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第二章 数据通信基础,2.1数据通信基础2.2传输介质,4/30/2023,2023/4/30,计算机系 计算机网络应用基础,2023/4/30,计算机系 计算机网络应用基础,2.1.1数据通信的基本模型,计算机系统中数据信息以二进制形式表示，为了能够传递和识别计算机二进制数据，必须将它转换成某种随时间变化的电信号或者光信号，信号是数据在传输过程中的物理表现形式.如下图彼此通信的两个节点的通信模型。,返回,数据通信的基本模型,4/30/2023,2023/4/30,计算机系 计算机网络应用基础,返回,发送节点和接收节点。发送方和接收方可以是计算机端系统，比如用户使用的个人终端计算机系统，也可以是网络中用于数据转发的网络设备，比如路由器，它可以作为中间设备从一个节点接收数据，然后再将数据转发至另外一个节点。发送器和接收器。发送器负责将发送节点准备发送的数据（二进制比特序列）经过不同的方式转换成能够在传输介质中传输的信号，并向传输介质发送这些信号。接收器从传输介质中接收信号，并负责将这些信号转换成接收节点能够识别的二进制数据，传递给接收节点。计算机网络中，发送器和接收器的功能通常由网络适配器（网卡）来完成。物理链路。物理链路由传输介质和通信接口构成，主要来负责信号发送、传输和接收。数据链路。数据链路由发送节点和接收节点通过软件协议来实现。数据链路负责将要传输的二进制比特序列进行分组并根据协议要求插入一些控制信息后送上物理链路，通过解读这些控制信息，完成节点之间不同需求的数据通信。,4/30/2023,数据：数据是指描述物体的数字、字母或符号，有模拟数据和数字数据之分。信号：信号是数据在传输过程中的物理表示形式，是用于传输的电子、光或电磁编码，有模拟信号和数字信号之分。数据是信息的载体，信息是数据的内容和解释，而信号是数据的编码。模拟数据：幅值连续变化且可取无限多中间值的数据。如语音、图象等。数字数据：幅值离散变化且不可取无限多中间值的数据。如整数、二进制数据等。模拟信号：幅度随时间连续变化的电磁信号。如正弦交流信号，如图2-2（a）。数字信号：幅度随时间离散变化且固定的电磁信号。如矩形脉冲信号，如图2-2（b）。,2.1.2数据通信的有关概念,2023/4/30,计算机系 计算机网络应用基础,4/30/2023,1.信道：信道是传输信号的通路，一条传输线路上可以存在多个信道。适合传输模拟信号的信道称为模拟信道。适合传输数字信号的信道称为数字信道。2.从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：,（1）单向通信：又称为单工通信.（2）双向交替通信：又称为半双工通信。（3）双向同时通信：又称为全双工通信。,2.1.2数据通信的有关概念,4/30/2023,信道通信方式1单工通信,单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。无线电广播和电视都属于单工通信。,2023/4/30,计算机系 计算机网络应用基础,6,信道通信方式2 半双工通信,半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。半双工信道适合于会话式通信。,2023/4/30,计算机系 计算机网络应用基础,7,信道通信方式3 全双工通信,全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输。电话通话是全双工通信。,2023/4/30,计算机系 计算机网络应用基础,8,3.通信信道的分类,信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按不同的方法分类：有线信道与无线信道；模拟信道与数字信道；专用信道和公用信道；,有线信道与无线信道,信道按所使用的传输介质分类有线信道：使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信道。有线信道包括电话线、双绞线、同轴电缆和光缆等；无线信道：以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无线信道。无线信道包括无线电、微波、红外线和卫星通信信道等。,模拟信道与数字信道,按传输信号的类型分类模拟信道：能传输模拟信号的信道称为模拟信道。语音信号是典型的模拟信号。数字信道：能传输离散数字信号的信道称为数字信道。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，通常需要进行数字编码。,专用信道和公用信道,信道按使用方式分类专用信道：专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路，它可以由用户自己架设或向电信部门租用。公用信道：也称公共交换信道，它是一种通过交换机转接、为大量用户提供服务的信道。,2.1.3 数据通信的技术指标,数据传输速率误码率和误比特率信道带宽与信道容量,13,1 数据传输速率,是描述数据传输系统的重要技术指标之一.数据通信速率（传输速率）：指数据在信道中传输的速度。它分为两种：码元速率和信息速率。码元速率RB：每秒中传送的码元数，单位为波特/秒（Baud/s），又称为波特率；在数字通信系统中，由于数字信号是用离散值表示的，因此，代表不同离散值的基本波形就是一个码元。在使用二进制编码时，只有2种不同的码元，一种代表0状态，一种代表1状态。信息速率Rb：每秒中传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s），又称为比特率。,数据通信速率,对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元包含1个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一个用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了2个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的2倍。,码元速率和信息速率,一般来说，对于采用M进制电平传输信号时，信息速率和码元速率之间的关系是：Rb=RBlog2M,2 误码率和误比特率,误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的重要参数。误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，误比特率是指在传输中出错比特的概率。,对一个实际的数据传输系统，不能笼统的要求误码率越低越好，要根据实际要求提出指标；因为在数据传输速率确定后，误码率越低，对数据传输系统设备越复杂，造价越高。,3 信道带宽与信道容量,信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决定的。信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数-即极限传输能力，用信道的最大数据传输速率（bps）表示。当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。理论上两者是正比关系，带宽越大，容量越高；实际上带宽的无限增加并不能使容量无限增加，因为信道存在噪声干扰，制约了带宽增加。,奈奎斯特公式和香农公式:,奈奎斯特公式给出了无热噪声（热噪声是指由于信道中分子热运动引起的噪声，这里假定没有热噪声）时信道带宽对最大数据速率的限制，具体为：,这里，W是信道的带宽（以Hz为单位），而M表示M进制例如：对于带宽为100MHZ的5类UDP，最高的数据速率是200Mbps;若M=4，则最高的数据速率是400Mbps;,19,带宽和容量之间的关系,香农公式,香农则进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况，给出了香农公式：,20,这里，W是信道的带宽，S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。香农公式中的S/N 为无量纲单位。如：S/N1000（即，信号功率是噪声功率的1000倍）但是，当讨论信噪比（S/N）时，常以分贝（dB）为单位。公式如下：SNR(信噪比，单位为dB)=10LG（S/N)换算一下：S/N=10(SNR/10)例如：对于带宽为3.1KHZ的标准电话信道，若信噪比为30dB（即S/N=1000），因此有C=3100log2（1001），则最高的数据速率是31Kbps;,香农公式,香农定律指出-决定传输系统传输容量的两个重要参数是传输系统的频率宽度和传输信号与噪声之比（信噪比）。信噪比是信号功率与混在信号中的噪声功率的比值，信噪比越高意味着恢复后的信号质量越好，同时也意味着需要用较少的中继转发器。香农定律限定了一个传输系统的最大数据传输率。对于实际传输系统能够达到的数据传输率，通常用吞吐量来表示，显然传输系统的吞吐量要小于它的容量。,21,计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。描述带宽也常常把“比特/秒”省略。例如，带宽是 10 M，实际上是 10 Mb/s。这里的 M 是 106。,计算机网络的带宽,什么是宽带？,宽带线路：可通过较高数据率的线路。宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。在目前，对于用户接入到因特网的用户线来说，每秒传送几个兆比特就可以算是宽带速率。,并行通信：数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。,2.1.4串/并行通信,2.1.4串/并行通信,串行通信：数据流以串行方式在一条信道上传输串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。,2.1.5信号的传输方式1 频带（宽带）传输,在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。频带传输：数字数据利用模拟信道的一段频带进行传输。是通过一种基于某一频率连续震荡的电磁波作为载波，然后使用不同的调制技术将计算机产生的二进制序列（数字数据）加载到这个载波上形成传输信号（模拟信号）进行传输。调制和解调：进行数字信号和模拟信号的转换。数字数据模拟化的方法-调制；将已调制信号还原为原来的数字数据的逆过程，滤掉载波，得到原始数据-解调；这种完成 调制和解调功能的设备我们称之为调制解调器（Modem）。,26,数字数据的调制方式,由于模拟信号是具有一定频率的连续的载波波形，可以用三角函数表示：Acos(2ft+)；A表示幅度，f表示频率，表示相位。根据3个不同参数的变化，可以表示特定的数字信号0或1，实现调制的过程。通过载波传输计算机数据可以采用多种调制技术，最基本的调制技术包括：幅移键控（Amplitude Shift Keying，ASK）、频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）相移键控（Phase Shift Keying，PSK).,27,幅移键控、频移键控和相移键控,幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）是通 过改变载波信号的幅度值表示数字信号“1”、“0”，以幅度A1表示数字信号的“1”，用载波幅度 A2表 示数字信号的“0”（通常A1取1，A2取0），而载波信号的参数f 和恒定。频移键控FSK（Frequency Shift Keying）是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号“1”、“0”，用f 1表示数字信号“1”，用f 2表示数字信号“0”，而载波信号的A和不变。,28,幅移键控、频移键控和相移键控,相移键控PSK（Phase Shift Keying）是通过改变载波信号的相位值表示数字信号“1”、“0”，而载波信号的A和f不变。PSK包括两种类型：绝对调相:使用相位的绝对值，为0表示数字信号“1”，、为表示数字信号“0”。相对调相:使用相位的相对偏移值，当数字数据为0时，相位不变化，而数字数据为1时，相位要偏移。,29,数字数据的调制示例,30,2.1.5信号的传输方式2基带传输,基带传输更适用于短距离的数据传输，是计算机网络中最基本最主要的一种传输方式，大部分LAN和许多WAN都是使用基带传输。如企业和校园网内部节点之间的数据传输、计算机主机和打印机外部设备间的数据传输等。基带传输：数字数据使用数字传输信号进行传输。就是直接利用数字传输技术传输计算机产生的原始二进制数据，由于省去了对原始数据的调制和解调过程，基带传输比宽带传输实现简单且设备费用较低。编码解码技术：基带传输一般需要将数字数据转换为数字传输信号再进行传输，即编码解码，通过编码解码器实现-（Codec）。,31,数字数据的编码,数字数据在传输之前，需要进行数字编码。编码有两种相关的概念：信源（信息）编码：主要任务是对计算机中的字符或多媒体信息进行数字化处理和数字压缩处理，解决数据信息的压缩和存储问题；信道（数字）编码：主要任务是将计算机产生的数据经过处理转换成可以在传输介质上传输的数字信号，解决数字信号的传输问题。,32,数字数据的编码,在基带传输中提到的编码则是指信道编码，编码的目的是使数字信号可以承载二进制序列数据。数字数据的编码方式有三种：不归零编码（Non-Return to Zero，NRZ）曼彻斯特编码（Manchester）差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）,33,数字数据的编码,不归零编码：是最简单的编码方式，以高电平表示比特“0”，低电平代表比特“1”。曼彻斯特编码：以电平的变化表示比特“0”或“1”，即以电平由高到低的跳变表示比特“0”，并以电平由低到高的跳变表示比特“1”。差分曼彻斯特编码：是曼彻斯特编码的一种改进形式，其不同之处在于每个信号周期的中间跳变只用来提供时钟同步信号，而用每个信号位的起始处有无跳变来表示“0”或“1”。,34,数字数据编码的示例,35,补充：模拟数据的调制,模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，比如无线电广播。,补充：模拟数据的编码,脉冲编码调制PCM是模拟数据数字化的主要方法。PCM技术的典型应用是语音数字化。在发送端通过PCM编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，通过通信信道传送到接收方，接收方再通过PCM解码器还原成模拟语音信号。数字化语音数据传输速率高、失真小，可以存储在计算机中，进行必要的处理。,PCM编码的典型应用,PCM的工作原理,脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码。采样：每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值做为样本，表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。量化：量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。量化级可以分为8级、16级，或者更多的量化级，这取决于系统的精确度要求。编码：编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。,PCM的工作过程,PCM的数据传输速率,PCM用于数字化语音系统，将声音分为128个量化级，采用7位二进制编码表示，再使用1个比特进行差错控制，采样速率8000次秒，因此，一路话音的数据传输速率为88000 bps64kbps。,2.1.6 数据传输的同步方式,发送端与接收端进行通信交换数据，需要有高度的协同动作，速率，比特持续时间和间隔都必须相同，这就是同步问题。同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元/比特起止时刻和速率来接收数据。实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之一，通常使用的同步技术有两种：异步方式同步方式,1.异步传输方式,在异步传输方式中，每传送1个字符（7位或8位）都要在每个字符码前加1个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加1或2个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用。容易实现，但每传输一个字符都需要多使用2-3位，适合低速通信。,2.同步传输方式,同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符SYN（以01101000表示）或一个同步字节（01111110），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。,同步传输方式,同步方式将整个字符数组作为一个单位传送，且附加位又少，提高了数据传输的效率。所以一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。在同步通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步。,3.同步传输中的位同步,使用同步字符或同步字节，只是用于同步接收数据帧，只有保证了接收端接收的每一个比特都与发送端保持一致，接收方才能正确的接收数据，这就要使用位同步的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专用信道发送同步时钟保持双方同步，也可以使用编码技术将时钟编码到数据中，接收端接收数据的同时就获取到同步时钟。,2.1.7 数据交换技术,通信子网的交换方式：电路交换存储转发交换技术三种：电路交换报文交换分组交换,共享信道,2.1.8 信道复用技术,复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。,信道,A1,A2,B1,B2,C1,C2,信道,信道,A1,A2,B1,B2,C1,C2,复用,分用,(a)不使用复用技术,(b)使用复用技术,2023/4/30,计算机系 计算机网络应用基础,信道复用技术,信道复用技术能够提高传输系统的数据传输率。常用的信道复用技术有：频分多路复用（FDM）：当信道带宽大于一路信号的传输需求时，将信道总频带分成若干个子信道，对多路信号用不同的载波调制，同时在信道中并行传输。此时，多个用户在同一时间占用不同的带宽资源。它基于模拟信号传输。频带传输常用。时分多路复用（TDM）：当信道速率大于一路信号的传输需求时，将信道工作时间分成若时隙，不同时隙可传输来自不同用户的信号。若各时隙固定分配给不同用户，称同步DTDM；如果是动态分配则称为异步STDM。TDM的实质是使多个用户在不同时间占用相同的带宽资源，即分时共享。它基于数字传输。基带传输常用。波分复用：即光的频分复用，基于光纤通信。码分复用：又称为码分多址CDMA。,返回,4/30/2023,1.频分多路复用FDM,FDM是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频段（带），每个信号占其中一个频段。接收时用适当的滤波器分离出不同信号，分别进行解调接收。,频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing),用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。,2.时分多路复用TDM,时分多路复用TDM是按传输信号的时间进行分割的，它使不同的信号在不同时间内传送，即将整个传输时间分为许多时间间隔（时隙），每个时间片被一路信号占用。TDM又分为同步时分复用（Synchronous Time Division Multiplexing，STDM）和异步时分复用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）。,时分复用TDM(Time Division Multiplexing),时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。,时分复用,频率,时间,B,C,D,B,C,D,B,C,D,B,C,D,A 在 TDM 帧中的位置不变,课件制作人：谢希仁,时分复用,频率,时间,C,D,C,D,C,D,A,A,A,A,C,D,B 在 TDM 帧中的位置不变,课件制作人：谢希仁,时分复用,频率,时间,B,D,B,D,B,D,A,A,A,A,B,D,C 在 TDM 帧中的位置不变,课件制作人：谢希仁,时分复用,频率,时间,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,B,C,D 在 TDM 帧中的位置不变,课件制作人：谢希仁,时分复用可能会造成线路资源的浪费,A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 个时分复用帧,#1,a,c,b,c,d,时分复用,#2,#3,#4,用户,使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。,3.波分多路复用WDM,WDM主要用于全光纤网组成的通信系统。波分复用就是光的频分复用。可以做到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号,提高了光纤的传输能力。一根光纤上复用80路或更多路数的光载波信号，被称为“密集波分复用”DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)。,波分多路复用WDM,4.码分多路复用,码分多路复用又称为码分多址CDMA(Coding Division Multiplexing Access)。CDMA也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，但使用基于码型的分割信道方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，且抗干扰能力强。,2.2 传输介质,计算机网络传输媒体：有线：双绞线屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)同轴电缆50 同轴电缆75 同轴电缆光缆 无线：无线电波、微波、卫星或红外线。,62,1.双绞线,双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为了减少信号传输中串扰及电磁干扰（EMI）影响的程度，通常将这些线按一定的密度互相缠绕在一起。在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分为非屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair）和屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）。,63,双绞线,64,双绞线的分类,l类UTP：主要用于电话连接，通常不用于数据传输。2类UTP：通常用在程控交换机和告警系统。ISDN和T1/E1数据传输也可以采用2类电缆，2类线的最高带宽为1MHz。3类UTP：又称为声音级电缆，是一类广泛安装的双绞线。3类UTP的阻抗为100欧姆，最高带宽为16MHz，适合于10Mbps双绞线以太网和4Mbps令牌环网的安装，也能运行16Mbps的令牌环网。,65,双绞线的分类,4类UTP：最大带宽为20MHz，其它特性与3类UTP完全一样，能更稳定的运行16Mbps令牌环网。5类UTP：又称为数据级电缆，质量最好。它的带宽为100MHz，能够运行100Mbps以太网和FDDI，5类UTP的阻抗为100欧姆。5类UTP目前已被广泛的应用。6类UTP：是一种新型的电缆，最大带宽可以达到1000MHz，适用于低成本的高速以太网的骨干线路。网线的制作实验一,66,2.同轴电缆(Coaxial Cable),同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成，即内导体（铜芯导线）和外导体(屏蔽层)，外导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之间用绝缘材料隔离。同轴电缆具有较高的带宽和极好的抗干扰特性。,67,同轴电缆,常用同轴电缆的型号和应用如下：阻抗为50欧姆的粗缆RG-8或RG-11，用于粗缆以太网；阻抗为50欧姆的细缆RG-58A/U或C/U，用于细缆以太网；阻抗为75欧姆的电缆RG-59，用于有线电视CATV。,68,3.光导纤维(Fiber Optics),光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光信号的媒体。光纤由一束玻璃芯组成，它的外面包了一层折射率较低的反光材料，称为覆层。由于覆层的作用，在玻璃芯中传输的光信号几乎不会从覆层中折射出去。这样当光束进入光纤中的芯线后，可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全反射，使光束曲折前进。,69,光纤,70,课件制作人：谢希仁,光纤的工作原理,高折射率(纤芯),低折射率(包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,光纤的特点,光缆中的光源可以是发光二极管LED或注入式激光二极管ILD。在光缆的两端都要有一个装置来完成光信号和电信号的转换。光缆的优点是信号的损耗小、频带宽、传输率高，从l00Mbps到l000Mbps，甚至更高，且不受外界电磁干扰。另外，由于它本身没有电磁辐射，所以它传输的信号不易被窃听，保密性能好。但是它的成本高并且连接技术比较复杂。光缆主要用于长距离的数据传输和网络的主干线。,72,多模光纤和单模光纤,根据使用的光源和传输模式，光纤可分为多模光纤和单模光纤。多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源，定向性较差。当光纤芯线的直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角度不同传播路径也不同，这时光束是以多种模式在芯线内不断反射而向前传播。多模光纤的传输距离一般在2km以内。,73,多模光纤和单模光纤,单模光纤采用注人式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单模光纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进人玻璃芯中的角度差别很小时，能以单一的模式无反射地沿轴向传播。,74,课件制作人：谢希仁,多模光纤与单模光纤,多模光纤,光纤的规格,光纤的规格通常用玻璃芯与覆层的直径比值来表示，其中8.3/125的光纤只用于单模光纤。单模光纤的传输率较高，但比多模光纤更难制造，价格更高。,76,4.无线电传输,微波的频率范围为300MHz300GHz，但主要是使用240GHz的频率范围。微波在空间主要是直线传播。由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不像短波通信可以经电离层反射传播到地面上很远的地方微波通信有两种主要的方式：即地面微波接力通信和卫星通信。,77,地面微波接力通信,两个地面站之间传送，距离为50-100 km；,78,微波接力通信的特点,微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大。微波通信受外界干扰比较小，传输质量较高。与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投资少，见效快。,79,微波接力通信的缺点,相邻站之间必须直视，不能有障碍物（”视距通信”）。有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而造成失真。微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。,80,卫星通信,卫星通信的方法是在地球站之间利用位于3.6*104km高空的人造同步卫星作为中继器的一种微波接力通信。,81,卫星通信的特点,优点：通信距离远，在电波覆盖范围内，任何一处都可以通信，且通信费用与通信距离无关。受陆地灾害影响小，可靠性高；易于实现广播通信和多址通信；缺点：通信费用高，延时较大；10GHZ以上雨衰较大；易受太阳噪声的干扰；,82,地球同步卫星,从技术角度上讲，只要在地球赤道上空的同步轨道上，等距离地放置三颗相隔120度的卫星，就能基本上实现全球的通信。为了避免产生干扰，卫星之间的相隔不能小于2度，因此，整个赤道上空只能放置180个同步卫星。一个典型的卫星通常拥有1220个转发器。每个转发器的频带宽度为36或72MHz。,83,地球同步卫星,84,红外线和毫米波,光波传输应用：在短距离内连接两个通信设备；缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响；特点：用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控；缺点：不能穿透固体；,85,常用传输媒体的比较,86,习题,1.什么是数据通信？画出数据通信的结构模型，简要叙述各个部分的功能。2什么是频带传输和基带传输？它们各采用哪种信道复用方式？3什么是调制和解调？其目的是什么？有几种调制方式?4数字数据在使用基带传输方式传输前为什么还要编码？5对于数字数据01100101，请画出它采用不归零制编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种编码方式编码后的信号波形。6什么是信道容量？它用什么表示？7叙述奈奎斯特准则和香农定理，它们表示了什么意义？8信道复用的目的是什么？说出几种常用的信道复用的方式。9光纤分为哪两种？它们传播光脉冲的方式有什么不同？10UTP是什么意思？目前主要分为几类？它们的带宽是多少？目前100Mb/s的以太网主要使用哪种UTP布线？11什么是微波？什么是微波通信和卫星通信？,87,