jī)中的漢字編碼計算機(jī)中的漢字編碼1.1.國際國際5 5號碼號碼1.1.國際國際5 5號碼：號碼：由由ANSIANSI提出提出 ISO/CCITTISO/CCITT國際通國際通用的信息交換用標(biāo)準(zhǔn)碼，即用的信息交換用標(biāo)準(zhǔn)碼，即 ASCIIASCII碼。碼。每個字符用每個字符用7bit7bit表示，于是表示，于是IA5IA5編碼集中總共有編碼集中總共有2 27 7=128=128個不同編碼字符。個不同編碼字符。0 0列列,1,1列以及列以及SpaceSpace和

34、和DELDEL均屬于控制字符，不可被顯均屬于控制字符，不可被顯示和打印示和打印(34(34個個) )。0 09 9：Ox30-Ox39 CR:0 xD space:0 x20Ox30-Ox39 CR:0 xD space:0 x20A AZ Z：Ox41-Ox5a Ox41-Ox5a a az z:Ox61:Ox61OX7aOX7a增加可靠性增加可靠性：在：在7 7位碼組增加位碼組增加1 1位奇偶校驗位構(gòu)成位奇偶校驗位構(gòu)成8 8位位碼組。碼組。見書上見書上 表表2.1 2.1 2.EBCDIC碼 2.EBCDIC碼：extendedextended擴(kuò)充的擴(kuò)充的BCDBCD交換碼交換碼它是一種8

35、位BCD，共可表示256個字符；實際僅定義了134個字符，大量未定義的狀態(tài)用戶根據(jù)需要自行定義；8bit碼長無法添加奇偶校驗位，不適合遠(yuǎn)距離傳輸。 見書上 表2.2 3.國際2號碼 3.3.國際國際2 2號碼：號碼：（IA2IA2碼）：它是一種碼）：它是一種5 5位二位二進(jìn)制數(shù)表示字符的編碼。進(jìn)制數(shù)表示字符的編碼。本來只能表示本來只能表示3232個字符，無法滿足個字符，無法滿足3636個個基本字符（基本字符（26+1026+10）的需要；）的需要；但通過轉(zhuǎn)義控制碼來轉(zhuǎn)變緊隨其后的編但通過轉(zhuǎn)義控制碼來轉(zhuǎn)變緊隨其后的編碼所具有的含義，最終實現(xiàn)碼所具有的含義，最終實現(xiàn)5 5位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)表示表

36、示5858個字符的功能個字符的功能; ;廣泛用在廣泛用在電報電報通信領(lǐng)域。通信領(lǐng)域。4 4計算機(jī)中的漢字編碼 在計算機(jī)上處理漢字要比處理西文字符復(fù)雜得多，處理漢字首先要確定漢字集合的大小，要解決漢字的輸入、傳輸、存儲、輸出等一系列問題。在處理過程中每一個環(huán)節(jié)需要各自不同的編碼，因此產(chǎn)生了漢字編碼系統(tǒng)和漢字處理技術(shù)。 （1 1）漢字字符集漢字字符集 漢字字符集確定了計算機(jī)處理漢字的數(shù)量，目前，常用的漢字字符集有如下幾種。 (1)GB 2312-80漢字編碼 GB 2312碼是中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)漢字信息交換用編碼，全稱信息交換用漢字編碼字符集一基本集，標(biāo)準(zhǔn)號為GB 2312-80。字符集收錄了

37、6763個漢字和682個非漢字圖形字符。 (2)GBK編碼(Chinese Internal Code Specification) GBK是又一個漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)(GB即國標(biāo)，K是擴(kuò)展的漢語拼音第一個字母)，全稱漢字內(nèi)碼擴(kuò)展規(guī)范。它共收錄了21003個漢字和883個符號，并提供1894個造字碼位，簡、繁體字融于一庫。 (3)UCS編碼(Universal Multiple-Octet Coded Character Set) UCS是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO公布的一個編碼標(biāo)準(zhǔn)，即Universal Multiple-Octet Coded Character Set(簡稱UCS)，譯為通用多八位編碼

38、字符集。在該字符集中，總共收錄了20902個漢字。 (4)BIG-5碼 BIG-5碼是通行于臺灣、香港地區(qū)的一個繁體字編碼方案，俗稱大五碼。它廣泛地應(yīng)用于電腦業(yè)和因特網(wǎng)(Internet)中。它是一個雙字節(jié)編碼方案，收錄了13461個符號和漢字。其中包括408個符號，13053個漢字。漢字分常用字5401個和次常用字7652個，各部分中的漢字按筆畫或部首排列。 （2）漢字編碼系統(tǒng) 在計算機(jī)上處理漢字要經(jīng)過輸入、存儲、輸出等過程，漢字在處理過程節(jié)中要用到不同的編碼形式。漢字編碼中涉及的編碼如下。 (1)(1)區(qū)位碼區(qū)位碼 (2)(2)機(jī)內(nèi)碼機(jī)內(nèi)碼 (3)(3)輸入碼輸入碼 (4)(4)字形碼字形

39、碼 (5)(5)漢字地址碼漢字地址碼 (6)(6)內(nèi)碼和外碼內(nèi)碼和外碼 2.3.2 碼型及編碼方法 碼型：碼型：表示二進(jìn)制數(shù)中表示二進(jìn)制數(shù)中0 0和和1 1的信號形式的信號形式被稱為被稱為碼形碼形。通信用直流信號表示二進(jìn)。通信用直流信號表示二進(jìn)制數(shù)中的制數(shù)中的0 0和和1 1。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)基帶信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)基帶信號常用碼型有二電平碼，常用碼型有二電平碼，差分碼，交替反轉(zhuǎn)碼（差分碼，交替反轉(zhuǎn)碼（AMIAMI），曼徹斯），曼徹斯特碼，差分曼徹斯特碼，密勒碼，多電特碼，差分曼徹斯特碼，密勒碼，多電平碼，和二進(jìn)制編碼等。平碼，和二進(jìn)制編碼等。 0 1 0 1 1 1 0 1Digital to Digit

40、al Encoding數(shù)字-數(shù)字編碼2.3.2 碼型及編碼方法 一、單極性編碼一、單極性編碼 1。單極性非歸零編碼單極性非歸零編碼 2.2.單極歸零編碼單極歸零編碼 二、極化編碼分類圖二、極化編碼分類圖 1.1.非歸零電平碼（非歸零電平碼（NRZ-LNRZ-L） 2.2.非歸零反相碼（非歸零反相碼（NRZ-INRZ-I） 3.3.極化編碼極化編碼_ _雙極性歸零編碼雙極性歸零編碼 4.4.極化編碼極化編碼_ _雙相位編碼雙相位編碼 5.5.雙極性編碼雙極性編碼 6.6.二電平碼二電平碼 7.7.差分碼差分碼 8.8.多電平碼多電平碼 9.9.雙二進(jìn)制碼雙二進(jìn)制碼數(shù)字-數(shù)字編碼分類數(shù)字?jǐn)?shù)字-數(shù)字

41、編碼數(shù)字編碼單極性單極性編碼編碼Unipolar極化極化編碼編碼Polar雙極性雙極性編碼編碼BipolarmBnB編碼編碼mBnB一、單極性編碼 數(shù)字編碼用電壓改變來指示比特位的變化 單極性編碼只使用一個電壓值。代表二進(jìn)制中的一個狀態(tài)，而以零電壓代表另一個狀態(tài)。單極性編碼單極性編碼單極性單極性非歸零碼非歸零碼單極性歸單極性歸零碼零碼RZ碼與NRZ碼 歸零碼（RZ碼）： Return Zero code 在整個碼元期間高電平只維持一段時間，其余時間返回零電平， 即歸零碼的有電脈沖寬度比碼元寬度窄(即占空比16Mbit/s主要用于10baseT,100baseT 和令牌環(huán)局域網(wǎng)類：100MHz1

42、00Mbit/s主要用于10baseT,100baseT網(wǎng)絡(luò)類：250MHz常用的是3類線和5類線，5類線既可支持100Mbps的快速以太網(wǎng)連接，又可支持到150Mbps的ATM數(shù)據(jù)傳輸，是連接桌面設(shè)備的首選傳輸介質(zhì)。雙絞線種類雙絞線種類雙絞線雙絞線（twisted pair)應(yīng)用：傳輸模擬信號，電話線（傳輸模擬信號，電話線（1 1對雙絞線）對雙絞線）傳輸數(shù)字信號，局域網(wǎng)網(wǎng)線（傳輸數(shù)字信號，局域網(wǎng)網(wǎng)線（4 4對雙絞線，對雙絞線，雙絞線電纜）雙絞線電纜）特點：最常用、便宜的傳輸媒介最常用、便宜的傳輸媒介易受環(huán)境中電信號的干擾易受環(huán)境中電信號的干擾通常用于較短距離的連接通常用于較短距離的連接2.4

43、.2 同軸電纜(coaxial cable) 結(jié)構(gòu)：同軸電纜由同軸的內(nèi)外兩個導(dǎo)體組同軸電纜由同軸的內(nèi)外兩個導(dǎo)體組成，內(nèi)導(dǎo)體是一根金屬線（銅質(zhì)），外導(dǎo)成，內(nèi)導(dǎo)體是一根金屬線（銅質(zhì)），外導(dǎo)體是一根圓柱形的套管，一般是細(xì)金屬線體是一根圓柱形的套管，一般是細(xì)金屬線編制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)外導(dǎo)體之間有絕緣編制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)外導(dǎo)體之間有絕緣層。層。 另外，同軸電纜的兩端需要有另外，同軸電纜的兩端需要有終結(jié)器終結(jié)器，中間連接需要收發(fā)器、中間連接需要收發(fā)器、T T形頭、筒形連接器形頭、筒形連接器等器件。等器件。2.4.2 同軸電纜(coaxial cable)絕緣層絕緣層內(nèi)導(dǎo)體(銅芯)外導(dǎo)體(編織狀)外保護(hù)層(

44、塑料)外保護(hù)層(塑料)外導(dǎo)體(編織狀)2.4.2 同軸電纜(coaxial cable)比較便宜絕緣層保護(hù)外層絕緣層外導(dǎo)體銅芯銅芯 2.4.2 同軸電纜(coaxial cable) 分類與應(yīng)用: :等效阻抗為等效阻抗為5050歐和歐和7575歐同軸歐同軸電纜：電纜：基帶同軸電纜基帶同軸電纜: : 50 50歐同軸電纜歐同軸電纜, ,用于基用于基帶數(shù)字信號傳輸帶數(shù)字信號傳輸, ,它又分為它又分為粗纜粗纜和和細(xì)纜細(xì)纜。寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜: : 75 75歐同軸電纜歐同軸電纜, ,用于用于CATVCATV信號傳輸信號傳輸, , 一條電纜可以同時傳一條電纜可以同時傳輸不同頻率的多路模擬信號，輸

45、不同頻率的多路模擬信號，300300450MHz450MHz，100km100km，需要放大器，需要放大器。 2.4.2 同軸電纜(coaxial cable)粗纜(D=2.54cmD=2.54cm)10 10 兆比特每秒兆比特每秒非中繼傳輸距離非中繼傳輸距離500500米米需要使用收發(fā)器和收發(fā)電纜需要使用收發(fā)器和收發(fā)電纜AUIAUI接口接口細(xì)纜 (D=1.02cmD=1.02cm) 便宜的同軸電纜便宜的同軸電纜10 10 兆比特每秒兆比特每秒非中繼傳輸距離非中繼傳輸距離185185米米BNCBNC接口接口2.4.2 同軸電纜(coaxial cable)粗纜優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 價格稍高價格稍高

46、 安裝方便（收發(fā)器、收發(fā)器電纜、安裝方便（收發(fā)器、收發(fā)器電纜、TerminatorTerminator） 抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) 距離中等距離中等 可靠性好可靠性好 2.4.2 同軸電纜(coaxial cable)細(xì)纜優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 價格低價格低 安裝方便（安裝方便（T T型連接器、型連接器、BNCBNC接頭、接頭、TerminatorTerminator） 抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) 距離短距離短 可靠性差可靠性差2.4.2 同軸電纜2.4.3 光纜(optical fiber) 光纖即光導(dǎo)纖維。利用光導(dǎo)纖維作為光的傳輸介質(zhì)，以光波為信號載體的光纖通信，只有20/30年的歷史。 1960

47、年，美MAINMAN，紅寶石激光器 1966年，英籍華人高錕（C.K.KAO）博士提出，Sio2 石英玻璃制成光纖，低消耗 1970年，美國康寧公司制出了損耗為20分貝的光纖。 光纖通信的原理 2.4.3 光纜(optical fiber)入射光1122折射光折射光反射光3光密介質(zhì)光疏介質(zhì)光纖通信的原理2.4.3 光纜(optical fiber) 見圖，入射角逐漸增大，12是折射角，當(dāng)入光纖通信的原理，是基于光線由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時，在入射角足夠大的情況下會發(fā)生全反射的特性射角，達(dá)到3時，發(fā)生全反射，即光波能量幾乎全部反射，這樣才可以達(dá)到長距離高速傳輸?shù)哪康摹?.4.3 光纜(optic

48、al fiber) 結(jié)構(gòu)： 纖芯：光導(dǎo)纖維(玻璃/塑料)包層：折射率比纖維小外套 分類：根據(jù)制作材料不同：塑料，玻璃，石英 根據(jù)傳輸模式不同：多模，單模根據(jù)光纖總折射率不同：突變型，漸變型根據(jù)工作狀態(tài)：短波長，長波長，超長波長 2.4.3 光纜光纜(optical fiber) 單模光纖（single-mode）使用激光源100公里不中繼內(nèi)芯直徑與光源波長相近(直徑為810m/125 m)2.4.3 光纜光纜(optical fiber) 突變多模光纖（multi-mode）內(nèi)芯密度均勻使用普通發(fā)光二極管（2公里不中繼）內(nèi)芯直徑稍大（直徑為62.5m/125m）2.4.3 光纜光纜(optic

49、al fiber) 漸變多模光纖（multi-mode）內(nèi)芯密度不均勻,纖芯的折射率由中心向外按一定的規(guī)律逐漸減小，直至與包層交界處為最小。使用普通發(fā)光二極管（2公里不中繼）內(nèi)芯直徑稍大（直徑為62.5m/125m）單模光纖與多模光纖的比較單模光纖與多模光纖的比較 單模光纖 多模光纖 距離 長 短 數(shù)據(jù)傳輸率 高 低 光源 激光 發(fā)光二極管 信號衰減 小 大 端接 較難 較易 造價 高 低 光纖傳送模式：光纖傳送模式：MMFMMF 光纖傳送模式：光纖傳送模式：SMFSMF單模光纖突變多模光纖漸變多模光纖 典型的光纜典型的光纜常見規(guī)格：玻璃內(nèi)芯常見規(guī)格：玻璃內(nèi)芯50 m 緩變型緩變型MMF 62

50、.5 m 緩變緩變/增強(qiáng)型增強(qiáng)型MMF 8.3 m 突變型突變型SMF 玻璃包層玻璃包層125 m 典型的光纜典型的光纜常見規(guī)格：玻璃內(nèi)芯常見規(guī)格：玻璃內(nèi)芯50um緩變型緩變型MMF 62.5um緩變緩變/增強(qiáng)型增強(qiáng)型MMF 8.3um突變型突變型SMF 玻璃包層玻璃包層125um 高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束光纖光纖 依靠光波承載信息依靠光波承載信息 速率高，通信容量大速率高，通信容量大 僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（100Gb/s100Gb/s） 傳輸損耗小，適合長距離傳輸傳輸損耗小，適合長距離傳輸 抗干擾性能極好，保密

51、性好抗干擾性能極好，保密性好 輕便輕便2.4.4 無線通信 2.4.4.1 2.4.4.1 短波傳輸短波傳輸 2.4.4.2 2.4.4.2 地面微波傳輸?shù)孛嫖⒉▊鬏?2.4.4.3 2.4.4.3 衛(wèi)星微波通信衛(wèi)星微波通信 2.4.4.4 2.4.4.4 電磁波傳輸電磁波傳輸 2.4.4.52.4.4.5 蜂窩電話蜂窩電話 2.4.4 無線通信 電磁波電磁波是發(fā)射天線感應(yīng)電流而產(chǎn)生的電磁振蕩輻射。這些電磁波在自由空間或空中傳播，最后被接收天線所感應(yīng)。免費的無線電廣播和電視就是以這種方式傳輸信號的。無線通信無線通信無線通信 在真空中，所有的電磁波以相同的速度傳播，與頻率無關(guān)，大約為3108m/

52、s。 在銅線和光纖中，電磁波的傳播速度為光速的2/3；而且變得與頻率相關(guān)。 無線電波、微波、紅外線和可見光部分都可通過調(diào)節(jié)振幅、頻率或相位來傳輸信息。無線通信 紫外線、X射線和伽瑪射線也可以用來傳輸信息且可以獲得更好的效果，但它們難以生成和調(diào)制，穿過建筑物的特性不好，且對生物有害。 電磁波可運(yùn)載的信息量與它的帶寬有關(guān)。無線通信 無線電波用于無線電廣播和電視的傳輸。例如，電視頻道中的V H F （甚高頻）的播送頻率為3 0 M H z 3 0 0 M H z ，U H F （超高頻）的播送頻率為300 MHz3 G H z 。 無線電波也用于A M 和P M 廣播、業(yè)余無線電、蜂窩電話和短波廣播

53、。 每一種通信都必須無線電管理委員會申請一個頻率波段。無線通信無線通信 短波通信是一種以波長為是一種以波長為1010100m100m的電磁波進(jìn)行的電磁波進(jìn)行信號傳輸?shù)囊环N通信方式，其工作頻率的范圍在信號傳輸?shù)囊环N通信方式，其工作頻率的范圍在3 330MHz 30MHz 微波通信是指用頻率在是指用頻率在300MHz300MHz到到10GHz10GHz的微波信號的微波信號進(jìn)行通信。進(jìn)行通信。 微波通信分為微波通信分為地面微波通信地面微波通信和和衛(wèi)星微波通信衛(wèi)星微波通信。2.4.4.1 短波傳輸n短波可以通過兩種形式進(jìn)行傳播：n沿地球的表面以地波的形式傳播和通過電離層的反射以天波的形式傳播。n這兩種

54、傳播形式有其各自的頻率范圍和傳輸距離。無線通信短波傳輸n由于短波在以地波的形式進(jìn)行傳播時，陸地和海洋均會引起信號的衰損，所以短波一般采用天波的形式進(jìn)行傳播。在這種方式下，電波在經(jīng)過電離層的一次反射或電離層與地面之間的多次反射后才能到達(dá)目的地。2.4.4.2 地面微波傳輸 微波傳輸一般發(fā)生在兩個地面站之間。微波傳輸?shù)膬蓚€特性限制了它的使用范圍。首先，微波是直線傳播的，它無法象某些低頻波那樣沿著地球的曲面?zhèn)鞑?。其次，大氣條件和固體物將妨礙微波的傳播。比如說，微波就無法穿過建筑物.無線通信無線通信-地面微波傳輸?shù)孛嫖⒉▊鬏?如果要實現(xiàn)長途傳送，可以在中間設(shè)置幾個中繼站。中繼站上的天線依次將信號傳遞給

55、相鄰的站點。這種傳遞不斷持續(xù)下去就可以實現(xiàn)視線被地表切斷的兩個站點間的傳輸。無線通信無線通信-地面微波傳輸?shù)孛嫖⒉▊鬏數(shù)孛嫖⒉ń恿Φ孛嫖⒉ń恿?兩個地面站之間傳送兩個地面站之間傳送 距離：距離：50 -100 km地面站之間的直視線路地面站之間的直視線路 微波傳送塔微波傳送塔地面微波通信特點 地面微波通信特點是：只能進(jìn)行可視范圍內(nèi)的通信；大氣對微波信號的吸收與散射影響較大。微波通信主要用于幾到幾十公里范圍內(nèi)（地面微波通信），不適合鋪設(shè)有線傳輸介質(zhì)的情況，而且只能用于點到點的通信，速率也不高。2.4.4.3 衛(wèi)星微波通信無線通信衛(wèi)星微波通信 每顆衛(wèi)星都有幾個異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)（Tr a n s p

56、o n d e r ），用來接收某一特定頻率范圍內(nèi)的信號，并用另一個不同的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)播。一個地面發(fā)射機(jī)將（上行）信號發(fā)送給一顆衛(wèi)星，接著衛(wèi)星上的異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)將信號轉(zhuǎn)播到地球上的另一個區(qū)域（下行）。如今，衛(wèi)星通信已普遍用于電話和電視信號的傳送。很多人使用自己的接收器接收電纜電視信號無線通信衛(wèi)星微波通信無線通信衛(wèi)星微波通信 衛(wèi)星收發(fā)信號的頻率范圍一般都很寬，每個異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)處理一個特定范圍內(nèi)的信號。通常，上行和下行分別使用不同的頻率，這它們才不會相互干擾。表2 列出了四個商業(yè)衛(wèi)星通信的常用波段以及與之相關(guān)的上行頻率和下行頻率。還有其他波段用于軍事和政治用途。無線通信衛(wèi)星微波通信無線通信衛(wèi)星微波通信 衛(wèi)星微波通信是指利用人造衛(wèi)星進(jìn)行中轉(zhuǎn)的通信方式。商用的通信衛(wèi)星一般被發(fā)射在赤道上方3.6萬公里的同步軌道上，另外也有中低軌道的小衛(wèi)星通信，如Motorala公司的銥星系統(tǒng)。 特點是： 適合與很長距離的傳輸，如國際之間、洲際之間； 傳輸延時較大，一般為500ms左右； 費用較高。 2.4.4.4 2.4.4.4 電磁波傳輸電磁波傳輸?shù)夭ㄌ觳ㄒ暰€傳播對流層對流層地球地球010 km電離層電離層60300 km平流層平流層地波、天波、視線傳播地波、天波、視線傳播地地 波波頻率：