第2章-通信子網的基本技術-(第一講)電子教案

第2章通信子網的基本技術（第一講）2.1物理傳輸媒體2.1.1雙絞線

有線媒體：雙絞線、同軸電纜和光纖

無線媒體：衛(wèi)星、無線電通信、紅外通信、激光通信以及微波通信

雙絞線：因由兩根絕緣的銅線互絞在一起構成而得名，如下圖所示。

雙絞線有非屏蔽的和屏蔽的兩種。2.1.2同軸電纜同軸電纜（coaxialcable）：也像雙絞線那樣由一對導體組成，但它們是按“同軸”的形式構成線對，其結構如下圖中所示。

同軸電纜又分為基帶（baseband）同軸電纜（阻抗50Ω）和寬帶（broadband）同軸電纜（阻抗為75Ω〕。

同軸電纜還有粗和細的之分。

2.1.3光纖光纖：是一根很細的可傳導光線的纖維媒體，其半徑僅幾微米至一、二百微米。制造光纖的材料可以是超純硅、合成玻璃或塑料。

用光纖傳輸電信號時，在發(fā)送端先要將其轉換成光信號，而在接收端又要由光檢測器還原成電信號，如下圖所示。蜂窩式無線電話網

微波（microwave）通信通常是指利用在1GHz范圍內的電波來進行通信。高頻的微波和低頻的無線電波不同的一個重要特性是沿著直線傳播，而不是向各個方向擴散的。紅外（infrared）通信是利用紅外線進行的通信，已廣泛應用于短距離的通信。

利用激光（laser）能不通過有形的光導體直接在空中傳輸，并能在很長的距離內保持聚焦，即定向，的特點，也可用作為物理傳輸媒體。

衛(wèi)星（satellite）通信可以看成是一種特殊的微波通信，和一般地面微波通信的不同在于它使用地球同步衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)微波信號，如下圖所示。

衛(wèi)星通信

衛(wèi)星主要有三個波段：C波段、Ku波段和Ka波段。

衛(wèi)星通信的新發(fā)展是低成本的微型地面站的出現，這種系統(tǒng)有時被稱為甚小口徑終端VSAT（VerySmallApertureTerminal）系統(tǒng)。

VSAT系統(tǒng)中利用了下述操作方式：在衛(wèi)星通信中，只要地面發(fā)送方或接收方中任一方有大的天線和大功率的放大器，另一方可用只有一米天線的微型終端，即VSAT。在該系統(tǒng)中，通常兩個VAST終端之間無法通過衛(wèi)星直接通信，還必須再經過一個帶有大天線和大功率放大器的中心站來轉接，如下圖所示。

使用中心站的VSAT

電磁波的頻譜及在通信中作用

2.2傳輸技術

2.2.1數據通信中的若干技術參數

一般點到點的通信系統(tǒng)都可由下圖加以概括：通信系統(tǒng)中傳輸的信號可分為連續(xù)變化和離散變化兩大類。模擬信號和數字信號

按照信道中傳輸的是模擬信號還是數字信號，可以相應地把信道分為兩類：模擬信道和數字信道。

數據通信，簡單地說，就是數字計算機或其它數字終端裝置之間的通信。

通過模擬信道進行數據通信

因為任何實際的模擬信道所能通過的信號的頻率都有一定的范圍，稱之為該信道通頻帶的寬度或稱為帶寬（bandwidth）。信道的帶寬是由傳輸媒體和有關的附加設備與電路的頻率特性綜合決定的。

我們將介紹模擬信道的帶寬和它所傳送的數字信號的數據速率之間的關系，奈奎斯特公式和香農公式。

奈奎斯特公式給出了無熱噪聲（熱噪聲是指由于信道中分子熱運動引起的噪聲，這里假定沒有熱噪聲）時信道帶寬對最大數據速率的限制，具體為：這里，H是信道的帶寬（以Hz為單位），而L表示某給定時刻數字信號可能取的離散值的個數。

香農則進一步研究了受噪聲（服從高斯分布）干擾的信道的情況，給出了香農公式：

這里，S表示信號功率，N為噪聲功率，S/N則為信噪比。

碼元速率指的是每秒信號狀態(tài)變化的次數，以波特（Baud）作為單位。由于某給定時刻信號可能取的離散值的個數（奈奎斯特公式中的L）對各個系統(tǒng)可以不一樣，碼元速率B和數據速率C在數值上是不一定相等的。但是，它們間有如下關系：下面我們來說明兩種不同的傳輸方式：模擬傳輸與數字傳輸。模擬傳輸是一種不考慮其內容的模擬信號傳輸方式。數字傳輸則不一樣，關心的是信號的內容。在長距離傳輸中數字傳輸技術已逐步取代早先的模擬傳輸技術。2.2.2數字調制技術由信源產生的原始電信號通常稱為基帶信號，在調制過程中，基帶信號又稱為調制信號（實際上是被調制的信號）。調制的過程就是按調制信號（基帶信號）的變化規(guī)律去改變載波某些參數的過程。

調制的方法大體上分為兩大類：用正弦型高頻信號作為載波的正弦波調制和用脈沖串作為載波的脈沖調制。正弦波調制又分為模擬調制和數字調制兩種。所謂模擬調制，就是調制信號為連續(xù)型的正弦波調制，而數字調制則是調制信號為數字型的正弦波調制。正弦振蕩的載波可用Asin(2nft+Φ)來表示，使其幅度A、頻率f或相位Φ隨基帶信號變化而變化，就可在載波上進行調制了。這三者分別成為幅度調制(AmplitudeModulation)、頻率調制(FrequencyModulation)或相位調制(PhaseModulation)，亦可分別簡稱為調幅(AM)、調頻(FM)或調相(PM)。所謂全雙工，就是指數據可以同時在兩個方向傳輸。下圖介紹的是貝爾公司的108系列調頻方式的調制解調器的規(guī)范。

話頻線路上的全雙工FM傳輸

在數字調制中，可以利用數字信號離散取值的特點，由數字電路的開關，象撥鍵一樣來控制振幅、頻率或相位的變化。因而在數據通信中調幅、調頻和調相常相應地稱為幅移鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying)、頻移鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)和相移鍵控PSK(PhaseShiftKeying)。下圖給出了用數字電路開關來實現FSK調制的原理圖。

FSK調制原理圖

2.2.3脈碼調制在發(fā)送端將模擬信號變換為數字信號的裝置稱為編碼器（Coder），而在接收端將收到的數字信號復原成模擬信號的裝置則稱為解碼器(Decoder)。通常進行的是雙向通信，使用既能編碼又能解碼的裝置，即編碼解碼器（Codec）。模擬信號通過編碼解碼器進行數字傳輸的工作過程示意如下圖：將模擬信號變換為數字信號的常用方法是脈碼調制PCM(PulseCodeModulation)。脈碼調制的過程由取樣、量化和編碼三步構成。1、取樣：就是按照一定的時間間隔采樣測量模擬信號幅值。2、量化：就是將取樣點處測得的信號幅值分級取整的過程。3、編碼：就是將量化后的整數值用二進制數來表示。脈碼調制中，分級取整量化時引進了誤差。顯然分級越細，誤差越小。但分級越細，每個樣本點編碼所需的比特數就越多。下圖給出了脈碼調制的示意圖。脈碼調制

2.2.4多路復用

多路復用：技術就是把許多信號在單一的傳輸線路和用單一的傳輸設備來進行傳輸的技術。

兩種常用的多路復用技術：頻分多路復用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）和時分多路復用TDM（TimeDivisionMultiplexing）。

下圖中給出的話頻線路上全雙工FM傳輸的例子：T1信道的TDM

波分多路復用WDM（WavelengthDivis