计算机网络与通信

计算机网络与通信 教育与信息技术系
一个低通信道，若对于从0到某个截止频率 fc的信号通过时振幅不会衰减或衰减很小， 而超过此截止频率的信号通过时就会大大 衰减，则此信道的带宽为fc Hz。
一个具有有限持续时间的数字信号，可以 看作为一个以此有限持续时间T为周期的周 期阶梯函数 f(t)。此函数可展开成傅里叶 （Fourier）级数。
电话信号，再进一步转 分路的功能
换后送到信道上去。
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单工(Simplex) 通信
一端只发送，而另一端只接收
双工(Duplex) 通信
此时信源与信宿合为一体，变换器与反变 换器也合为一体
全双工(Full Duplex) 半双工(Half Duplex)
CBlo2gL
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例如，若B = 600波特，L ＝ 4，则数据 速率为C ＝ 1200 b/s。
由于在许多场合下，通常信号只能取两种 不同的状态（即L＝2），此时码元速率B 和数据速率C数值就相等了。在这种情况 下，波特和比特/秒这两个单位也就可以 混用了。码元速率有时又称为调制速率 .
分别是n次谐波的正弦和余弦振幅值。
谐波次数越高，则其频率也越高。
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图2.3 信道带宽和数字信号失真的关系
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图2.3（a）左边是八位二进制数位编码 01100010的数字信号波形，图2.3（a）右 边是该波形函数按傅里叶级数展开后各次 谐波的均方根振幅。
塑料光纤更便宜，可用于短距离、较大损耗也 可接受的场合
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每根光纤都有自己的包层，而后一根 或多根光纤再由外皮包裹构成光缆
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计算机网络与通信 教育与信息技术系 2.12 光纤传送电信号的过程
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模拟信号
例如电话线（信道）上传送的按照话音强弱幅 度连续变化的电波就是一种连续变化的电信号
数字信号
计算机产生的电信号则是电脉冲序列串，每一 瞬间的电压取值只可能是离散的有限个，比如 说是+3v或0v两种不同的值
按照信道中传输的信号分类：
模拟信道 数字信道
但是若用来直接传输数据速率为2400 b/s的 数字信号，此时T = 3.33 ms, f = 300 Hz。 3 k Hz带宽的信道就能通过10次谐波，比图 2.3（e）所示的情况还要好，即失真较小。
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3 信道的最大数据速率
奈奎斯特公式

奈奎斯特公式给出 了无热噪声（热噪
同轴电缆与双绞线比较，价格贵，但 带宽、数据速率高、传输距离长和抗 干扰能力强
连接器
3 光纤
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光纤是一根很细的可传导光线的纤维媒体， 其半径仅几微米至一、二百微米。
用超纯硅制成的光纤损耗最小，但制作工艺很 难
合成玻璃制成的光纤虽然损耗相对较大，但更 为经济，性能也不错
《计算机网络与通信》
docin/sundae_meng
第二章 物理层与数据 通信基础
docin/sundae_meng
驱动问题
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2.1数据通信的基础知识
1、数据通信的相关概念 2、几个公式
2.2传输媒体
1、有哪些传输媒体？ 2、各自有什么特点？
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例如，信噪比为30 dB、带宽为4000 Hz的信 道最大的数据速率为
30
C 40 lo 0 2 ( 1 g 1 0 1) 0 0 40 lo 0 2 1g 0 0 40 0 (b 1 /s 0 )
练习
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f(t)1 2cn 1[a nsi2 n n()fb tnco 2 n s)(f]t
这里，f = 1/T, 是基波频率。
C 2

f (t)dt
是直流分量。
T0
anT 20Tf(t)sin2(nf)dt t
bnT 20Tf(t)co2sn( f)dt t
C 2 4 k lo 2 4 1 g k ( b 6 /s )
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香农公式
进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰 的信道的情况
CHlo2g(1N S)(bp)s
S表示信号功率，N为噪声功率，S / N则为信噪 比。由于实际使用的信道，信噪比都要足够大， 常用10log10（S/N）即 分贝（Decibel，记为dB） 为单位。【dB= 10log10（S/N） 】
DTE产生的是数字信号，接收的也是数字信号 。
DCE－－数据线路端接设备
DCE为DTE提供了入网的连接点，通常被认为 是通信子网中的设备。
数据通信可以通过数字信道来实现，也可 以通过模拟信道来实现。
调制 解调
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双绞线(twisted pair)特点：
最经常使用的物理媒体
相对于其它有线物理媒体（同轴电缆和光 纤）来说，价格便宜也易于安装与使用
其性能一般也较差 （指它的传输距离、 抗干扰性能和带宽或数据速率而言 ）
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双绞线分类：
非屏蔽UTP（Unshielded Twisted
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
H是信道的带宽（以Hz 为单位），而L表示任 何给定时刻数字信号可 能取的离散值的个数。 C则是该信道最大的数 据速率。
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例如，若某信道带宽为4 k Hz，任何时刻数 字信号可取0、1、2和3四种电平之一（即L ＝4），则最大数据速率为
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2 同轴电缆
同轴电缆（coaxial cable）也像双绞线 那样由一对导体组成， 但它们是按“同轴” 的形式构成线对
分类：
基带（baseband ） 同轴电缆（阻抗50Ω）
宽带（broadband） 同轴电缆（阻抗为 75Ω）
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2.6 对于带宽为4k Hz的信道，若有8 种不同的物理状态来表示数据，信噪 比为30 dB。问:按奈奎斯特定理，最 大限制的数据速率是多少？按香农定 理最大限制的数据速率是多少？
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码元速率
指的是每秒信号状态变化的次数，以波特(Baud） 作为单位。码元速率B和数据速率C在数值上是 不一定相等的，有如下关系：
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2.1 数据通信的基础知识
通信系统模型 带宽与傅里叶分析 信道的最大数据速率
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1 通信系统模型
通信是通过某种媒体进行的信息传递。
【古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行 信息传递。今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了 无线电，固话，手机，互联网甚至可视电话等各种通信方 式。】
普通电话线 UTP易受外部的干扰，包括来自环境噪声和
附近其它双绞线的干扰。
屏蔽 STP（Shielded Twisted Pair）
抗干扰性能更好，但比UTP昂贵，而且要保 证全程屏蔽并且金属包层良好地接地，安装 也困难
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双绞线实际上是分类(category) 的。类越高则性能也越好， 也就是说在一定距离内可传输更高数据速率的信号，但价 格也越贵。下面是常用的几类双绞线的性能和主要用途：
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光纤相对于如双绞线和同轴电缆等这类金属传导 媒体的优点 ：
轻便 低衰减和大容量 电磁隔离 光纤本身化学性质稳定 很有发展前途。在许多场合，特别是远距离的通信中，
光纤已逐步称为一种主要的有线物理媒体。 但是光纤之间的连接不易，抽头分支困难，对于距离不
Category 3：支持数据速率可达10Mbps，常用于传输话音和普 通以太网（Ethernet）
Category 5 (100 MHz)：支持数据速率可达100Mbps，常用于快 速以太网(Fast Ethernet)
Category 5e(350 MHz)：数据速率可达1000Mbps ，常用于千兆 以太网(Gigabit Ethernet)
上面的Category 5e就是通常说的超5类线，所有支持的数据速率 都是指在一定的距离内，如不超过80米。现在已有更高性能的6类 非屏蔽双绞线(UTP6) ，可用来支持千兆以太网
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双绞线的连接器也 已标准化，最常用 的是RJ （Registered Jac k）11(3 pairs)和 RJ45(4 pairs)，
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2 带宽与傅里叶分析
若将数字信号不经调制直接放到模拟信 道上进行传输，会引起信号的失真
任何实际的模拟信道所能传输的信号的 频率都有一定的范围，称之为该信道通 频带的宽度或称为带宽（bandwidth）
信道的带宽是由传输媒体和有关的附加设 备与电路的频率特性综合决定的
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2.2 物理传输媒体
物理传输媒体
指的是通信中实际传送信息的物理载体，也叫 介质。