《通信技术》PPT课件.pptVIP

模拟信号和数字信号 模拟信号 随时间连续变化的信号 数字信号 随时间离散变化的信号 它可以用有限个数位来表示连续变化的物理量 模拟数据或数字数据都可以通过编码形成两种信号 模拟信号和数字信号 中的任何一种信号 信源 信宿和信道 通信系统组成三要素 信源 信宿和信道信源 信源就是信息的发送端 是发出待传送信息的人或设备信宿 信宿就是信息的接收端 是接收所传送信息的人或设备大部分信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备信道 传输信息的通道 它是由通信线路为基础的 能够传输数据的通道 数据通信就是利用通信系统对各种数据信号进行变换 处理和传输的过程 因此 计算机与计算机 计算机与终端之间的通信及计算机网络中的通信主要是数据通信 数字通信 信道中传送数字信号的通信形式模拟通信 信道中传输模拟信号的通信形式 数字通信系统比模拟通信系统有突出的特点 特点 便于差错控制 由编码 译码器进行信道编码 便于保密通信 对基带信号进行加密 接收端解密 用于保密通信 便于同步 数字信号按节拍传输 容易做到时钟同步 便于信号再生重传 远距离传输时 中继器可将数字信号再生恢复成 0 和 1 标准电平后 继续重传 增强抗干扰能力 离散的数字信号容易使小的噪声和干扰信号不起作用 有效地抑制干扰信号 增强抗干扰能力 但数字通信的这些优点都是以牺牲带宽为代价换取的 通信方式 1 单工通信 半双工通信和全双工通信数据在通信线路上传输是有方向的 根据数据在线路上的传输方向和特点 有单工通信 半双工通信和全双工通信三种通信方式 单工通信 在通信线路上 数据只可按一个固定的方向传送而不能进行相反方向传送的通信方式 例如广播 遥控通信 半双工通信 数据可以双向传输 但不能同时进行 在任一时刻只允许在一个方向上传输主信息的通信方式 全双工通信 可同时双向传输数据的通信方式 单工通信半双工通信全双工通信 2 并行通信和串行通信 在计算机内部各部件之间 计算机与各种外部设备之间 计算机与计算机之间 按信息传输的时空顺序不同存在两种通信方式 并行通信和串行通信 并行通信 通常用于计算机内部各部件之间或近距离设备之间的数据传输 串行通信 常用于计算机与计算机或计算机与终端之间远距离的数据传输 并行通信串行通信 曼彻斯特编码 曼彻斯特编码 在每一个码元时间间隔内 电平都有一次跃变 当发送信息 1 时 在间隔的中间时刻电平从高向低跃变 当发信息 0 时 在间隔的中间时刻电平从低向高跃变 该跃变既可作为时钟信号 又可作为数据信号 差分曼彻斯特编码 在每一个码元的中间时刻 电平都有一次跃变 发送信息 1 时 间隔开始时刻不跃变 发送信息 0 时 间隔开始时刻有跃变 该跃变仅作为时钟信号 曼彻斯特编码 2 传输介质 常用的网络传输介质可分为两大类 一类是有线传输介质 如双绞线 同轴电缆 光纤等 一类是无线传输介质 如微波信道和卫星信道等 1 双绞线 双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成 为了减少信号传输中串扰及电磁干扰 EMI 影响的程度 通常将这些线按一定的密度互相缠绕在一起 双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体 它的主要应用范围是电话系统中的模拟话音传输 最适合于较短距离的信息传输 当超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变 这时就要使用中继器 Repeater 来放大信号和再生波形 双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的 并且安装简单 所以得到广泛的使用 双绞线的分类 在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体 双绞线可分为非屏蔽双绞线UTP UnshieldedTwistedPair 和屏蔽双绞线STP ShieldedTwistedPair 双绞线适于局域网和广域网 既可以用于音频传输 双绞线在广域范围一般可传输15km 但在以太LAN中最长为100m 按双绞线的性能 目前广泛应用的有六个不同的等级 级别越高性能越好 由于UTP的成本低于STP 所以使用的更广泛 UTP可以分为六类 1类UTP 主要用于电话连接 通常不用于数据传输 2类UTP 通常用在程控交换机和告警系统 ISDN和T1 E1数据传输也可以采用2类电缆 2类线的最高带宽为1MHz 3类UTP 又称为声音级电缆 是一类广泛安装的双绞线 3类UTP的阻抗为100欧姆 最高带宽为16MHz 适合于10Mbps双绞线以太网和4Mbps令牌环网的安装 也能运行16Mbps的令牌环网 4类UTP 最大带宽为20MHz 其它特性与3类UTP完全一样 能更稳定的运行16Mbps令牌环网 5类UTP 又称为数据级电缆 质量最好 它的带宽为100MHz 能够运行100Mbps以太网和FDDI 5类UTP的阻抗为100欧姆 5类UTP目前已被广泛的应用 6类UTP 是一种新型的电缆 最大带宽可以达到1000MHz 适用于低成本的高速以太网的骨干线路 UTP和STP的特点 非屏蔽式双绞线 UTP 成本低 易弯曲 易安装 适于结构化布线等优点 因此 在一般的局域网建设中被普遍采用 但它也存在传输时有信息辐射 容易被窃听的缺点 屏蔽式双绞线 STP 具有抗电磁干扰能力强 传输质量高等优点 但它也存在接地要求高 安装复杂 成本高的缺点 因此 屏蔽式双绞线的实际应用并不普遍 2 同轴电缆 同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成 即内导体 铜芯导线 和外导体 屏蔽层 外导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射 两导体之间用绝缘材料隔离 同轴电缆具有较高的带宽和极好的抗干扰特性 同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量 按射频级测量单位 RG 来度量 RG越高 铜芯导线越细 RG越低 铜芯导线越粗 基带同轴电缆和宽带同轴电缆 同轴电缆有两种基本类型 基带同轴电缆和宽带同轴电缆 它们的线间特性阻抗分别为50 和75 宽带同轴电缆可用于频分多路复用模拟信号的传输 也用于数字信号的传输 较基带同轴电缆传输速率高 距离远 几十km 但成本也高 基带同轴电缆一般只用来传输基带信号 因此较宽带同轴电缆经济 适合距离较短 速度要求较低的局域网 基带同轴电缆又可分为粗缆和细缆 粗 细缆基本线段最长要求分别为500m和200m 信息传输距离最远分别为2500m和1000m 2 同轴电缆 常用同轴电缆的型号和应用如下 基带同轴电缆阻抗为50欧姆的粗缆RG 8或RG 11 用于粗缆以太网 阻抗为50欧姆的细缆RG 58A U或C U 用于细缆以太网 宽带同轴电缆阻抗为75欧姆的电缆RG 59 用于有线电视CATV 3 光纤 光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的 直径很细 能传导光信号的媒体 光纤由一束玻璃芯组成 它的外面包了一层折射率较低的反光材料 称为覆层 光纤由纤芯和包层构成双层通信圆柱体 其结构一般是由双层的同心圆柱体组成 中心部分为纤芯 多模纤芯直径为62 m 纤芯以外的部分为包层 一般直径为125 m 由于覆层的作用 在玻璃芯中传输的光信号几乎不会从覆层中折射出去 这样当光束进入光纤中的芯线后 可以减少光通过光缆时的损耗 并且在芯线边缘产生全反射 使光束曲折前进 光信号光纤传输的理论 光信号光纤传输的理论一般有两种 射线理论和模式理论 即光的波粒二象性 射线理论是把光看作射线 引用几何光学中反射和折射原理解释光在光纤中传播的物理现象 模式理论则把光波当作电磁波 把光纤看作光波导 用电磁场分布的模式来解释光在光纤中的传播现象 这种理论相同于微波波导理论 但光纤属于介质波导 与金属波导有区别 传输速度约等于300 000KM S 光纤的纤芯用来传导光波 包层有较低的折射率 当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时 其折射角将大于入射角 如果折射角足够大 就会出现全反射 光线碰到包层时就会折射回纤芯 这个过程不断重复 光就会沿着光纤传输下去 3 光纤 光纤可分成多模光纤和单模光纤 多模光纤可传输多个光信号 而单模光纤线径小 只能传输一种光信号 多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源 定向性较差 当光纤芯线的直径比光波波长大很多时 由于光束进入芯线中的角度不同传播路径也不同 这时光束是以多种模式在芯线内不断反射而向前传播 多模光纤的传输距离一般在2km以内 单模光纤采用注人式激光二极管作为光源 激光的定向性强 单模光纤的芯线直径一般为几个光波的波长 当激光束进人玻璃芯中的角度差别很小时 能以单一的模式无反射地沿轴向传播 光纤的特点 光缆中的光源可以是发光二极管LED或注入式激光二极管ILD 当光通过这些器件时发出光脉冲 光脉冲通过玻璃芯从而传递信息 在光缆的两端都要有一个装置来完成光信号和电信号的转换 光缆的优点是信号的损耗小 频带宽 传输率高 从l00Mbps到l000Mbps 甚至更高 且不受外界电磁干扰 另外 由于它本身没有电磁辐射 所以它传输的信号不易被窃听 保密性能好 但是它的成本高并且连接技术比较复杂 光缆主要用于长距离的数据传输和网络的主干线 光纤的规格 光纤的规格通常用玻璃芯与覆层的直径比值来表示 其中8 3 125的光纤只用于单模光纤 单模光纤的传输率较高 但比多模光纤更难制造 价格更高 4 无线电波 无线电波可分为短波和微波 短波信号频率较低 传输时通信质量较差 计算机网络中使用的无线介质主要是微波 微波是一种频率很高的电磁波 根据微波传输距地面的远近可分为地面微波信道和空间微波信道 地面微波信道 即通常所说的微波 地面微波一般按直线传输 受各种因素的影响 微波在传输时也有不同程度的衰减和损耗 因此 在远距离传输时 要在微波信道的两个端点之间建立若干个中继站 经过多个中继站的 接力 信息就被从发送端传输到接收端 微波地面中继通信 微波通信的特点 地面微波信道常用于电缆 或光缆 铺设不便的特殊地理环境或作为地面传输系统的备份和补充 微波在地面的直线传输距离与微波的收发天线的高度有关 天线越高传输距离就越远 地面微波信道中继器间距离一般为40 60km 微波的频率范围为300MHz 300GHz 主要使用的是2GHz 40GHz的频率范围 微波接力的特点 微波波段频率很高 其频段范围也很宽 因此其通信信道的容量很大 微波通信受外界干扰比较小 传输质量较高 与相同容量和长度的电缆载波通信比较 微波接力通信建设投资少 见效快 微波接力通信也存在如下的一些缺点 相邻站之间必须直视 不能有障碍物 视距通信 有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线 因而造成失真 微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响 与电缆通信系统比较 微波通信的隐蔽性和保密性较差 对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力 5 空间微波信道 卫星信道 空间微波信道 主要是指卫星信道 实际上是使用人造地球卫星作为中继器构成的微波信道 通信卫星通常被定位在几万公里 如36 000公里 高空 卫星作为中继器可使信息的传输距离很远 几千至上万公里 卫星通信已被广泛用于远程计算机网络中 卫星通信示意图 C波段4 6GHz上行5 925 6 425GHz下行3 7 4 2GHzKU波段11 14GHz上行14 14 5GHz下行11 7 12 2GHz 地球同步卫星 从技术角度上讲 只要在地球赤道上空的同步轨道上 等距离地放置三颗相隔120度的卫星 就能基本上实现全球的通信 为了避免产生干扰 卫星之间的相隔不能小于2度 因此 整个赤道上空只能放置180个同步卫星 一个典型的卫星通常拥有12 20个转发器 每个转发器的频带宽度为36或72MHz 卫星通信优缺点 优点 通信距离远 在电波覆盖范围内 任何一处都可以通信 且通信费用与通信距离无关 受陆地灾害影响小 可