通信原理 2-2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、2.2 傳輸損耗噪聲：傳輸過(guò)程中插入到數(shù)據(jù)信號(hào)中不希望有的信號(hào)。2.2.1 噪聲根據(jù)產(chǎn)生原因不同分為四類： 熱噪聲 交調(diào)噪聲 串音 脈沖噪聲1、熱噪聲：由帶電粒子在導(dǎo)電媒介中進(jìn)行的分子熱運(yùn)動(dòng)造成的（絕對(duì)存在的）無(wú)法被消除的。噪聲功率密度可作為熱噪聲值的度量N0=KT (W/Hz)K：波爾茲曼常數(shù) 1.3810-23J/K；T：絕對(duì)溫度 K2、交調(diào)噪聲：多個(gè)不同頻率的信號(hào)共享一個(gè)傳輸媒介時(shí)可能產(chǎn)生的噪聲，通常是通信系統(tǒng)中存在非線性因素造成的。3、串音：又稱串?dāng)_，它是由一個(gè)信道中的信號(hào)對(duì)另一個(gè)信道中的信號(hào)產(chǎn)生的干擾。4、脈沖噪聲：是一種由突發(fā)的振幅很大持續(xù)時(shí)間很短，耦合到信號(hào)通路中的非連續(xù)尖峰脈沖

2、引起的干擾，通常是由一些無(wú)法預(yù)知的因素造成的，如電火花，雷電。 脈沖噪聲對(duì)模擬數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)造成明顯影響。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中脈沖噪聲是產(chǎn)生差錯(cuò)的主要來(lái)源，脈沖噪聲造成的干擾是不易被消除的，必須通過(guò)差錯(cuò)控制手段來(lái)確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?！噪聲?duì)數(shù)字信號(hào)傳輸造成的影響 奈奎斯特準(zhǔn)則若信道等效網(wǎng)絡(luò)具有低通矩形振幅頻率特性、線性相位頻率特性，截止頻率為f，此時(shí)若以間隔時(shí)間1/(2f)發(fā)送脈沖，則信道輸出波形的最大振幅處不會(huì)發(fā)生前后碼元之間的串?dāng)_最大符號(hào)速率:如果信道的帶寬為B,則發(fā)送端最大波形速率為2B。最大信號(hào)（數(shù)據(jù)）速率: 根據(jù)傳輸速率R與符號(hào)速率Nb的關(guān)系是： R = Nb log2M bps 即 R

3、max= 2B log2M bps 頻帶利用率:奈奎斯特極限 = 2B / B = 2 Baud/Hz 2.2.2 信噪比信噪比：信號(hào)在傳輸過(guò)程中不可避免地要受到噪聲的影響，信噪比是用來(lái)描述在此過(guò)程中信號(hào)受噪聲影響程度的量，它是衡量傳輸系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一。信噪比通常是指某一點(diǎn)上的信號(hào)功率與噪聲功率之比。用下面的公式表示信噪比其中，/是信噪比，Ps是信號(hào)的平均功率，Pn是噪聲的平均功率。 有時(shí)為了使用方便也會(huì)采用分貝（dB）來(lái)表示信噪比，公式如下2.2.3 香農(nóng)定理給出了一種計(jì)算傳輸速率上限的方法。 香農(nóng)定理指出：在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率為 式中C是極限傳輸速率，其單位

4、是bit/s；B是信道帶寬，其單位是Hz；S/N是信噪比，其中S為信號(hào)功率，N為噪聲功率。 例：假設(shè)一個(gè)音頻電話線路支持的頻率范圍為300 Hz到3 400 Hz，其信噪比是25 dB，試求這個(gè)線路傳輸速率的上限。解：由題可知，這條線路的帶寬B = 3 400300 = 3 100（Hz）因?yàn)樾旁氡葹?5 dB，可得線路傳輸速率的上限約為2.3 通信代碼ASCII碼ISO 10646 Unicode漢字編碼ASCII碼American Standard Code for Information Interchange美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼ASCII碼是一種7位代碼，有128個(gè)01為控制字符321

5、27為字母、數(shù)字和專用符號(hào) ASCII碼的分類 物理設(shè)備控制字符邏輯通信控制字符物理通信控制字符信息分隔字符代碼擴(kuò)展控制字符 ASCII碼的邏輯通信控制字符數(shù)據(jù)的傳輸格式SOH：01H，表示標(biāo)題開始。STX：02H，正文開始，也同時(shí)表示標(biāo)題結(jié)束。ETX：03H，正文結(jié)束。EOT：04H，傳送結(jié)束，告訴接收方數(shù)據(jù)傳送完畢。 SOH目的地址STX正文ETX校驗(yàn)EOTEBCDIC碼 擴(kuò)充的二-十進(jìn)制交換碼Extended Binary-Coded Decimal Interchange CodeIBM公司制定的8位二進(jìn)制代碼字符總數(shù)140個(gè)用于IBM大中型計(jì)算機(jī)設(shè)備的內(nèi)碼 ISO 10646標(biāo)準(zhǔn) 信

6、息技術(shù)通用多字節(jié)編碼字符集Information technology - Universal Multiple - Octet Coded Character Set簡(jiǎn)稱UCS。 宗旨:全球所有文種使用統(tǒng)一編碼(32位)四維的編碼空間組（Group）、平面（Plane）、行（Row）、列（Cell） UnicodeUnicode（統(tǒng)一碼、萬(wàn)國(guó)碼、單一碼）是一種在計(jì)算機(jī)上使用的字符編碼。它為每種語(yǔ)言中的每個(gè)字符設(shè)定了統(tǒng)一并且唯一的二進(jìn)制編碼，以滿足跨語(yǔ)言、跨平臺(tái)進(jìn)行文本轉(zhuǎn)換、處理的要求。1990年開始研發(fā)，1994年正式公布。隨著計(jì)算機(jī)工作能力的增強(qiáng)，Unicode也在面世以來(lái)的十多年里得到普

7、及。 編碼方式Unicode 的編碼方式與 ISO 10646 的通用字元集(亦稱通用字符集)（Universal Character Set，UCS）概念相對(duì)應(yīng)，目前的用于實(shí)用的 Unicode 版本對(duì)應(yīng)于 UCS-2，使用16位的編碼空間。也就是每個(gè)字符占用2個(gè)字節(jié)。這樣理論上一共最多可以表示 65,536(2的16次方) 個(gè)字符。基本滿足各種語(yǔ)言的使用。實(shí)際上目前版本的 Unicode 尚未填充滿這16位編碼，保留了大量空間作為特殊使用或?qū)?lái)擴(kuò)展。Unicode與ASCII簡(jiǎn)單地說(shuō)，Unicode擴(kuò)展自ASCII字符集。在嚴(yán)格的ASCII中，每個(gè)字元用7位元表示，或者電腦上普遍使用的每字

8、元有8位元寬；而Unicode使用全16位元字字符集。這使得Unicode能夠表示世界上所有的書寫語(yǔ)言中可能用於電腦通信的字符、象形文字和其他符號(hào)。Unicode最初打算作為ASCII的補(bǔ)充，可能的話，最終將代替它。考慮到ASCII是電腦中最具支配地位的標(biāo)準(zhǔn)，所以這的確是一個(gè)很高的目標(biāo)。2.4 通信傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)：信道的物理形式，它是通信系統(tǒng)中連接收發(fā)雙方的物理通路，是信息傳輸?shù)奈锢磔d體。 傳輸介質(zhì)分為硬介質(zhì)（導(dǎo)向性）和軟介質(zhì)（非導(dǎo)向性）介質(zhì)的兩大類：導(dǎo)向性介質(zhì)：介質(zhì)本身會(huì)引導(dǎo)信號(hào)的傳輸方向，包括雙絞線、同軸電纜和光纖。非導(dǎo)向性介質(zhì)：介質(zhì)本身不會(huì)引導(dǎo)信號(hào)的傳輸，信號(hào)通過(guò)空氣傳播，包括無(wú)線電

9、波、微波等。雙絞線 由兩根對(duì)地對(duì)稱的絕緣芯線按照規(guī)則的螺旋狀絞合在一起絞距(扭絞一周形成的芯線長(zhǎng)度)3類 7.5 cm 到 10 cm5類 0.6 cm 到 0.85 cm長(zhǎng)途 5 cm 到 15 cm同一捆相鄰線對(duì)絞距不同分類UTPSTP雙絞線分類無(wú)屏蔽雙絞線 (UTP)普通電話線最便宜最易安裝受外界電磁干擾屏蔽雙絞線 (STP)金屬罩可以減少干擾更貴更難處理 (粗, 重)金屬屏蔽層無(wú)屏蔽雙絞線實(shí)物圖UTPRJ-45 和AUI無(wú)屏蔽雙絞線AUI端口AUI端口是一般用來(lái)與粗同軸電纜連接的接口，它是一種“D”型15針接口，這在令牌環(huán)網(wǎng)或總線型網(wǎng)絡(luò)中是一種比較常見的端口之一。路由器可通過(guò)粗同軸電纜

10、收發(fā)器實(shí)現(xiàn)與10Base-5網(wǎng)絡(luò)的連接，但更多的是借助于外接的收發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)器（AUI-to-RJ-45），實(shí)現(xiàn)與10Base-T以太網(wǎng)絡(luò)的連接。 屏蔽雙絞線實(shí)物圖STP FTP：鋁箔雙絞線SSTP：屏蔽網(wǎng)雙絞線10BASE-T，10BASE-5，10BASE-210BASE-T，10BASE-5，10BASE-2，以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，10Base-2、10Base-5、10Base-T都是以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為10Mbps10Base-2技術(shù)以細(xì)同軸電纜為傳輸介質(zhì)，10Base-5技術(shù)以粗同軸電纜為傳輸介質(zhì)，10Base-T技術(shù)以非屏蔽雙絞線為傳輸介質(zhì)。同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體:采用半硬銅線絕緣層:用聚乙

11、烯等塑料制成外導(dǎo)體（屏蔽層）:采用銅帶或鋁帶縱包而成護(hù)套:有鉛護(hù)套、鋁護(hù)套、鋼護(hù)套、塑料護(hù)套等 分類：等效阻抗為50歐和75歐同軸電纜。 基帶同軸電纜：50歐同軸電纜，用于基帶數(shù)字信號(hào)傳輸，它又分為粗纜和細(xì)纜。 寬帶同軸電纜：75歐同軸電纜，用于CATV信號(hào)傳輸，一條電纜可以同時(shí)傳輸不同頻率的多路模擬信號(hào)，300450MHz，100km，需要放大器。同軸電纜的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)傳輸距離較遠(yuǎn)，覆蓋的地域范圍較大技術(shù)非常成熟缺點(diǎn)電纜硬，折曲困難，重量重同軸電纜實(shí)物中同軸（2.6/9.5mm）小同軸（1.2/4.4mm）微同軸（0.7/2.9mm）同軸電纜的應(yīng)用Most versatile medium電視布

12、線有線電視CATVCommon Antenna TelevisionCommunity Antenna TelevisionCAble TV長(zhǎng)途電話傳輸可同時(shí)承載10,000路電話正被光纖所取代短距離計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接局域網(wǎng)同軸電纜組網(wǎng)服務(wù)器客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)BNC T型連接器終端電阻終端電阻局域網(wǎng)使用的同軸電纜細(xì)同軸電纜：特征阻抗50，直徑0.5cm粗同軸電纜：特征阻抗50，直徑1cm10base2 細(xì)同軸電纜10base5 粗同軸電纜同軸電纜的傳輸特性模擬每隔幾千米一個(gè)放大器頻率越高，距離越近最高 500MHz數(shù)字每千米一個(gè)中繼器速率越高，距離越近光纖(optical fiber)光纖即光導(dǎo)纖

13、維。利用光導(dǎo)纖維作為光的傳輸介質(zhì)，以光波為信號(hào)載體的光纖通信。光纖是通過(guò)全反射傳輸光信號(hào)編碼波束的一種傳輸媒介光纖系統(tǒng)工作頻率：1014到1015 Hz 位于紅外線和可見光 光纖示意圖纖芯8到50微米玻璃或塑料包層125微米玻璃或塑料套管塑料或其他物質(zhì)光纖實(shí)物圖裸光纖光纖接頭和光纖融接器光纜(optical fiber)光纖的特點(diǎn)光纖是數(shù)據(jù)傳輸中最有效的一種傳輸媒介,它有以下優(yōu)點(diǎn)：容量大體積小，重量輕衰減較小電磁絕緣性能好中繼器的間隔較大至少幾十千米光纖的類型多模光纖單模光纖單模光纖傳送模式：SMF（single-mode） 單束光線沿直線傳播 使用激光源 100公里不中繼 內(nèi)芯直徑為810m

14、/125m 多束光線以不同的反射角傳播 使用普通發(fā)光二極管 2公里不中繼 內(nèi)芯直徑稍大（直徑為62.5m/125m）多模光纖傳送模式：MMF單模光纖與多模光纖的比較微波通信微波通信（Microwave Communication），是使用波長(zhǎng)在0.1毫米至1米之間的電磁波微波進(jìn)行的通信。微波通信不需要固體介質(zhì),當(dāng)兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無(wú)障礙時(shí)就可以使用微波傳送。 微波通信具有良好的抗災(zāi)性能,對(duì)水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)以及地震等自然災(zāi)害,微波通信一般都不受影響。但微波經(jīng)空中傳送,易受干擾,在同一微波電路上不能使用相同頻率于同一方向,因此微波電路必須在無(wú)線電管理部門的嚴(yán)格管理之下進(jìn)行建設(shè)。 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信

15、簡(jiǎn)單地說(shuō)就是地球上(包括地面和低層大氣中)的無(wú)線電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼而進(jìn)行的通信，其通信范圍大 。長(zhǎng)時(shí)延性約有0.26秒的傳播延遲廣播性多路復(fù)用頻分多址（FDMA）時(shí)分多址（TDMA）碼分多址（CDMA） 短波通信 電離層是指從距地面大約60公里到2000公里處于電離狀態(tài)的高空大氣層。 短波通信是無(wú)線電通信的一種。波長(zhǎng)在50米10米之間，頻率范圍6兆赫30兆赫。發(fā)射電波要經(jīng)電離層的反射才能到達(dá)接收設(shè)備，通信距離較遠(yuǎn)，是遠(yuǎn)程通信的主要手段。由于電離層的高度和密度容易受晝夜、季節(jié)、氣候等因素的影響，所以短波通信的穩(wěn)定性較差，噪聲較大。目前，它廣泛應(yīng)用于電報(bào)、電話、低速傳真通信和廣播等方面。

16、蜂窩無(wú)線電通信蜂窩電話(Cellular)：為了能容納大量的用戶，我們可以把一個(gè)地理區(qū)域劃分成許多小區(qū)。我們不是采用單個(gè)大功率的發(fā)射器，而是每一個(gè)小區(qū)由一個(gè)小功率的基站(base station)來(lái)提供服務(wù)。 蜂窩無(wú)線電通信系統(tǒng) 頻率特征相鄰的小區(qū)一般使用不同的頻率，在相距較遠(yuǎn)的小區(qū)就采用相同的頻率。這樣既有效地避免了頻率沖突，又可讓同一頻率多次使用，節(jié)省了頻率資源。這一理論巧妙地解決了有限高頻頻率與眾多高密度用戶需求量的矛盾和跨越服務(wù)覆蓋區(qū)信道自動(dòng)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。 我國(guó)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信使用905 915MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)，基站收）和950 960MHz（基站發(fā)，移動(dòng)臺(tái)收）工作頻段。 其中中國(guó)移動(dòng)通信公司GSM系統(tǒng)使用905 909MHz和950 954MHz工作頻段； 中國(guó)聯(lián)通公司GSM系統(tǒng)使用909 915MHz和954 960MHz工作頻段。此外中國(guó)移動(dòng)通信公司還使用了1800MHz頻段的10MHz的帶寬。常用傳輸介質(zhì)比較分類傳輸速率地理范圍差錯(cuò)率成本非屏蔽雙絞線3類5類3類UTP最大16Mbps 5類UTP最大155Mbps10