1.通信基础

数据通信的一些概念

通信的目的：交换信息信息的载体：数据模拟数据：随时间连续变化的函数，一定范围内有连续的无数个值数字数据：离散的，有限个值数据是通过信号传输的，即信号是数据传输的载体，是由于信号的某些特征参数可以表示所传输的数据模拟信号：数据的特征参数连续变化的信号数字信号：离散的信号信号是在信道(channel)上传输，即信道是信号传输的通道信道/频道channel：一般指连接信号发送方和接收方的传输线路 ( 媒介)，即信号在通信系统中传输的通道模拟信道：使用模拟信号传输数据的信道数字信道：使用数字信号传输数据的信道，传输质量更优，容差范围大，接收方正确还原率高模拟传输系统：传输模拟信号的通信系统，如电话系统数字传输系统：传输数字信号的通信系统信源：产生和发送数据的源头信宿：接收数据的终点信源和信宿都是计算机设备，二者交换的是数字数据基带传输：计算机网络使用数字信号在数字信道上进行传输，需对数字数据进行编码和解码频带传输：数字数据借助于模拟信道传输，先将数字数据调制为模拟信号再发送，接收端进行解调多路复用频分多路复用FDM：在模拟信道使用，将信道划分为多个频段以传输多路信号时分多路复用SDM： 在数字信道使用，将单位传输时间分割为多个时隙以传输多路信号波分多路复用WDM：对光信号的传输码元：用一个固定时长的信号波形(数字脉冲)表示一位 k 进制数字，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，该时长称为码元宽带

周期矩形脉冲信号的频谱特性

频谱特性：指组成周期信号的各次谐波的振幅按频率分布图

信号带宽：谐波的最高频率与最低频率之差 fh - fl 称为信号的频带宽度，简称信号带宽

信号频谱

信道带宽：信道频率响应曲线上幅度取其频带中心处值的1/√2倍的两个频率之间的区间宽度

信道带宽

重要结论：信号带宽与脉冲宽度成反比，即脉冲宽度越窄，要求信道带宽越大

信号和数据

数据是承载信息的实体，信号是数据的电气或电磁表现
模拟和数字信号数据的转换

数据通信系统基本结构
三大部分：源系统，传输系统，目的系统

源系统源点：产生要传输的数据发送器：将数据进行编码后产生传输信号传输系统：可以是简单物理通信线路，也可以是复杂网络系统目的系统接收器：将接收自传输系统的信号转换为数据终点：将接收的数据转化为信息数据通信系统

信道通信方式

单工通信信息流仅沿单方向流动，发送方 S 和接收方 R 角色固定接收方须对接收的数据进行检验，错误数据要求重传，正确数据返回确认信号，故需要如图虚线的反向控制信道
单工通信半双工通信可双向传输，但不能同时双向传输通信双方都有发送器和接收器，信道一次只能容纳一个方向的传输传输效率低，但可节省传输线路资源，得到广泛应用半双工通信全双工通信两个站点允许同一时刻双向传输数据效率高，结构复杂，成本高
全双工通信

数据传输方式

基带传输基带信号：信源直接输出的原始数据信号在信道上直接传送数据的基带信号称为基带传输最简单， 常用于局域网频带传输可解决数字信号在模拟信道中传输产生的失真问题指将数字信号调制成模拟音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号调解成原来的数字信号的传输方式发送端安装调制器，接收端安装解调器，全双工通信时，收发两端都需安装调制解调器可实现多路复用宽带传输实质上是宽频带传输宽带传输借助频带传输，可将链路容量分解成两个或更多的信道，每个信道可携带不同的信号，这就是宽带传输2.传输介质/ 传输媒体

传输介质：计算机网络中连接发送器和接收器的物理通道

导向传输媒介(电磁波被导向沿着固体媒介传播)

双绞线

由两根采用一定规则并排绞合的，相互绝缘的铜导线组成，绞合可减少对相邻导线的电磁干扰STP 屏蔽双绞线：双绞线外添加用金属丝编织成的屏蔽层UTP 无屏蔽双绞线：无屏蔽层的双绞线价格便宜，最常用，局域网和传统电话网普遍使用。带宽取决于铜线粗细和传输距离，模拟传输和数字传输都可使用通信距离几千米到数十千米，距离太远时，对模拟传输，要使用放大器放大衰减的信号；对数字传输，要用中继器将失真的信号整形

同轴电缆

基带同轴电缆 50Ω，主要传送基带数字信号，广泛应用于局域网宽带同轴电缆 75Ω，主要传送宽带信号，常用于有线电视系统具有良好的抗干扰特性，广泛用于传输较高速率的数据传输距离更远，价格比双绞线贵同轴电缆结构图光纤由纤芯和包层组成，光波通过纤芯传导，包层折射率低，光线碰到包层时折射回纤芯，该过程不断重复，使得光沿着光纤传播下去利用光导纤维传递光脉冲进行通信，有光脉冲表示1，无光脉冲表示0多模光纤不同角度入射的多条光线在一根光纤中传输，利用光的全反射特性光脉冲会逐渐展宽造成失真，只适合近距离传输光源为发光二极管单模光纤光纤直径小到只有一个光的波长时，光纤就像一根波导一样使得光线一直向前传播，不会产生多次反射制造成本高，衰减小，适合远距离传输光源是定向性很好的半导体激光器光纤还有以下特点带宽范围大，通信容量大，传输损耗小，中继距离长，远距离传输很经济抗雷电和电磁干扰性能好无串音干扰，保密性好体积小，重量轻

非导向传输媒介(无线传输媒介)

微波直线传播，传播距离受限，一般50km左右，故需要中继器进行接力地面微波接力通信微波波段频率高，频段范围宽，通信信道容量大，传输质量高投资少，见效快相邻站必须直视，不能有障碍物，可能会失真受恶劣天气影响对大量中继站的使用和维护耗费较大卫星微波通信(卫星通信)在地面站之间利用36000km高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信通信距离远，通信费用与通信距离无关传播时延大，覆盖面广，适合广播通信；保密性差激光在视野范围内安装两个彼此相对的激光发射器和接收器进行通信激光束的方向性比微波束好，不受电磁干扰，不怕偷听激光会衰减，受天气影响，具有通信中断风险，适合短距离通信红外线利用墙壁或屋顶反射红外线从而形成整个房间内的广播通信系统，适合短距离通信优点：红外通信设备便宜，可获得较高带宽；缺点：传输距离有限，易受室内空气状态影响。红外线不能穿越墙壁，而微波可以穿越。3.编码与调制数字数据编码为数字信号自同步：是指接收方能从数据信号波形中提取同步信号的方法。 自同步就是根据接收到的信号提取采样所用的时钟分量RZ 归零编码通常高电平表示1，低电平表示0(或者相反)每个时钟周期的中间均跳变到0，当0即不表示高电平，也不表示低电平时，高低电平都需跳变RZ归零编码NRZ Non-Return to Zero 不归零制顾名思义，不需要归零，一个时钟周期可以全部用来传输数据无法传递时钟信号，通信双方难以同步NRZ不归零编码曼彻斯特编码将一个码元分成两个相等的间隔，前一个间隔为高电平后一个间隔为低电平表示码元1，码元0的表示方法与此相反。每个码元中间出现电平跳变，位中间的跳变既作为时钟信号，又作为数据信号频带宽度是原始基带宽度的两倍可实现自同步曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个