通信技术基础知识.ppt

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1、4/11/40page1第二章第二章数据通信的基础知识数据通信的基础知识本章重点本章重点l基本概念基本概念多路复用多路复用l信道信道数据交换技术数据交换技术l传输媒体传输媒体差错控制差错控制l编码编码4/11/40page22.1基本概念基本概念l数据数据(Data)：传递（携带）信息的实体，信息传递（携带）信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释。则是数据的内容或解释。-模拟模拟(Analog)数据与数据与数字数字(Digital)数据数据l信号信号(Signal)：数据的物理量编码（数据的物理量编码（通常为电子通常为电子或电磁编码）或电磁编码），数据以信号的形式传播。

2、，数据以信号的形式传播。-模拟模拟信号与信号与数字数字信号信号 -基带基带(Base band)与与宽带宽带(Broadband)信号信号一些术语一些术语4/11/40page3l发送设备发送设备：用于匹配信息源和传输介质，即将：用于匹配信息源和传输介质，即将信息源产生的报文经过编码变换为便于传输的信息源产生的报文经过编码变换为便于传输的信号形式，送给传输介质。例如：广播电台、信号形式，送给传输介质。例如：广播电台、电视发射塔、计算机等。电视发射塔、计算机等。l接受设备接受设备：解调、译码、解密等。从带有干扰：解调、译码、解密等。从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息，对于多路复用的信号中正确恢

3、复出原始信息，对于多路复用信号，其任务还包括解除多路复用，实现正确信号，其任务还包括解除多路复用，实现正确分路。分路。l在工业网络通信系统中，发送设备与接受设备在工业网络通信系统中，发送设备与接受设备往往都与往往都与数据源紧密连接为一个整体。（测量数据源紧密连接为一个整体。（测量控制装置）控制装置）4/11/40page4l在在工业网络通信系统中典型的发送与接受设工业网络通信系统中典型的发送与接受设备：备：各种各种变送器变送器、传感器、执行机构、传感器、执行机构各种数据采集和控制装置各种数据采集和控制装置智能仪表，如无纸记录仪、显示仪表、多功能控制智能仪表，如无纸记录仪、显示仪表、多功能控制仪

4、仪可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器变频器、视觉识别系统、伺服驱动器、机器人变频器、视觉识别系统、伺服驱动器、机器人作为监视操作设备的监控计算机、数据服务器或工作为监视操作设备的监控计算机、数据服务器或工作站作站网络连接设备，如中继器、网桥、网关等。网络连接设备，如中继器、网桥、网关等。4/11/40page5 智能式变送器是由传感器和微处理器（微机）相智能式变送器是由传感器和微处理器（微机）相结构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能结构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、放大、

5、调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据显示、自转换等）、数据显示、自动校正和自动补偿等。动校正和自动补偿等。微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。馈回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以完成传统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器完成传统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在很大程主上

6、提高了传降低了传感器的制造难度，并在很大程主上提高了传感器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点：感器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点：4/11/40page61.具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿。漂、时漂等进行自动补偿。可自诊断，通电后可对传感可自诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作出判器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作出判断。断。数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据，如进行统计处理、去除异常数值等。，如进行

7、统计处理、去除异常数值等。2.具有双向通信功能。微处理器不但可以接收和处理传感具有双向通信功能。微处理器不但可以接收和处理传感器数据，还可将信息反馈至传感器，从而对测量过程进器数据，还可将信息反馈至传感器，从而对测量过程进行调节和控制。可进行信息存储和记忆，能存储传感器行调节和控制。可进行信息存储和记忆，能存储传感器的特征数据、组态信息和补偿特性等。的特征数据、组态信息和补偿特性等。3.具有数字量接口输出功能，可将输出的数字信号方便地具有数字量接口输出功能，可将输出的数字信号方便地和计算机或现场总线等连接。和计算机或现场总线等连接。4/11/40page7l信道信道(Channel)：传送信息

8、的线路（或通路）。传送信息的线路（或通路）。l比特率比特率(BitRate)：数据传输速率数据传输速率(bps，b/s)。l码元码元(CodeCell)：时间轴上的一个信号编码单元时间轴上的一个信号编码单元t码元码元1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号同步脉冲同步脉冲同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始4/11/40page8l波特率波特率(Baud)：每秒传送的码元数每秒传送的码元数(即信号传送速率即信号传送速率)。1Baud=（log2M）bps其中其中M是信号的编码级数。也可以写成是信号的编码级数。也可以写成Rbit=Rb

9、audlog2M例如：例如：4级编码（级编码（p23图图2.3b）一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特（换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。）。4/11/40page9 带宽带宽(Bandwidth)：信号或信道占据的频率范围信号或信道占据的频率范围 信道容量信道容量(Channel capacity)：信道的最大数据率信道的最大数据率 误码率误码率(Bit error rate)：信道传输可靠性指标信道传输可靠性指

10、标 P=错误的位数错误的位数/传输的总位数传输的总位数信息编码：信息编码：将信息用二进制数表示的方法将信息用二进制数表示的方法。数据编码数据编码：将数据用物理量表示的规则将数据用物理量表示的规则。例如：字母例如：字母A的的ASCII编码为编码为01000001，其数据编码可能为，其数据编码可能为01000001t4/11/40page10通信系统模型通信系统模型通信的三个要素：通信的三个要素：信源、信宿和信道信源、信宿和信道任何一个通信系统都可以抽象为以下模型：任何一个通信系统都可以抽象为以下模型：噪声噪声信源信源编码编码调制调制信道信道解调解调解解码码信宿信宿编码器：编码器：数据数据适合传输

11、的适合传输的信号信号便于识别、纠错便于识别、纠错调制器：调制器：信号信号适合传输的形适合传输的形式式按按频率、幅度、相位频率、幅度、相位解调器：接收波形解调器：接收波形数字数字信号信号序列序列解码器：传输信号解码器：传输信号原始数据原始数据4/11/40page11信息信息数据数据信号信号在介质上传输在介质上传输信号信号数据数据信息信息通信系统的任务通信系统的任务信息通过通信系统传输信息通过通信系统传输把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传送到目的地。送到目的地。信息和数据（信息和数据（0、1比特）不能直接在介质上传输比特）不能直接在介质上传输。4/1

12、1/40page12通信系统的构成通信系统的构成数据传输系统：数据传输系统：1）传输线路（包括传输介质和中继设备）传输线路（包括传输介质和中继设备）2）传输设备：调制解调器、多路复用器、交换机、）传输设备：调制解调器、多路复用器、交换机、路由器等路由器等数据处理系统：主要是指计算机。数据处理系统：主要是指计算机。通信基本过程通信基本过程包含两项内容：数据传输和通信控制包含两项内容：数据传输和通信控制建立物理连接建立物理连接建立逻辑连接建立逻辑连接数据传送数据传送断开逻辑断开逻辑连接连接断开物理连接（对比：打电话的过程）断开物理连接（对比：打电话的过程）4/11/40page132.2信道及其主

13、要特征信道及其主要特征1.数字信道和模拟信道数字信道和模拟信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。数据的信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。道。4/11/40page142.模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值tta)模拟信号b)数字信号4/11/40page153.周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号周期信号：信号由不断重

14、复的固定模式组成周期信号：信号由不断重复的固定模式组成（如正弦（如正弦波）波）非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环（如语（如语音的音波信号）音的音波信号），能被分解成无数个周期信号的叠加。，能被分解成无数个周期信号的叠加。ttTTTTTT周期信号周期信号4/11/40page164/11/40page17数字通信的优点数字通信的优点抗噪声（干扰）能力强抗噪声（干扰）能力强可以控制差错，提高了传输质量可以控制差错，提高了传输质量便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理易于加密、保密性强易于加密、保密性强可以传输语音、数据、影像，通用、灵活可以传输语音、

15、数据、影像，通用、灵活仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信。如用如用modem通过拨号线路传输数字信号通过拨号线路传输数字信号。4/11/40page184.传输模式传输模式(通信方式通信方式)数据流动的方向数据流动的方向单工：数据单向单工：数据单向传输传输（无线电广播）（无线电广播）半双工：数据半双工：数据可以可以双向双向传输传输，但不能，但不能在在同同一时刻双向一时刻双向传输传输（对讲机）（对讲机）全全双工：数据可同时双向双工：数据可同时双向传输传输（电话）（电话）两个方向的信号共享链路带宽：两个方向的信号共享链路带宽：1）链路具有两条物理上独立的传输线

16、路，或）链路具有两条物理上独立的传输线路，或2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输4/11/40page195.数字数据的传输方式数字数据的传输方式基带传输：不基带传输：不需要需要调制调制解调器解调器，编码后的数，编码后的数字字脉冲信号脉冲信号直接在信道上传送直接在信道上传送。传输距离。传输距离=25km，信号随距离增加，信号随距离增加衰减，随频率增加畸变。价格便宜。衰减，随频率增加畸变。价格便宜。例如：以太网例如：以太网即将数字信号即将数字信号“1”或或“0”直接用两种不同的电压表示，直接用两种不同的电压表示，这这种高电平和低电平不断交替的

17、信号称为种高电平和低电平不断交替的信号称为基带信号基带信号，而，而基带基带就是这种原始信号所占的基本频带。将基带信号直接送到就是这种原始信号所占的基本频带。将基带信号直接送到线路上传输称为基带传输。基带传输要求信道有较宽的频线路上传输称为基带传输。基带传输要求信道有较宽的频带。带。4/11/40page20l载波传输：长距离传输。增加了调制与解调环节，即载波传输：长距离传输。增加了调制与解调环节，即在复接器后增加了一个调制器，在分接器前增加一个在复接器后增加了一个调制器，在分接器前增加一个解调器。在许多情况下，可以把载波信号等效成基带解调器。在许多情况下，可以把载波信号等效成基带信号数字信号的

18、调制方式称为键控：信号数字信号的调制方式称为键控：ASK、FSK、PSK。l宽带传输：基带网不适于传输语音、图像等信息。宽宽带传输：基带网不适于传输语音、图像等信息。宽待传输系统在数据通信领域则指数据传输速率超过待传输系统在数据通信领域则指数据传输速率超过1Mbps的传输系统，宽带传输系统传输的是模拟信号，的传输系统，宽带传输系统传输的是模拟信号，需采用适当的调制解调技术，采用频分多路复用技术需采用适当的调制解调技术，采用频分多路复用技术（信道容量大大增加），支持多路信号传输（使系统（信道容量大大增加），支持多路信号传输（使系统具有多种用途）。具有多种用途）。4/11/40page21l即若将

19、多路基带信号、音频信号和视频信号的频谱分即若将多路基带信号、音频信号和视频信号的频谱分别移到一条电缆的不同频段传输，这种传输方式称为别移到一条电缆的不同频段传输，这种传输方式称为宽带传输宽带传输。宽带传输所传输的信号都是经过调制后的。宽带传输所传输的信号都是经过调制后的模拟信号。因此可用宽带传输系统实现文字、声音和模拟信号。因此可用宽带传输系统实现文字、声音和图像的一体化传输。在宽带系统中，要用放大器增加图像的一体化传输。在宽带系统中，要用放大器增加传输距离。传输距离。l宽带传输与基带传输相比的优点：宽带传输与基带传输相比的优点：l能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用能在一

20、个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途。途。l一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，能实现多路复用，因一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，能实现多路复用，因此信道的容量大大增加。此信道的容量大大增加。l宽带传输的距离比基带远，因为基带直接传输数字信号，传输的宽带传输的距离比基带远，因为基带直接传输数字信号，传输的速率越高，传输的距离越远。速率越高，传输的距离越远。4/11/40page226.数据数据同步方式同步方式目的是使目的是使接收端与发送端在时间基准上接收端与发送端在时间基准上一致一致(包括开始时间、包括开始时间、位边界、位边界、重复频率重复频率等等)。有三种同步方法：有

21、三种同步方法：位同步位同步字符同步（异步传输）字符同步（异步传输）帧同步（同步传输）帧同步（同步传输）4/11/40page23位同步：位同步：目的是使接收端接收的目的是使接收端接收的每一每一位信息位信息都都与与发送端发送端保持同步保持同步外同步外同步发送发送端端发送发送同步时钟信号，接收方用它同步时钟信号，接收方用它来锁定自己的时钟脉冲频率。来锁定自己的时钟脉冲频率。自自同步同步通过特殊编码通过特殊编码（如曼彻斯特编码），这（如曼彻斯特编码），这些数据编码信号包含了同步脉冲，接收方提取些数据编码信号包含了同步脉冲，接收方提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。

22、4/11/40page24字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为，也称为起止式起止式或或异异步制步制每两个字符之间的间隔时每两个字符之间的间隔时间不固定。间不固定。每个字符的传输需要：每个字符的传输需要：1个起始位个起始位 5，6，7，8个数据位个数据位 1，1.5，2个停止位个停止位频率的漂移不会积累，每个字符频率的漂移不会积累，每个字符开始时开始时都会都会重新同步重新同步增加了增加了辅助位，所以效率低辅助位，所以效率低例如，1个起始位、8个数据位、2个停止位时，其效率为8/11724/11/40page25l异步传输：异步传输：将比特分成小

23、组进行传输，小组可以是将比特分成小组进行传输，小组可以是8比比特位的特位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接受方不知道他们何时到达。些比特组，而接受方不知道他们何时到达。例如：例如：计计算机键盘与主机的通信。算机键盘与主机的通信。l实现容易；但却产生了较多开销。如：键盘上数字实现容易；但却产生了较多开销。如：键盘上数字“1”按照按照8比特位的扩展比特位的扩展ASCII编码将发送编码将发送“00110001”，加上，加上1个起始位和个起始位和1个停止位，总的传个停止位，总的传输负载就增加了输负载就增加了25%。对于数据传输量很大的高速

24、设。对于数据传输量很大的高速设备来说，备来说，25%负荷增值就相当严重。负荷增值就相当严重。4/11/40page264/11/40page27帧（帧（Frame）包含数据和控制信息的数据块（包）包含数据和控制信息的数据块（包）帧帧起始起始控制信息控制信息数据数据帧帧结束结束校验和校验和0-n8bit8bit8-32m面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH）作为帧（起始）作为帧（起始）标志来标识一个帧的开始，适用于任意数据类标志来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧。型的帧。面向字符的面向字符的以以同步字符同步字符（SYN，16H）来标识一个帧来标识一个帧的开始，适用于数据

25、为字符类型的帧。的开始，适用于数据为字符类型的帧。帧同步：帧同步：识别一个帧的起始和结束。识别一个帧的起始和结束。4/11/40page28l同步传输：同步传输：所有设备都使用一个共同的时钟（可由参所有设备都使用一个共同的时钟（可由参与通信的设备中的一台产生，也可由外部时钟信号源与通信的设备中的一台产生，也可由外部时钟信号源提供；可以固定频率，也可不规则切换），所有传输提供；可以固定频率，也可不规则切换），所有传输的数据位都和这个时钟信号同步，即传输的每个数据的数据位都和这个时钟信号同步，即传输的每个数据位只在时钟信号跳变（上升或下降）之后的一个规定位只在时钟信号跳变（上升或下降）之后的一个规

26、定时间内有效。接受方利用时钟跳变来决定什么时候读时间内有效。接受方利用时钟跳变来决定什么时候读取一个输入的数据位。取一个输入的数据位。l可用于一个单块电路板元件之间的数据传输，或用于可用于一个单块电路板元件之间的数据传输，或用于连接在连接在3040cm甚至更短距离的数据通信。甚至更短距离的数据通信。l代价较高，需要一条额外的线来传输时钟信号，易受代价较高，需要一条额外的线来传输时钟信号，易受到噪声干扰。到噪声干扰。4/11/40page29信道最大数据传输率信道最大数据传输率M最大数据率最大数据率(C)2 6000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps16 24000 bps

27、32 30000 bps64 36000 bps C=2Wlog2MW=带宽带宽M=信号电平级数信号电平级数话音级线路的话音级线路的信道容量计算信道容量计算(3000Hz)Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。Nyquist公式公式：用于理想低通信道：用于理想低通信道4/11/40page30非理想信道非理想信道实际的信道上存在三类损耗：实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声衰减、延迟、噪声。a）衰减衰减信道的损耗引起信号强度减弱，导致信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比信噪比S/N降低降低。b）延迟延迟信号中的各种频率成分

28、在信道上的延迟时间各不相同，信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生在接收端会产生信号畸变信号畸变。c）噪声噪声热噪声热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。串扰串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线脉冲噪声脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等）。扰造成（闪电、大功率电机启动等）。噪声将噪声将破坏信号，产生误码破坏信号，产生误码。持续时间持续时间0.01s的的干扰可以干扰可以破坏约破坏约560个比特（个比特

29、（56Kbps）。）。4/11/40page31Shannel公式：高斯噪声干扰信道S/N 信噪比（dB分贝）C=Wlog2(1+SN)S/NdB=10log10S/N例：信道带宽例：信道带宽W=3KHz，信噪比为信噪比为30dB，则则C=3000*log2(1+1000)30Kbps4/11/40page32Nyquist公式和公式和Shannel公式的比较公式的比较C=2Wlog2M此公式说明数据传输率此公式说明数据传输率C随信号编码级数随信号编码级数增加而增加。增加而增加。C=Wlog2(1+S/N)无论采样频率多高，信号编码分多少级，无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道

30、能达到的最高传输速率。此公式给出了信道能达到的最高传输速率。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限 增加。增加。4/11/40page332.3传输媒体传输媒体(介质介质)l磁介质磁介质高带宽、低费用、高延时（小时）高带宽、低费用、高延时（小时）例：例：7GB/8mm，1000盘盘/50*50*50cm，24h可送到任何地方。可送到任何地方。总容量总容量=7*1000*8Gbits，总时间总时间=24*60*60=86400s传送速率传送速率=56000Gb/86400s=648Mb/sl金属导体金属导体双绞线、双绞线、同轴电缆同轴电缆(粗、细粗、细)l光

31、纤光纤l无线介质无线介质无线电、短波、微波、卫星、光波无线电、短波、微波、卫星、光波4/11/40page34 双绞线双绞线内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘箔屏蔽箔屏蔽铜屏蔽铜屏蔽外套外套-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线，1mm-每根每根4对、对、25对、对、1800对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点：成本低成本低密度高、节省空间密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）平衡传输（高速率）抗干扰性一般抗干扰性一般连接距离较短连接距离较短4/11/40page35屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双

32、绞线(STP)(STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)(UTP)l以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音3类、5类、6类（16M、155M、1200M）双绞线外没有任何附加屏蔽4/11/40page36 同轴电缆同轴电缆l基带同轴电缆基带同轴电缆 一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输l宽带同轴电缆宽带同轴电缆一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，75，用于模拟传输，300450MHz，100km，需要放大器 铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套4/11/40page37 细同轴细同轴-50，D=1.02cm，10Mbps -185m、4中继、中继、

33、5段（段（925m）-优缺点：价格低 安装方便（T型连接器、BNC接头、Terminator）抗干扰能力强 距离短 可靠性差 粗粗同轴同轴-50，D=2.54cm，10Mbps-500m、4中继、中继、5段（段（2500m）-优缺点：价格稍高 安装方便（收发器、收发器电缆、Terminator）抗干扰能力强 距离中等 可靠性好 4/11/40page38 光纤光纤l依靠光波承载信息依靠光波承载信息l速率高，通信容量大速率高，通信容量大仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（100Gb/s）l传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输l抗干扰性能极好，保密性好抗干扰性能极好，保

34、密性好l轻便轻便4/11/40page39光纤传输光纤传输原理原理利用了光的反射利用了光的反射 光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。折射量取决于两种介质的折射率。当当入射角入射角临界值临界值时时产生全反射，不会泄漏。产生全反射，不会泄漏。光纤：纤芯光纤：纤芯-折射率高、玻璃包层折射率高、玻璃包层-折射率低折射率低 亮度调制，有脉冲亮度调制，有脉冲-1，无脉冲，无脉冲-0 光传输系统：光源、介质、光检测器光传输系统：光源、介质、光检测器光源光源:850nm/1300nm/1500nm发光二极管发光二极管/激光二极管激光

35、二极管介质介质:光纤光纤光检测器光检测器:光电二极管光电二极管PIN/雪崩二极管雪崩二极管APD 单向传输，双向需两根光纤单向传输，双向需两根光纤4/11/40page40光纤传送模式：MMF、SMF单模单模单模单模 SMFSMF 波长波长:1300,1550 nm:1300,1550 nmh1h1h2h2光纤的直径减小到一个光波波长 多模多模多模多模 MMFMMF 输入电信号输入电信号输入电信号输入电信号输出电信号输出电信号输出电信号输出电信号波长波长 :850,1300:850,1300 nmnmh2h2h1h1芯芯芯芯/封套特性封套特性封套特性封套特性多束光线以不同的反射角传播多束光线以

36、不同的反射角传播单束光线沿直线传播单束光线沿直线传播4/11/40page41典型的光缆玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯单芯光缆单芯光缆单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳常见规格：玻璃内芯常见规格：玻璃内芯50um缓变型缓变型MMF62.5um缓变缓变/增强型增强型MMF8.3um突变型突变型SMF玻璃包层玻璃包层125um4/11/40page42高密度多芯光缆高密度多芯光缆剖面结构剖面结构芯芯封套封套外套加强芯光纤光纤外鞘外鞘加强芯加强芯光纤束光纤束4/11/40page43 无线介质无线介质l使用电磁波

37、或光波携带信息使用电磁波或光波携带信息l无需物理连接无需物理连接l适用于长距离或不便布线的场合适用于长距离或不便布线的场合l易受干扰易受干扰4/11/40page44无线电无线电l固定终端点（基站）和终端之间是无线链路BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F2 2F F3 3F F1 1F1,F2,F3=使用的频率4/11/40page45l l优点：容易产生，可以传播很远，很容优点：容易产生，可以传播很远，很容易穿透建

38、筑物，能从源头向任意方向传易穿透建筑物，能从源头向任意方向传播，因此发射和接受装置不必在物理上播，因此发射和接受装置不必在物理上很准确地对准。很准确地对准。l l缺点：特性与频率有关，低频时能轻易缺点：特性与频率有关，低频时能轻易通过障碍物，但能量随着与信号源距离通过障碍物，但能量随着与信号源距离增加而急剧减小；高频时，趋于直线传增加而急剧减小；高频时，趋于直线传播易受障碍物阻挡，还会被雨水吸收；播易受障碍物阻挡，还会被雨水吸收；在所有频率上，都易受发动机和其它电在所有频率上，都易受发动机和其它电子设备的干扰子设备的干扰4/11/40page46地面微波接力地面微波接力l两个地面站之间传送两个

39、地面站之间传送l距离：距离：50-100km地球地球地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔微波传送塔微波传送塔4/11/40page47地面微波接力：地面微波接力：一种在对流层视距范围内，利用一种在对流层视距范围内，利用微波波段的电磁波进行信息传输的通信方式。以微波波段的电磁波进行信息传输的通信方式。以这种方式进行长途通信时，需要在终端之间建立这种方式进行长途通信时，需要在终端之间建立中继站。中继站。中继站：中继站：进行变频、放大和功率补偿，数量的多进行变频、放大和功率补偿，数量的多少则与传输距离和地形地貌有关。少则与传输

40、距离和地形地貌有关。微波通信特点：微波通信特点：一次只能朝一个方向传播信号，一次只能朝一个方向传播信号，要实现双向通信（电话），需采用两个频率分别要实现双向通信（电话），需采用两个频率分别用于不同方向的信息传播。每种频率信号要有各用于不同方向的信息传播。每种频率信号要有各自的接受装置和发送装置。自的接受装置和发送装置。4/11/40page48地球同步卫星地球同步卫星l与地面站相对固定位置l使用3个卫星覆盖全球l传输延迟时间长22,30022,300公里公里公里公里地球地球地球地球4/11/40page49卫星：卫星：实际相当于一个中继站，两个或多个地球实际相当于一个中继站，两个或多个地球站通

41、过它实现相互间的通信。一个通信卫星可以站通过它实现相互间的通信。一个通信卫星可以在多个频段上工作。从一个频段接受信号，信号在多个频段上工作。从一个频段接受信号，信号经放大和再生后再从另一个频段发送出去。经放大和再生后再从另一个频段发送出去。同步卫星：同步卫星：为了保证在通信卫星的协助下，地球为了保证在通信卫星的协助下，地球站之间能够进行持续通信，卫星应与地球站保持站之间能够进行持续通信，卫星应与地球站保持相对静止，为此卫星的飞行周期应与地球的自转相对静止，为此卫星的飞行周期应与地球的自转周期一致。周期一致。4/11/40page50常用传输媒体的比较常用传输媒体的比较4/11/40page51

42、2.4数据编码数据编码数据：模拟数据、数字数据数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信号：模拟信号、数字信号信道：模拟信道、数字信道信道：模拟信道、数字信道不同类型的信号在不同类型的信道上传输有不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。每一种相应地需要进行不同的编码处理。4/11/40page52模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输话音话音模拟传输模拟传输模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟CODEC数字数字数字数字数字编码数字编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数字数据，

43、数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010Modem4/11/40page53EncoderDecoderModulatorDemodulator数字或数字或模拟模拟数字或数字或模拟模拟数字信号数字信号数字信号数字信号模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号g(t)g(t)m(t)m(t)p px(t)x(t)s(t)s(t)g(t)g(t)m(t)m(t)数字或数字或模拟模拟数字或数字或模拟模拟PP调制参数调制参数调制参数调制参数编码编码编码编码调制调制调制调制编码和调制用数字信号承载数字或模拟数据用数字信号承载数字或模拟数据编码编码用模拟信号承载数字或模拟数据用模拟信号承载数字或

44、模拟数据调制调制4/11/40page541.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 不不归零制归零制(NRZ，Non-ReturntoZero)二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示。传输分别用两种电平来表示。传输0时时用高电平；传输用高电平；传输1，反之。，反之。NRZ指在一个比特位的指在一个比特位的传输时间内电压是保持不变的（如不回到零点）传输时间内电压是保持不变的（如不回到零点）常常用常常用5V表示表示1，5V表示表示0。缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；不具备自同步机制，必须使用外同步。不具备自同步机制，必须使用外同步。

45、如如CAN总线。总线。4/11/40page55l曼彻斯特编码曼彻斯特编码(Manchestercode)用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1。规定在规定在每个码元的中间每个码元的中间发生跳变：发生跳变：高高低的跳变低的跳变0，低，低高的跳变高的跳变1如：如：Profibus,FF,Worldfip4/11/40page56每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。送设备的时钟保持一致。曼彻斯特编码也称为曼彻斯特编码也称为自同步码（自同步码（Sel

46、f-SynchronizingCode）。）。它它具有自同步机制，无具有自同步机制，无需外同步信号。需外同步信号。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的据速率的2倍）。倍）。4/11/40page57 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码(DifferancialManchestercode)与与曼彻斯特编码相同，曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之处在于：号都会发生跳变；不同之处在于：用在码元开始处有无跳变来表示用在码元开始处有无跳变来表示0和和1：码元开始处有跳变码元开始处有跳变0码元开始处无跳变码元

47、开始处无跳变14/11/40page580 01 10 00 01 11 10 00 00 01 11 1 时钟时钟时钟时钟NRZNRZManchesterManchester差分差分差分差分ManchesterManchester三种数字编码的波形图三种数字编码的波形图4/11/40page592.数字数据的调制编码数字数据的调制编码三种常用的调制技术：三种常用的调制技术：三种常用的调制技术：三种常用的调制技术：1 1）幅移键控幅移键控幅移键控幅移键控ASK(AmplitudeShiftKeying)ASK(AmplitudeShiftKeying)，调幅调幅调幅调幅2 2）频移键控频移键控

48、频移键控频移键控FSK(FrequencyShiftKeying)FSK(FrequencyShiftKeying)，调频调频调频调频3 3）相移键控相移键控相移键控相移键控PSK(PhaseShiftKeying)PSK(PhaseShiftKeying)，调相调相调相调相基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波载波S(t)=Acos(t+)S(t)的参量包括的参量包括：幅度幅度A、频率频率、相位相位 调制就是调制就是要使这三个参量随要使这三个参

49、量随数字数字基带信号的变化而变化基带信号的变化而变化4/11/40page600 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 0ASKASK调幅调幅调幅调幅FSKFSK调频调频调频调频PSKPSK调相调相调相调相PSK：用载波的两个不同振幅表示用载波的两个不同振幅表示0(0v)和和1(+5v)FSK：用载波的两个不同频率表示用载波的两个不同频率表示0(1.2KHz)和和1(2.4KHz)PSK：用载波的起始相位的变化表示用载波的起始相位的变化表示0(同相同相)和和1(反相反相)4/11/40page61多级调制方法多级调制方法1-单参量多级调制单参量多级调制0110000+90

50、+180+27011l数据率数据率=信号速率信号速率xlog2MM：调制级数调制级数+90+900 0 01010 00 0 0000+270+2700 0 1111+180+1800 0 10104-PSK4-PSK4/11/40page62多级调制方法多级调制方法2多参量多级调制多参量多级调制16-QAM(16-QAM(正交振幅调制正交振幅调制正交振幅调制正交振幅调制):):使用使用使用使用振幅振幅振幅振幅和和和和相位相位相位相位的的的的1616种组合种组合种组合种组合0 045 16-QAM16-QAM的星座图的星座图的星座图的星座图901802701353152254/11/40pag