2 數(shù)據(jù)通信基礎知識

1、1第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy1第一部分第一部分 數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信 信號與通信信號與通信 模擬通信與數(shù)字通信模擬通信與數(shù)字通信 數(shù)據(jù)通信基礎理論數(shù)據(jù)通信基礎理論 傳輸介質傳輸介質 多路復用技術多路復用技術 數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)交換技術 調制解調技術調制解調技術 物理層接口物理層接口2第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy2第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識2.1 基本概念基本概念 2.2 數(shù)

2、據(jù)通信基礎理論數(shù)據(jù)通信基礎理論2.3 傳輸介質傳輸介質2.4 多路復用多路復用2.5 數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)交換技術2.6 調制解調器調制解調器3第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy32.1 基本概念基本概念 信號信號l是數(shù)據(jù)（或信息）的電磁編碼。信號的數(shù)學描是數(shù)據(jù)（或信息）的電磁編碼。信號的數(shù)學描述一般是以時間述一般是以時間t為自變量，以某種物理量（為自變量，以某種物理量（如電壓）為因變量（信號的時域特性）如電壓）為因變量（信號的時域特性）l模擬信號與數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號 通信（傳輸）通信（傳輸）

3、l通信的任務是將信號從一方傳到另一方通信的任務是將信號從一方傳到另一方l模擬通信與數(shù)字通信模擬通信與數(shù)字通信4第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy4模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號 x(nT) (b) 數(shù)字信號 (a) 模擬信號 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 f(t) t nT 5第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy52.1.2 模擬通信模擬通信信源調制器信道調制器信宿噪聲6第二章第二章 數(shù)

4、據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy6模擬通信系統(tǒng)的組成模擬通信系統(tǒng)的組成 調制器調制器l如果信源產生的是數(shù)字數(shù)據(jù)，調制器的功能是將如果信源產生的是數(shù)字數(shù)據(jù)，調制器的功能是將調制為模擬信號（如撥號調制為模擬信號（如撥號Modem）l如果信源產生的是模擬數(shù)據(jù)，調制器的功能是將如果信源產生的是模擬數(shù)據(jù)，調制器的功能是將其調制到某個頻段以便進行遠距離傳輸或多路復其調制到某個頻段以便進行遠距離傳輸或多路復用用 解調器解調器l是實現(xiàn)上述過程逆變換的設備是實現(xiàn)上述過程逆變換的設備 信道信道l包括傳輸介質和介質兩端的傳輸設備包括

5、傳輸介質和介質兩端的傳輸設備7第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy72.1.3 數(shù)字通信數(shù)字通信 信源編碼器 噪聲 發(fā)送端時鐘 信 源 信道編碼器 信 宿 調 制 信 道 解 調 信道譯碼器 信源譯碼器 接收端時鐘 8第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy8數(shù)字通信系統(tǒng)的組成（數(shù)字通信系統(tǒng)的組成（1） 信源編碼器信源編碼器l當信源產生的是模擬數(shù)據(jù)（或信號）時，信源編碼當信源產生的是模擬數(shù)據(jù)（或信號）時，信源

6、編碼器的主要工作是對模擬數(shù)據(jù)（或信號）進行采樣、器的主要工作是對模擬數(shù)據(jù)（或信號）進行采樣、量化并編碼成二進制數(shù)字信號量化并編碼成二進制數(shù)字信號l當信源產生的是數(shù)字數(shù)據(jù)（或信號）時，信源編碼當信源產生的是數(shù)字數(shù)據(jù)（或信號）時，信源編碼器的主要工作是對原始的數(shù)字數(shù)據(jù)（或信號）進行器的主要工作是對原始的數(shù)字數(shù)據(jù)（或信號）進行碼制變換，使其適合于傳輸或通信（如在數(shù)據(jù)信號碼制變換，使其適合于傳輸或通信（如在數(shù)據(jù)信號中插入時鐘信號）中插入時鐘信號） 信道編碼器信道編碼器l是對傳輸?shù)臄?shù)字信號進行檢錯或糾錯編碼，以便接是對傳輸?shù)臄?shù)字信號進行檢錯或糾錯編碼，以便接收方能進行差錯檢測和糾正收方能進行差錯檢測和糾

7、正9第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy9數(shù)字通信系統(tǒng)的組成（數(shù)字通信系統(tǒng)的組成（2） 調制器調制器l其功能是將基帶其功能是將基帶(數(shù)字數(shù)字)信號變換成頻帶信號變換成頻帶(模擬模擬)信號以通信號以通過模擬傳輸介質進行頻帶傳輸。（有些傳輸介質只能過模擬傳輸介質進行頻帶傳輸。（有些傳輸介質只能傳輸模擬信號，如無線介質）傳輸模擬信號，如無線介質） 時鐘時鐘l數(shù)字信號的發(fā)送和接收靠時鐘驅動數(shù)字信號的發(fā)送和接收靠時鐘驅動l一般情況下，發(fā)送端和接收端使用各自的時鐘源，但一般情況下，發(fā)送端和接收端使用各自的時鐘源

8、，但接收時鐘與發(fā)送時鐘必須保持同步接收時鐘與發(fā)送時鐘必須保持同步u外同步外同步u內同步內同步10第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy10數(shù)字通信的主要特點數(shù)字通信的主要特點 優(yōu)點優(yōu)點l抗干擾能力強，可實現(xiàn)高質量的遠距離傳輸；抗干擾能力強，可實現(xiàn)高質量的遠距離傳輸；l適應各種傳輸業(yè)務；適應各種傳輸業(yè)務；l方便實現(xiàn)高保密傳輸；方便實現(xiàn)高保密傳輸；l傳輸設備的集成化和微型化；傳輸設備的集成化和微型化； 缺點缺點l占用信道的帶寬大占用信道的帶寬大u 例子：一路模擬電話占用例子：一路模擬電話占用4KHz信道帶

9、寬，而一路信道帶寬，而一路數(shù)字電話所需要的數(shù)據(jù)傳輸率是數(shù)字電話所需要的數(shù)據(jù)傳輸率是64Kbps，所需占，所需占用的信道帶寬要遠遠大于用的信道帶寬要遠遠大于4KHz。11第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy112.2 數(shù)據(jù)通信基礎理論數(shù)據(jù)通信基礎理論2.2.1 信號的頻譜和帶寬信號的頻譜和帶寬2.2.2 信道的截止頻率與帶寬信道的截止頻率與帶寬2.2.3 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率12第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno

10、;ogytechno;ogy122.2.1 信號的頻譜和帶寬信號的頻譜和帶寬傅立葉已經證明：任何一個周期為傅立葉已經證明：任何一個周期為T的函數(shù)的函數(shù)f(t)都是由都是由無窮多個正弦和余弦函數(shù)合成，即：無窮多個正弦和余弦函數(shù)合成，即：f(t)= 其中：其中： n= arctg(-bn/ an)此處此處f=1/T是基頻，是基頻，an和和bn是是n次正弦諧波和余弦諧波的振次正弦諧波和余弦諧波的振幅。幅。)nftdtf(t)Sin(2T2a0nT11nnnn)nftCos(2 A C/2)2Sin2(aC/2nnnftCosbnft)nftdtf(t)Cos(2T2b0nTT0f(t)dtC22An

11、nnba 13第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy13基本概念基本概念 頻域圖（頻率頻域圖（頻率-最大振幅圖）最大振幅圖）l把把f(t)各次諧波的振幅各次諧波的振幅An按照頻率高低依次排列起來所按照頻率高低依次排列起來所形成譜狀圖形稱為信號形成譜狀圖形稱為信號f(t)的頻譜圖。的頻譜圖。 信號帶寬信號帶寬l信號頻域圖所覆蓋的頻率范圍稱為信號的絕對帶寬；信號頻域圖所覆蓋的頻率范圍稱為信號的絕對帶寬；l我們將信號大部分能量集中的那段頻帶稱為信號的有我們將信號大部分能量集中的那段頻帶稱為信號的有效帶寬，簡

12、稱為效帶寬，簡稱為帶寬帶寬(bandwidth)；l任何信號都有一定的帶寬。任何信號都有一定的帶寬。14第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy14常見信號的帶寬常見信號的帶寬 話音信號話音信號l話音信號的標準帶寬為話音信號的標準帶寬為300Hz3400Hz 音樂信號（音樂信號（CD音質）音質）l要求的帶寬是要求的帶寬是20Hz 20KHz 電視信號電視信號(PAL或或NTSC制式制式)l電視信號的帶寬約為電視信號的帶寬約為4.2MHz 單穩(wěn)脈沖信號單穩(wěn)脈沖信號l其帶寬為無窮大其帶寬為無窮大 二進制信號

13、二進制信號(數(shù)字信號數(shù)字信號)l一般說來，任何數(shù)字信號都具有無限帶寬，但它們不得不一般說來，任何數(shù)字信號都具有無限帶寬，但它們不得不被近為有限帶寬信號被近為有限帶寬信號l數(shù)字信號的帶寬依賴于數(shù)字信號的帶寬依賴于“0”、“1”序列以及數(shù)字編碼方式序列以及數(shù)字編碼方式15第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy152.2.2 信道的截止頻率與帶寬信道的截止頻率與帶寬 任何信號通過信道時都會發(fā)生衰減，從而引起信號任何信號通過信道時都會發(fā)生衰減，從而引起信號失真。失真。 信道對不同頻率的信號其衰減幅度是不相同的

14、；一信道對不同頻率的信號其衰減幅度是不相同的；一般來說，頻率越高的信號，其衰減幅度越大。般來說，頻率越高的信號，其衰減幅度越大。 我們把信號在經過信道時其中某個頻率分量的振幅我們把信號在經過信道時其中某個頻率分量的振幅衰減到原來的衰減到原來的0.707(即信號的能量衰減到原來的一半即信號的能量衰減到原來的一半)時所對應的頻率稱為信道的時所對應的頻率稱為信道的截止頻率截止頻率fc (cut-off frequency)，即信道的帶寬。，即信道的帶寬。 任何信道都有任何信道都有fc，信道的截止頻率或帶寬是由其固有，信道的截止頻率或帶寬是由其固有的物理特性決定的。的物理特性決定的。16第二章第二章

15、數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy16信道截止頻率信道截止頻率 0.707 fAfc 0.707 fAf1 f2f2(a) 單通濾波器(b) 雙通濾波器17第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy17數(shù)據(jù)傳輸率與帶寬數(shù)據(jù)傳輸率與帶寬 信道的帶寬決定對其通過信號的帶寬，因而對于有限帶信道的帶寬決定對其通過信號的帶寬，因而對于有限帶寬信道必須限制信號的帶寬寬信道必須限制信號的帶寬(有限帶寬信號有限帶寬信號) ；而帶寬越；而帶

16、寬越受限制，失真越嚴重，接收器產生差錯的概率越大；受限制，失真越嚴重，接收器產生差錯的概率越大； 信號的數(shù)據(jù)傳輸率越高，其有效帶寬就越大；要求傳輸信號的數(shù)據(jù)傳輸率越高，其有效帶寬就越大；要求傳輸系統(tǒng)的帶寬越大，費用就越高；系統(tǒng)的帶寬越大，費用就越高； 為了保證數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，在信道帶寬一定為了保證數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，在信道帶寬一定(鑒鑒于經濟上和實現(xiàn)上的原因于經濟上和實現(xiàn)上的原因)的情況下，必須限制信號的的情況下，必須限制信號的帶寬，即限制數(shù)據(jù)傳輸率；帶寬，即限制數(shù)據(jù)傳輸率； 知道信道帶寬并不能完全說明其所能支持的數(shù)據(jù)傳輸率知道信道帶寬并不能完全說明其所能支持的數(shù)據(jù)傳輸率到底有多大？但

17、就一般而言，信道的所能支持的數(shù)據(jù)傳到底有多大？但就一般而言，信道的所能支持的數(shù)據(jù)傳輸率與其帶寬成正比。輸率與其帶寬成正比。18第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy182.2.3 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率 任何實際應用的傳輸信道都是有限帶寬信道。任何實際應用的傳輸信道都是有限帶寬信道。 信道信道帶寬帶寬的限制是由傳輸介質的限制是由傳輸介質(信道信道)的物理特性決定的物理特性決定的；或者可能是發(fā)送器故意限制了帶寬，以防止干的；或者可能是發(fā)送器故意限制了帶寬，以防止干擾或為了多路復用。擾或

18、為了多路復用。 數(shù)字傳輸?shù)哪繕司褪潜M可能有效利用給定帶寬數(shù)字傳輸?shù)哪繕司褪潜M可能有效利用給定帶寬(有效有效性性) ，這意味著我們希望在給定帶寬條件下盡可能提，這意味著我們希望在給定帶寬條件下盡可能提高高數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率，同時又將，同時又將誤碼率誤碼率限制在某個范圍內限制在某個范圍內(可靠性可靠性)。 限制我們達到上述目標的主要不利因素是限制我們達到上述目標的主要不利因素是噪聲噪聲(熱噪熱噪聲、交調噪聲、串擾和脈沖噪聲聲、交調噪聲、串擾和脈沖噪聲)。19第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy19基本

19、概念基本概念帶寬帶寬(bandwidth) 噪聲噪聲(noise) 誤碼率誤碼率(error rate) 調制速率或信號速率調制速率或信號速率(signal rate) 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率(data rate)20第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy20波特率與比特率波特率與比特率 基本概念基本概念l調制速率（單位：調制速率（單位：baud）u碼元速率，信號單元速率，碼元速率，信號單元速率，波特率波特率u數(shù)字信號電平改變的速率，取決于數(shù)字編碼的特性。數(shù)字信號電平改變的速率，取決于數(shù)字編碼的特性。l

20、數(shù)據(jù)傳輸率（單位：數(shù)據(jù)傳輸率（單位：bps）u信息速率，信息速率，比特率比特率u信號每秒鐘傳輸?shù)亩M制位數(shù)。信號每秒鐘傳輸?shù)亩M制位數(shù)。l兩者的關系兩者的關系V2log波特率比特率 VRRBb2log21第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy21Nyquist定理定理 Nyquist推導出帶寬為推導出帶寬為H的理想的理想(無噪聲無噪聲)信道的最大信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率為（帶寬為數(shù)據(jù)傳輸率為（帶寬為H的理想信道，其可承受的的理想信道，其可承受的最大碼元速率是最大碼元速率是2*H） Rmax = 2H*lo

21、g 2V (bps) 其中其中V為離散信號的個數(shù)或電壓值的個數(shù)為離散信號的個數(shù)或電壓值的個數(shù) 例子例子l一個帶寬為一個帶寬為3000Hz的無噪聲話音信道在傳輸?shù)臒o噪聲話音信道在傳輸二進制信號二進制信號時其最大數(shù)據(jù)傳輸率不超過時其最大數(shù)據(jù)傳輸率不超過6000bpsl方法：方法：提高信號編碼能力，增大提高信號編碼能力，增大V的數(shù)值的數(shù)值22第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy22Shannon定理定理 Shannon推導出對于帶寬為推導出對于帶寬為H，信噪比為，信噪比為S/N的有噪聲信的有噪聲信道，其最

22、大數(shù)據(jù)傳輸率道，其最大數(shù)據(jù)傳輸率Rmax為為Rmax = H*log 2 (1 + S/N) (bps)l其中信號功率與噪聲功率的比值稱為信噪比其中信號功率與噪聲功率的比值稱為信噪比(Signal-to-Noise Ratio)；我們一般使用；我們一般使用10log10S/N分貝分貝(dB)來表示信噪比來表示信噪比 例子例子l一個帶寬為一個帶寬為3000Hz，信噪比為，信噪比為35dB(S/N為為3165)的話音信道其的話音信道其最大數(shù)據(jù)傳輸率不超過最大數(shù)據(jù)傳輸率不超過34.86Kbpsl方法：方法：增加線路帶寬或改進信噪比增加線路帶寬或改進信噪比23第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎

23、知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy232.3 傳輸介質傳輸介質 有線介質有線介質l雙絞線雙絞線l同軸電纜同軸電纜l光纖光纖 無線介質無線介質l無線電無線電l微波（大地微波、衛(wèi)星微波）微波（大地微波、衛(wèi)星微波）l紅外線（毫米波）紅外線（毫米波）24第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy242.3.1 雙絞線雙絞線 屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線STP（IBM）lType 1或或Type 2 非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線UTP（ EIA/TIA）lCat 1 電話

24、線；電話線；lCat 2 ISDN或或T1/E1線路；線路；lCat 3 10Mbps或或100Mbps以太網電纜；以太網電纜；lCat 5 100Mbps以太網電纜；以太網電纜；l特點特點u距離距離100米米u使用使用RJ-45接頭接頭25第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy252.3.2 同軸電纜同軸電纜26第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy26基帶電纜和寬帶電纜基帶電纜和寬帶電纜 基帶電纜（基帶電

25、纜（10 Mbps）l粗纜粗纜u非中繼傳輸距離非中繼傳輸距離500米米u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uAUI接口接口l細纜（便宜的同軸電纜）細纜（便宜的同軸電纜）u非中繼傳輸距離非中繼傳輸距離185米米uBNC接口接口 寬帶電纜（寬帶電纜（CATV電纜）電纜）lCable Modem（寬帶接入）（寬帶接入）27第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy272.3.3 光纖光纖 傳輸與計算的比較傳輸與計算的比較lCompution：每每10年增長年增長1個數(shù)量級個數(shù)量級lCommunic

26、ation：每每10年增長年增長2個數(shù)量級個數(shù)量級 帶寬帶寬l頻率范圍：頻率范圍：180370 THzl數(shù)據(jù)傳輸率：數(shù)據(jù)傳輸率：100*10Gbps = 1 Tbpsu原因：光原因：光/電、電電、電/光轉換的速度跟不上光轉換的速度跟不上u光電子技術光電子技術/光子技術光子技術 通過光纖中光的波長通過光纖中光的波長l0.85m/1.3m/1.55 m (250 300THz)28第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy28光反射原理光反射原理29第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networ

27、king Networking techno;ogytechno;ogy29光纖及光纜構成光纖及光纜構成30第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy30單模光纖和多模光纖單模光纖和多模光纖 單模光纖（單模光纖（single-mode fiber）l使用激光源使用激光源l中繼距離中繼距離100公里公里l內芯直徑較小內芯直徑較小u直徑為直徑為810m m/125 m m 多模光纖（多模光纖（multi-mode fiber）l使用普通發(fā)光二極管作為光源使用普通發(fā)光二極管作為光源l中繼距離中繼距離2公里公里l

28、內芯直徑稍大內芯直徑稍大u直徑為直徑為62.5m/125m/125m m31第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy31單模光纖與多模光纖的比較單模光纖與多模光纖的比較項目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32第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy32光纖的特點光纖的特點 優(yōu)點優(yōu)點l高帶寬、高數(shù)據(jù)傳輸率高帶寬、高數(shù)據(jù)傳輸率l對對EMI、竊聽不敏感（安全、可靠

29、）、竊聽不敏感（安全、可靠）l抗腐蝕抗腐蝕l衰減小衰減小 缺點缺點l單向傳輸單向傳輸l光纖接口價格昂貴光纖接口價格昂貴l工藝復雜、安裝技術復雜工藝復雜、安裝技術復雜33第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy332.3.4 無線介質無線介質 無線介質是指信號通過空氣傳輸，信號不被約束無線介質是指信號通過空氣傳輸，信號不被約束在一物理導體內在一物理導體內 無線介質實際上就是無線傳輸系統(tǒng)，主要包括無線介質實際上就是無線傳輸系統(tǒng)，主要包括l無線電無線電l微波（地面微波、衛(wèi)星微波）微波（地面微波、衛(wèi)星微波）l紅

30、外線紅外線 無線介質只能傳輸模擬信號無線介質只能傳輸模擬信號34第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy34無線電波（無線電波（1） 無線電通信就是利用地面發(fā)射的無線電波通過電無線電通信就是利用地面發(fā)射的無線電波通過電離層的反射而到達接收端的一種遠距離通信方式離層的反射而到達接收端的一種遠距離通信方式。無線電通信使用的頻率一般在。無線電通信使用的頻率一般在3MHz 至至1GHz。 無線電波的傳播特性與頻率有關。在低頻上，無無線電波的傳播特性與頻率有關。在低頻上，無線電波能輕易地繞過一般障礙物，但其能量隨

31、著線電波能輕易地繞過一般障礙物，但其能量隨著傳播距離的增大而急劇遞減。在高頻上，無線電傳播距離的增大而急劇遞減。在高頻上，無線電波趨于直線傳播并易受障礙物的阻擋，還會被雨波趨于直線傳播并易受障礙物的阻擋，還會被雨水吸收。水吸收。35第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy35無線電波（無線電波（2）36第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy36微波微波 對于頻率在對于頻率在100MHz以上的無線電波，其能量將以

32、上的無線電波，其能量將集中于一點并沿直線傳播，這就是微波。集中于一點并沿直線傳播，這就是微波。 微波通信是利用無線電波在對流層的視距范圍內微波通信是利用無線電波在對流層的視距范圍內進行信息傳輸?shù)囊环N通信方式，它使用的頻率范進行信息傳輸?shù)囊环N通信方式，它使用的頻率范圍一般在圍一般在1GHz至至20GHz左右。左右。 由于微波只能沿直線傳播，所以微波的發(fā)射天線由于微波只能沿直線傳播，所以微波的發(fā)射天線和接收天線必須精確對準，而且每隔一段距離就和接收天線必須精確對準，而且每隔一段距離就需要一個中繼站。需要一個中繼站。 中繼站之間的距離與微波塔的高度成正比例。對中繼站之間的距離與微波塔的高度成正比例。

33、對于于100m高的微波塔，中繼站之間的距離可以達到高的微波塔，中繼站之間的距離可以達到80km。 37第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy372.4 多路復用多路復用 頻分多路復用頻分多路復用FDM(Frequency Division Multiplexing)l主干線路的頻帶被劃分為若干邏輯信道，每個用戶獨占主干線路的頻帶被劃分為若干邏輯信道，每個用戶獨占某些頻段；某些頻段；l調頻廣播以及有線電視。調頻廣播以及有線電視。 波分多路復用波分多路復用WDM(Wave Division Multipl

34、exing)lFDM在光纖介質中的應用；在光纖介質中的應用；l光纖系統(tǒng)使用的衍射光柵可以是無源的。光纖系統(tǒng)使用的衍射光柵可以是無源的。 時分多路復用時分多路復用TDM(Time Division Multiplexing）l每個用戶輪流瞬間地占有主干線路的整個帶寬；每個用戶輪流瞬間地占有主干線路的整個帶寬；l在數(shù)字通信系統(tǒng)中，對主干線路的多路復用只能采用在數(shù)字通信系統(tǒng)中，對主干線路的多路復用只能采用TDM，因為數(shù)字信號的頻譜有可能占居整個信道帶寬。，因為數(shù)字信號的頻譜有可能占居整個信道帶寬。38第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking tech

35、no;ogytechno;ogy38FDM（1）39第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy39FDM（2）通道（1）通道（2）通道（3）通道（4）通道（5）通道（6）多路復用器MUX多路復用器MUX源1源2源3源4源5源6目標1目標2目標3目標4目標5目標640第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy40WDM41第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking tec

36、hno;ogytechno;ogy41脈碼調制脈碼調制PCM (a)模擬語音信號 (b)采樣后的脈沖信號 (c)編碼后的數(shù)字信號 (d)解碼后的脈沖信號 (e)恢復后的模擬語音信號Tt(a)t(c)111010001110101t(b)t(d)t(e)電壓范圍（V）0.50.70.30.50.10.3-0.10.1-0.3-0.1-0.5-0.3-0.7-0.5-0.9-0.7量化（十進制）32101234編碼（二進制）011010001000111110101100表 2-1模擬電壓量化與編碼42第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking te

37、chno;ogytechno;ogy42數(shù)字編碼數(shù)字編碼101100高H低L“1”高電平“0”低電平中間跳“0”上跳“1”下跳中間總有跳變“0”開頭跳高H低L高H低L（a）不歸零制（NRZ）編碼（b）曼切斯特編碼（c）差分曼切斯特編碼43第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy43TDM（1）44第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy44TDM（2）2多路復用器MUX源1源2源3源4源5源6多路復用器MUX目標

38、1目標2目標3目標4目標5目標63 45 61 2 3 4 51645第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy45同步同步TDMABCDt0t1t2t3A0B0B1C1A3C3D346第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy46同步同步TDM和統(tǒng)計和統(tǒng)計TDMA0B0 C0 D0A1B1 C1D1 A2B2 C2 D2A3 B3 C3D3t0幀t1幀t2幀t3幀同步TDM技術中的時隙與數(shù)據(jù)原t0幀原t1幀原t3幀

39、地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)地址地址地址地址地址地址統(tǒng)計TDM 技術中的時隙與數(shù)據(jù)A0B0B1C1A3C3D347第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy47CCITT標準（標準（T1系列）系列）48第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy48PDH數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng) 系統(tǒng)類型 一次群 二次群 三次群 四次群 五次群 符號 E1 E2 E3 E4 E5 話路數(shù) 30 120 480 1920 7680

40、中國及歐洲 A 律體制 數(shù)據(jù)率(Mb/s) 2.048 8.448 34.368 139.264 565.148 符號 T1 T2 T3 T4 話路數(shù) 24 96 672 4032 北美 律體制 數(shù)據(jù)率(Mb/s) 1.544 6.312 44.736 274.176 日本 數(shù)據(jù)率(Mb/s) 1.544 6.312 32.064 97.728 49第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy492.5 數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)交換技術 電路交換電路交換(Circuit Switching)l傳統(tǒng)電話網傳統(tǒng)電話網

41、報文交換報文交換(Message Switching)l電報系統(tǒng)電報系統(tǒng) 分組交換分組交換(Packet Switching)lX.25網網50第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy50電路交換電路交換 原理原理l在采用電路交換技術的網絡中，傳輸雙方在數(shù)據(jù)傳輸在采用電路交換技術的網絡中，傳輸雙方在數(shù)據(jù)傳輸之前要建立一條物理電路，該物理電路一直保持到雙之前要建立一條物理電路，該物理電路一直保持到雙方通話結束后才釋放。方通話結束后才釋放。 特點特點l電路交換技術有兩大優(yōu)點，第一是傳輸延遲小，唯一電路交換技

42、術有兩大優(yōu)點，第一是傳輸延遲小，唯一的延遲是物理信號的傳播延遲；第二是一旦電路建立的延遲是物理信號的傳播延遲；第二是一旦電路建立，便不會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突。，便不會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突。l電路交換的缺點首先是建立物理電路所需的時間比較電路交換的缺點首先是建立物理電路所需的時間比較長；其次是在電路交換系統(tǒng)中，電路的帶寬是預先分長；其次是在電路交換系統(tǒng)中，電路的帶寬是預先分配的。配的。51第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy51報文交換報文交換 原理原理l報文交換不事先建立電路，當發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時報文交換

43、不事先建立電路，當發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，它把要發(fā)送的數(shù)據(jù)當作一個整體交給中間交換設備，它把要發(fā)送的數(shù)據(jù)當作一個整體交給中間交換設備，中間交換設備先將報文存儲起來，然后選擇一條合，中間交換設備先將報文存儲起來，然后選擇一條合適的輸出線將數(shù)據(jù)轉發(fā)給下一個中間交換設備，直到適的輸出線將數(shù)據(jù)轉發(fā)給下一個中間交換設備，直到將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的結點。將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的結點。 特點特點l不限制報文的大小，這就有可能要求各個中間結點必不限制報文的大小，這就有可能要求各個中間結點必須使用磁盤等外設來緩存較大的數(shù)據(jù)塊。須使用磁盤等外設來緩存較大的數(shù)據(jù)塊。l報文轉發(fā)可能會長時間占用線路，導致報文在中間結報文轉發(fā)可能會長時

44、間占用線路，導致報文在中間結點的延遲非常大，這使得報文交換技術不適合交互式點的延遲非常大，這使得報文交換技術不適合交互式通信。通信。52第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy52分組交換分組交換 原理原理l是報文交換技術的改進是報文交換技術的改進l在分組交換網中，將用戶的數(shù)據(jù)劃分成一個個分組在分組交換網中，將用戶的數(shù)據(jù)劃分成一個個分組(packet)，而且分組的大小有嚴格的上限，這樣使得分，而且分組的大小有嚴格的上限，這樣使得分組可以被緩存在交換設備的內存而不是磁盤中。組可以被緩存在交換設備的內存而不

45、是磁盤中。 特點特點l吞吐率較高，非常適合于交互式通信。吞吐率較高，非常適合于交互式通信。 實現(xiàn)方式實現(xiàn)方式l數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報(Datagram)u每個每個Packet單獨尋址，單獨尋址，IP數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報l虛電路虛電路(Virtual Circuit)u在傳輸雙方先建立一條虛電路，所有在傳輸雙方先建立一條虛電路，所有Packet沿著同一條虛電沿著同一條虛電路到達目的地：路到達目的地：X.25/FR/ATM53第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy53三者的比較三者的比較54第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)

46、據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy54電路交換和分組交換的比較電路交換和分組交換的比較 帶寬分配帶寬分配l電路交換技術靜態(tài)預留線路帶寬（物理電路）；而分組電路交換技術靜態(tài)預留線路帶寬（物理電路）；而分組交換技術動態(tài)申請和釋放線路、帶寬（虛電路）。交換技術動態(tài)申請和釋放線路、帶寬（虛電路）。 透明性透明性l電路交換是完全透明的。發(fā)送方和接收方可以使用任何電路交換是完全透明的。發(fā)送方和接收方可以使用任何速率速率(當然是在物理線路支持的范圍內當然是在物理線路支持的范圍內)、幀格式來進行、幀格式來進行數(shù)據(jù)通信。而在分組交換中，發(fā)送方和接

47、收方按一定的數(shù)據(jù)通信。而在分組交換中，發(fā)送方和接收方按一定的數(shù)據(jù)速率和幀格式進行通信。數(shù)據(jù)速率和幀格式進行通信。 計費方式計費方式l在電路交換中，通信費用取決于通話時間和距離，而與在電路交換中，通信費用取決于通話時間和距離，而與通話量無關；而在分組交換中，通信費用主要按通信流通話量無關；而在分組交換中，通信費用主要按通信流量量(如字節(jié)數(shù)如字節(jié)數(shù))來計算，適當考慮通話時間和距離。來計算，適當考慮通話時間和距離。55第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy552.6 調制解調器調制解調器56第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy562.6.1 調制方式調制方式57第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy57正交幅度調制正交幅度調制58第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識 Networking Networking techno;ogytechno;ogy582.6.2 Modem標準標準 傳輸速率傳輸速率( 9600bps, 14.4k