第4章数字通信入门

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,4.1,数字通信入门,第,4,章 计算机网络与因特网,4.,1,数字通信入门,4.,2,计算机网络基础,4.,3,因特网的组成,4.4,因特网提供的服务,4.5,网络信息安全,4.1,数字通信入门,4.1.1,通信的基本原理,通信系统模型,有线通信与无线通信,调制解调技术,多路复用技术,4.1.2,交换技术,4.1.1,数字通信的基本原理,(1),通信的基本模型,什么是通信,(communication),？,广而言之，通信就是信息的,(,远距离,),传递与交流,现代通信,使用,电波或光波传递信息,的技术，也称为电信（,tele,communication,），如电报、电话、传真、电子邮件、,BBS,、,QQ,等,通信的要求：远距离、高速度、低成本、安全、可靠、方便,通信的发展历史：,电报,电话,无线广播,黑白电视,彩色电视,计算机网络,1836 1876 20,世纪初,1918 1938 1940s 1960s,越洋无线电报,通信系统的模型,通信的三要素：,信 道,信源,(,宿,),信宿,(,源,),信号,信号,举例,:,信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿,被传输的信息都必须以某种电,(,或光,),信号的形式才能进行传输,发送信息的设备,接收信息的设备,有线电话,移动电话,计算机通信,信源,/,信宿,电话座机,手机,计算机,信号形式,话音经电话机转换成为变化的电流信号,话音经电话机转换成为压缩编码后的数字信号,编码并打包后的数字信号,信道构成,电话线和中继器等传输设备,无线电波、基站等,双绞线、集线器、路由器、光纤等,模拟信号与数字信号,通信系统中被传输的信息必须转换成某种,电信号,(,或光信号,),才能进行传输,t,数字信号,信号,强度,模拟信号,信号,强度,t,电信号,(,或光信号,),有两种形式：,模拟信号,形式,:,通过连续变化的物理量（如信号的幅度）来表示信息，例如人们打电话或者播音员播音时声音经话筒,(,麦克风,),转换得到的电信号；,数字信号,形式,:,使用有限个状态,(,一般是,2,个状态,),来表示（编码）信息，例如电报机、传真机和计算机发出的信号都是数字信号,0 0 1 1 0,1 0,0,0,1,(2),有线通信与无线通信,需使用物理介质进行信号传输的是,有线通信,，例如：,金属导体（双绞线、同轴电缆），传输电流信号,光导纤维（简称光纤），传输光信号,在自由空间进行信号传输的是,无线通信，,传输的是电磁波信号,传输介质的类型与特点,介质类型,特点,应用,有线通信,双绞线,成本低，易受外部高频电磁波干扰，误码率较高；传输距离有限,固定电话本地回路、计算机局域网,同轴电缆,传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输干线长距离传输载波信号，但成本较高,固定电话中继线路、有线电视接入,光缆,传输损耗小，通讯距离长，容量大，屏蔽特性好，不易被窃听，重量轻，便于铺设。缺点是强度稍差，精确连接两根光纤比较困难,电话、电视等通信系统的远程干线，计算机网络的干线,无线通信,自由空间,使用微波、红外线、激光等，,建设费用低，抗灾能力强，容量大，无线接入使得通信更加方便,.,但易被窃听、易受干扰,广播，电视，移动通信系统，计算机无线局域网,双绞线和同轴电缆,原理：利用电流,(,电压,),传输信息,双绞线分类,3,类线,(10 Mb/s),；,5,类线,(,100,Mb/s),；,6,类线,(200Mb/s),无屏蔽双绞线,(UTP),；屏蔽双绞线,(STP),同轴电缆,内层导线,金属屏蔽,外绝缘层,绝缘体,同轴电缆分类,基带同轴电缆（,50,）,以前在以太网中使用,宽带同轴电缆（,75,）,有线电视网使用,信号线,地线,套管,无屏蔽双绞线,光纤与光缆,多根光纤,保护层,防止光泄漏的吸收外壳,起保护作用的防护层,外绝缘层,光波在光纤中的传播,光导纤维（,光线的入射角足够大时，就会出现全反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去,）,纤芯,包层,保护层,光波,光缆,(,包含多根光纤,),光 纤,保护层,光纤通信原理,光波,优点：,通信容量大：一束光每秒能传输,2.5G,或,10Gb,信息！,传输距离远：无中继距离超过几十公里,保密性强，信息不易泄露,电信号,驱动,电路,光源,中继器,输出,电路,电信号,发送单元,(,电,/,光转换,),传输单元,接收单元,(,光,/,电转换,),光调制器,光纤,光纤,放大电路,光检测器,数字信号（电信号）驱动一个光源（半导体激光器或发光二极管），发出光信号,光信号经放大后由光检测器（半导体光电管）进行检测、解调，再转换成电信号之后输出,调制后的光信号通过光纤进行传输，为补偿光纤线路的损耗，每隔一定距离要接入中继器,0/1,信号对光波进行调制,光纤通信：,利用光波携带信息,在,光纤,中,传输,，,达到通信目的,无线通信,无线通信：,利用,电磁波,携带信息,在自由空间中,传,播，进行,通信,电磁波的种类与频率范围,无线电波,:10,4,10,11,(Hz),中波：,0.3,3 (MHz),短波：,3,30 (MHz),超短波：,30,300 (MHz),微波：,0.3,300 (GHz),红外线：,10,11,10,14,(Hz),可见光：,10,14,(Hz),紫外线：,10,14,10,16,(Hz),无线广播,电视,通信,10,4,10,5,10,6,10,7,10,8,10,9,10,10,10,11,10,12,10,13,10,14,10,15,10,16,Hz,双绞线,同轴电缆,AM,广播,FM,广播和,TV,卫星,地面微波,光纤,紫外线,红外线,可见光,微波,无线电波,超短波,中波,短波,手机,无线,LAN,手机：,900MHz,，,1.8GHZ,，,2.12.2GHz;,无线,LAN,：,2.4GHz,，,5.8GHz,微波通信,微波：,300MHz,300GHz,范围内的电磁波，波长为,1 m,1mm,特点：,直线传,播,，,不能沿地球表面传播（无绕射性），需要每隔,几十公里,设立一个中继站,容量大、可靠性高,建设费用低,抗灾能力强,应用：,长途电话、蜂窝移动电话、全数字高清晰度电视,（,HDTV,）,等,卫星通信,卫星通信,:,中继站在人造地球卫星上的一种微波通信,优点：通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信稳定,缺点：造价高、技术复杂、有较大延时、同步轨道卫星数目仅,180,颗,通信卫星,地面站,1,地面站,2,地 球,卫星,卫星,卫星,地球,35800,公里,赤道上方高度为,35800,公里的地方为,地球同步轨道,，,卫星的运行周期与地球自转一圈的周期相同,，在地面上看这种卫星好似静止不动。一颗同步轨道卫星覆盖约,120,，,3,颗同步定点轨道卫星,可以覆盖地球的几乎全部面积，进行二十四小时的全天候通信,选讲：,卫星通信的重要应用,GPS,例,美国研制,GPS,系统,24,颗卫星在,1.2,万公里高空以,12,小时的周期绕地球运行,地面任意点在任何时刻都可同时观测到,4,颗以上卫星,原理：,由于卫星的位置是精确可知的，通过地面接收机可测得与卫星的距离，利用三维坐标中的距离计算公式，就可以推导出接收机的地理位置,(,经度、纬度和高程,),定位精度：,民用大约十米,军用可高得多,选讲：,GPS,卫星接收机,根据用途有：导航型、测地型、授时型等,产品形式：独立的,GPS,导航仪，也可集成在电脑、手机、,MP3(MP4),播放器、甚至手表中,个人移动通信,移动对象相互间的通信，如手机、无绳电话、寻呼系统等,基站,移动台,（手机）,移动电话交换中心,公用电话网,移动通信原理,每,10km,20km,的区域称为单元（形似,蜂窝,），每个单元中心高处建有一个,基站,，所有单元既相互分割，又彼此交叠，形成整个移动通信服务网,位于某单元内的所有手机都向该基站发送信号，并接收基站发给它的信号,移动,交换,中心,电话交换中心,所有基站都通过微波或光缆与,移动交换中心,通信,手机每个时刻都处于某个特定单元的基站控制之下，同一单元内同一时刻的不同手机使用不同的频率与基站进行通信，相互不影响,第二代,移动通信,（,2G,）,使用频段：,900MHz/1800MHz,，传输的是数字化的语音,/,文字信号,我国使用的,2,种标准（制式）：,GSM,（欧洲移动通信系统，也称全球通、全数字系统,),中国移动、中国联通经营的,GSM,网已基本覆盖县级市,移动的接入号段有：,134,139,、,150,152,、,158,、,159,联通的接入号段有：,130-132,、,155-156,CDMA,(,码分多址接入，,Code Division Multiple Access),抗干扰能力强，系统容量大，接通率高，噪声小，,中国电信,接入号为,133,、,153,不足：,（,1,）数据传输速率过低（,9.6kb/s,或,57kb/s,），仅适合传输语音和文字,（,2,）容量有限，不能满足发达地区手机用户高度密集的要求,第三代,移动通信系统,（,3G,）,使用的频段：,1885 MHz 2025MHz,，,2110MHz2200MHz,传输速率：,室内：,13Mb/s,，步行：,384kb/s,，快速移动：,114kb/s,我国采用的,3,种技术标准：,中国移动,TD-SCDMA(G3),自主知识产权（,157,、,187,、,188,、,147,）,中国电信,CDMA2000(,天翼,),（,180,、,189,）,中国联通,W-CDMA(,沃-WO,),（,185,、,186,）,3G,的优点：,（,1,）提供高质量的语音通信、数据通信和高分辨率图像通信,（,2,）提供足够的系统容量，具有高保密性和优质的服务,不足：,发展慢、比例低,(4.6%),，按流量收费费用高,4G,移动通信：室内,:1Gbps,，高速移動时,:100Mbps,我国沿海,7,个城市正在建设试验网（,TD-LTE,）,(3),调制解调技术,数字通信采用的技术,数字调制,/,解调技术（调幅；调频；调相）,解决信号传得远的问题,多路复用技术（时分多路；频分多路；波分多路）,提高传输线路使用效率、降低传输成本,交换技术（电路交换；分组交换）,动态分配信道资源，提高传输效率和质量,数字编码和数据压缩技术,数字信号如何传输？,近距离传输：,直接,(,基带,),传输,例如：,USB,移动硬盘,主机；以太网数据传输,远距离传输：,载波传输,例如：数字有线电视；手机；,ADSL,上网,什么是,载波,？,研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的,载波，,把数字信号放在,(,调制,在,),载波上传输，则可比直接传输的距离远得多,数字信号的三种调制方法,(,ASK,),幅移键控,(,FSK,),频移键控,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,调制信号,(,两个状态,),(,PSK,),相移键控,载波信号,(,高频正弦波,),调制后的,载波信号,传输,信号,解调器,载波信号,调制后的,载波信号,传输,信号,调制器,载波信号,实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器”和“解调器”：,信 道,信源,(,宿,),信宿,(,源,),调制后,的载波,信号,接收到,的载波,信号,调制,(,解调,),器,(,调制,),解调器,载波,载波,小结,1:,远距离通信必须使用,MODEM,通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一起，称为调制解调器,(MODEM),信源信号通过,调制器,调整载波的某个参数,(,幅度、频率或相位,),到达目的地后，使用,解调器,把载波所携带的信号检测出来，恢复为原始信号的形式,经过调制后的载波信号，携带着被传输的信号在信道中进行长距离传输,例：,ADSL,宽带上网,调制解调器把计算机送出的数字信号,采用数字调制的方法,调制成为适合于在用户电话线上传