《计算机网络3数据通信基本原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络3数据通信基本原理.ppt（126页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1传送介质传送介质数据通信模型数据通信模型数据传输数据传输 数据编码数据编码 数字数据通信技术数字数据通信技术多路复用技术多路复用技术 数据交换技术数据交换技术 23.1 传输介质传输介质 3.1.1、简介简介传输媒体传输媒体为什么要媒体？为什么要媒体？网络中的计算机想互相传送信息，就必网络中的计算机想互相传送信息，就必 须有传送信息的媒体。须有传送信息的媒体。传输媒体是什么？传输媒体是什么？传输媒体传输媒体是收发双方之间进行通信的物是收发双方之间进行通信的物 理信号通路理信号通路。传输媒体分类传输媒体分类 有线；有线；无线。无线。3常常用于局域网的用于局域网的有线媒体有：有线媒体有：双绞线；
2、双绞线；同轴电缆；同轴电缆；光纤；光纤；常用的常用的无线媒体有：无线媒体有：无线电短波；无线电短波；微波；微波；红外线；红外线；传输媒体选择传输媒体选择要根据具体的环境通盘要根据具体的环境通盘 考虑，考虑，主要考虑的因素有：主要考虑的因素有：价格；价格；安装难易程度；安装难易程度；容量；容量；抗干扰能力；抗干扰能力；衰减。衰减。4无线电短波无线电短波 可以通过各种传输天线产生全方位广播或可以通过各种传输天线产生全方位广播或 定向发射。短波的信号频率低于定向发射。短波的信号频率低于100MHz ，用于低速传输。一个模拟话路每秒传几用于低速传输。一个模拟话路每秒传几 十到几百个比特，经过调制解调技
3、术后，十到几百个比特，经过调制解调技术后，传输速率达到几千传输速率达到几千bps。无线电发射器决定了信号的频率及功率。无线电发射器决定了信号的频率及功率。微波微波 数据通信系统有两种形式：数据通信系统有两种形式：地面微波接力通信：地面微波接力通信：卫星通信；卫星通信；微波的频率范围为微波的频率范围为300MHz300GHz,主要使主要使用用240GHz的频率范围。的频率范围。5红外线红外线 红外线传输建立在红外线的基础上，采用红外线传输建立在红外线的基础上，采用:发光二极管发光二极管;激光三极管激光三极管;光电二极管光电二极管;能能进行站点与站点之间的数据交换。进行站点与站点之间的数据交换。红
4、外线传输红外线传输 可以进行点到点的通信；可以进行点到点的通信；可以进行广播式通信。可以进行广播式通信。每一种媒体在局域网和广域网上的运行方每一种媒体在局域网和广域网上的运行方 式是不同的。式是不同的。在局域网传输媒体领域中，最令人鼓舞的在局域网传输媒体领域中，最令人鼓舞的 发展是在纤维光学领域发展是在纤维光学领域6双绞线普遍用于模拟和数字数据双绞线普遍用于模拟和数字数据 的传输媒体；的传输媒体；在建筑物内将网络站点与中心节在建筑物内将网络站点与中心节 点连接起来的线路可以是双绞线；点连接起来的线路可以是双绞线；将电话机连接起来的线路可以是将电话机连接起来的线路可以是 双绞线。双绞线。双绞线可
5、用于点到点和广播式网络中双绞线可用于点到点和广播式网络中3.1.2、双绞线双绞线概述：概述：7双绞线的组成双绞线的组成 双绞线是由有规则的、螺旋状排列的两根双绞线是由有规则的、螺旋状排列的两根 绝缘导线组成的。绝缘导线组成的。这种导线是铜线或镀铜的钢线；这种导线是铜线或镀铜的钢线；铜提供良好的导电性，钢用来增加强度。铜提供良好的导电性，钢用来增加强度。一条电缆的构成一条电缆的构成 一对线对起单条通信链路的作用。一般将一对线对起单条通信链路的作用。一般将 这些线对捆在一起，封在一个坚硬的护套这些线对捆在一起，封在一个坚硬的护套 内，以构成一条电缆。内，以构成一条电缆。电缆可以在较长距离内包含数百
6、对线。电缆可以在较长距离内包含数百对线。单个线对绞在一起可减少线对之间的电磁单个线对绞在一起可减少线对之间的电磁 干扰。干扰。物理描述物理描述8传输特征传输特征对模拟信号，约每对模拟信号，约每5 56 6kmkm要有一个要有一个 放大器；放大器；对低频数字信号，每对低频数字信号，每2 23 3kmkm需一个需一个 转发器。转发器。在双绞线上传输数据信号或基带信在双绞线上传输数据信号或基带信 号，目前在局域网中可达号，目前在局域网中可达100Mbps 甚至更高。甚至更高。线对最普通的用途是声音的模拟传线对最普通的用途是声音的模拟传 输（输（线对可用来传输模拟信号和数线对可用来传输模拟信号和数 字
7、信号）字信号）：9话音的频率分量为话音的频率分量为2020HzHz20kHz20kHz，再现可理再现可理 解的话音仅要求一个非常窄的频带；解的话音仅要求一个非常窄的频带；全双工话音信道的标准带宽为全双工话音信道的标准带宽为300300400400MHzMHz在单个线对上，使用频分复用（在单个线对上，使用频分复用（FDMFDM）时，时，可复用多条话音信道，每条信道占有可复用多条话音信道，每条信道占有4 4kHzkHz 的带宽，足以提供信道之间的间隔；的带宽，足以提供信道之间的间隔；使用带宽高达使用带宽高达268 268 kHzkHz的双绞线，可提供高的双绞线，可提供高 达达2424路的话音信道；
8、路的话音信道；使用调制解调器可在模拟话音信道上传输使用调制解调器可在模拟话音信道上传输 数字数据。现在的调制解调器，可以达到数字数据。现在的调制解调器，可以达到 56 56KbpsKbps的速率。的速率。10对双绞线的特点：对双绞线的特点：连接性和成本 在广播式网络中与同轴电缆相比，双绞 线便宜易用。双绞线在点到点的网络中。则比同轴电 缆、光纤便宜，若考虑安装等费用，它 们大致相当。地域范围 双绞线能够容易的实现点到点的数据传输 ，局域网的双绞线一般在一个建筑物内。抗扰性 与其他传输媒体相比，双绞线在距离、带 宽和数据速度方面受到限制。11原因：原因：这种媒体容易与电磁场耦合，故对干扰和这种媒
9、体容易与电磁场耦合，故对干扰和 噪声十分敏感。电缆中相邻线对上的信号噪声十分敏感。电缆中相邻线对上的信号 也可能彼此干扰，即产生所谓的串音现象也可能彼此干扰，即产生所谓的串音现象改进：改进：如用金属编制物或护套来屏蔽导线可降低如用金属编制物或护套来屏蔽导线可降低 干扰；干扰；将导线绞起来可降低低频干扰；将导线绞起来可降低低频干扰；邻近线对采用不同的绞距可降低串扰等等邻近线对采用不同的绞距可降低串扰等等评述：评述：上述措施当波长远大于电缆的绞距时是有上述措施当波长远大于电缆的绞距时是有 效的。效的。对于低频传输来说，抗扰度可达到和同轴对于低频传输来说，抗扰度可达到和同轴 电缆一样大或更大。电缆一
10、样大或更大。123.1.3、同轴电缆同轴电缆概述概述同轴电缆是局域网过去广泛使用的传输同轴电缆是局域网过去广泛使用的传输 媒体，现在几乎完全被双绞线所取代。媒体，现在几乎完全被双绞线所取代。同轴电缆有两种类型，它们是：同轴电缆有两种类型，它们是：CATVCATV系统中使用的系统中使用的7575电缆，且电缆，且 7575 电缆主要用于电缆主要用于:宽带宽带FDMFDM模拟信号模拟信号高速数字信号高速数字信号不采用不采用FDMFDM的模拟信号的模拟信号仅用于基带数字信号的仅用于基带数字信号的5050电缆电缆。13物理描述物理描述 同轴电缆的组成：同轴电缆的组成：同轴电缆由两根导体组成，且由套同轴电
11、缆由两根导体组成，且由套 置单根内导体的空心圆柱形导体构置单根内导体的空心圆柱形导体构 成。成。内导体是实芯的或者是绞的；并用内导体是实芯的或者是绞的；并用 规则间距的绝缘环或硬的电媒体材规则间距的绝缘环或硬的电媒体材 料来固定；料来固定；外导体是整体的或纺织的，则用护外导体是整体的或纺织的，则用护 套或屏蔽物包着。套或屏蔽物包着。单条同轴电缆具有单条同轴电缆具有1 1cmcm至至2.52.5cmcm的直的直 径。径。14传输特性传输特性 50电缆专用于数字传输：电缆专用于数字传输：一般使用曼彻斯特编码；一般使用曼彻斯特编码；数据速率可达数据速率可达10Mbps；CATV电缆可用于：电缆可用于
12、：模拟信号；模拟信号；数字信号。数字信号。15模拟信号：模拟信号：频率可能高达频率可能高达300-400MHz；CATV电缆上可以象传送视频和音频电缆上可以象传送视频和音频 信号那样在传送模拟数据。信号那样在传送模拟数据。每个电视信道分配每个电视信道分配6MHz的带宽，每个的带宽，每个 无线电信道需要的带宽大大低于这个带无线电信道需要的带宽大大低于这个带 宽；宽；用用FDM可在一条电缆上荷载大量的信可在一条电缆上荷载大量的信 道，当用道，当用FDM时，时，CATV电缆称为宽带电缆称为宽带 电缆。电缆。电缆的频谱被划分成信道，每条信道均电缆的频谱被划分成信道，每条信道均 可传送模拟信号。可传送模
13、拟信号。16传送数字数据传送数字数据对于数字数据有多种调制方案，包括：对于数字数据有多种调制方案，包括：ASK（调幅）；调幅）；FSK（调频）；调频）；PSK（调相）。调相）。调制解调器的效率确定了给定数据速率下调制解调器的效率确定了给定数据速率下 所需要的带所需要的带宽。宽。对对5 5MpbsMpbs和更高的速率可设定为和更高的速率可设定为1 1Hz/Hz/bpsbps；对较低速度则可为设定为对较低速度则可为设定为2 2Hz/Hz/bpsbps。如一条如一条6 6MHzMHz的的TVTV信道能达到信道能达到5 5MbpsMbps的数据的数据 速度速度，4.84.8kbpskbps的调制解调器
14、约需的调制解调器约需1010kHzkHz的带宽。的带宽。低得多的数据速度可使用低得多的数据速度可使用FSKFSK。17当今约当今约2020MbpsMbps的数据速度是可以达到的的数据速度是可以达到的 ；且带宽的利用效率可超过；且带宽的利用效率可超过1 1bpsbps/Hz/Hz，为为 达到达到2020MbpsMbps以上的数据速度，有两种方法以上的数据速度，有两种方法 。这两种方法都要求将。这两种方法都要求将7575电缆的整个带电缆的整个带 宽用在这种数据传输上而不采用宽用在这种数据传输上而不采用FDMFDM。一种方法是在电缆上采用数字信号传输一种方法是在电缆上采用数字信号传输(象象5050电
15、缆那样电缆那样)。该方法能达到。该方法能达到5050MbpsMbps 的数据速度。的数据速度。另一种方法是使用简单的另一种方法是使用简单的PSKPSK系统，采用系统，采用 150 150MHzMHz载波。该方法也已能达到载波。该方法也已能达到5050MbpsMbps的的 数据速率。数据速率。18连接性连接性同轴电缆可应用于：点到点配置：多点配置。设备数量配置：50基带电缆能够支持每段达100个 设备。将各段通过转发器链接起来则能支 持更大的系统。75宽带电缆能支持数千个设备。但是75电缆用在高速数据速率（50Mbps）时所能接设备的数量限 于2030个。19 地域范围地域范围范围：范围：典型基
16、带电缆的电缆的最大距离限于数典型基带电缆的电缆的最大距离限于数 公里。公里。宽带网络则可延伸到数十公里的范围。宽带网络则可延伸到数十公里的范围。原因：原因：这种差异与模拟信号和数字信号的相对这种差异与模拟信号和数字信号的相对 受损程度有关。通常在工业区和市区所受损程度有关。通常在工业区和市区所 遇到的电磁噪声的类型是属于频率相对遇到的电磁噪声的类型是属于频率相对 较低的噪声，这一频率范围也是数字信较低的噪声，这一频率范围也是数字信 号中的大部分能量集中之处。号中的大部分能量集中之处。20模拟信号可置于频率足够高的载波上，避免了 噪声的主要分量。数字信号或模拟信号的高速传输可达 50Mpbs，且
17、限于1km左右。由于高速传输，总线上的信号之间的 物理距离是很短的。因此，为使数据 不被丢失，只能允许很低的衰减或噪 声。21抗扰性和成本抗扰性和成本 同轴电缆的抗扰性取决于应用 和实现。一般对较高频率来说，同轴电缆 的抗扰性优于双绞线的抗扰性。安装质量好的同轴电缆的成本介 于双绞线和光纤的成本之间。223.1.4、光纤光纤物理描述物理描述主题研究当前的纤维光学的能力。主题研究当前的纤维光学的能力。光学纤维：光学纤维：光学纤维是细光学纤维是细(2(2125125m)m)而软的，能够而软的，能够 传导光束的媒体。传导光束的媒体。什么是光学纤维？什么是光学纤维？各种玻璃和塑料可用来制造光学纤维。各
18、种玻璃和塑料可用来制造光学纤维。使用超高纯度的熔融石英已能获得最低的使用超高纯度的熔融石英已能获得最低的 损耗，但制造超高纯度的纤维是困难的。损耗，但制造超高纯度的纤维是困难的。采用具有较高损耗的多成分的玻璃纤维比采用具有较高损耗的多成分的玻璃纤维比 较经济，而且能提供良好的性能。较经济，而且能提供良好的性能。塑料纤维在成本上更低，可用于短距离链塑料纤维在成本上更低，可用于短距离链 路。对这种链路的高损耗是可以接受的。路。对这种链路的高损耗是可以接受的。23光缆：光缆：光缆具有圆柱形的形状，由三个同心部光缆具有圆柱形的形状，由三个同心部 分组成：分组成：纤芯纤芯纤芯是最内层部分，它由一根纤芯是
19、最内层部分，它由一根 或多根非常细的由玻璃或塑料或多根非常细的由玻璃或塑料 制成的绞合线或纤维组成。每制成的绞合线或纤维组成。每 一根纤维都由各自的包层包着一根纤维都由各自的包层包着 包层包层包层是一玻璃或塑料的涂层，包层是一玻璃或塑料的涂层，它具有与纤芯不同的光学特性它具有与纤芯不同的光学特性 护套护套护套是最外层，它包着一根或护套是最外层，它包着一根或 一束已加包层的纤维。护套是一束已加包层的纤维。护套是 由分层的塑料和其附属材料制由分层的塑料和其附属材料制 成的，用它来防止潮气、擦伤成的，用它来防止潮气、擦伤 、压伤和其他外界带来的危害、压伤和其他外界带来的危害24传输性传输性 光纤利用
20、全内反射来传输经信号光纤利用全内反射来传输经信号 编码的光束。编码的光束。全内反射可出现在折射率大于周全内反射可出现在折射率大于周 围媒体的折射率的任意透明媒体围媒体的折射率的任意透明媒体 中。中。事实上，光纤在事实上，光纤在1010141410101515HzHz频率频率 范围内起一波导作用。范围内起一波导作用。这一频率范围覆盖了可见光谱和这一频率范围覆盖了可见光谱和 部分红外光谱。部分红外光谱。图图3.13.1展示了光纤传输的原理：展示了光纤传输的原理：25(c)c)单模单模(b)b)梯度折射率多模梯度折射率多模图图3.1 3.1 光纤输模式光纤输模式吸收护套吸收护套(a)a)多模多模纤芯
21、纤芯 包层包层26传播方式传播方式多模方式：多模方式：来自光源的光进入圆柱形玻璃或塑料纤芯。来自光源的光进入圆柱形玻璃或塑料纤芯。小角度的入射光线被反射并沿光纤传播；小角度的入射光线被反射并沿光纤传播；其余光线被周围媒体所吸收。这种传播方其余光线被周围媒体所吸收。这种传播方 式叫做多模式叫做多模(系指多个反射角系指多个反射角)方式。方式。在多模传输时，存在多个传播路径，在多模传输时，存在多个传播路径，每一路径的长度不同，因此越过光纤的时每一路径的长度不同，因此越过光纤的时 间亦不同。这使信号码元在时间上出现扩间亦不同。这使信号码元在时间上出现扩 散，限制了能准确接收的数据速率，散，限制了能准确
22、接收的数据速率，27单模方式单模方式 当纤芯半径降低到波长的量级时，只有单当纤芯半径降低到波长的量级时，只有单 个角度或单个模，即只有轴向光束能通过个角度或单个模，即只有轴向光束能通过 。单模方式比多模有较优越的性能。单模方式比多模有较优越的性能。梯度折射率多模方式：梯度折射率多模方式：通过改变纤芯的折射率，形成第三传输方通过改变纤芯的折射率，形成第三传输方 式，即称作梯度折射率多模方式，其特性式，即称作梯度折射率多模方式，其特性 介于其他两种方式之间，介于其他两种方式之间，可变折射使光束聚焦的作用比普通多模可变折射使光束聚焦的作用比普通多模(也叫做阶跃折射率多模也叫做阶跃折射率多模)方式更有
23、效。方式更有效。三类光纤比较三类光纤比较 光纤具有巨大的、远远超过同轴电缆或光纤具有巨大的、远远超过同轴电缆或 双绞线的传输能力，详见下表所示：双绞线的传输能力，详见下表所示：28光源光源带宽带宽拼接拼接典型应用典型应用成本成本纤芯直径纤芯直径包层直径包层直径阶跃折射率多模阶跃折射率多模梯度折射率多模梯度折射率多模单模单模LEDLED或激光器或激光器宽宽(高高200200MHz/km)MHz/km)困难困难计算机数据链路计算机数据链路最低最低50-12550-125mm125-140m125-140m最贵最贵2-82-8mm15-60m15-60m很宽很宽(200(200MHzMHz-3GHz
24、/km)-3GHz/km)LEDLED或激光器或激光器 较贵较贵50-12550-125mm125-440m125-440m困难困难中等长度中等长度电话线路电话线路激光器激光器极宽极宽(3 3GHzGHz-50GHz/km)-50GHz/km)困难困难远程通信远程通信长途线路长途线路三类光纤比较表三类光纤比较表29125-140m125-440m15-60m光纤系统中使用的两种不同类型的光源：光纤系统中使用的两种不同类型的光源：发光二极管发光二极管(LED)LED)LEDLED是在加电流后能发光的固态器件；是在加电流后能发光的固态器件；LEDLED较为便宜；较为便宜；能工作在较宽的温度范围；能
25、工作在较宽的温度范围；具有较长的工作寿命。具有较长的工作寿命。注入式激光二极管注入式激光二极管(ILD)ILD)ILDILD是根据被激发的量子电子效应能产生是根据被激发的量子电子效应能产生 窄带发束的激光原理工作的固态器件；窄带发束的激光原理工作的固态器件；ILDILD则更为有效；则更为有效；能支持较高的数据速率。能支持较高的数据速率。30光电二极管光电二极管 光电二极管是用来在接收端将光信号变换光电二极管是用来在接收端将光信号变换 成电信号的检测器成电信号的检测器,是已使用的有两种固是已使用的有两种固 态器件：态器件：PINPIN检测器；检测器；PINPIN比比APDAPD便宜，但灵敏度也较
26、低；便宜，但灵敏度也较低；APDAPD检测器。检测器。光载波的调制光载波的调制 是一种称为光强度调制的是一种称为光强度调制的ASKASK调制方式。调制方式。一般二进制数字一般二进制数字“0 0”和和“1 1”是用一给定频是用一给定频 率的光的有、无来表示的。率的光的有、无来表示的。LEDLED和和ILDILD两种器件都能用这种方式来调制，两种器件都能用这种方式来调制，而而PINPIN和和APDAPD检测器可直接响应光强度调制。检测器可直接响应光强度调制。31光源选用光源选用在使用波长、传输方式和可达到的数据速在使用波长、传输方式和可达到的数据速 率之间存在一定关系。无论单模和多模都率之间存在一
27、定关系。无论单模和多模都 可支持几种不同的光波长，并能使用激光可支持几种不同的光波长，并能使用激光 器或器或LEDLED光源。光源。在玻璃合成光纤中，光的传播有三种最佳在玻璃合成光纤中，光的传播有三种最佳 的，以的，以850850、13001300和和15001500nmnm为中心的波长为中心的波长 “窗口窗口”。在较长的波长下，损耗较低，可。在较长的波长下，损耗较低，可 允许较长的距离内有较高的数据速度。允许较长的距离内有较高的数据速度。在大量的局域网应用中使用在大量的局域网应用中使用850850nmLEDnmLED光源。光源。虽较便宜，但限虽较便宜，但限100100MbpsMbps以下的数
28、据速率和以下的数据速率和 数公里的距离内使用。数公里的距离内使用。要更高的数据速度和更长的距离，需采用要更高的数据速度和更长的距离，需采用 1300 1300nmnm光源更适合于高速局域网。光源更适合于高速局域网。32激光器光源激光器光源 如要达到最高的传输能力和最长的距离，如要达到最高的传输能力和最长的距离，则需要则需要15001500nmnm光源。这些都要求采用激光源。这些都要求采用激 光器光源，并用于某些长距离的应用中。光器光源，并用于某些长距离的应用中。但目前对局域网来说，它们是太昂贵了。但目前对局域网来说，它们是太昂贵了。过去，光纤传输使用单一的载波频率。过去，光纤传输使用单一的载波
29、频率。现在实用的现在实用的DMDM系统成为可能。这种系统系统成为可能。这种系统 也称为波长分割多路复用系统。也称为波长分割多路复用系统。33连接性连接性光纤最普通的使用是在点到点链光纤最普通的使用是在点到点链 路上。路上。使用公共总线拓扑结构的试验性使用公共总线拓扑结构的试验性 多点系统已建立，但投入实际使多点系统已建立，但投入实际使 用，花费太大了。用，花费太大了。由于光纤的低功耗、低衰减特性由于光纤的低功耗、低衰减特性 和更宽的带宽潜力，原则上，单和更宽的带宽潜力，原则上，单 根光纤能够支持更多的分支。根光纤能够支持更多的分支。34地域范围地域范围 光纤能支持68km距 离范围内的传输而不
30、 用转发器。光纤适用于经点对点 链路链接的几个建筑 物内的局域网。35抗扰性抗扰性 光纤不受电磁干扰或噪声 影响。该特性允许在长距离内进 行高速数据传输。提供优良的安全保密性。36成本成本光纤系统比双绞线系统和同轴电 缆系统贵：按每米的成本计算；按组成部分计算，组成部分如：发送器；接收器；连接器。根据目前的技术及市场需求光纤 的成本将会下降以致能与其他媒 体相竞争。37有线传输存在问题有线传输存在问题 如遇到铺设电缆很难施工的地段，有如遇到铺设电缆很难施工的地段，有 线传输实现困难：线传输实现困难：如通信距离很远，铺设电缆费时且昂如通信距离很远，铺设电缆费时且昂 贵；有线传输实现费用高，贵；有
31、线传输实现费用高，如信息时代需要及时得到信息，有线如信息时代需要及时得到信息，有线 传输不能及时办到。传输不能及时办到。3.1.53.1.5、无线传输、无线传输一、概述一、概述38短波无线电台传输数据短波无线电台传输数据利用无线短波电台进行数据通信；利用无线短波电台进行数据通信；一般采用低速传输，速率为一个模一般采用低速传输，速率为一个模 拟话路每秒传几十至几百个比特；拟话路每秒传几十至几百个比特；当采用复杂的调制调技术后，数据当采用复杂的调制调技术后，数据 的传输速率达到几千的传输速率达到几千bps；短波的信号频率低于短波的信号频率低于100MHz，它它 主要靠电离层的反射来实现通信。主要靠
32、电离层的反射来实现通信。39无线电微波通信在数据通信中占有重无线电微波通信在数据通信中占有重 要的地位要的地位微波的频率范围为微波的频率范围为300MHz300GHs ，主要使用主要使用(240)GHz的频率范围；的频率范围；微波的传输距离一般只有微波的传输距离一般只有 50km 左右左右 （因为微波在空间是直线传播，而地因为微波在空间是直线传播，而地 球表面是个曲面球表面是个曲面）；）；若采用若采用 100m 的天线塔。距离可增大的天线塔。距离可增大 到到100km。微波通信有两种主要方式：微波通信有两种主要方式：地面微波接力通信；地面微波接力通信；卫星通信。卫星通信。40二、微波接力通信二
33、、微波接力通信“接力接力”指为了实现远距离通信，指为了实现远距离通信，必须在一条无线电通信信道的两个必须在一条无线电通信信道的两个 终端之间建立若干中继站。中继站终端之间建立若干中继站。中继站 把前一站送来的信号经过放大后再把前一站送来的信号经过放大后再 送到下一站所用的方法。送到下一站所用的方法。微波接力通信的功能有：微波接力通信的功能有：传输电话信息；传输电话信息；传输电报信息；传输电报信息；传输图像信息；传输图像信息；传输数据信息。传输数据信息。41微波接力通信的主要特点有：微波接力通信的主要特点有：信道的容量很大：信道的容量很大：微波波段频率很高，其频段范围也很宽，微波波段频率很高，其
34、频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大；因此其通信信道的容量很大；传输质量较高：传输质量较高：因工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比因工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比 微波频率低得多，对微波威信的危害比对微波频率低得多，对微波威信的危害比对 短波通信小得多，因而微波传输质量较高；短波通信小得多，因而微波传输质量较高；可靠性较高：可靠性较高：微波接力信道能够通过有线线路难于通过微波接力信道能够通过有线线路难于通过 和不易架设的地区（和不易架设的地区（如高山、水面等如高山、水面等），），故有较大的机动灵活性，抗自然灾害的能故有较大的机动灵活性，抗自然灾害的能 力也较强。因而可靠性较高；力也较强。
35、因而可靠性较高；相邻站之间必须直观，不能有障碍物；相邻站之间必须直观，不能有障碍物；隐蔽性和保密性较差。隐蔽性和保密性较差。42三、卫星通信三、卫星通信卫星通信指地球站之间利用位于卫星通信指地球站之间利用位于36000km 高空的人造同步地球卫星作为中继站的一高空的人造同步地球卫星作为中继站的一 种微波接力通信；种微波接力通信；通信卫星发出的电磁波覆盖范围广，跨度通信卫星发出的电磁波覆盖范围广，跨度 可达可达18000km，覆盖了地球表面覆盖了地球表面1/3的面积的面积 ，有三的这样的通信卫星就可以覆盖地球，有三的这样的通信卫星就可以覆盖地球 上的全部通信区域，从而达到全球各地面上的全部通信区
36、域，从而达到全球各地面 站之间任意通信的目的了。站之间任意通信的目的了。卫星上可以安装多个转发装置，它按一种卫星上可以安装多个转发装置，它按一种 频率范围接收地面发来的信号，用另一种频率范围接收地面发来的信号，用另一种 频率范围向地面站发出，其数据传输率约频率范围向地面站发出，其数据传输率约 为为50Mbps；43国际上常用的频段为国际上常用的频段为6/4GHz：（3.74.5）MHz作为远程通信卫星向地作为远程通信卫星向地 面发送（下行）的频段，其频宽是面发送（下行）的频段，其频宽是500 MHz；（5.9256.425）MHz作为地面站向上发作为地面站向上发 送（上行）的频段，其频宽是送（
37、上行）的频段，其频宽是500 MHz；该频段现在已经很挤了。该频段现在已经很挤了。现在常用的频段为现在常用的频段为14/12GHz频段。频段。每一路卫星信道的容量约等于每一路卫星信道的容量约等于10万条话万条话 频线路，可以将它看成达容量的电缆，频线路，可以将它看成达容量的电缆，且和发送站与接收站之间的距离无关。且和发送站与接收站之间的距离无关。因通信卫星就是在太空的无人值守的微因通信卫星就是在太空的无人值守的微 波通信中继站，因而其主要特点与地面波通信中继站，因而其主要特点与地面 微波通信类似，但有较大的传播延迟。微波通信类似，但有较大的传播延迟。443.2 数据通信模型数据通信模型 一、信
38、号一、信号数据、通信、信息数据、通信、信息 数据通信涉及的范围很广。其任务是数据通信涉及的范围很广。其任务是 利用通信媒体传输信息。利用通信媒体传输信息。数据是信息的表达形式，信息是知识，数据是信息的表达形式，信息是知识，是数据的内容。是数据的内容。数据通信就是用什么媒体，什么技术来数据通信就是用什么媒体，什么技术来 使信息数据化以及传输它。本处阐述与使信息数据化以及传输它。本处阐述与 计算机网络有关的数据通信的基本知识计算机网络有关的数据通信的基本知识。3.2.1、信道与信号、信道与信号45数据分类数据分类 数据有数字数据（具有离散值）数据有数字数据（具有离散值）如字符串等。如字符串等。模拟
39、数据（某时间间隔中有连续的值）模拟数据（某时间间隔中有连续的值）如音频数据。如音频数据。数据、电信号数据、电信号 在通信系统中，数据需要编码（变换）为在通信系统中，数据需要编码（变换）为 电信号的形式从一点传到另一点。电信号的形式从一点传到另一点。电信号分类电信号分类由于有两种不同的数据类型，电信号相应由于有两种不同的数据类型，电信号相应 有两种基本形式：有两种基本形式：模拟信号；模拟信号；数字信号。数字信号。46模拟信号模拟信号模拟信号是一种连续变换的电信号；模拟信号是一种连续变换的电信号；模拟信号模拟信号的取值可以是无限多个，如的取值可以是无限多个，如 语音信号。语音信号。用模拟信号进行的
40、传输称为模拟传输用模拟信号进行的传输称为模拟传输数字信号数字信号数字信号是一种离散信号；数字信号是一种离散信号；数字信号的取值是有限个数；数字信号的取值是有限个数；用数字信号进行的传输称为数字传输。用数字信号进行的传输称为数字传输。图图3.2为此两种信号的典型表示。为此两种信号的典型表示。47时间时间(t)(a)数字信号的典型表示数字信号的典型表示(b)模拟信号的典型表示模拟信号的典型表示VV0f1f2f1=Asin(2 ft)f2=Asin(2 ft+/2)f1和和f2相位差为相位差为 /2)时间时间(t)周期周期幅幅度度图图3.2 3.2 信号的典型表示信号的典型表示48二、信道二、信道信
41、道是信号传输的通道，包括：信道是信号传输的通道，包括：通信设备通信设备 传输媒体。传输媒体。这些媒体可以是：这些媒体可以是：有形媒体（如电缆、光纤）；有形媒体（如电缆、光纤）；无形媒体（如传输电磁波的空间）无形媒体（如传输电磁波的空间）对于不同信道，其特性和使用方法有所对于不同信道，其特性和使用方法有所 不同。不同。49信道可以按不同的方法分类，信道可以按不同的方法分类，按传输媒体来分，可以分为：按传输媒体来分，可以分为：有线信道；有线信道；无线信道。无线信道。按传输信号类型可分为按传输信号类型可分为 模拟信道模拟信道 数字信道；数字信道；按使用权可分为：按使用权可分为：专用信道专用信道 公用
42、信道等。公用信道等。50数据通信的基本目的是在接收方与发送数据通信的基本目的是在接收方与发送 方之间交换信息，如图方之间交换信息，如图3.3所示。所示。3.2.2、数据通信模型、数据通信模型g(t)s(t)s(t)g(t)m输出设备输出设备输入设备输入设备发送方发送方接收方接收方干扰源干扰源发送系统发送系统传输媒体传输媒体接收系统接收系统m图图3.3 3.3 数据通信模型数据通信模型51 m、g以及以及 g(t)图中，标有图中，标有m的是要交换的信息的是要交换的信息。该信。该信 息用息用g表示，一般以时变信号表示，一般以时变信号g(t)的形式的形式 送到发送设备。送到发送设备。g(t)与与s(
43、t)信号信号 g(t)要被发送，须转换成与传输媒要被发送，须转换成与传输媒 体特征相匹配的信号体特征相匹配的信号 s(t)（称为数据编称为数据编 码，即将输入数据转换为能被传输的信码，即将输入数据转换为能被传输的信 号的过程，与通信媒体有很大关系号的过程，与通信媒体有很大关系）。）。s(t)与与s(t)送到媒体上的传输信号在到达接收设备送到媒体上的传输信号在到达接收设备 之前会面临一系列的干扰，因此接收到之前会面临一系列的干扰，因此接收到 的信号的信号s(t)可能在某种程度上不同于可能在某种程度上不同于s(t)。52 s(t)，g(t)以及以及g(t)s(t)再经接收设备转换为适于输出的形再经
44、接收设备转换为适于输出的形 式。转换后的信号式。转换后的信号g(t)，是是g(t)的近似值的近似值 或估值。或估值。m与与m 输出设备将估计出的信息输出设备将估计出的信息m提交给接收提交给接收 方。方。发送的是发送的是m而接收的是而接收的是m。这即是在传输这即是在传输 过程中发生了畸变（过程中发生了畸变（与所用的传输媒体的与所用的传输媒体的 性质有关性质有关）。想避免或减少这种现象的发）。想避免或减少这种现象的发 生，就要用道生，就要用道差错控制技术差错控制技术。注意：接收方和发送方可以是一个用户或注意：接收方和发送方可以是一个用户或 一个进程。一个进程。533.3 数据传输数据传输 3.3.
45、1、概述概述数据传输的成功主要有两个主要的因素：数据传输的成功主要有两个主要的因素：要传输的信号的质量要传输的信号的质量传输媒体的性能。传输媒体的性能。数据传输的好坏数据传输的好坏模拟或数字数据都既可用模拟又可用数字模拟或数字数据都既可用模拟又可用数字 信号来传输。这些信号在传输过程中都会信号来传输。这些信号在传输过程中都会 发生衰减、变形，尤其是在长距离传输后发生衰减、变形，尤其是在长距离传输后 会发生严重的畸变。会发生严重的畸变。数据传输的好坏，还取决于发送和接收设数据传输的好坏，还取决于发送和接收设 备的性能。备的性能。54全双工方式。全双工方式。单工方式；单工方式；半双工方式；半双工方
46、式；3.3.2、数据在线路上的传数据在线路上的传 送方式分为：送方式分为：55一、一、单工单工什么是什么是单工方式单工方式 单工方式是指数据信号仅沿一个方向传单工方式是指数据信号仅沿一个方向传 输：输：发送方只能发送不能接收，接收方发送方只能发送不能接收，接收方 只能接收而不能发送。只能接收而不能发送。双方单工通信双方单工通信 为使双方能单工通信，还需一根线路为使双方能单工通信，还需一根线路 用于控制。用于控制。单工通信的信号传输链路一般由两条单工通信的信号传输链路一般由两条 电线组成，通常又称为二线制。它们电线组成，通常又称为二线制。它们 是：是：一个用于传输数据；一个用于传输数据；另一个用
47、于传送控制信号。另一个用于传送控制信号。56二、二、单双工单双工 什么是什么是单双工方式单双工方式 单双工是指信号可以单双工是指信号可以 沿两个方向传送，但沿两个方向传送，但 同一时刻一个信道只同一时刻一个信道只 允许单方向传送。允许单方向传送。单双工方式的用途单双工方式的用途 单双工方式适用于单双工方式适用于 终端与终端之间的终端与终端之间的 会话式通信。会话式通信。57什么是什么是全双工方式全双工方式 全双工通信是指数据可以同全双工通信是指数据可以同 时沿相反的两个方向传送。时沿相反的两个方向传送。全双工方式是实现全双工方式是实现 全双工方式实现是方法：全双工方式实现是方法：可以采用四线制
48、可以采用四线制 也可以在两线制的基础上采也可以在两线制的基础上采 用频率分割法，使传输信道用频率分割法，使传输信道 分为：分为：高频信道高频信道 低频信道低频信道三、三、全双工全双工58信号信号 信号由发送设备产生并经媒体传输。信号由发送设备产生并经媒体传输。信号是时间的函数，可表示为频率的信号是时间的函数，可表示为频率的 函数。函数。根据傅立叶信号分析理论，任何信号根据傅立叶信号分析理论，任何信号 都是由各种频率的成分组成，其中每都是由各种频率的成分组成，其中每 一成分都是正弦波（或余弦波）。一成分都是正弦波（或余弦波）。示例如下：示例如下：设某信号按傅立叶变换后为：设某信号按傅立叶变换后为
49、：s(t)=sin2ft+1/3sin3(2f)t+1/5sin5(2ft)显然此信号是由频率成分正好为显然此信号是由频率成分正好为f,3f,5f的正的正 弦波叠加而成。弦波叠加而成。3.3.3、信号及其频谱信号及其频谱59信号及其频谱信号及其频谱一般情况下：一般情况下：模拟信号的频谱（模拟信号的频谱（频率的取值情况、范频率的取值情况、范 围围）是离散的，即频域函数）是离散的，即频域函数s(f)是离散的是离散的 而数字信号的频谱是连续的。而数字信号的频谱是连续的。如图如图3.4所示，给出了：所示，给出了：s(t)=sin2ft+1/3sin3(2f)t+1/5sin5(2ft)信号的频谱，信号
50、的频谱，s(f)轴表示对应频率成分的幅值；轴表示对应频率成分的幅值；信号频谱中最高频率与最低频率成分的差信号频谱中最高频率与最低频率成分的差 称为信号的绝对带宽。称为信号的绝对带宽。图图1-6(a)的描述带宽为的描述带宽为4f的一个例子。的一个例子。图图1-6（b）给出了一个数字信号及其对应给出了一个数字信号及其对应 频谱图的例子。频谱图的例子。60图图3.4 3.4 信号及其频谱信号及其频谱(a)s(t)信号的频谱图信号的频谱图(b)数字信号及其频谱数字信号及其频谱s(f)s(t)s(f)频率频率频率频率时间时间f3f5f-t/2t/21/T2/T 3/T 4/T1/51/3161信号的带宽