第2章數據通信的基礎知識2

2023/2/412.3傳輸媒體（介質）傳輸媒體分類有線金屬導體：雙絞線、同軸電纜(粗、細)光纖無線無線電波（短波）、地面微波、衛(wèi)星微波、紅外線2023/2/422.3傳輸媒體（介質）2.3.1同軸電纜同軸電纜是由繞同一軸線的兩個導體所組成，即內導體（銅芯導線）和外導體(屏蔽層)，外導體的作用是屏蔽電磁干擾和輻射，兩導體之間用絕緣材料隔離。同軸電纜具有較高的帶寬和極好的抗干擾特性。同軸電纜的規(guī)格是指電纜粗細程度的度量（直徑:1.02~2.54cm），按射頻級測量單位(RG)來度量，銅芯導線越細，RG越高，銅芯導線越粗，RG越低2023/2/432.3傳輸媒體（介質）同軸電纜分類1.基帶同軸電纜

一條電纜只用于一個信道，網狀銅線屏蔽，特征阻抗為50，用于數字傳輸，如RG-8（粗纜以太網），RG-58（細纜以太網）。

局域網：50基帶同軸電纜，數據傳輸率10Mbps2.寬帶同軸電纜

一條電纜同時傳輸不同頻率的多路模擬信號，鋁箔纏繞屏蔽，特征阻抗為75，用于模擬傳輸，300～450MHz，100km，需要放大器，如RG-59（有線電視CATV）基帶同軸電纜分為：2023/2/442.3傳輸媒體（介質）細同軸50，D=1.02cm，10Mbps185m、4中繼、5段（925m）優(yōu)缺點： 價格低

安裝方便（T型連接器、BNC 接頭、終端匹配器） 抗干擾能力強 距離短 可靠性差粗同軸50，D=2.54cm，10Mbps500m、4中繼、5段（2500m）優(yōu)缺點： 價格稍高

安裝稍難（收發(fā)器、收發(fā)器電纜、終端匹配器） 抗干擾能力強 距離中等 可靠性好細同軸電纜和粗同軸電纜都只能用于總線拓撲結構2023/2/452.3傳輸媒體（介質）2.3.2雙絞線雙絞線是由兩根絞合的絕緣銅線外部包裹屏蔽層和橡膠外皮而構成。一根電纜中通常包含多對雙絞線，線對數量視用途在2對到1800對之間，連接計算機終端的雙絞線電纜通常包含2對或4對雙絞線。在局域網中一般也采用雙絞線作為傳輸媒體。主要用于星形網絡拓撲，即以集線器或網絡交換機為中心、各網絡工作站用一根雙絞線與之相連。雙絞線電纜可分為非屏蔽雙絞線UTP（UnshieldedTwistedPair）和屏蔽雙絞線STP（ShieldedTwistedPair）。2023/2/462.3傳輸媒體（介質）1.非屏蔽雙絞線（UTP）：雙絞線外沒有任何附加屏蔽

質量類別（等級）3類（20MHz/

10Mbps/令牌環(huán)網、

10Base-T、100Base-T4）5類（100MHz/

155Mbps

/100BASE-T）6類（250MHz/1200Mbps/100BASE-T、1000BASE-T）2023/2/472.3傳輸媒體（介質）2.屏蔽雙絞線（STP）：以鋁箔屏蔽以減少干擾和串擾

安裝比UTP困難，必須配有支持屏蔽功能的特殊連接器和相應的安裝技術價格比UTP高，但低于同軸電纜傳輸速率高，100m內可達到155Mbps，常見速率為16Mbps和100Mbps最大使用距離限制在幾百米之內計算機網絡通訊介質18計算機網絡通訊介質計算機網絡通訊介質雙絞線RJ45接法規(guī)則：

1（白綠）數據發(fā)送+2（綠）數據發(fā)送—3（白橙）數據接受+6（橙）數據接受—4（蘭）電源預留+5（白蘭）電源預留—7（白棕）音頻預留8（棕）音頻預留只適應于（10base-T/100base-TX）絞線通訊技術對于1000base-TX絞線通訊技術接法另行規(guī)定。（TIA/EIA568A標準：線序）

TIA:電信工業(yè)聯合會；EIA:電子工業(yè)聯合會計算機網絡通訊介質雙絞線RJ45接法規(guī)則：

1（白橙）數據發(fā)送+2（橙）數據發(fā)送—3（白綠）數據接受+6（綠）數據接受—4（蘭）電源預留+5（白蘭）電源預留—7（白棕）音頻預留8（棕）音頻預留只適應于（10base-T/100base-TX）絞線通訊技術對于1000base-TX絞線通訊技術接法另行規(guī)定。（TIA/EIA568B標準：線序）計算機網絡通訊介質雙絞線直通直線：用于不同設備之間互連（交換機-PC）568A-568A計算機網絡通訊介質雙絞線交叉反線：用于同種設備之間互連（PC-PC，交換機-交換機）568A-568B

2.3.3光纖電纜光纖傳輸原理——利用了光的反射光纖電纜：纖芯-折射率高；玻璃包層-折射率低 導光纖維是一種由石英玻璃纖維或塑料制成的，直徑很細，能傳導光信號的媒體。 玻璃包層又稱為覆層，是折射率較低的反光材料。 由于覆層的作用，在纖芯中傳輸的光信號幾乎不會從覆層中折射出去。這樣當光束進入光纖中的纖芯后，可以減少光通過光纜時的損耗，并且在纖芯邊緣產生全反射，使光束曲折前進。玻璃封套塑料外套玻璃內芯玻璃內芯塑料外套玻璃封套外殼2023/2/4152.3傳輸媒體（介質）光纖分類： 根據使用的光源和傳輸模式，光纖可分為多模光纖MMF和單模光纖SMF多模光纖采用發(fā)光二極管產生可見光作為光源，定向性較差。 當光纖纖芯的直徑比光波波長大很多時，由于光束進入纖芯中的角度不同傳播路徑也不同，這時光束是以多種模式在纖芯內不斷反射而向前傳播。 多模光纖的傳輸距離一般 在2km以內。纖芯/覆層的直徑為62.5/125微米。2023/2/4162.3傳輸媒體（介質）單模光纖采用注入式激光二極管作為光源，激光的定向性強。單模光纖的纖芯直徑一般為幾個光波的波長，當激光束進人玻璃芯中的角度差別很小時，能以單一的模式無反射地沿軸向傳播。單模光纖的傳輸距離可以達到幾十甚至上百公里。纖芯/覆層的直徑為8/125微米。2023/2/4172.3傳輸媒體（介質）傳輸過程：發(fā)送端：將電信號轉換成光信號

光源發(fā)光二極管LED多模光纖

激光二極管LD單模光纖接收端：將光信號轉換成電信號

檢測器光電二極管PIN APD光載波調制：幅移鍵控法ASK（亮度調制），有光-1，無光-02023/2/4182.3傳輸媒體（介質）光纖的傳輸特性：依靠光波承載信息速率高，通信容量大（僅受光電轉換器件的限制），數據傳輸速率已達2.4Gbps傳輸損耗小，衰減率極低，無中繼傳輸距離可達50km以上，主要用于長距離的數據傳輸和網絡的主干線采用光譜技術，不易受外界的信號干擾，抗干擾性能極好；本身沒有電磁輻射，所以它傳輸的信號不易被竊聽，保密性能好不易分支，普遍用于點到點的鏈路2023/2/4192.3傳輸媒體（介質）2.3.4無線介質（大氣和外層空間）：無線傳輸使用電磁波或光波攜帶信息發(fā)送天線所產生的信號帶寬比介質的特性更為重要基本方法：定向和全向定向：信號頻率越高越容易聚焦成定向的電磁波；傳送和接收天線必須仔細對齊全向：較低頻率傳輸的信號是全向性的，很多天線都能收到無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾、易被偵聽2023/2/4202.3傳輸媒體（介質）1.地面微波在有線線路昂貴或地理條件不允許的情況下適用；頻率范圍2GHz~40GHz地球地面站之間的直視線路微波傳送塔2023/2/4212.3傳輸媒體（介質）當中間不存在障礙物時，天線之間的最大距離依從公式地球地面站之間的直視線路微波傳送塔d：天線之間距離（單位km）；h：天線高度（單位m）；K：調整因子（據經驗K＝4/3）2023/2/4222.3傳輸媒體（介質）地面微波的應用——完成遠距離遠程通信服務（作用類似于同軸電纜和光纖電纜）：遠程通信——電視傳輸樓宇間建立短距離的點到點通信——閉路電視或無線局域網旁路使用——繞過地方電話局直接連接長途電信系統(tǒng)常用頻帶：電信系統(tǒng) 4GHz～6GHz有線電視系統(tǒng)12GHz短距離的點到點通信22GHz2023/2/4232.3傳輸媒體（介質）地面微波的優(yōu)點：微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬(2GHz~40GHz)，因此其通信信道的容量很大。與相同容量和長度的電纜載波通信比較，地面微波通信建設投資少，見效快。2023/2/4242.3傳輸媒體（介質）地面微波的缺點：相鄰站之間必須直視，不能有障礙物（”視距通信”）。有時一個天線發(fā)射出的信號也會分成幾條略有差別的路徑到達接收天線，容易造成信號失真。通過地球表面的大氣傳播，易受到建筑物或天氣的影響。與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差。兩個地面站之間傳送，距離為10-100km，對大量中繼站的使用和維護要耗費一定的人力和物力。2023/2/4252.3傳輸媒體（介質）2.衛(wèi)星微波經衛(wèi)星微波的點到點鏈路經衛(wèi)星微波的廣播通信鏈路2023/2/4262.3傳輸媒體（介質）地球同步衛(wèi)星從技術角度上講，只要在地球赤道上空的同步軌道上，等距離地放置三顆相隔120度的衛(wèi)星，就能基本上實現全球的通信。為了避免產生干擾，衛(wèi)星之間的相隔不能小于2度（地面上測得的角位移），因此，整個赤道上35,784公里地球空只能放置180個同步衛(wèi)星。一個典型的衛(wèi)星通常擁有12～20個轉發(fā)器。每個轉發(fā)器的頻帶寬度為36MHz或72MHz。2023/2/4272.3傳輸媒體（介質）地球地面站地面站重要應用： 電視傳播、長途電話傳輸、專用商業(yè)網絡優(yōu)點：

通信距離遠，在電波覆蓋范圍內，任何一處都可以通信，且通信費用與通信距離無關； 受陸地災害影響小,可靠性高； 易于實現廣播通信和多址通信缺點：

通信費用高； 延時較大； 10GHz以上衰減較大； 易受太陽噪聲的干擾。C波段4/6GHz下行3.7～4.2GHz上行5.925～6.425GHzKU波段11/14GHz下行11.7～12.2GHz上行14～14.5GHz

2023/2/4282.3傳輸媒體（介質）3.紅外線光波傳輸在短距離內連接兩個通信設備；收發(fā)機置于可視線內并對準；可直接傳遞或通過淺色表面反射傳遞信息。特點：用于短距離通信，如電視、錄象機等的遙控；抗干擾能力強，安全保密性好；無頻率分配問題；缺點： 不能穿透固體，不能穿透雨和濃霧，易受天氣影響；2.3.5常用傳輸媒體的比較2023/2/4302.4數據編碼信源產生的數據分為模擬數據與數字數據；通信信道分為模擬信道和數字信道。調制編碼2023/2/4312.4數據編碼2.4.1數字數據的數字信號編碼利用數字通信信道直接傳輸數字數據信號的方法稱作數字信號的基帶傳輸；數字數據在傳輸之前，需要進行數字編碼。數字數據的編碼方式有三種：不歸零碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼2023/2/4322.4數據編碼1.不歸零碼(NRZ，Non-ReturntoZero)二進制數字0、1分別用兩種電平（常用－5V表示1，＋5V表示0）來表示。缺點：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機制，無法判別信號的開始和結束，必須使用外同步。2023/2/4332.4數據編碼2.曼徹斯特編碼(Manchestercode)用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個位的中間發(fā)生跳變： 高→低的跳變——1，低→高的跳變——0 ∵每個位中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與發(fā)送設備的時鐘保持一致。 ∴曼徹斯特編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。它具有自同步機制，無需外同步信號。特點：不含直流分量；需要雙倍的傳輸帶寬。2023/2/4342.4數據編碼3.差分曼徹斯特編碼(DifferentialManchestercode)與曼徹斯特編碼相同，在每個位的中間，信號都會發(fā)生跳變；與曼徹斯特編碼不同之處在于：位中間處跳變僅用作同步信號；利用在位開始的邊界處有無跳變來表示0和1： 位開始處有跳變——0 位開始處無跳變——12023/2/4352.4數據編碼2.4.2數字數據的調制編碼傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號設計的，用于傳輸音頻300Hz～3400Hz的模擬信號，不能直接傳輸數字數據。為了利用模擬語音通信的電話交換網實現計算機的數字數據的傳輸，必須首先將數字信號轉換成模擬信號，也就是要對數字數據進行調制。2023/2/4362.4數據編碼發(fā)送端將數字數據信號變換成模擬數據信號的過程稱為調制Modulation，調制設備就稱為調制器Modulator；接收端將模擬數據信號還原成數字數據信號的過程稱為解調Demodulation，解調設備就稱為解調器Demodulator。若進行數據通信的發(fā)送端和接收端以全雙工或半雙工的方式進行通信時，就需要同時具備調制和解調功能的設備，稱為調制解調器Modem。2023/2/4372.4數據編碼基本原理：用數字數據信號對載波的不同參量進行調制。1）載波：連續(xù)的、頻率恒定的信號，表示為S(t)=Acos(t+)

2）S(t)的參量：幅度A頻率

相位3）調制就是要使這三個參量隨數字基帶信號的變化而變化對數字數據調制的基本方法有三種：幅移鍵控ASK頻移鍵控FSK相移鍵控PSK1.幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）

ASK是通過改變載波信號的幅度值A表示數字數據信號‘1’，‘0’，以載波幅度A1表示數字數據信號的“1”，用載波幅度A2表示數字數據信號的“0”（通常A1取1，A2取0），而載波信號的參數

和恒定。 特點： 信號實現容易，技術簡單； 易受增益變化影響，效率低。2023/2/4392.4數據編碼2.頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）

FSK是用載波頻率附近的兩個不同頻率來表示數字數據信號‘1’和‘0’：用

1表示數字數據信號‘1’，用

2表示數字數據信號‘0’，而載波信號的A和不變。 特點： 信號實現容易，技術簡單； 抗干擾能力強，最常用的調制技術之一。2023/2/4402.4數據編碼3.相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying） PSK是通過改變載波信號的相位值表示數字信號‘1’,’0’，而載波信號的A和

不變。 PSK包括兩種類型：

絕對調相 絕對調相使用相位的絕對值，為0表示數字信號‘1’，

為π表示數字信號‘0’。

相對調相 相對調相使用相位的相對偏移值，當數字數據為0時，相位 不變化，而數字數據為1時，相位要偏移π。 特點：抗干擾能力強，但實現技術復雜。2023/2/4412.4數據編碼2.4.3模擬數據的數字信號編碼在網絡中除計算機直接產生的數字信號外，語音、圖像等模擬信息必須數字化以后才能經計算機處理并傳送。脈沖編碼調制PCM（PulseCodeModulation）是模擬數據數字化的主要方法：將模擬信號轉換成二進制序列PCM技術的典型應用是語音數字化。在發(fā)送端通過PCM編碼器將語音數據變換為數字化的語音信號，通過通信信道