第02章-数据通信与广域网技术

信号的概念
信号是数据在传输过程中电信号的表示形式； 模拟信号（analog signal）的信号电平是连续变化的； 数字信号（digital signal）是用两种不同的电平去表示 0、1比特序列的电压脉冲信号表示； 按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模 拟通信系统与数字通信系统两种。
模拟信号与数字信号波形
随着计算机技术的发展，多媒体技术得到了广泛应用； 利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的重 要内容之一； 与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输要求数据通 信系统具有高速率与低延时的特性； 如果每帧图像由1024×768个点阵组成，图像颜色有256种，每个 点阵用1字节二进制数表示，每秒钟传送30帧图像，那么每秒钟 需要传送235,929,601字节； 如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音信号进行22,050次取 样，每次取样值用1字节表示，那么单声道每秒钟需要传送 22,050字节；双声道立体声每秒钟需要传送44,100字节； 多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高的要求。
信息编码标准
ASCII 码被国际标准化组织ISO接受，成为国际标准 ISO 646，又称为国际5号码; 它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准; ASCII码采用7位二进制比特编码，可以表示128个字 符; 字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数 字、字母、运算符号、商用符号等。
多媒体网络应用
串行通信与并行通信
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蜂窝单元和频率重用
把一块区域（area）分割成小的单元（cell），每个单元拥有自 己的频率（通过信号功率的大小来控制单元的大小范围，每个频 率上可有若干个通话），且相邻的单元使用不同的频率。 当某个单元的用户数量超过负载能力时，就降低信号功率，将该 单元分割成更小的单元。
2.3.5 卫星通信
卫星
2.3.2 无线通信 视距传播
地球表面
电离层反射
电离 层
地球表面
2.3.3 微波通信
微波信号没有绕射功能，两个微波信号只能在可视情 况下才能正常接收； 大气对微波信号的吸收与散射影响较大。
2.3.4 蜂窝无线通信 （Cellular Radio）
寻呼系统（Paging systems）：单向（单信道，单频率），简单，成本低。 无绳电话（Cordless phones）：功率低，距离短。 移动电话（Mobile phones）：双向（双频率）。模拟→数字（GSM， Global Systems for Mobile communications）→GPRS（General Packet Radio Service）→CDMA（Code Division Multiple Access）。
2.1 数据通信的基本概念
2.1.1 信息、数据与信号 通信的目的是交换信息， 信息的载体可以是数字、文 字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字 母、数字、语音、图形或图像的组合； 为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图 形或图像用二进制代码的数据来表示； 为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数 字信号编码的方式表示； 数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、 符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的 过程。
卫星
多点接收
地球表面
多点接收 发送
地球同步卫星通信
在赤道上空大约36000 km的地球同步卫星可接收地面来的微波信号，经放 大后重新发射回地面。地面现常用低成本的小孔终端VSAT（very small aperture terminal，1米的天线，输出功率为1W）+地面中心站HUB（较大 的、高增益天线，用于中继）经过两次反射进行通信，上行速率只有19.2 kbps，但下行可达512 kbps。 延迟大：端到端的传播时间大约为250ms~300ms，典型值为270ms，使用 中心站的VSAT则为540ms。
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单工、半双工与全双工通信
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同步通信与异步通信
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异步通信
2.2 传输介质及其主要特性
2.2.1 传输介质的主要类型
双绞线 同轴电缆 光纤电缆 无线与卫星通信信道
传输介质的特性：
物理特性：传输介质物理结构的描述； 传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及 调制技术、传输容量、传输的频率范围； 连通特性：允许点-点或多点连接； 地理范围：传输介质最大传输距离； 抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据 影响的能力； 相对价格：器件、安装与维护费用。
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光纤（Fiber Optics）
光纤由传导光波的高纯石英玻璃纤维和保护层（jacket）构成，其中纤芯（core） 的折射率大于包裹着它的包层（cladding）折射率，这样光信号就被保持在纤芯中 不会散播出去。 经常将多根光纤封装在坚固的外壳（sheath）中，形成所谓的多芯光缆。
昂贵的光纤？
光纤传输比较昂贵的原因主要在于光端设备和连接的复杂性。实际上， 光纤本身并不算贵。 有两种光源可用于信号源：LED（发光二极管）和ILD（注入型激光二 极管）。以光信号的有和无来表示二进制的“1”和“0”。 接收端由光电二极管构成的光检测器将光信号转换成电信号。 光纤的连接：
– 机械式：快速，一般不需特殊设备，新技术和连接器改善了 接合的损耗（有些 < 0.1 dB），适合于小数量和应急的应用。 – 熔结：需要昂贵的特殊设备，极低的损耗（有的可达< 0.05 dB），长距离链路的唯一方法。
双绞线（Twisted Pair）
双绞线由两条相互绝缘的铜线象螺纹一样扭绞在一起。扭绞的目 的是为了减少线对之间的电磁干扰。 电话端局到用户电话之间使用双绞线传输模拟的语音信号，距离 可达5~6公里。 在很多数字租用线路上，几公里范围内的传输速率可达几Mbps。 在LAN中，以太网可在100米距离内使双绞线上的速率达到10 Mbps、100 Mbps，甚至是不可思议的250 Mbps。 经常把4对双绞线封装在塑料套中构成所谓的非屏蔽双绞线UTP （Unshielded TP），其中有两类最常用于计算机网络： – 3类（category 3）UTP：较早应用于10 Mbps以太网和电话通 信，其扭绞程度较为松散。 – 5类（category 5）UTP 或超5类（category 5e）：现普遍应用 于百兆和千兆以太网中，其扭绞程度较之于3类UTP更加紧密， 抗干扰能力更强。 屏蔽双绞线STP（Shielded TP）有一层总的屏蔽层，ScTP中每对 线及总体都有屏蔽层。价格贵，性能好，应用少。
第2章 数据通信与广域网技术
作业:77-79页 一 二、1,2,3,7 三、1,5,6 四、2,3
本章学习要求：
掌握：数据通信的基本概念 了解：传输介质类型及主要特性 了解：无线与卫星通信技术的基本概念 掌握：数据编码的类型和基本方法 了解：基带传输的基本概念 掌握：频带传输的基本概念 掌握：多路复用的分类与特点 掌握：广域网中的数据交换技术的类型与工作原理 掌握：差错控制方法
单模和多模光纤
光线可以多个不同的入射角（大于或等于临界角）在纤芯内全反射 传播，可认为每一束不同入射角的光线具有一个不同的模态 （mode），具备这种特性的光纤称为多模光纤（multi-mode fiber）。 当光纤的直径减小到几个光波波长时，光纤就如同一个波导，光线 在纤芯内以直线传播而不会发生反射，这种光纤称为单模光纤 （single-mode fiber）。 由于光线在单模光纤中按直线传播，减小了损耗，因而可传播更长 的距离，几Gbps的速率可达几十公里。 多模光纤的直径约在几十µm，而单模光纤不到10µm。实际使用中， 裸光纤（纤芯和包层）的直径一般为125µm，其中多模的纤芯有 62.5µm（常用）和50µm两种；而单模的纤芯只有9µm。
2.2.2 双绞线的主要特性 屏蔽双绞线 STP 非屏蔽双绞线UTP
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2.1.2 数据传输类型与通信方式
网络中两台计算机的通信过程
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网络通信系统设计中要解决的几个基本问题： 数据传输类型 模拟通信 数字通信 数据通信方式 串行通信、并行通信 单工通信、半双工或全双工通信 同步方式 同步通信 异步通信
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同步通信