计算机网络 第5版 2.4~2.5 Tanenbaum

1、计算机网络（第计算机网络（第5版）版）Tanenbaum 著著讲解部分：讲解部分：2.42.5人类对于通信卫星的探索人类对于通信卫星的探索Period 1：金属化的气象气球；：金属化的气象气球；Period 2：月球；：月球；Period 3：人造通信卫星。：人造通信卫星。2.4 通信卫星通信卫星f 2f 1一个简单的通信卫星模型弯管高度（千米）高度（千米）35 00030 00025 00020 00015 00010 000 5 000 0类型类型延迟（毫秒）延迟（毫秒）需要的卫星数需要的卫星数下范艾伦辐射带下范艾伦辐射带上范艾伦辐射带上范艾伦辐射带 GEO 270 3 MEO3585 1

2、0 LEO 17 502.4.1 地球同步卫星（地球同步卫星（GEO） 在赤道圆形轨道上方在赤道圆形轨道上方35 80035 800千米高度的卫星可保持在空千米高度的卫星可保持在空中静止不动，这样的卫星不用考虑跟踪问题。中静止不动，这样的卫星不用考虑跟踪问题。 19621962年年7 7月，人类发射了第一颗人造通信卫星月，人类发射了第一颗人造通信卫星TelstarTelstar。这些高空中飞行的卫星通常称为地球静止轨道卫星（这些高空中飞行的卫星通常称为地球静止轨道卫星（GEOGEO）。）。微信原启动页面微信原启动页面（美国（美国NASA拍摄）拍摄）微信新启动页面微信新启动页面（我国风云四号气（

3、我国风云四号气象卫星拍摄）象卫星拍摄）风云四号气象卫星风云四号气象卫星轨道槽之争轨道槽之争频段频段下行链路下行链路上行链路上行链路带宽带宽问题问题L1.5GHz1.6GHz15MHz低带宽，拥挤低带宽，拥挤S1.9GHz2.2GHz70MHz低带宽，拥挤低带宽，拥挤C4.0GHz6.0GHz500MHz地面干扰地面干扰Ku11GHz14 GHz500MHz雨水雨水Ka20GHz30 GHz3500MHz 雨水，设备成本雨水，设备成本频率之争频率之争通信卫星通信卫星1234中继站中继站VSAT用较长的延迟来换取廉价的终端用户站用较长的延迟来换取廉价的终端用户站VSATVSAT救灾车救灾车通信卫星

4、的特点：通信卫星的特点：1.对对GEO卫星来说，如此长的来回距离引入了相当大的延卫星来说，如此长的来回距离引入了相当大的延迟；迟；2.卫星本质上是一种广播介质。卫星本质上是一种广播介质。 给足迹范围内上千个站发送一条消息的成本并不比给足迹范围内上千个站发送一条消息的成本并不比只发送给一个站的成本高；只发送给一个站的成本高； 任何人都能听到正在进行的所有一切传输。任何人都能听到正在进行的所有一切传输。3.传输一条消息的成本与所经过的距离无关；传输一条消息的成本与所经过的距离无关；4.卫星的错误率极低，且几乎可以立即部署。卫星的错误率极低，且几乎可以立即部署。2.4.2 中地球轨道卫星（中地球轨道

5、卫星（MEO）1.缓慢地漂过经线，大约缓慢地漂过经线，大约6小时绕地球一圈，必须对它们小时绕地球一圈，必须对它们的轨迹进行跟踪；的轨迹进行跟踪；2.轨道比轨道比GEO低，覆盖在地面的足迹要小一些，功率较低，覆盖在地面的足迹要小一些，功率较弱的发射器也能与之通信；弱的发射器也能与之通信；3.只用于导航系统。只用于导航系统。 最大应用实例：最大应用实例：GPS卫星卫星2.4.3 低地球轨道卫星（低地球轨道卫星（LEO）1.运动速度极快，一个完整的系统需要大量的运动速度极快，一个完整的系统需要大量的LEO；2.与地球相距很近，收发往来卫星的信号不需与地球相距很近，收发往来卫星的信号不需多大功率，且延

6、迟很小；多大功率，且延迟很小；3.发射成本便宜。发射成本便宜。铱星卫星铱星卫星空中中继与地面中继空中中继与地面中继卫星空卫星空中交换中交换弯道弯道卫星卫星地面地面交换交换地面中继的优势：地面中继的优势：1.把大量的复杂性放在了地面上，相比空中处理的复杂把大量的复杂性放在了地面上，相比空中处理的复杂性，在地面上管理要容易得多；性，在地面上管理要容易得多；2.使用大型地面站天线可发出强烈的信号并接收微弱的使用大型地面站天线可发出强烈的信号并接收微弱的信号，这意味着可以使用低功耗的电话。信号，这意味着可以使用低功耗的电话。2.5 数字调制与多路复用数字调制与多路复用概述概述1.为了发送数字信息，必须

7、设法用模拟信号模拟信号来表示比特比特。比特与代表它们的信号之间的转换过程称为数字调制。2. 基带传输：信号的传输占有传输介质上从零到最大值之间的全部频率，而最大频率取决于信令速率。 主要用于有线介质有线介质。3.通带传输：又称频带传输频带传输。信号占据了以载波信号频率为中心的一段频带。 主要用于无线和光纤信道无线和光纤信道。4.信道被多个信号共享的共享形式称为多路复用技术。 常用方法：时分复用、频分复用、码分复用2.5.1 基带传输基带传输教材教材P98图图2-20（有错误！）（有错误！）本书的英文原版中的插图本书的英文原版中的插图时钟恢复时钟恢复备选方案备选方案1.精确的时钟。精确的时钟。2

8、.给接收器发送一个单独的时钟信号。给接收器发送一个单独的时钟信号。3.把数据信号和时钟信号混合在一起。把数据信号和时钟信号混合在一起。数据（数据（4B）码字（码字（5B）数据（数据（4B）码字（码字（5B）0000111101000100100001010011001100110010101001010101100011101011011101110100010101100110100101010111101110110110011101110111000111011111111111014B/5B映射映射扰频扰频/倒频倒频发送比特流：发送比特流： 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1

9、伪随机序列：伪随机序列： 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0入境数据入境数据 ： 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1解码数据解码数据 ： 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1平衡信号平衡信号1.定义：在很短的时间内正电压与负电压一样多的信号定义：在很短的时间内正电压与负电压一样多的信号2.作用：没有直流分量，某些信道对于直流分量有强烈作用：没有直流分量，某些信道对于直流分量有强烈 的衰减的衰减3.构造方法：构造方法： 双极编码。如双极编码。如+1V代表代表“1”，-1V代表代表“0”； 映射法。如：映射法。如：8B/10B线性编码。线性编码。 发送非常低频率的信号很不切实

10、际，因为天线的大发送非常低频率的信号很不切实际，因为天线的大小与信号的波长成比例，低频信号需要相当大的天线。小与信号的波长成比例，低频信号需要相当大的天线。 把信号放置在一个给定的频带上非常有用，这样在把信号放置在一个给定的频带上非常有用，这样在信道上可以允许不同信号共存，任意一个频段都可用来信道上可以允许不同信号共存，任意一个频段都可用来传递信号。传递信号。常用频带传输调制方法：常用频带传输调制方法：1.幅移键控（幅移键控（ASK）;2.频移键控（频移键控（FSK）;3.相移键控（相移键控（PSK）。）。2.5.2 通带传输通带传输2ASK/OOK(On-Off Keying)2FSKBPS

11、K QPSK 16QAM 64QAM00101101/40/23/2序号序号二进制二进制相位相位000（+1,+1）/4110（-1,+1）3/4211（-1,-1）5/4301（+1,-1）7/4采用格雷码编码采用格雷码编码最大相位跳变为最大相位跳变为/2QPSK格雷码格雷码011000110 00 11 11 01 01 10 10 0000011110 0 00 0 10 1 10 1 01 1 01 1 11 0 11 0 01 0 01 0 11 1 11 1 00 1 00 1 10 0 10 0 000000000111111110000010011001000000101011

12、101100100110111111110110010011011101010QIABCDE当发送当发送1101时：时：点点解码成解码成比特错误比特错误A11010B11001C10011D11111E0101116QAM2.5.3 频分复用（频分复用（FDM）正交频分复用（正交频分复用（OFDM）1个个OFDM子载波（阴影部分）子载波（阴影部分）频率频率能量能量分隔分隔2.5.4 时分复用（时分复用（TDM）循环式循环式TDM多路复用多路复用保护时间保护时间2.5.5 码分复用（码分复用（CDM） 又称码分多址（又称码分多址（CDMA）如何获得如何获得Walsh码？码？Hadamard（哈达玛）矩阵（哈达玛）矩阵参考文献参考文献1.Computer Networks (Fifth Edition) ，Tanenbaum , Wetherall 著，著，Prentice Hall2.计算机网络（第计算机网络（第7版）版），谢希仁，谢希仁 著，电子工业出版社著，电子工业出版社3.通信原理（第通信原理（第4版）版），周炯槃、庞沁华、续大我、吴伟陵、杨鸿文，周炯槃、庞沁华、续大我、吴伟陵、杨鸿文 编，北京邮电大学出版社编，北京邮电大学出