第1章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

1、內(nèi)容安排內(nèi)容安排從宏觀角度全景式介紹現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信技術(shù)及其應(yīng)用，共4章。第一章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識；第二章數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)；第三章數(shù)據(jù)通信網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)基礎(chǔ)；第四章數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)用數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)用。此外，每章安排7個兼顧知識性、實(shí)用性、前瞻性的閱讀材料，作為正文補(bǔ)充、拓展。 對老師的建議對老師的建議教材教材。從概念和定義出發(fā)，要系統(tǒng)、全面；教學(xué)教學(xué)。從問題出發(fā)，層層剖析、逐步深入。教學(xué)過程中教學(xué)過程中。不必拘泥教材順序組織內(nèi)容，應(yīng)從“以教為主”過渡到“教與學(xué)相結(jié)合”，著力培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力。有些內(nèi)容允許“知其然而不知其所以然”，將來結(jié)合工作實(shí)踐進(jìn)一步理解。 對同學(xué)的建

2、議對同學(xué)的建議自學(xué)能力的培養(yǎng)自學(xué)能力的培養(yǎng)。大學(xué)作為邁向工作崗位前最重要的知識積累和能力培養(yǎng)階段，一定要培養(yǎng)自學(xué)能力。系統(tǒng)的角度理解系統(tǒng)的角度理解。大學(xué)階段，主要掌握基礎(chǔ)性、原理性知識，特別從系統(tǒng)的、宏觀的角度理解所學(xué)知識，更多內(nèi)容工作時結(jié)合實(shí)踐進(jìn)一步充實(shí)、提高。第第1 1章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識（1 1）正文主要介紹）正文主要介紹通信系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)通信的基本概念、系統(tǒng)構(gòu)成、傳輸介質(zhì)、傳輸方式等。（2 2）閱讀材料介紹）閱讀材料介紹通信發(fā)展簡史、信息技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、信息顯示技術(shù)、國際電信聯(lián)盟ITU、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO。 第第1 1章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

3、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識1.1 1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信基本概念1.1.數(shù)據(jù)通信概述數(shù)據(jù)通信概述定義定義。數(shù)據(jù)通信作為以傳輸數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)的通信方式，是依照一定的通信協(xié)議，利用傳輸技術(shù)在兩個終端間傳輸數(shù)據(jù)信息的通信方式和通信業(yè)務(wù)。它是隨著計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是兩者相互滲透與結(jié)合，于20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的一種通信方式。1.1 1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信基本概念主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)。數(shù)據(jù)通信克服了時間上、空間上的限制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程“計算機(jī)-終端”間相互通信，達(dá)到軟硬件資源、信息資源及數(shù)據(jù)處理的共享。數(shù)據(jù)通信是繼電報、電話業(yè)務(wù)之后第3種最大的通信業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)“人（通過終端）-機(jī)（計算機(jī)）”通

4、信與“機(jī)-機(jī)”通信，也包括通過智能終端的“人-人”通信。主要特點(diǎn)如下：1.1 1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信基本概念實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”、“機(jī)-機(jī)”、“人-人”間通信，計算機(jī)直接參與通信是數(shù)據(jù)通信重要特征；具有靈活的接口能力，滿足各式各樣終端間的相互通信；突發(fā)度高，通信持續(xù)時間差異大，是一種陣發(fā)式通信；數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性要求高，需嚴(yán)格的通信協(xié)議；傳輸速率高，要求接續(xù)和傳輸響應(yīng)時間快；對差錯敏感，可靠性要求高。1.1 1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信基本概念2.2.數(shù)據(jù)通信研究內(nèi)容數(shù)據(jù)通信研究內(nèi)容數(shù)據(jù)通信主要任務(wù)是完成計算機(jī)或數(shù)據(jù)終端間數(shù)據(jù)的傳輸、交換、存儲和處理等。通常從數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)各組成部分功能的角

5、度，把數(shù)據(jù)通信研究的內(nèi)容分為3個基本方面。數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸。通信接口。通信接口。通信處理。通信處理。1.1 1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信基本概念3.3.數(shù)據(jù)通信涉及的技術(shù)數(shù)據(jù)通信涉及的技術(shù)數(shù)據(jù)通信涉及的技術(shù)主要有信道特性、傳輸技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)、同步技術(shù)、交換技術(shù)、通信接口技術(shù)、差錯控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)技術(shù)、多媒體通信技術(shù)等。通信信道。通信信道。研究常用信道的特性及有線信道、無線信道的工作機(jī)理。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。包括基帶傳輸和頻帶傳輸。1.1 1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信基本概念多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)。多路復(fù)用是提高信道利用率的有效方法，包括FDMA、TDMA、CDMA等

6、。同步技術(shù)。同步技術(shù)。同步目的是使通信系統(tǒng)收、發(fā)兩端在時間上保持步調(diào)一致。有載波同步、位同步、群同步及網(wǎng)同步等。交換技術(shù)。交換技術(shù)。交換是實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)通信的基礎(chǔ)，包括電路交換、分組交換、幀中繼交換、異步交換（ATM）等。1.1 1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信基本概念通信接口技術(shù)。通信接口技術(shù)。通信接口技術(shù)包括接口的功能、過程、電氣和機(jī)械。差錯控制技術(shù)。差錯控制技術(shù)。主要研究檢錯、糾錯碼原理及實(shí)現(xiàn)方法。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)技術(shù)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)技術(shù)。包括局域網(wǎng)、分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、寬帶IP網(wǎng)、接入網(wǎng)等。多媒體通信技術(shù)。多媒體通信技術(shù)。研究多媒體信息處理、多媒體通信網(wǎng)絡(luò)、多媒體終端和通信同步等。1.1

7、 1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信基本概念4.4.數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是計算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算、處理和存儲的數(shù)據(jù)為信息載體的業(yè)務(wù)，分以下兩類?；A(chǔ)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。主要指公共數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)和移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。增值數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。增值數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。指在原基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的基礎(chǔ)上增加必要設(shè)備構(gòu)成增值網(wǎng)后，向用戶提供新的業(yè)務(wù)。1.2 1.2 通信系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)通信系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)1.2.1 1.2.1 通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)概述1.1.通信系統(tǒng)構(gòu)成通信系統(tǒng)構(gòu)成利用傳輸信道或網(wǎng)絡(luò)將具有收、發(fā)信息功能的終端設(shè)備有機(jī)連接起來的系統(tǒng)，包括終端設(shè)備、交換設(shè)備、傳輸信道。圖1-1通信系統(tǒng)構(gòu)成1.2.1 1.2.1 通信系統(tǒng)概

8、述通信系統(tǒng)概述終端設(shè)備。終端設(shè)備。完成消息和信號轉(zhuǎn)換，還具有產(chǎn)生、識別、處理信令及信道適配等功能。交換設(shè)備。交換設(shè)備。通信網(wǎng)絡(luò)核心，匯集、轉(zhuǎn)接、分配用戶信號，實(shí)現(xiàn)用戶間連接、通信。傳輸設(shè)備。傳輸設(shè)備。是連接交換節(jié)點(diǎn)、提供傳輸信號通道的系統(tǒng)。1.2.1 1.2.1 通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)概述2.2.通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類按信號特征分類。按信號特征分類。根據(jù)信號幅度是否隨時間連續(xù)變化，分模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。按傳輸介質(zhì)分類。按傳輸介質(zhì)分類。根據(jù)傳輸介質(zhì)不同，分為有線通信，如雙絞線、雙平行線、同軸電纜、微帶、波導(dǎo)、多芯銅線、光纜等；無線通信，如移動通信、微波通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)、聲吶、遙控遙測

9、、無線定位、無線接入等。按調(diào)制方式分類。按調(diào)制方式分類。根據(jù)信號送到信道前是否進(jìn)行調(diào)制，分基帶傳輸和頻帶傳輸。 1.2.1 1.2.1 通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)概述表1-1 常用調(diào)制方式及用途1.2.2 1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)1.1.模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型由調(diào)制信號m（t）分別以正比關(guān)系控制載波信號c（t）=A0cos（ct+）的幅度、頻率、相位，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、調(diào)相（PM）等不同的調(diào)制方式。圖1-2模擬通信系統(tǒng)模型1.2.2 1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)2.2.調(diào)制的目的調(diào)制的目的調(diào)制是對信源信號進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)倪^程；相反稱解調(diào)。

10、模擬信號的調(diào)制、解調(diào)過程如下圖。1.2.2 1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)調(diào)制的主要目的：調(diào)制的主要目的：頻譜變換。頻譜變換。為有效、可靠地傳輸信息，將低頻信號基帶頻譜搬移到適當(dāng)?shù)幕蛑付ǖ念l段。提高抗干擾能力。提高抗干擾能力。調(diào)制能改善系統(tǒng)的抗噪聲性能，通過調(diào)制增強(qiáng)了信號抗干擾的能力。實(shí)現(xiàn)信道多路復(fù)用。實(shí)現(xiàn)信道多路復(fù)用。實(shí)現(xiàn)同一信道中多個信號互不干擾地同時傳輸。1.2.2 1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)3.3.常用調(diào)制方式常用調(diào)制方式載波的12個參量成比例地受控于調(diào)制信號的變化規(guī)律。根據(jù)m（t）和c（t）的不同類型和完成調(diào)制功能的調(diào)制器傳輸函數(shù)不同，調(diào)制主要有AM、FM、PM等。1

11、.2.2 1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)表1-2 3種調(diào)制方式標(biāo)比較1.2.2 1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)幾種模擬調(diào)制系統(tǒng)的帶寬、直流響應(yīng)、調(diào)制與解調(diào)設(shè)備復(fù)雜性等比較如表1-3所示。表1-3模擬調(diào)制系統(tǒng)比較1.2.3 1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)1.1.數(shù)字通信系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)字通信系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)字通信系統(tǒng)基本構(gòu)成如下圖所示。除信源編碼、信宿解碼外，還包括信道編碼器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器和信道解碼器，以及數(shù)字同步系統(tǒng)等。1.2.3 1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)信源編碼。信源編碼。把信源輸出符號序列變換為最短的碼字序列，使后者的各碼元所載荷信息量最大，同時又能無失真地恢復(fù)原

12、來的符號序列。分無損編碼、有損編碼兩種。信道編碼。信道編碼。作用是提高數(shù)字信號傳輸可靠性。信道復(fù)用。信道復(fù)用。指多種信息流共享同一信道，提高資源利用率。1.2.3 1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字信號調(diào)制、解調(diào)過程如下圖所示。 1.2.3 1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)2.2.模擬信號數(shù)字化模擬信號數(shù)字化模擬信號數(shù)字化需經(jīng)過采樣、量化和編碼3個步驟。有脈沖編碼調(diào)制、差值編碼、自適應(yīng)差值編碼、增量調(diào)制等方法。最典型、最基礎(chǔ)的數(shù)字化方式是PCM，通信系統(tǒng)組成如下圖所示。1.2.3 1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)采樣。采樣。把模擬信號以其信號帶寬2倍以上的頻率提取樣值，變?yōu)闀r間軸

13、離散的采樣信號的過程。量化。量化。用有限個幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值，把連續(xù)幅度的模擬信號變?yōu)橛邢迶?shù)量的離散值。編碼。編碼。采樣、量化后的信號還不是數(shù)字信號，需轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖，該過程稱為編碼。1.3 1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述1 1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成由計算機(jī)、遠(yuǎn)程終端、傳輸信道及有關(guān)通信設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理。 1.3 1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)終端子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)終端子系統(tǒng)。由DTE和傳輸控制器組成：前者將發(fā)送的信息變換為數(shù)字信號輸出，或者把接收的數(shù)字信號還原為用戶能理解的信息形式；后者用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?。?shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳

14、輸子系統(tǒng)。由傳輸信道及兩端的DCE構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。包括通信控制器和中央處理機(jī)。1.3 1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述2.2.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)特點(diǎn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)特點(diǎn)便于利用現(xiàn)代技術(shù)對信息進(jìn)行加工處理?？垢蓴_能力強(qiáng)、無噪聲積累。可靠性高?？赏ㄟ^各種糾錯編碼技術(shù)來控制，達(dá)到很高的可靠性。安全保密性能好。有多種加密/解密方法，具有良好的安全保密性。便于集成化、微型化。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)存在以下局限性：占用頻帶寬；系統(tǒng)復(fù)雜。1.3 1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述3 3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)（1 1）數(shù)據(jù)傳輸速率）數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率指信道傳輸信息的速度

15、，有數(shù)據(jù)傳輸速率和信號傳輸速率兩種表示方法。數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)據(jù)傳輸速率。單位時間傳輸?shù)亩M(jìn)制位的個數(shù)?？捎萌缦鹿奖硎荆篠=（1/T）log2N信號傳輸速率。信號傳輸速率。單位時間內(nèi)所傳送的碼元個數(shù)，單位為波特（Baud），可用如下公式表示：B=1/T1.3 1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述比特率與波特率的關(guān)系。比特率與波特率的關(guān)系。比特率針對的是二進(jìn)制位數(shù)傳輸；波特率針對信號波形的傳輸。兩者關(guān)系如下：S=Blog2N比特率與波特率相互關(guān)系如下圖所示。 1.3 1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述（2 2）誤碼率）誤碼率誤碼率誤碼率PePe。指傳輸?shù)拇a元總數(shù)中錯誤接收的碼元數(shù)所占比

16、例，Pe=Ne/N。誤比特率誤比特率PbPb。指信息傳輸過程中，錯誤的比特數(shù)占總傳輸?shù)谋忍財?shù)的概率（二進(jìn)制系統(tǒng)）。Pb=傳輸出錯的比特數(shù)/傳輸?shù)目偙忍財?shù)（3 3）信道容量）信道容量指信道所能承受的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，受信道帶寬限制，信道帶寬越寬，單位時間傳輸?shù)男畔⒕驮蕉唷?.3 1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述按信道頻率范圍不同，分窄帶信道（0300Hz）、音頻信道（3003400Hz）和寬帶信道（3400Hz）。信道容量有兩種衡量方法：奈奎斯特公式和香農(nóng)公式。二者在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)作用范圍如下圖。 1.4 1.4 數(shù)據(jù)通信傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)通信傳輸介質(zhì)1.4.1 1.4.1 傳輸介質(zhì)概述傳輸介質(zhì)

17、概述傳輸介質(zhì)是安全防范系統(tǒng)信息傳輸?shù)奈锢硗?，分有線、無線兩大類。有線介質(zhì)。有線介質(zhì)?？吹靡?、摸得著，信號沿導(dǎo)線傳輸，能量相對集中，傳輸效率較高。無線介質(zhì)無線介質(zhì)。傳輸信息的媒質(zhì)為自由空間，信號分散，傳輸效率較低，安全性較差，分長波、中波、短波、超短波和微波等。1.4.1 1.4.1 傳輸介質(zhì)概述傳輸介質(zhì)概述表表2 2 常用傳輸介質(zhì)類型與特點(diǎn)常用傳輸介質(zhì)類型與特點(diǎn) 1.4.1 1.4.1 傳輸介質(zhì)概述傳輸介質(zhì)概述（2 2）傳輸介質(zhì)的特性）傳輸介質(zhì)的特性物理特性物理特性。說明傳輸介質(zhì)的特征。傳輸特性傳輸特性。包括信號形式、調(diào)制技術(shù)、傳輸速率及頻帶寬度等。連通性連通性。采用點(diǎn)-點(diǎn)或點(diǎn)-多點(diǎn)連接方式

18、。地理范圍地理范圍。通信系統(tǒng)各點(diǎn)間最大距離?？垢蓴_性抗干擾性。防止噪聲、電磁干擾對數(shù)據(jù)傳輸影響的能力等。1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)有線傳輸媒質(zhì)為看得見、摸得著的架空明線、雙絞線、電纜、光纖等。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)。信號沿導(dǎo)線傳輸，能量相對集中，傳輸效率高；監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)布線受外界因素影響小，傳輸質(zhì)量較有保障。缺點(diǎn)缺點(diǎn)。通信成本高，受地形影響較大，敷設(shè)時受地面因素影響，有些區(qū)域難以覆蓋。1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)1.1.雙絞線雙絞線由兩根絕緣導(dǎo)線螺旋狀扭在一起組成，分為無屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線。無屏蔽雙絞線無屏蔽雙絞線。將雙絞線放入絕緣套管，用于近距離傳輸，易安裝、價格

19、低，但傳輸速度較慢、抗干擾能力差、信號衰減明顯；屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線。雙絞線外加上金屬絲編織的屏蔽層，容量大、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)，但成本較高。 1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)表1-5 非屏蔽雙絞線傳輸性能 1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)2.2.電纜電纜一對導(dǎo)體按“同軸”形式構(gòu)成，各層依次為：內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體。同軸電纜核心，用于信號傳輸。絕緣層絕緣層。防止內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體短路。外導(dǎo)體外導(dǎo)體。與內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成導(dǎo)體，屏蔽外部干擾并防止信息泄漏。外套外套。保護(hù)作用。1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)3.3.光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維（1 1）光波基礎(chǔ)知識）光波基礎(chǔ)知識

20、電磁波波譜如圖1-15所示，光波由紫外光（波長390nm）、可見光（波長390760nm）、紅外光（波長760nm）構(gòu)成。由于光波頻率比常用的微波高，故光波通信容量很大。1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)圖1-15電磁波波譜圖1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)（2 2）光纖的結(jié)構(gòu)）光纖的結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維典型結(jié)構(gòu)是多層同軸圓柱體，如下圖所示。纖芯由高度透明的材料制成，是光波的傳輸通道，光線在核心部分多次全反射，達(dá)到傳導(dǎo)光波之目的。多根光纖保護(hù)層防止光泄漏的吸收外殼起保護(hù)作用的防護(hù)層外絕緣層多根光纖保護(hù)層防止光泄漏的吸收外殼起保護(hù)作用的防護(hù)層外絕緣層1.4.2 1.4.2

21、有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)（3 3）光纖導(dǎo)光原理）光纖導(dǎo)光原理光在分層介質(zhì)的傳播如下圖所示。1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)（4 4）光纖的分類）光纖的分類表1-6 實(shí)際使用的光纜分類1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)（5 5）光纖通信波段）光纖通信波段光纖通信使用的波長有0.85m、1.31m、1 . 5 5 m 。 根 據(jù) 波 長、 頻 率f和 光 速c（3108m/s）關(guān)系式f=c/，計算出光纖通信頻率范圍為（1.673.75）1014Hz。光纖通信所用光波的頻率非常高（約108MHz量級），傳輸帶寬遠(yuǎn)大于其它傳輸介質(zhì)，是最有前途的有線傳輸手段。1.4.2 1

22、.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)圖1-191.31m和1.55m窗口的帶寬1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)（6 6）光纖通信系統(tǒng)）光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光纖或光纜、中繼器、光纖連接器或耦合器等組成。利用光發(fā)射機(jī)內(nèi)的光源將調(diào)制好的光波脈沖導(dǎo)入光纖，光信號通過全反射經(jīng)光纖傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。1.4.2 1.4.2 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)（7 7）光纖通信特點(diǎn)）光纖通信特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)。傳輸信號頻帶寬、通信容量大、傳輸損耗小、傳輸距離遠(yuǎn)、誤碼率低（10-9）、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好。缺點(diǎn)缺點(diǎn)。光纖彎曲半徑不宜過小；光纖連接、切斷復(fù)雜；分路、耦合麻煩；價格較高、敷設(shè)困

23、難。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)通過空間電磁波傳輸信號，重要基礎(chǔ)是無線電波傳播。由于各波段傳播特性各異，故用于不同的通信系統(tǒng)，形成多種無線通信。按波長不同，分長波、中波、短波、超短波和微波等，整個頻率范圍稱電磁波頻譜。常用的有無線電波、微波、紅外、激光等。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)表表3 3 無線電波各波段相關(guān)參數(shù)及應(yīng)用無線電波各波段相關(guān)參數(shù)及應(yīng)用 1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)1.1.電磁波頻譜分布及應(yīng)用電磁波頻譜分布及應(yīng)用10010210410610810101012101410161018102010221024無線電微波紅外紫

24、外線可見光X-射線-射線1041051061071081091010101110121013101410151016f(Hz)f(Hz)雙絞線同軸電纜無線電(AM)無線電(FM)電視頻道衛(wèi)星通信地面微波通信光纖頻段LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)2.2.無線電波傳播方式無線電波傳播方式無線電波有表面波、自由空間波、天波、散射波和外層空間波5種傳播方式，如下圖。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)3.3.微波微波（1 1）微波通信概述）微波通信概述定義定義。頻率300MHz300GHz，能量集中于一點(diǎn)并沿直線傳播的電磁波稱為微

25、波。微波頻率高、波長短，在空中的傳播特性與光波相近直線前進(jìn)，遇到阻擋會被反射或阻斷，故微波通信主要是視距通信，超過視距需中繼轉(zhuǎn)發(fā)。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)微波通信微波通信。利用微波作為載波并采用中繼方式進(jìn)行的“點(diǎn)-點(diǎn)”無線通信，有地面微波接力通信和衛(wèi)星通信兩種，可傳輸音頻、視頻、數(shù)據(jù)等。假設(shè)天線高度h、視距傳播距離d及地球半徑r，應(yīng)滿足：d=sqr（2rh）。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)（2 2）數(shù)字微波通信系統(tǒng)）數(shù)字微波通信系統(tǒng)由用戶終端、交換機(jī)、終端復(fù)用設(shè)備、微波站等組成 。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)用戶終端。用戶終端。是邏

26、輯上最靠近用戶的輸入/輸出設(shè)備，主要通過交換機(jī)集中在微波站。交換機(jī)。交換機(jī)。作用是實(shí)現(xiàn)本地用戶終端間的業(yè)務(wù)互通，交換機(jī)配置在微波終端站或微波分路站。終端復(fù)用設(shè)備終端復(fù)用設(shè)備。將交換機(jī)傳輸?shù)亩嗦沸盘柣蛉郝沸盘栠m當(dāng)變換，送到微波站的發(fā)射機(jī)。微波站微波站。傳輸來自終端復(fù)用設(shè)備的群路信號。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)（3 3）數(shù)字微波通信特點(diǎn)）數(shù)字微波通信特點(diǎn)傳輸信息容量大。傳輸信息容量大。微波頻段的頻帶約300GHz，頻帶寬、容量大。通信穩(wěn)定且可靠。通信穩(wěn)定且可靠。由于微波頻段頻率高，干擾對微波通信的影響極小。通信靈活性較大。通信靈活性較大。微波通信采用中繼方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，比

27、有線通信更具靈活性。投資少、建設(shè)快。投資少、建設(shè)快。通信容量、通信質(zhì)量基本相同的情況下，微波通信建設(shè)費(fèi)用低、周期短。 1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)（4 4）數(shù)字微波通信工作過程）數(shù)字微波通信工作過程用戶甲通過微波通信系統(tǒng)把信號發(fā)給乙的過程 。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)4.4.衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信（1 1）衛(wèi)星通信概述）衛(wèi)星通信概述定義定義。衛(wèi)星通信指利用人造地球衛(wèi)星作中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，實(shí)現(xiàn)兩個或多個地球站間的通信。按運(yùn)行方式不同，分同步衛(wèi)星和非同步衛(wèi)星。同步衛(wèi)星通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣，特別適合全球通信、電視廣播及地理環(huán)境惡劣地區(qū)使用。目

28、前，商用通信衛(wèi)星多為同步衛(wèi)星。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)圖1-29同步衛(wèi)星示意圖1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)（2 2）衛(wèi)星通信系統(tǒng)）衛(wèi)星通信系統(tǒng)將衛(wèi)星作為中繼站的特殊微波通信，由發(fā)端地球站、上行線路、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、下行線路和收端地球站等構(gòu)成。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)（3 3）衛(wèi)星通信特點(diǎn)）衛(wèi)星通信特點(diǎn)通信距離遠(yuǎn)，通信成本與距離無關(guān)。通信覆蓋面積大，便于多址連接。傳輸容量大，適于傳輸音頻、視頻、數(shù)據(jù)等。通信線路穩(wěn)定可靠，通信質(zhì)量高。受天氣、季節(jié)或人為干擾的影響小。通信靈活。通信不受地形、地貌等影響，沙漠、叢林、高空及海洋等都能進(jìn)行衛(wèi)

29、星通信。但傳輸延遲大、衛(wèi)星使用壽命短。 1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)5.5.紅外傳輸紅外傳輸紅外通信利用紅外線來傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)由紅外發(fā)射和接收兩部分組成：前者對紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射；后者用光學(xué)裝置和紅外探測器進(jìn)行接收。紅外通信能實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)-點(diǎn)”直線傳輸，是傳統(tǒng)設(shè)備間連接線纜的替代，通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)紅外通信特點(diǎn)：紅外通信特點(diǎn)：無須專門申請?zhí)囟l率使用執(zhí)照；傳輸速率在適合于家庭和辦公室使用的微微網(wǎng)中是最高的。但通信距離較短，通信過程中不能移動，遇障礙物通信中斷。紅外通信主要目的是取代線纜連接進(jìn)

30、行無線數(shù)據(jù)傳輸，功能單一、擴(kuò)展性較差。1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)6.6.激光傳輸激光傳輸（1 1）激光通信概述）激光通信概述激光通信系統(tǒng)由兩臺或多臺激光通信機(jī)構(gòu)成。受調(diào)制的信號通過驅(qū)動電路使激光器發(fā)光，載有信號的激光通過光學(xué)天線發(fā)射；激光接收機(jī)通過光學(xué)天線將收集到的光信號聚到光電探測器，轉(zhuǎn)換為電信號并處理，完成激光通信。（2 2）激光通信系統(tǒng)框圖）激光通信系統(tǒng)框圖1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)圖1-32激光通信系統(tǒng)原理框圖1.4.3 1.4.3 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)（3 3）激光通信優(yōu)點(diǎn)）激光通信優(yōu)點(diǎn)通信容量大。通信容量大。激光的頻率比微波高34個數(shù)量級，作為通信的載波有更大的利用頻帶。功耗低。功耗低。激光的發(fā)散角極小，能量高度集中，發(fā)射機(jī)功率可顯著降低，功耗相對較低。體積小、重量輕。體積小、重量輕。激光通信能量利用率高，減輕了發(fā)射機(jī)及供電系統(tǒng)的重量。靈活機(jī)動。靈活機(jī)動。很適合于在特殊地形、地貌及有線通信難以實(shí)現(xiàn)和機(jī)動性要求較高的場所工作。1.5 1.5 數(shù)據(jù)通信傳輸方式數(shù)據(jù)通信傳輸方式1.5.1 1.5.1 按數(shù)據(jù)流向分按數(shù)據(jù)流向分?jǐn)?shù)據(jù)通信按數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧?/p>