(网络工程师培训)02-通信基础幻灯片PPT

如果一个信号在随时间不断变 化的过程中没有任何固定的模式和 波形重复出现，则这个信号就是非 周期性信号。
周期信号也可以分为周期模拟 信号和周期数字信号。
基本概念
信号的三要素是： 振幅A 周期T（或频率f ） 相位ψ
信号的三要素
基本概念
简单信号和复合信号
模拟信号可以分为简单信号和 复合信号。
1秒
基本概念 频谱与带宽
如果一个复合信号可以分解为多个谐波。每个谐波是原信号的分量， 都有振幅、频率和相位三个要素。信号频谱是信号的所有分量的频率的集 合。
带宽（Broad）是频谱的宽度，即频谱中最高频率与最低频率的差值。 带宽的单位是赫兹（Hz），与频率的单位相同。
例如，一个周期信号可分解为五个频率为100Hz、200Hz、400Hz、 500Hz和800Hz的正弦波，则最高频率fh=800Hz，最低频率fl=100Hz，带宽B=fh - fl=800Hz -100Hz=700Hz。
100Mbit/s距离100米的局域网数据传输。
1000Mbit/s的局域网数据传输
1000Mbit/s以上的的局域网数据传输。
传输介质 光纤
光纤是光导纤维的简称，是由 纤芯、包层和涂覆层组成的。
光纤的纤芯是由能传播光的石 英玻璃或特制塑料拉成的柔软细丝； 包层是涂在纤芯外的一层折射率比 光纤纤芯低的材料。当入射光以一 定的角度射入纤芯后，会在纤芯与 包层的交界处发生全反射，经过这 样的若干次全反射之后，光线就损 耗极少地到达光纤的另一端。
模拟－数字编码
脉冲编码调制）
PCM（Pulse Code Modulation，
模拟－数字编码最常见的技术 是PCM，它以PAM（Pulse Amplitude 振幅 Modulation，脉冲振幅调制）技术
振幅 采样
为基础。 PCM技术包括三个独立的过程： 脉冲振幅调制（即采样）、量化和 二进制编码。。 采样密度和量化等级是影响误
基本概念 波特率、比特率与码元
波特率（Baud Rate）是指单位时间内信号波形所能达到的最大变换 次数，单位为赫兹（Hz）。信号波形的变换实质上是表示信号的函数发生 了改变，即示正弦谐波的三要素：振幅、频率和相位中的某一元素发生变 化。
单位时间内在信道上传送的数据量（即比特数）称为数据速率，又 称为比特率，其单位为bps或b/s。
传输介质
基带同轴电缆
粗缆适用于大型局域网，它传 输距离长、可靠性高，安装时不需 要切断电缆，只须用夹板装置夹在 计算机需要连接的位置。
细缆安装则比较简单，造价也 较便宜。但安装过程要切断电缆， 两头须装上BNC接口，然后接在T 型连接器两端。
粗同轴电缆连接方法可见： /DLPP/comda/comda-cpjs.htm
0
（a）模拟数据
量化
编码
5.8
6
0110
11.6 12
1100
14.2 14
解决了直流分量问题。
解决了同步控制问题。但由于每个 比特位需要两次信号变化，从而增加了 信号占用的带宽。
数字－数字编码
差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding ） 差分曼彻斯特编码的比特间隙
中间的跳变仅用于携带同步信息。
每比特的开始位置没有电平跳
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数据通信理论基础 尼奎斯特定理
尼奎斯特定理用于计算理想信道（无噪音信道）的最大数据传输速 率。
最大数据传输速率 = 2H log2V bps H：信道带宽，V：信号有效离散级数
当一个无噪音的带宽为3K Hz的信道传输二进制信号时，其最大数据传 输速率（即比特率）不会超过 6000 bps。
若信号包含八个离散级数，则： 最大数据传输速率= 2× 3K ×log28 bps = 6K ×3 bps = 18K bps。
变表示比特1，有电平跳变表示比
时间
0
特0。
解决了直流分量问题。
解决了同步控制问题。但由于 每个比特位需要两次信号变化，从 而增加了信号占用的带宽。
数字－数字编码
号交替反转码） 零电平代表二进制0，正负电 平交替代表比特1。
解决了直流分量问题。 电平交替变换的比特1可以进 行同步，但对于连续的比特0则没 能提供同步机制。
同步：当一个信号不发生改变时，接受方无法知晓每比特的开始和 结束。如果传输延时或噪声使信号发生扭曲，将导致接收方无法正确接收 数据。
数字－数字编码 常见类别 数字－数字编码是用数字信号来表示数字数据，在数字线路中传输。
数字－数字编码 单极性编码
脉冲的极性是电压的正负，单
极性编码只使用了电压的一极。
传输介质 光纤
光线在光纤信道中的传播模式 有两种：多模传播与单模传播。
“模”是指光线的入射角。 多模传播又可分别两种类型： 阶跃模式和渐变模式。 常用多模光纤中主要有Ala类 50/125μm和Alb类62.5/125μm两种 类型。单模光纤的尺寸主要为 8μm/125μm。
传输介质
无线电传输 微波传输 卫星传输 红外线传输 激光传输
永久虚电路即通信双方不管是否在通信都永远存在一条虚电路这种虚电路省去了虚呼叫和虚拆除的过大学课件60几种交换方式的比较方式特性电路交换报文交换数据报分组交换虚电路分组交换传输通路性质物理的逻辑的逻辑的逻辑的通路的可用性专用的共享的共享的共享的数据传输单元报文报文分组分组通路建立要求呼叫建立不要求建立不要求建立要求呼叫建立通路的维持通信期间维持不维持不维持通信期间维持节点存储不要求存储一个报文存储一个分组存储一个分组节点时延几乎无时延报文存储转发时延分组存储转发时延分组存储转发时延过荷适应性有呼叫阻塞增加报文时延增加分组时延有呼叫阻塞而且增加分组时延链路带宽利用固定带宽占用动态使用动态使用动态使用大学课件61流量控制流量控制技术是用来限制发送方发送的数据流量使其发送速率不要超过接收方的接收处理速率以免淹没接收方的一种技术
在数字信号中，一个数字脉冲称为一个码元（Symbol），一次脉冲 的持续时间称为码元的宽度。码元速率（Symbol Rate）表示单位时间内信 号波形的最大的变换次数，即单位时间内通过信道的码元个数。码元速率 即数字信号中的波特率，所以码元速率的单位也为波特。
看图答问
下图是一个典型的正弦波，请问它的波特率是多少？
同轴电缆主要用两种：基带同轴电缆 和宽带同轴电缆。
基带同轴电缆是特性阻抗为50Ω的同 轴电缆，用于数字信号的传输，是局域网 中常用的同轴电缆。基带同轴电缆又可分 为粗同轴电缆（简称粗缆，如RG-8粗缆、 RG-11粗缆等）和细同轴电缆（简称细缆， 如RG-58细缆）。
宽带同轴电缆是特性阻抗为75Ω的同 轴电缆，用于传输模拟信号。宽带同轴电 缆常用于CATV（Community Antenna Television，有线电视）网络，因此被称为 CATV电缆（规格为RG-59）。
负电压代表比特0。
减轻了直流分量问题，没有解 决同步控制问题。
数字－数字编码
零反相编码）
NRZ-I（Non Return-to-Zero Invert，非归
信号电平的一次反转代表比特
1，没有电平变化代表比特0。
减轻了直流分量问题。
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解决了传送“1”时的同步控
0
时间
制问题，但没有解决传送“0”时
简单模拟信号不能再分解，而 复合信号可以被分解为多个简单信 号。
a)简单信号
b)复合信号
基本概念
数字信号分解
一个数字信号可以被分解为无 穷多个简单的正弦波（或余弦波）， 这个简单的正弦波（或余弦波）叫 做谐波。
每个谐波都有不同的振幅、频 率和相位。
当在传输介质上发送数字信号 时，其实是在发送多个简单信号。
数据通信理论基础 香农公式
香农公式用于计算有噪声信道的最大数据传输率。
最大数据传输速率 = H log2（1＋S/N）bps H：信道带宽，S/N：信噪比
在实际情况下，由于信噪比的值太大，通常用分贝（decibel，dB）来描 述。分贝值与信噪比有如下的关系：dB = 10 log10 S/N
在一条带宽为3000Hz、信噪比为30dB的信道中，信道上的最大传输率 不超过 30Kbps。其计算过程如下：
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主要知识点
基本概念
模拟信号与数字信号
t
t
模拟信号是连续变化的量
数字信号是离散的量
基本概念
周期信号
如果一个信号能在一个可测定 的时间内，以同样长短的周期不断 重复同一个完整的模式，则称这个 信号为周期性信号。
基本概念 传输模式
基本概念 通信模式
数据通信理论基础 傅立叶分析
f(t)a 2 0n 1(a nsi2 nn()fb tnco 2n s)()ft
任何正常的周期为T的函数f (t)，都可以展开成多个、甚至无限个正 弦和余弦函数。
在通信中的意义是：任何一个周期信号，无论它有多么复杂，总可 以被分解为多个、甚至无限个简单信号。
先求出信噪比S/N：由 30=10 log10 S/N，得 log10 S/N = 3，所以 S/N=103=1000。
最大传输率= H log2（1＋S/N）bps = 3000 log2（1＋1000）bps ≈3000×9.97 bps =299100 bps < 30Kbps
传输介质 同轴电缆
的同步控制问题。
可以通过进一步的编码（例如 4B/5B编码）解决传送“0”时的同 步控制问题。
数字－数字编码 RZ（Return-to-Zero，归零编码）
正电平代表比特1，负电平代 表比特0。
任何比特间隙的中间，信号将
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归零。
时间 0
减轻了直流分量问题。
解决了同步控制问题。但由于 每个比特位需要两次信号变化，从 而增加了信号占用的带宽。
类型 技术 标准
直径 传输距离
接头
阻抗 应用类型
细缆
0.25英寸 185m
螺旋形BNC头 (端接)
T形头(分接) 50 Ω
10Base2 (细缆以太网)
粗缆
0.5英寸 500m
AUI
50 Ω 10Base5 (粗缆以太网)
传输介质 双绞线
双绞线按其保护层外面是否含有 金属层，可分为UTP（Unshielded Twisted Pair，非屏蔽双绞线）和STP （Shielded Twisted Pair，屏蔽双绞线 ）。
数字－数字编码 曼彻斯特编码（Manchester Encoding）
曼彻斯特编码在每个比特间隙中间 的电平跳变来同时代表比特位和同步信 息。
负电平到正电平的跳变代表比特1，
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而正电平到负电平的跳变则代表比特0。
时间
相同的定义规则就可以了）
最大传输速度 2Mbit/s
4Mbit/s 16Mbit/s 20Mbit/s 100Mbit/s 1000Mbit/s 2.4Gbit/s
应
用
模拟和数字语音(电话)通信以及低速的数据传 输。
语音、ISDN和不超过的4Mbit/s的局域网数据 传输。
不超过16Mbit/s的局域网数据传输。
不超过20Mbit/s的局域网数据传输。
AMI（Alternate Mark Inversion，信
10010110 0
时间
模拟－数字编码
模拟－数字编码是用数字信号来表示模拟数据，即模拟数据数字化。 既可用于模拟信号的数字传输，也可以用于模拟信号的数字处理 （如数字化音频、数字化视频）。
模拟数据（声音）
模拟－数字编码 （编码－解码）
数字信号
单极性编码实现简单，但它会
振幅 10010110
出现两个问题：直流分量和同步控
时间
0
制问题。
数字－数字编码
零电平编码）
NRZ-L（Non Return-to-Zero-Level，非归
采用两个电压值：正电压与负
电压。
信号的电平是由它所代表的比
10010110
特位决定的。正电压代表比特1，
0
时间
无线传输
编码与传输
在进行数据通信时，必 须将数据进行编码，转化为数 字信号或模拟信号，以便于在 信道上传输。
由于数据源可以是模拟 数据，也可以是数字数据，所 以共有四种编码方式。
数字－数字编码 关键问题
直流分量：当传输信号的平均振幅不是零时，这将产生直流分量 （频率为0的分量）。当信号含有直流分量，它不能由没有处理直流分量的 媒体传输，例如微波或变压器。
基本概念
介质带宽与有效带宽
传输介质在传送信号时只能传 送某个频率范围内的信号，这个频 率范围的宽度便是介质带宽，即介 质所能传送信号的最高频率与最低 频率的差值。介质带宽是由介质本 身所决定的，它是介质的一个物理 性质。
数字信号与模拟信号的频谱包 括不同振幅的多个（甚至无穷多个） 频率。但在传输时不可能传输原始 信号频谱的全部频率，而只是传输 那些具有重要振幅的分量。这一部 分被传输的分量的频率组成的频谱 叫做有效频谱，其带宽为有效带宽。
STP在保护层里面套有一层铅箔 层，其作用是为了降低外界的电磁 干扰。相对于UTP ， STP的抗干扰能 力强，保密性好，不易被窃听，且 其传输速率也较快，但STP的价钱相 对要贵一些。
序 号
1
2
3
4
5
6
7
8
颜 色
橙 白
橙
绿 白
蓝
蓝 白
绿
棕 白
棕
传输媒介 双绞线的类别
类别 1类
2类 3类 4类 5类 E5类 6类