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1、 2006工程兵工程学院 计算机教研室第二章本章重点：本章重点：n通信方式；通信方式；n传输媒体；传输媒体； n信号调制技术；信号调制技术； n差错控制技术差错控制技术本讲重点：本讲重点：n通信方式；通信方式；n数字通信与模拟通信。数字通信与模拟通信。单向传输且固定传输方向单向传输且固定传输方向任一时刻只能单向传输任一时刻只能单向传输但可以改变传输方向但可以改变传输方向允许同时进行双向传输允许同时进行双向传输n数字信号和模拟信号的区别数字信号和模拟信号的区别n数字信号和模拟信号失真原因数字信号和模拟信号失真原因n数字信号再生和模拟信号放大过程数字信号再生和模拟信号放大过程n数字信号优于模拟信号
2、的地方数字信号优于模拟信号的地方n数字信号适用环境数字信号适用环境数字信号和模拟信号的区别数字信号和模拟信号的区别 t v (a)基带信号基带信号 t v (b)模拟信号模拟信号 用两种电平表示数用两种电平表示数字字0 0和和1 1的信号。的信号。幅度连续的信号。幅度连续的信号。数字和模拟信号失真的原因数字和模拟信号失真的原因失真从字义上理解是失真从字义上理解是指信号发生了变化。指信号发生了变化。但这里是指构成信号但这里是指构成信号的各次谐波之间关系的各次谐波之间关系发生变化。发生变化。 (a)基带信号失真情况基带信号失真情况 物理链路物理链路 (b)模拟信号失真情况模拟信号失真情况 物理链路
3、物理链路 简单的放大无法解决简单的放大无法解决失真问题。失真问题。 用阈值确定信号的幅度用阈值确定信号的幅度 数字信号再生过程数字信号再生过程 阈值阈值 用同步技术调整用同步技术调整 不同电平信号的宽度不同电平信号的宽度 发送和处理设备大多是数字设备。发送和处理设备大多是数字设备。数字信号容易再生，在存在中继电路的情况下，数字信号容易再生，在存在中继电路的情况下，远距离传输不失真。远距离传输不失真。有些物理链路，如光纤适合传输数字信号。有些物理链路，如光纤适合传输数字信号。数字信号适用环境数字信号适用环境数字信号也是由多数字信号也是由多 次谐波信号构成。次谐波信号构成。同样存在失真，而且同样存
4、在失真，而且传输速率越高、传输距传输速率越高、传输距离越远，失真越严重。离越远，失真越严重。适合高带宽线路，近适合高带宽线路，近距离传输环境。距离传输环境。不适合低带宽线路，不适合低带宽线路，远距离传输环境：远距离传输环境：用户用户线线。无噪声情况下，单次谐波信号只有无噪声情况下，单次谐波信号只有衰减，没有失真：可用于低带宽线衰减，没有失真：可用于低带宽线路、远距离传输环境。路、远距离传输环境。本讲主要内容：本讲主要内容：n同轴电缆；同轴电缆；n双绞线；双绞线；n光纤。光纤。主要内容主要内容n同轴电缆；同轴电缆；n双绞线；双绞线；n光纤；光纤；n三种传输媒体的性能区别；三种传输媒体的性能区别；
5、n传输媒体和网络特性。传输媒体和网络特性。一、同轴电缆一、同轴电缆 中心导体中心导体 绝缘层绝缘层 外导体屏蔽层外导体屏蔽层 绝缘保护套绝缘保护套 R R R R 500/200m 用于总线形以太网；用于总线形以太网；较好的频率特性；较好的频率特性；不易布线。不易布线。中心导体传输信号；中心导体传输信号；外导体屏蔽层作为地线；外导体屏蔽层作为地线；接地好坏影响信号传输质量。接地好坏影响信号传输质量。用于星形以太网。用于星形以太网。支持全双工通信方支持全双工通信方式。式。容易布线。容易布线。 屏蔽层屏蔽层 铜线铜线 绝缘层绝缘层 外套外套 铜线铜线 绝缘层绝缘层 外套外套 集线器集线器或交换机或
6、交换机 目前常见双绞线有：目前常见双绞线有：5 5类：类：100Mbps100Mbps；5e5e类：类：1000Mbps1000Mbps；6 6类：类：1000Mbps1000Mbps。纽绞在一起的两个导线成为一对双绞线；纽绞在一起的两个导线成为一对双绞线；一对双绞线构成单个信道；一对双绞线构成单个信道；4对双绞线构成线缆；对双绞线构成线缆；双绞线抗干扰。双绞线抗干扰。双绞线质量取决于：导线、纽绞密度、绝缘双绞线质量取决于：导线、纽绞密度、绝缘层和外套材料层和外套材料 （a）多模光纤）多模光纤 输入光脉冲输入光脉冲 输出光脉冲输出光脉冲 输入光脉冲输入光脉冲 输出光脉冲输出光脉冲 （b） 单模
7、光纤） 单模光纤 三、光纤三、光纤单模光纤用于高速、远距离；单模光纤用于高速、远距离；多模光纤用于低速、近距离；多模光纤用于低速、近距离；适合全双工通信。适合全双工通信。 纤芯纤芯 光信号光信号 包层包层 光纤传输光信号过程光纤传输光信号过程光线在光导纤维中全反射；光线在光导纤维中全反射；有光脉冲有光脉冲/无光脉冲表示无光脉冲表示1/0；多模单模光纤的本质是光纤直径；多模单模光纤的本质是光纤直径；光纤直径大，多束光进入，导致色散。光纤直径大，多束光进入，导致色散。 双绞线双绞线费用低。费用低。距离短（距离短（100m)。光纤光纤适合户外铺设；适合户外铺设；无中继传输距离远；无中继传输距离远；费
8、用高。费用高。n随着综合布线系统的兴起和普及，星形和随着综合布线系统的兴起和普及，星形和树形网络结构成为主流，同轴电缆及对应树形网络结构成为主流，同轴电缆及对应的总线形网络结构已退出市场；的总线形网络结构已退出市场；n双绞线便宜、铺设方便，但无中继传输距双绞线便宜、铺设方便，但无中继传输距离短、易受电磁干扰；离短、易受电磁干扰；n光纤不受电磁干扰、无中继传输距离远、光纤不受电磁干扰、无中继传输距离远、传输速率高，但费用高。传输速率高，但费用高。n传输媒体和网络拓扑结构；传输媒体和网络拓扑结构；n传输媒体和通信方式；传输媒体和通信方式；n传输媒体和网络通信距离。传输媒体和网络通信距离。n同轴电缆
9、同轴电缆n总线形总线形n星形星形n树形树形n可靠性低可靠性低n冲突域冲突域n轻负荷轻负荷n双绞线双绞线n光纤光纤n可靠性高可靠性高n交换式交换式n交换到无限交换到无限n距离远距离远n抗电磁干扰好抗电磁干扰好n抗压、抗渗透强抗压、抗渗透强传输媒体和网络传输距离传输媒体和网络传输距离n同轴电缆同轴电缆n双绞线双绞线n距离短距离短n电磁环境要求高电磁环境要求高n抗压、抗渗透差抗压、抗渗透差n范围小范围小n室内室内n低速率低速率n光纤光纤n城域网城域网n校园网校园网n高速率高速率n全双工全双工传输媒体和通信方式传输媒体和通信方式n双绞线双绞线n光纤光纤n半双工半双工n冲突域冲突域n距离短距离短n轻负荷
10、轻负荷n同轴电缆同轴电缆n交换式交换式n光纤远距离光纤远距离n交换到无限交换到无限n综合布线系统综合布线系统本讲主要内容本讲主要内容n引入信号调制技术的原因；引入信号调制技术的原因；n振幅键控调制技术；振幅键控调制技术；n移频键控调制技术；移频键控调制技术；n移相键控调制技术；移相键控调制技术；n正交幅度调制技术。正交幅度调制技术。n基带信号由多次谐波信号组成；基带信号由多次谐波信号组成；n多次谐波信号构成的带宽和基带信号传输多次谐波信号构成的带宽和基带信号传输速率成正比；速率成正比；n信号失真与信号频率范围与传输距离成正信号失真与信号频率范围与传输距离成正比。比。低带宽、远距离信道不适合传输
11、基带信号！低带宽、远距离信道不适合传输基带信号！将数字信号转换成单次将数字信号转换成单次谐波信号后，通过类似用谐波信号后，通过类似用户线这样的低带宽、远距户线这样的低带宽、远距离线路进行传输。离线路进行传输。数字通信由于失真问数字通信由于失真问题，只适合高带宽线路，题，只适合高带宽线路，近距离传输环境。近距离传输环境。存在需要较远距离无存在需要较远距离无中继通信且线路带宽较中继通信且线路带宽较低的应用环境，如：低的应用环境，如：用用户线户线。无噪声情况下，单次谐波信号只有无噪声情况下，单次谐波信号只有衰减，没有失真：可用于低带宽线衰减，没有失真：可用于低带宽线路、远距离传输环境。路、远距离传输
12、环境。这种将数字信号转换成这种将数字信号转换成单次谐波信号的技术就是单次谐波信号的技术就是信号调制技术。信号调制技术。调制解调技术调制解调技术调制技术是将数字信号转换成模拟信号的技术，解调技术则调制技术是将数字信号转换成模拟信号的技术，解调技术则是将模拟信号转换成数字信号的过程。数字信号是直接表示是将模拟信号转换成数字信号的过程。数字信号是直接表示二进制数二进制数0 0和和1 1的信号，它具有两种不同的状态。而用于调制的信号，它具有两种不同的状态。而用于调制数字信号的模拟信号是正弦波信号（这里被称为载波信号），数字信号的模拟信号是正弦波信号（这里被称为载波信号），它具有三个基本特征：幅值、频率
13、和相位。因此，可用两个它具有三个基本特征：幅值、频率和相位。因此，可用两个基本特征不同的模拟信号表示数字信号的两种不同的状态，基本特征不同的模拟信号表示数字信号的两种不同的状态，因而引出三种基本调制技术：调幅、调频和调相。因而引出三种基本调制技术：调幅、调频和调相。0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 移幅键控调制技术移幅键控调制技术(ASK)(ASK) 数字信号数字信号1 1和和0 0两种状态。两种状态。用一种幅值的载用一种幅值的载波信号表示波信号表示1 1对对应的状态。应的状态。用另一种幅值的载波信号表示用另一种幅值的载波信号表示0 0对应的状态。但两种载波信号对应的状态。但两种载波
14、信号的其他两种特征：频率和相位的其他两种特征：频率和相位相同。相同。如果载波信号频如果载波信号频率率2400Hz,2400Hz,如何如何计算数字信号的计算数字信号的传输速率？传输速率？移频键控调制技术移频键控调制技术(FSK)(FSK) 数字信号数字信号1 1和和0 0两种状态。两种状态。用一种频率的载用一种频率的载波信号表示波信号表示1 1对对应的状态。应的状态。用另一种频率的载波信号表示用另一种频率的载波信号表示0 0对应的状态。但两种载波信号对应的状态。但两种载波信号的其他两种特征：幅值和相位的其他两种特征：幅值和相位相同。相同。0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 移相键控调制技
15、术移相键控调制技术(PSK)(PSK) 数字信号数字信号1 1和和0 0两种状态。两种状态。用一种相位的载用一种相位的载波信号表示波信号表示1 1对对应的状态。应的状态。用另一种相的载波信号表示用另一种相的载波信号表示0 0对对应的状态。两种载波信号的相应的状态。两种载波信号的相位差为位差为180180 ，但其他两种特征：但其他两种特征：幅值和频率相同。幅值和频率相同。0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 调相有绝对相调相有绝对相位和相对相位位和相对相位之分。之分。 1 1 1 0 0 1 0 0 00 01 10 11 n如果采用上述三种调制方法，数字信号的传输速率是无法提高的。如果采
16、用上述三种调制方法，数字信号的传输速率是无法提高的。n如果将在幅度调制方法中，将信号幅值分为如果将在幅度调制方法中，将信号幅值分为4 4级，则可以表示级，则可以表示4 4种不种不同的状态中的一种。而同的状态中的一种。而2 2位数字信号可以组合成位数字信号可以组合成4 4中不同的状态，因中不同的状态，因此，一次信号变化可以传输两位二进制数。此，一次信号变化可以传输两位二进制数。C=WlogC=Wlog2 2L L C C：数字信号传输速率：数字信号传输速率W W：载波信号带宽：载波信号带宽L L：信号级数：信号级数可以推广到频率调制和相位调可以推广到频率调制和相位调制技术中，但由于制技术中，但由于4kHz4kHz带宽限制，带宽限制，频率调制的信号级数无法增加。频率调制的信号级数无法增加。真能够通过无限增加信号级数真能够通过无限增加信号级数来增加数字信号传输速率？来增加数字信号传输速率？能否通过同时改变幅值和相位能否通过同时改变幅值和相位增加信号级数？增加信号级数？n用用4 4种不同相位和种不同相位和4 4种不同的幅值构成种不同的幅值构成1616种不同的种不同的信号状态，用来表示信号状态，
