通信原理基础.

北京福缘德通信技术有限公司通信原理基础北京福缘德通信技术有限公司基本概念2.1通信系统的分类及通信方式2.2主要性能示2.3北京福缘德通信技术有限公司数据交换技术2.6多路复用2.5模拟传输与数字传输2.4北京福缘德通信技术有限公司2.1基本概念2.1.1信号与噪声1．信号通信的目的是传输消息，消息一般是用数据来表示的，通常要把表示消息的数据转变为信号进行传递。北京福缘德通信技术有限公司信号是消息（或数据）的一种电磁编码，信号中包含了所要传递的消息。信号是信息的载体，通常以某种客观物理量、客观现象或语言文字等形式表现出来。信号必须具有可观测性、可变化性和可实现性。北京福缘德通信技术有限公司古时的烽火、军队中的冲锋号、信号弹、信号灯与信号旗都是反映某种信息的信号实例。北京福缘德通信技术有限公司作为信息的载体，信号首先必须能被人的视觉、听觉、味觉或触觉感受到，或被机器设备检测到，否则就失去了信息传输的意义；其次，信号必须可变，信号如果不可变，则无法携带丰富多彩的信息；最后，信号必须能够通过物理方法产生或实现。北京福缘德通信技术有限公司比如，打雷和闪电具有信号的前两个性质，但它们无法由人控制、产生，所以不能作为通信信号。北京福缘德通信技术有限公司信号一般以时间为自变量，以表示消息（或数据）的某个参量（振幅、频率或相位）为因变量。信号按其因变量的取值是否连续可分为模拟信号和数字信号。A*cos（wt+a）。北京福缘德通信技术有限公司模拟信号是指信号的因变量完全随连续消息的变化而变化的信号。模拟信号的自变量可以是连续的，也可以是离散的；但其因变量一定是连续的，如图2-1（a）所示。电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号。北京福缘德通信技术有限公司数字信号是指表示消息的因变量是离散的，自变量时间的取值也是离散的信号，如图2-1（b）所示，通常表示为x(nt)，数字信号的因变量的状态是有限的。计算机数据、数字电话和数字电视等都是数字信号。北京福缘德通信技术有限公司图2-1模拟信号和数字信号北京福缘德通信技术有限公司虽然模拟信号与数字信号有着明显的差别，但二者之间在一定条件下可以相互转化。模拟信号可以通过抽样、编码等步骤变成数字信号，而数字信号也可以通过解码、平滑等步骤恢复为模拟信号。北京福缘德通信技术有限公司2．噪声噪声是通信领域中出现频率很高的一个词，但通信领域中所谓的噪声不同于我们所熟悉的以音响形式反映出来的各种噪声（如风声、雨声、人们的吵闹声、机器轰鸣声等等）。北京福缘德通信技术有限公司噪声其实是一种不携带有用信息的电信号，是对有用信号以外的一切信号的统称。概括地讲，不携带有用信息的信号就是噪声。显然，噪声是相对于有用信号而言的，一种信号在某种场合是有用信号，而在另一种场合就有可能是噪声。北京福缘德通信技术有限公司2.1.2信道与传输介质传输介质泛指计算机网络中用于连接各个计算机的物理媒体，特指用来连接各个通信处理设备的物理介质，包括有线与无线两大类。信道是传送信号的一条通道，其建立在传输介质之上，但包括了传输介质和通信设备。同一传输介质上可提供多条信道，一条信道允许一路信号通过。北京福缘德通信技术有限公司1．信道信道可以分为有线信道与无线信道两类。有线信道包括明线、双绞线、同轴电缆、光缆等；无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继、各种散射信道等。北京福缘德通信技术有限公司信号在传输过程中除了经过传输介质还必须经过很多设备，如发送设备、接收设备、调制器、解调器等。我们称这种扩大范围的信道为广义信道，而前者称为狭义信道。传输介质即可以理解为狭义信道。通常我们把传输模拟信号的信道称为模拟信道，把传输数字信号的信道称为数字信道。北京福缘德通信技术有限公司2．传输介质传输介质通常分为有线介质和无线介质。北京福缘德通信技术有限公司（1）双绞线（TwistedPair）双绞线是目前使用最广，价格相对便宜的一种传输介质。它是由两条相互绝缘的铜导线组成。其中导线的典型直径为1mm（在0.4mm至1.4mm之间）。这两条线扭绞在一起，可以减少对邻近线对的电磁干扰。北京福缘德通信技术有限公司为了进一步提高双绞线的抗电磁干扰能力，还可以在双绞线的外层再加上一个金属屏蔽层，根据双绞线是否外加屏蔽层，它又可分为屏蔽双绞线（ShieldTwistedPair，STP）和非屏蔽双绞线（UnShieldTwistedPair，UTP）两类，如图2-2所示。北京福缘德通信技术有限公司双绞线外套屏蔽层双绞线非屏蔽双绞线屏蔽双绞线外套图2-2双绞线示意图北京福缘德通信技术有限公司美国电子工业协会的远程通信工业分会（EIA/TIA）在1995年颁布了新的“商用建筑物电信布线标准EIA/TIA586-A”。北京福缘德通信技术有限公司（2）同轴电缆（CoaxialCable）同轴电缆中的材料是共轴的，如图2-3所示，故同轴之名由此而来。广泛使用的同轴电缆有两种。一种是阻抗为50的基带同轴电缆，另一种是阻抗为75的宽带同轴电缆。北京福缘德通信技术有限公司图2-3同轴电缆示意图北京福缘德通信技术有限公司基带同轴电缆：一条基带同轴电缆只支持一个信道，传输带宽为1Mbit/s～20Mbit/s。它能够以10Mbit/s的速率把基带数字信号传输1km～1.2km。北京福缘德通信技术有限公司宽带同轴电缆：宽带同轴电缆支持的带宽为300MHz～450MHz，可用于宽带数据信号的传输，传输距离可达100km。北京福缘德通信技术有限公司（3）光纤（OpticalFiber）光导纤维简称为光纤，是光纤通信系统的传输介质。由于可见光的频率非常高，约为108MHz的量级，因此，一个光纤通信系统的传输带宽远远大于其他各种传输介质的带宽，是最有发展潜力的有线传输介质。北京福缘德通信技术有限公司光纤呈圆柱形，由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。北京福缘德通信技术有限公司根据光纤传输数据模式的不同，它可分为多模光纤和单模光纤两种。多模光纤是指有多条不同入射角度的光在一条光纤中同时传播。若光纤的芯径较小，与光波波长在同一数量级，则光纤如同一个波导，光在媒体中没有反射，而沿直线传播，这样的光纤称为单模光纤。北京福缘德通信技术有限公司光纤不易受电磁干扰和噪声影响，可进行远距离、高速率的数据传输，而且具有很好的保密性能。但是，光纤的接续、分岔比较困难，目前主要用于传播速率高、抗干扰性好的主干网上。北京福缘德通信技术有限公司（4）无线介质有线传输不仅需要铺设传输线路，而且连接到网络上的设备也不能随意移动。而采用无线传输媒体，则不需要铺设传输线，允许终端设备在一定范围内移动，非常适合边远山区、湖泊滩涂等难于铺设传输线的地方，同时也为大量便携式终端设备入网提供了条件。北京福缘德通信技术有限公司微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波，实际主要使用2GHz～40GHz的频率范围。微波通信是把微波作为载波信号，用被传输的模拟信号或数字信号调制后进行传输。由于微波段的频率很高，其频段的范围也很宽，因此微波信道的容量很大，可同时传输大量信息。北京福缘德通信技术有限公司微波能穿透电离层而不反射到地面，因而只能使微波沿地球表面由信源向目的地直线传播，然而地球表面是曲面，因此微波的传输距离一般只有50km左右。解决的办法是通过中继站进行接力通信，但相邻站之间必须是可视的，不能有障碍物。北京福缘德通信技术有限公司红外线、激光属于光波，前者广泛用于短距离通信，如电视、录像机、空调器等家用电器使用的遥控装置；后者可用于建筑物之间的局域网连接，它具有高带宽和定向性好的优势。它们都易受天气、热气流或热幅射等影响，使得工作质量存在不稳定性，而且传输距离有限。北京福缘德通信技术有限公司2.2通信系统的分类及通信方式2.2.1通信系统模型在通信过程中，基本的点对点通信，均是把发送端的消息通过某种信道传递到接收端。这种通信系统可由图2-4所示模型进行描述。北京福缘德通信技术有限公司图中，发送端信源的作用是把各种待传递的消息转换成原始信号，由发送设备对原始信号完成某种变换后送入信道；在接收端，接收设备能从接收信号中恢复出相应的原始信号，而信宿是将复原的原始信号转换成相应的消息；图中的噪声是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集合。北京福缘德通信技术有限公司信源发送设备信道接收设备噪声信宿图2-4通信系统简化模型北京福缘德通信技术有限公司2.2.2通信系统的分类1．按信号特征分类根据信道传输信号种类的不同，通信系统可分为3类：模拟通信系统、数字通信系统和数据通信系统。北京福缘德通信技术有限公司信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统；信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统；数据通信系统中的数据信号既可以以数字信号的形式在数字信道中传输（比如局域网），也可以转换成模拟信号在模拟信道中传输（比如通过调制解调器上网）。这里需要明确模拟通信、数字通信和数据通信的概念。北京福缘德通信技术有限公司（1）模拟通信一般指的是信源发出的、信宿接收的和信道传输的都是模拟信号的通信过程或方式。因此，模拟通信系统可以说是以模拟信道传输模拟信号的系统。北京福缘德通信技术有限公司（2）数字通信是指信源发出和信宿接收的是模拟信号，而信道传输的是数字信号的通信过程或方式。因此，数字通信系统可以说是以数字信号的形式传输模拟信号的系统。北京福缘德通信技术有限公司（3）数据通信是随着计算机和计算机网络的发展而出现的一种新的通信方式，它是指信源、信宿处理的都是数字信号，而传输信道既可以是数字信道也可以是模拟信道的通信过程或方式。3种通信系统信号的区别如图2-5所示。北京福缘德通信技术有限公司信源信源信源信宿信宿信宿信道信道模拟通信数字通信数据通信图2-53种通信系统示意图北京福缘德通信技术有限公司数字通信具有以下突出的特征。第一，抗干扰能力强。第二，数字信息易于加密，保密性强。第三，数字通信需要同步。北京福缘德通信技术有限公司数据通信是随着信息处理技术的进步而迅速发展起来的，是计算机技术与通信技术紧密结合的产物。因此，数据通信的发展不能脱离原有的通信网，在一般情况下还需要利用原有的通信设施作为数据传输的手段，比如公用电话网PSTN。数据通信与传统的话音通信相比，有以下主要特点。北京福缘德通信技术有限公司（1）以计算机为中心。通常是人（通过终端设备）与计算机的通信，或计算机与计算机的通信。（2）传输的数据信息通常由计算机（或数字终端设备）产生、加工和处理。北京福缘德通信技术有限公司（3）为了进行信息传递，要有严格的通信协议或规程，对信息传输的准确性和可靠性要求高。（4）通信速度较高，可以同时处理大量数据。北京福缘德通信技术有限公司（5）数据呼叫（一次完整的通信过程）具有突发性和持续时间短的特点。（6）可采用存储-转发方式工作，且一般多采用这种方式。（7）必须采用差错控制措施。北京福缘德通信技术有限公司数字通信产生的直接原因是为了提高模拟通信的质量，所以，数字通信可以理解为是模拟通信的升级。北京福缘德通信技术有限公司2．按调制方式分类根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带传输。基带传输是将未经调制的信号直接进行传送，如市话音频信号；频带传输是对信号调制后传输的总称。北京福缘德通信技术有限公司3．按传输介质分类按传输介质的不同，通信系统又可分为有线通信系统和无线通信系统。北京福缘德通信技术有限公司2.2.3通信方式通信方式是指通信双方（或多方）之间的工作形式和信号传输方式，它是通信各方在通信实施之前必须首先确定的问题。通信方式也有多种不同的分类方法。北京福缘德通信技术有限公司（1）任意两点之间的通信，按照消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信、全双工通信3种。北京福缘德通信技术有限公司单工通信：消息只能单方向传输的工作方式。例如广播电台与收音机、电视台与电视机的通信、遥控等。半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式。例如使用同一载频工作的对讲机之