計算機網(wǎng)絡(luò)與通信筆記第二章

第二章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

一。數(shù)據(jù)傳輸（在發(fā)送器和接收器之間通過傳輸介質(zhì)進(jìn)行的，以電磁波形式進(jìn)行傳輸）

數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒σ揽康脑兀海?） 傳送信號的質(zhì)量 （2） 傳輸介質(zhì)的特性

1.直接連接：兩臺設(shè)備之間傳輸信道為直接連接的通信形式，即只有用于增強信號的放大器

或中繼器，由一條通信線路連接，而不是一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；

2.頻率、頻譜和帶寬

（1） 時域概念

電磁信號是連續(xù)或離散的；

正弦波：s（t）=A sin（2 ft+∮）（注：少一個字符）

（A） 振幅（A）：信號對比時間的峰值，單位：伏特或瓦特

（B） 頻率（f）：信號重復(fù)的速度，單位：周/秒或赫茲（HZ）

（C） 周期（T）：信號重復(fù)一次所需的時間，單位：秒 T=1/f；

（D） 相位（∮）：在一個完整的信號周期范圍內(nèi)對時間相對位置的度量

（2） 頻域概念

基本頻率或基波：當(dāng)全部信號的頻率是某一頻率的整數(shù)倍時，后者稱為基波；

即存在兩個信號，信號A的頻率是信號B頻率的整數(shù)倍，那么信號B稱為基波，且信號A、B 合

成后的頻率為B的頻率（基波的頻率）；

（3） 頻譜：信號所包括頻率的范圍；（針對合成信號，頻率范圍是信號A和信號B 的頻率區(qū)間） 信號的絕對帶寬

（4） 有效帶寬或帶寬：信號的大部分能量往往包含在頻率較窄的一段頻帶稱為

（5） 直流成分：

3.數(shù)據(jù)傳輸速率與帶寬的關(guān)系

（1） 兩者關(guān)系成正比：數(shù)據(jù)傳輸速率越大，其有效的帶寬越寬；同樣，傳輸?shù)挠行捲?/p>

寬，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾试酱?/p>

（2） 信號的帶寬集中在某個頻率范圍內(nèi)，該頻率可稱中心頻率，中心頻率越高，帶寬越寬且

數(shù)據(jù)傳輸速率越高

二。模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸

1.數(shù)據(jù)

（1） 模擬數(shù)據(jù)：在某些時間間隔上取連續(xù)的值，如語音和視頻

（2） 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：取離散值，如文本和整數(shù)（采用ASCII碼形式表現(xiàn)，八位為一個字節(jié)）

2.信號

（1） 模擬信號：是連續(xù)變化的電磁波形式，傳輸介質(zhì)可以是有線的、無線的

（2） 數(shù)據(jù)信號：以電氣信號形式從一點到另一點進(jìn)行傳播，傳輸介質(zhì)是有線的

3 數(shù)據(jù)和信號

（1） 模擬數(shù)據(jù)可以用電磁信號表現(xiàn)；通過編碼譯碼器可以用數(shù)字信號表現(xiàn)；

（2） 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用數(shù)據(jù)信號表現(xiàn)；通過MODEM可以用模擬信號表現(xiàn)；

4.傳輸

模擬信號 數(shù)據(jù)信號

模擬數(shù)據(jù) 兩種方案：（1） 信號和模擬數(shù)據(jù)占據(jù)同樣的頻譜

（2） 模擬數(shù)據(jù)編碼后，占據(jù)頻譜的不同部分

用編碼譯碼器對模擬數(shù)據(jù)編碼，產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 通過MODEM編碼，產(chǎn)生模擬信號 兩種方案

（1）表現(xiàn)二進(jìn)制的兩個值（1或0），信號由兩個電平構(gòu)成；

（2）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼后產(chǎn)生預(yù)期屬性的數(shù)據(jù)信號

數(shù)據(jù)和信號

模擬傳輸 數(shù)字傳輸

模擬信號 通過放大器傳播，無論信號是模擬還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，處理方法是一致的

如表現(xiàn)為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，信號通過中繼器傳播，每個中繼器從入口處取得信號后，將

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)再生后產(chǎn)生新的模擬信號將其從出口送出

數(shù)字信號 未使用 數(shù)字信號由1和0構(gòu)成的比特流表示，可以表示為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或編碼后的

模擬數(shù)據(jù)，信號通過中繼器傳播，在每個中繼器入口處取得數(shù)據(jù)后，將比特流再

生后，產(chǎn)生新的數(shù)字信號，將其從出口處送出

三 傳輸損耗

模擬信號：傳輸損耗會導(dǎo)致各種隨機的改變而降低了信號的質(zhì)量；

數(shù)字信號：引起位串錯誤，既1變?yōu)?或相反；

最有影響的損耗包括：衰減、衰減失真、延時變形、噪聲

1.衰減

提出的三個問題：

（1） 第一：接收到的信號必須有足夠的強度，這樣接收器里的電子電路才能辨認(rèn)、解釋信號；

（2） 第二：信號須比收到的噪聲維持一個更高的電平，以避免出錯；

（3） 第三：衰減是頻率增量函數(shù)；

解決問題：

（1） 針對第一、第二問題，可以在線路設(shè)置放大器或中繼器，來增強信號強度；

（2） 第三個問題針對模擬信號的，可以在線路上加載線圈以改變線路的電氣屬性，或使用高

頻放大器將高頻放大；

2.延遲變形（有線傳輸介質(zhì)特有的現(xiàn)象，對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)影響比較大）

延遲變形：由于信號中各種成分延遲使得接收到的信號變形，這種效果然稱為延遲變形；

3. 噪聲

接收到的信號包括：傳送的信號、因傳輸系統(tǒng)造成的失真、在傳輸和接收之間在某處插入的

不必要的信號（噪聲）

分類：（1） 熱噪聲 （2） 內(nèi)調(diào)制雜音 （3） 串?dāng)_ （4） 脈沖噪聲

4.信道容量

信道容量：在給定條件下，給定通信路徑或信道上數(shù)據(jù)傳送速度稱為信道容量；

相關(guān)概念：

（1） 數(shù)據(jù)傳輸速率：每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)（bits/s）

（2） 帶寬：傳送信號的帶寬，由發(fā)送器及且傳輸介質(zhì)的性質(zhì)決定的，用周/秒或赫茲表達(dá)；

（3） 噪聲：在通信信道的平均噪聲；

（4） 誤碼率：發(fā)生錯誤的頻率；

5.信道的最大容量

C=Wlog2（1+S/N）

C：表示信道的最大容量 單位：b/s；

W：表示以赫茲表示的信道帶寬；

S/N：表示信噪比 S/N=10log（信號能量/噪聲能量）

四 有線傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)里發(fā)送器和接收器之間的物理通路；

數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和特征由：信號和介質(zhì)兩者決定；

1.同軸電纜

（1） 組成：由兩個導(dǎo)體組成，一個空心圓柱形導(dǎo)體（網(wǎng)狀）圍裹一個實心導(dǎo)體，從內(nèi)到外：內(nèi)

導(dǎo)體，絕緣材料，外屏蔽層、塑料外皮

（2） 直徑：1.02~2.54cm（單根）

（3） 型號： G-8或RG-11（50歐） 粗纜

RG-58/U或C/U（50歐） 細(xì)纜

RG-59（75歐） CATV電纜

RG-62（93歐） ARCnet網(wǎng)絡(luò)及IBM3270 （4） 類型： A.基帶同軸電纜：其屏蔽線是用銅線做成網(wǎng)狀的，特征阻抗：50歐，又分為細(xì)、粗兩種

（1） 粗纜：適用大型的局部網(wǎng)絡(luò)，連接距離長，可靠性高，但需安收發(fā)器和收發(fā)器電纜，造

價高；最大距離：2500米

（2） 細(xì)纜：安裝簡單、造價低，但接頭多，容易接觸不良；最大距離925米；

以上兩種均用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

B.寬帶同軸電纜

注：由于同軸電纜外層起到電磁屏蔽的作用，所以它的抗干擾性能比雙絞線強；

2.雙絞線

（1） 組成：由按一定密度的螺旋結(jié)構(gòu)排列的兩根包有絕緣層的銅線、外部再包裹屏蔽層或橡

塑外皮而成；

（2） 分類：

按傳輸質(zhì)量分：1類到5類，局域網(wǎng)絡(luò)中使用3，4和5類雙絞線；

主要用于星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即以集線器或網(wǎng)絡(luò)交換機為中心

A.非屏蔽雙絞線（UTP）電纜（塑料封套、絕緣層、銅導(dǎo)線）

作用：可以將串?dāng)_降至最低或是加以消除，并可降低非平衡型互電容；與雙絞線的類

型、長度和方向有關(guān)；

傳輸特性 傳輸速率 范例 3類 16MHZ 10Mb/s IEEE802.5 4MB/S令牌環(huán)網(wǎng)，802.3 10MB/S 以太網(wǎng)

4類 20MHZ 16 Mb/s IEEE802.5 16MB/S令牌環(huán)網(wǎng)

5類 100MHZ 155 Mb/s IEEE802.3Z 100Base-T快速以太網(wǎng)/ANSIX3T9.5 100MB/S CD

DI系統(tǒng) 優(yōu)點：（1） 使布線系統(tǒng)與通信系統(tǒng)所使用的布線系統(tǒng)相統(tǒng)一；

（2）非常容易安裝，輕、薄、易彎曲

（3）無屏蔽外套，較細(xì)小，節(jié)省空間；

（4） 平衡傳輸，避免了外界干擾；

（5） 將串?dāng)_減至最小或加以消除

（6） 可支持高速數(shù)據(jù)的應(yīng)用；

（7） 通過EMC測試；

（8） 使用保持獨立、具有開放性、非常適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)

B.屏蔽雙絞線（STP）電纜（塑料封套、屏蔽層、絕緣層、銅導(dǎo)線）

類似同軸電纜，必須配有支持屏蔽功能的特殊連接器和相應(yīng)的安裝技術(shù)。具有較高的傳輸速

率，100M內(nèi)可達(dá)到155MB/S

3.光纖電纜

（1） 物理特性：

A.成分：采用三種物質(zhì)來制造光纖

超純二氧化硅：傳輸損耗最小，但成本太高，一般不用；

多成分玻璃：性能價格比最優(yōu)，常用；

塑料纖維：成本最低，但傳輸損耗最大，有時可用于短距離傳輸；

B.構(gòu)成：

由里到外分別為：纖芯、包層、護(hù)套；

傳輸方式：單模（單條光通路）和多模

光纖的類型由模式、材料及芯和外的尺寸決定，芯的尺寸及純度決定光的傳輸量；

注：光只能單向傳輸，若要實行雙向通信，光纖需成對出現(xiàn)；

速率：2.4GB/S~5GB/S，無中繼傳輸距離可達(dá)20KM以上；

（2） 傳輸原理

（3） 傳輸過程：

A.在發(fā)送端利用 光源 將電信號轉(zhuǎn)換成光信號

光源分為：發(fā)光二極管LED 固態(tài)器件，產(chǎn)生可見光，定向性較差，用于多模光纖；

注入型激光二極管：固態(tài)，產(chǎn)生激光，減少損耗，用于單模光纖；

B.光信號通過光纖介質(zhì)向接收端進(jìn)行傳輸

C.接收端接收前利用 光檢波器 （光電二極管）將光信號轉(zhuǎn)換成電信號

光檢波器分為：PIN檢波器：增加硅 APD檢波器：增強電磁場

（4） 傳輸特性：一般用于點對點的連接，

五。數(shù)據(jù)編碼

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：在數(shù)字信道上傳送需進(jìn)行數(shù)字信號編碼；

在模擬信道上傳送需進(jìn)行調(diào)制編碼；

模擬數(shù)據(jù)：在數(shù)字信道上傳送需要采樣編碼；

在模擬信道上傳送一般使用基帶信號；

1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

采用兩個電壓電平表示兩個二進(jìn)制數(shù)字11

方法：不歸零制NRZ、曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼

2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼（因為在模擬信道上傳輸，所以要轉(zhuǎn)換成模擬信號）

模擬信號發(fā)送的基礎(chǔ)就是載波信號，連續(xù)、頻率恒定的信號；

調(diào)制形式：

（1） 幅移鍵控法ASK ，調(diào)幅；容易增益變化，一種效率相當(dāng)?shù)偷恼{(diào)制技術(shù)，不同振幅表示二

進(jìn)制

（2） 頻移鍵控法 FSK，調(diào)頻；不同的兩個頻率表示二進(jìn)制；

（3） 相移鍵控法 PSK，調(diào)相；相位移動表示二進(jìn)制

3.模擬信號的數(shù)字信號編碼

將模擬信號進(jìn)行數(shù)字信號編碼即將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)-數(shù)字化過程；

PCM編碼：脈沖編碼調(diào)制，脈沖調(diào)制

（1） 采樣定理：

模擬信號有最高頻率或帶寬F（max），采樣周期為T，采樣的頻率為F=1/T，若能滿足F=1/T =2

F（max），那么采樣后的離散序列就能無失真地恢復(fù)出原始連續(xù)模擬信號；

（2） PCM編碼過程

第一步：每隔一定的時間對連續(xù)模擬信號采樣，

第二步：量化 分級過程，將脈沖信號按量級比較，取整，成為數(shù)字信號；

第三步：編碼 用以表示采樣量化后的量化幅度，用一定位數(shù)的二進(jìn)制碼表示，若有N個量化

級，則就有l(wèi)og（2）N位。