第2章通信技术基础课件

第2章数据通信技术基础传输介质信道及其复用技术数据传输方式和信息传输速率信息编码与数字信号编码调制技术与远程传输2.1数据通信的基本概念信息:是事物的固有属性，它可以用来刻画事物的某些性质。信息可以采用数字、声音、文字、图像或图形进行表示。在计算机中采用数据来表示所采集到的信息。

信号:是数据的电磁表现形式。

信号的分类按时间：模拟信号数字信号

按频率范围：基带信号频带信号

信号按时间分类：模拟信号是随时间连续变化的信号，也称为连续信号；如我们使用的照明电压（即正弦波信号）、语音信号等。

数字信号是取值不随时间连续变化的信号，也称为离散信号；如数字电话、数字电视中的信号。

模拟信号数字信号

相互转换信号按频率分类：基带信号：指由信号源发出不经任何变换直接进行传输的信号；该类信号因为没有经过特殊处理，其能量有限，故一般适用于近距离通信；局域网中所传输的信号一般为基带信号。频带信号：也称为宽带信号，指由信号源产生的信号经过处理后再进行传输，这种处理可能是调制过程（如调频、调幅等），它将基带信号转变为高频信号以进行远距离传输。

通信的分类：模拟通信数字通信

模拟通信：利用模拟信号传输信息，实现模拟通信的系统称为模拟通信系统。数字通信：利用数字信号传输信息，实现数字通信的系统称为数字通信系统。

通信系统的组成模型2.2传输介质传输介质的作用：用于连接计算机、终端和通信设备。传输介质的分类：有线传输介质双绞线同轴电缆光纤

无线传输介质短波微波

2.2.1有线传输介质双绞线:非屏蔽双绞线（UTP:UnshieldedTwistedPair）屏蔽双绞线（STP:ShieldedTwistedPair）同轴电缆

:按照规格分为粗缆和细缆根据传输信号频率范围的不同，分成基带同轴电缆和宽带同轴电缆

光纤:单模光纤多模光纤

光缆:由多根光纤加上填充物、加强芯和保护层组成.2.2.2无线传输介质无线传输介质:电波不是按照一个固定的方向而是向自由空间中传播，故也称为非导向性传输介质.

短波：频率一般低于300MHz，它主要靠电离层的反射来进行通信。但由于受气候等因素的影响，常导致电离层非常不稳定。因此短波通信的质量较差，一般只适用于低速率通信。微波：频率范围一般为300MHz至300GHz，主要使用2GHz至40GHz范围内的信号。微波在空间中以直线传播，可以穿透电离层进入太空，不能通过电离层反射的方式进行通信。所以，微波采用地面微波接力通信和卫星通信等中继方式进行通信。

2.3信道及其复用2.3.1信道信道：传输信息的通道，通常由发送和接收信息的设备以及将这些设备连接在一起的传输介质所组成。

信道的各种分类：模拟信道：信道中传输的信号为模拟信号数字信道：信道中传输的信号为数字信号独占信道：某条信道仅被一对通信对象所使用共享信道：同时被几对通信对象所使用信道的各种分类：单工信道：信道仅向一个方向传输信号半双工信道：信道交替地向两个不同的方向传输信号全双工信道：信道同时向两个方向传输信号信道的度量：带宽（bandwidth）：指信道允许通过信号的频率范围，即所能传输的最高频率和最低频率之差。

2.3.2信道复用信道复用：多个用户同时使用同一条物理信道进行通信信道复用的种类：时分、频分、波分、码分时分复用（TDMA：TimeDivisionMultiplexingAccess）

特点：信道轮流分配给固定的用户使用，信道浪费严重统计时分复用（STDMA：StatisticTDMA）特点：用户随机占用信道，信道的利用率高频分复用（FDMA：FrequencyDivisionMultiplexingAccess)将有效传输数据的频率范围分成几个互不重叠的频率段，每个频率段固定地分配给不同的用户。波分复用（WDMA：WavelengthDivisionMultiplexingAccess）

将有效使用波长分成多个互不重叠的波段，各个波段分配给一个固定用户使用。主要用于光纤网。码分复用（CDMA：CodingDivisionMultiplexingAccess）

原理：基于码型分割信道，每个用户分配一个互不重叠的地址码，这些地址码码型互不重叠，以此区分每个用户。又称为码分多址技术。特点：抗干扰能力强，可以实现频率和时间同时共享。应用：移动通信系统。2.4数据传输的方式存在多种数据传输分类方式：按照通信线路上每次所传输的比特位数分按照发送、接收双方是否需要同步分按照传输的信号频率范围分串行传输：串行通信，依据二进制数据各位的顺序一位一位地依次进行传输；并行传输：并行通信，并行传输是一次可以传输若干个比特位（如8位）

特点：并行传输比串行传输快得多，但需要较多的数据线，故仅适合于近距离通信；而串行传输因需要的数据线少，非常适合远距离通信；目前计算机网络等通信系统中广泛采用串行传输。

1、按照通信线路上每次所传输的比特位数分异步传输：指发送方和接收方的时钟不需要保持一致；发送方有数据就可以发送（只要信道可用），而接收方只要有数据到达就可以接收。以字符（5至8位）为单位进行传输。传输效率较低，适合于远距离传输。

同步传输：要求发送方和接收方的时钟一致，以保证接收方能准确识别线路上传输的每个比特数据。以数据块为单位传输数据。传输效率高，适合于近距离传输。

2、按照发送、接收双方是否需要同步分2.5信道的性能指标信道的性能指标：码元传输速率比特传输速率误码率

带宽码元传输速率每秒钟系统所能传输的码元数。其单位为波特（baud），1波特就是1秒钟传输1个码元。码元：携带数字信息的信号单元。码元是由传输前的原始数据经过编码后得到的。

比特传输速率指每秒钟系统所能传输的二进制位数，其单位为比特/秒或者bps（bitpersecond）

注意：比特传输速率与码元传输速率间存在一定的关系。误码率：为一定时间内信道所传输出现错误的码元数占所传输的码元总数的比值。误码率越小，说明信道的可靠性越好，传输质量越高。

2.6信息编码与数字信号编码信息编码的目的：信息（数据）加密/解密信息（数据）压缩数据的抽象表示数据校验区分信息的性质和含义编码技术信息编码：对数据进行编码数字信号编码：对数字信号进行编码信号编码的目的：提供同步信号提高信号的抗干扰性和延长信号的有效传输距离进行信号加密

常用的数字信号编码方法

：不归零制编码（NRZ:Non-ReturnZeroCoding）

曼彻斯特编码（ManchesterCoding）

差分曼彻斯特编码（DifferentialManchesterCoding）

不归零制编码（NRZ:Non-ReturnZeroCoding）：用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”。曼彻斯特编码（ManchesterCoding）：每个比特周期的前半周期传输原码，而后半周期传输原码的反码。每个比特的中间发生一个跳变来作为同步信号。

特点：曼彻斯特编码是自同步的。缺点是编码时钟信号的频率应为信号传输速率的两倍。差分曼彻斯特编码：前沿发生跳变表示该位是“0”，前沿不发生跳变表示该位是“1”。每个比特的中间仍发生跳变，以提供同步信号

缺点：编码时钟信号的频率为信号传输速率的两倍，抗干扰性比较好。2.7调制技术与远程传输问题：信号的远程传输例子：电力供应的高压传输解决方案：常常将低频的基带信号加载到一个高频信号上以传输更远的距离，这个高频信号称为载波信号；这种将基带信号加载到高频的载波信号上以进行远距离传输的过程称为调制（modulation）。通常采用的调制方法是以正弦波作为载波信号对基本信号进行变换，以进行远程传输。实现调制的方法：调幅（AM：AmplitudeModulation）调频(FM：FrequencyModulat