第 2 章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)教學(xué)課件

1、第二章第二章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù) 本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 傳輸介質(zhì)的主要特性和應(yīng)用傳輸介質(zhì)的主要特性和應(yīng)用 無線通信技術(shù)無線通信技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)控制技術(shù) 2.1 數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信的基本概念的基本概念 2.1.1 信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) l 信息信息是人對(duì)現(xiàn)實(shí)世界事物存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的某種認(rèn)識(shí)。任何事是人對(duì)現(xiàn)實(shí)世界事物存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的某種認(rèn)識(shí)。任何事物的存在，都伴隨著相應(yīng)的信息的存在，信息不僅能反映事物的特征、物的存在，都伴隨著相應(yīng)的信息的存在，信

2、息不僅能反映事物的特征、運(yùn)動(dòng)和行為，而且還能夠借助媒體（如空氣、光波、電磁波等）傳播運(yùn)動(dòng)和行為，而且還能夠借助媒體（如空氣、光波、電磁波等）傳播和擴(kuò)散。信息的載體可以是數(shù)值、文字、圖形、聲音、圖像以及動(dòng)畫和擴(kuò)散。信息的載體可以是數(shù)值、文字、圖形、聲音、圖像以及動(dòng)畫等。等。l 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是指把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式，它能被識(shí)別，也是指把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式，它能被識(shí)別，也可以被描述。數(shù)據(jù)按其連續(xù)性可分為可以被描述。數(shù)據(jù)按其連續(xù)性可分為模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)與與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。l 信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)的電磁波表示形式，一般以時(shí)間為自變量，以表示信息是數(shù)據(jù)的電磁波表示形式，一般以時(shí)間為自變

3、量，以表示信息（數(shù)據(jù)）的某個(gè)參量（振幅、頻率或相位）為因變量。（數(shù)據(jù)）的某個(gè)參量（振幅、頻率或相位）為因變量。l 模擬信號(hào)模擬信號(hào)是是隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，如圖隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，如圖 2-1（a）所示，這種信所示，這種信號(hào)的某種參量，如振幅和頻率，可以表示要傳送的信息。例如，電號(hào)的某種參量，如振幅和頻率，可以表示要傳送的信息。例如，電視圖像信號(hào)、語音信號(hào)、溫度壓力傳感器的輸出信號(hào)等。視圖像信號(hào)、語音信號(hào)、溫度壓力傳感器的輸出信號(hào)等。 l 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是指離散的信號(hào)是指離散的信號(hào),如圖如圖2-1（b）所示，如計(jì)算機(jī)使用的由）所示，如計(jì)算機(jī)使用的由“0”和和“1”組成的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)在通信

4、線路上傳輸時(shí)要借助電組成的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)在通信線路上傳輸時(shí)要借助電信號(hào)的狀態(tài)來表示二進(jìn)制代碼的值。因?yàn)殡娦盘?hào)可呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，信號(hào)的狀態(tài)來表示二進(jìn)制代碼的值。因?yàn)殡娦盘?hào)可呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，可以分別表示可以分別表示“0”和和“1”。圖圖2-1 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)波形模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)波形 2.1.2 基帶信號(hào)與寬帶信號(hào)基帶信號(hào)與寬帶信號(hào) 2.1.3 信道及信道的分類信道及信道的分類 信道信道（information channels）是信號(hào)傳輸?shù)谋亟?jīng)之路，包括傳輸媒）是信號(hào)傳輸?shù)谋亟?jīng)之路，包括傳輸媒體和通信設(shè)備。傳輸媒體可以是有形媒體，如電纜、光纖等，也可以體和通信設(shè)備。傳輸媒體可以是有形媒體，如電纜

5、、光纖等，也可以是無形媒體，如傳輸電磁波的空間。是無形媒體，如傳輸電磁波的空間。l 基帶信號(hào)基帶信號(hào)就是將計(jì)算機(jī)發(fā)送的就是將計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)“0 0”或或“1 1”用兩種不同的用兩種不同的電壓表示后，直接送到通信線路上傳輸?shù)男盘?hào)。電壓表示后，直接送到通信線路上傳輸?shù)男盘?hào)。l 寬帶信號(hào)寬帶信號(hào)是基帶信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后形成的頻分復(fù)用是基帶信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號(hào)模擬信號(hào)。1、信道的概念、信道的概念 2、信道的分類、信道的分類 常見的分類有以下一些：常見的分類有以下一些： （1）有線信道和無線信道）有線信道和無線信道 （2）物理信道和邏輯信道）物理信道和邏輯信道 l 有線信道有線

6、信道是指使用有線傳輸介質(zhì)的信道主要包括雙絞線、同軸電是指使用有線傳輸介質(zhì)的信道主要包括雙絞線、同軸電纜和光纜等。纜和光纜等。 l 無線信道無線信道是指以電磁波在空間傳播的方式傳送信息的信道，主要包是指以電磁波在空間傳播的方式傳送信息的信道，主要包括長(zhǎng)波信道、短波信道和微波信道等。括長(zhǎng)波信道、短波信道和微波信道等。l 物理信道物理信道是指用來傳送信號(hào)或數(shù)據(jù)的物理通路，物理信道由傳輸是指用來傳送信號(hào)或數(shù)據(jù)的物理通路，物理信道由傳輸介質(zhì)及有關(guān)設(shè)備組成。介質(zhì)及有關(guān)設(shè)備組成。 l 數(shù)字信道數(shù)字信道是用來傳輸離散數(shù)字信號(hào)的。是用來傳輸離散數(shù)字信號(hào)的。離散的數(shù)字信號(hào)在計(jì)算機(jī)中離散的數(shù)字信號(hào)在計(jì)算機(jī)中指由指由

7、“0”和和“1”的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列，當(dāng)利用數(shù)字信道傳的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列，當(dāng)利用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)不需要進(jìn)行變換，通常需要進(jìn)行數(shù)字編碼。輸數(shù)字信號(hào)時(shí)不需要進(jìn)行變換，通常需要進(jìn)行數(shù)字編碼。（3）數(shù)字信道和模擬信道）數(shù)字信道和模擬信道l 邏輯信道邏輯信道也是一種通路，但一般是指人為定義的信息傳輸通路，也是一種通路，但一般是指人為定義的信息傳輸通路，在信號(hào)收、發(fā)點(diǎn)之間并不存在一條物理傳輸介質(zhì)，通常把邏輯信道在信號(hào)收、發(fā)點(diǎn)之間并不存在一條物理傳輸介質(zhì)，通常把邏輯信道稱為稱為“連接連接”。l 模擬信道模擬信道是用來傳輸模擬信號(hào)的。模擬信號(hào)的電平隨時(shí)間連續(xù)變化，是用來傳輸模擬信號(hào)的。模擬

8、信號(hào)的電平隨時(shí)間連續(xù)變化，語音信號(hào)就是典型的模擬信號(hào)。如果利用模擬信道傳送數(shù)字信號(hào)，則語音信號(hào)就是典型的模擬信號(hào)。如果利用模擬信道傳送數(shù)字信號(hào)，則必須經(jīng)過數(shù)字與模擬信號(hào)之間的變換（必須經(jīng)過數(shù)字與模擬信號(hào)之間的變換（A/D變換器）。調(diào)制解調(diào)器就變換器）。調(diào)制解調(diào)器就是完成這種變換的。是完成這種變換的。2.1.4 數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo) l 傳輸速率傳輸速率是指：通信線路上傳輸信息的速度是指：通信線路上傳輸信息的速度,它是描述數(shù)據(jù)傳輸系它是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一。傳輸速率一般有兩種表示方法，即信號(hào)速率統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一。傳輸速率一般有兩種表示方法，即信號(hào)速率和調(diào)制速率。

9、和調(diào)制速率。 l 信號(hào)速率信號(hào)速率是指：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所傳送的二制位代碼的有效位數(shù)，以每是指：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所傳送的二制位代碼的有效位數(shù)，以每秒多少比特?cái)?shù)計(jì)，單位為秒多少比特?cái)?shù)計(jì)，單位為比特比特/秒秒（bit/s）。數(shù)字信號(hào)的速率通常用。數(shù)字信號(hào)的速率通常用“比特比特/秒秒”來表示來表示 l 調(diào)制速率調(diào)制速率是是指：每秒傳送的脈沖數(shù)，單位為指：每秒傳送的脈沖數(shù)，單位為波特波特/秒秒（Baud/s），），是是指信號(hào)在調(diào)制過程中，調(diào)制狀態(tài)每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)。模擬信號(hào)的速率指信號(hào)在調(diào)制過程中，調(diào)制狀態(tài)每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)。模擬信號(hào)的速率通常用通常用“波特波特/秒秒”來表示。來表示。1. 傳輸速率傳輸速率注意：注意

10、： “波特波特”與與“比特比特”的意義是不同的，每一的意義是不同的，每一“波特波特”，即模，即模擬信號(hào)的一個(gè)狀態(tài)不僅僅表示一位數(shù)據(jù)，而是代表了多位數(shù)據(jù)。擬信號(hào)的一個(gè)狀態(tài)不僅僅表示一位數(shù)據(jù)，而是代表了多位數(shù)據(jù)。（2）信道帶寬）信道帶寬 l 信道帶寬信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的頻率是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的頻率范圍，單位用赫茲（范圍，單位用赫茲（Hz）表示。）表示。 l 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道傳輸?shù)氖请姶挪ǎòo線電波、微波、光數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道傳輸?shù)氖请姶挪ǎòo線電波、微波、光波等），其帶寬就是所能傳輸電磁波的最大有效頻率減去最小有效波等），其帶寬就是

11、所能傳輸電磁波的最大有效頻率減去最小有效頻率所得到的值。頻率所得到的值。 （3）信道容量）信道容量 l 信道容量信道容量，即單位時(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)，單位為即單位時(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)，單位為比特比特/秒（秒（bit/s），它是某個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)速率的一個(gè)上限。），它是某個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)速率的一個(gè)上限。 注意注意：信道的信道的容量容量與與信道帶寬信道帶寬成正比關(guān)系，即信道帶寬越寬，信道容成正比關(guān)系，即信道帶寬越寬，信道容量就越大，所以人們有時(shí)愿意將量就越大，所以人們有時(shí)愿意將“帶寬帶寬”作為信道所能傳送的作為信道所能傳送的“最高最高速率速率”的同義語，盡管這種叫法不太嚴(yán)格。的

12、同義語，盡管這種叫法不太嚴(yán)格。l 傳輸數(shù)據(jù)的速率都不可能超過信道容量上限，否則信號(hào)就會(huì)失真?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)的速率都不可能超過信道容量上限，否則信號(hào)就會(huì)失真 2.1.5 通信方式通信方式 通信方式是指通信雙方的信息交互的方式，在設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)時(shí)，通信方式是指通信雙方的信息交互的方式，在設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)時(shí)，還要回答以下還要回答以下 3 個(gè)問題。個(gè)問題。 l 是采用單工通信方式，還是采用半雙工或全雙工通信方式？是采用單工通信方式，還是采用半雙工或全雙工通信方式？ l 是采用串行通信方式，還是采用并行通信方式？是采用串行通信方式，還是采用并行通信方式？ l 是采用同步通信方式，還是采用異步通信方式？是采用同

13、步通信方式，還是采用異步通信方式？ 單工通信是指單工通信是指數(shù)據(jù)信號(hào)僅沿一個(gè)方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接數(shù)據(jù)信號(hào)僅沿一個(gè)方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時(shí)候都不能改變信號(hào)傳送方向。收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時(shí)候都不能改變信號(hào)傳送方向。如圖如圖2-2所示：所示：發(fā)發(fā)送送端端接接收收端端數(shù)據(jù)的單方向性數(shù)據(jù)的單方向性主機(jī)主機(jī)顯示器顯示器圖圖2-2 單工通信示意圖單工通信示意圖l 單工通信單工通信1、單工、半雙工與全雙工通信、單工、半雙工與全雙工通信 l 半雙工通信半雙工通信 半雙工通信是指信號(hào)可以沿兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只半雙工通信是指信號(hào)可以沿兩

14、個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送，即兩個(gè)方向的傳輸只能交替進(jìn)行，而不能同時(shí)進(jìn)行。允許單方向傳送，即兩個(gè)方向的傳輸只能交替進(jìn)行，而不能同時(shí)進(jìn)行。如圖如圖2-3所示：所示：發(fā)送端/接收端發(fā)送端/接收端不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)雙向傳輸不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)雙向傳輸對(duì)講機(jī)對(duì)講機(jī)對(duì)講機(jī)對(duì)講機(jī)圖圖2-3 半雙工通信示意圖半雙工通信示意圖l 全雙工通信全雙工通信 全雙工通信是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)沿相反的兩個(gè)方向作雙向傳輸，比如，全雙工通信是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)沿相反的兩個(gè)方向作雙向傳輸，比如，電話通話。電話通話。全雙工通信需要兩條信道，一條用來接收信息，一條用來全雙工通信需要兩條信道，一條用來接收信息，一條用來發(fā)送信息，因

15、此其通信效率很高。如圖發(fā)送信息，因此其通信效率很高。如圖2-42-4所示所示。發(fā)送端接收端任何時(shí)刻的數(shù)據(jù)雙向傳輸任何時(shí)刻的數(shù)據(jù)雙向傳輸電話機(jī)電話機(jī)電話機(jī)電話機(jī)圖圖2- 4 全雙工通信示意圖全雙工通信示意圖 2、串行通信和并行通信、串行通信和并行通信 l 串行通信串行通信 串行通信串行通信，是將待傳送的每個(gè)字符的二進(jìn)制代碼按由低到高的順，是將待傳送的每個(gè)字符的二進(jìn)制代碼按由低到高的順序，依次發(fā)送，如圖序，依次發(fā)送，如圖2-5所示。其優(yōu)點(diǎn)是：收、發(fā)雙方只需要一條所示。其優(yōu)點(diǎn)是：收、發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，成本低；缺點(diǎn)是：速度比較慢。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，成本低；缺點(diǎn)是：速度比較

16、慢。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信中，一般都采用串行通信方式。通信中，一般都采用串行通信方式。圖圖2- 5 串行通信示意圖串行通信示意圖 l 并行通信并行通信 并行通信并行通信，是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳，是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸，如圖輸，如圖2-6所示。其優(yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)送與接收端之間有若干條所示。其優(yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)送與接收端之間有若干條線路，費(fèi)用高，僅適合于近距離和高速數(shù)據(jù)通信的環(huán)境下使用。線路，費(fèi)用高，僅適合于近距離和高速數(shù)據(jù)通信的環(huán)境下使用。圖圖2- 6 并行通信示意圖并行通信示意圖 3、同步技術(shù)、同步技術(shù) 同步同步，就是要求通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保

17、持一致，它是數(shù)就是要求通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致，它是數(shù)字通信中必須要解決的一個(gè)重要問題。字通信中必須要解決的一個(gè)重要問題。 在數(shù)據(jù)通信過程中，常用的同步技術(shù)有以下兩種。在數(shù)據(jù)通信過程中，常用的同步技術(shù)有以下兩種。l 異步通信方式異步通信方式 每傳送每傳送1個(gè)字符都要在每個(gè)字符碼前加個(gè)字符都要在每個(gè)字符碼前加1個(gè)個(gè)起始位起始位，以表示字符代碼，以表示字符代碼的開始；在字符代碼和校驗(yàn)位后面加的開始；在字符代碼和校驗(yàn)位后面加1或或2個(gè)個(gè)停止位停止位，表示字符結(jié)束。，表示字符結(jié)束。 接收方根據(jù)接收方根據(jù)起始位起始位和和停止位停止位來判斷一個(gè)新字符的開始和結(jié)束，從來判斷一個(gè)新字符的開始和結(jié)束，

18、從而起到通信雙方的同步作用。異步通信方式如圖而起到通信雙方的同步作用。異步通信方式如圖2-7所示。所示。 圖圖2- 7 異步通信方式異步通信方式 異步方式的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，但每傳輸一個(gè)字符都需要多使用異步方式的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，但每傳輸一個(gè)字符都需要多使用2到到3位，所以適合于低速通信。位，所以適合于低速通信。 l 同步通信方式同步通信方式 該方式中，傳輸?shù)男畔⒏袷绞且唤M字符或一個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)該方式中，傳輸?shù)男畔⒏袷绞且唤M字符或一個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊（幀）。據(jù)塊（幀）。 對(duì)這些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位和停止位，而是在發(fā)送一組字符或?qū)@些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位和停止位，而是在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之

19、前先發(fā)送一個(gè)同步字符數(shù)據(jù)塊之前先發(fā)送一個(gè)同步字符SYN（以（以01101000表示）或一個(gè)同步表示）或一個(gè)同步字節(jié)（字節(jié)（01111110），用于接收方進(jìn)行同步檢測(cè)，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入），用于接收方進(jìn)行同步檢測(cè)，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入同步狀態(tài)。同步狀態(tài)。 在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個(gè)字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個(gè)字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來標(biāo)識(shí)整個(gè)發(fā)送過程的結(jié)束，送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來標(biāo)識(shí)整個(gè)發(fā)送過程的結(jié)束，如圖如圖2-8所示。所示。 返回本節(jié)首頁返回本節(jié)首頁返回本章首頁返回本章首頁圖圖2- 8 同步通信方式同步通信方

20、式 在同步傳送時(shí)，由于發(fā)送方和接收方將整個(gè)字符組作為一個(gè)單位傳在同步傳送時(shí)，由于發(fā)送方和接收方將整個(gè)字符組作為一個(gè)單位傳送，且附加位又非常少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省＿@種方法一般送，且附加位又非常少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。這種方法一般用在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，例如，計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。用在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，例如，計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。2.2 傳輸介質(zhì)的主要特性和應(yīng)用傳輸介質(zhì)的主要特性和應(yīng)用 2.2.1 傳輸介質(zhì)的主要類型傳輸介質(zhì)的主要類型 常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可分為兩類：一類是有線的，一類是無線常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可分為兩類：一類是有線的，一類是無線的。有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線（的。有

21、線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線（Twisted Pair，包括屏蔽雙絞線，包括屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線）、同軸電纜（和非屏蔽雙絞線）、同軸電纜（Coaxial Cable）及光纖（）及光纖（Fiber Optics），如圖），如圖2-9所示；無線傳輸介質(zhì)有無線電和微波等。所示；無線傳輸介質(zhì)有無線電和微波等。圖圖2- 9 常用的有線傳輸介質(zhì)常用的有線傳輸介質(zhì) 2.2.2 雙絞線（雙絞線（Twisted-pair） 1、雙絞線的物理特性、雙絞線的物理特性 l 雙絞線是由相互絕緣的兩根銅線按一定扭距相互絞合在一起的類似雙絞線是由相互絕緣的兩根銅線按一定扭距相互絞合在一起的類似于電話線的傳輸媒體，為了減少信號(hào)

22、傳輸中串?dāng)_及電磁干擾（于電話線的傳輸媒體，為了減少信號(hào)傳輸中串?dāng)_及電磁干擾（EMI）影響的程度，通常將這些線按一定的密度互相纏繞在一起。每根銅線影響的程度，通常將這些線按一定的密度互相纏繞在一起。每根銅線加絕緣層并有顏色來標(biāo)記，如圖加絕緣層并有顏色來標(biāo)記，如圖2-10所示：所示： 圖圖2-10 雙絞線結(jié)構(gòu)示意圖雙絞線結(jié)構(gòu)示意圖l 雙絞線雙絞線的價(jià)格在傳輸媒體中是最便宜的，并且安裝簡(jiǎn)單，所以得的價(jià)格在傳輸媒體中是最便宜的，并且安裝簡(jiǎn)單，所以得到廣泛的使用。到廣泛的使用。l 雙絞線雙絞線是模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信最普通的傳輸媒體，它的主要應(yīng)用是模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信最普通的傳輸媒體，它的主要應(yīng)用范圍是電話系

23、統(tǒng)中的模擬話音傳輸，最適合于較短距離的信息傳輸，范圍是電話系統(tǒng)中的模擬話音傳輸，最適合于較短距離的信息傳輸，當(dāng)超過幾千米時(shí)信號(hào)會(huì)發(fā)生衰減，這時(shí)就要使用中繼器來放大信號(hào)當(dāng)超過幾千米時(shí)信號(hào)會(huì)發(fā)生衰減，這時(shí)就要使用中繼器來放大信號(hào)和再生波形。和再生波形。l 在局域網(wǎng)中一般都采用雙絞線作為傳輸媒體。雙絞線可分為非屏在局域網(wǎng)中一般都采用雙絞線作為傳輸媒體。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線（蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（）和屏蔽雙絞線（STP），如圖），如圖2-11所示。所示。兩者的兩者的差異在于屏蔽雙絞線在雙絞線和外皮之間增加了一個(gè)鉛箔屏蔽層，差異在于屏蔽雙絞線在雙絞線和外皮之間增加了一個(gè)鉛箔屏蔽層，如圖如圖

24、2-11(a)所示，目的是提高雙絞線的抗干擾性能所示，目的是提高雙絞線的抗干擾性能。圖圖2-11 STP與與UTP（a）屏蔽雙絞線）屏蔽雙絞線STP （b）非屏蔽雙絞線）非屏蔽雙絞線UTP 2非屏蔽雙絞線的類型非屏蔽雙絞線的類型 按照按照EIA/TIA（電氣工業(yè)協(xié)會(huì)電氣工業(yè)協(xié)會(huì)/電信工業(yè)協(xié)會(huì)）電信工業(yè)協(xié)會(huì)）568A標(biāo)準(zhǔn)，共分為標(biāo)準(zhǔn)，共分為16 類。類。l 1類線類線 可用于電話傳輸，但不適合數(shù)據(jù)傳輸，這一級(jí)電纜沒有固定的可用于電話傳輸，但不適合數(shù)據(jù)傳輸，這一級(jí)電纜沒有固定的性能要求。性能要求。l 2類線類線 可用于電話傳輸和最高為可用于電話傳輸和最高為4Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，包括的數(shù)據(jù)傳輸，

25、包括4對(duì)雙絞線。對(duì)雙絞線。l 3類線類線 可用于最高為可用于最高為10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，包括的數(shù)據(jù)傳輸，包括4對(duì)雙絞線，常用于對(duì)雙絞線，常用于10BaseT以太網(wǎng)的語音和數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)的語音和數(shù)據(jù)傳輸。l 4類線類線 可用于可用于16Mbit/s的令牌環(huán)網(wǎng)和大型的令牌環(huán)網(wǎng)和大型10BaseT以太網(wǎng)，包括以太網(wǎng)，包括4對(duì)對(duì)雙絞線。其測(cè)試速度可達(dá)雙絞線。其測(cè)試速度可達(dá)20Mbit/s。l 5類線類線 既可用于既可用于100Mbit/s的快速以太網(wǎng)連接又支持的快速以太網(wǎng)連接又支持150Mbit/s的的ATM數(shù)據(jù)傳輸，包括數(shù)據(jù)傳輸，包括4對(duì)雙絞線，是連接桌面設(shè)備的首選傳輸介質(zhì)。對(duì)雙絞線，是連接

26、桌面設(shè)備的首選傳輸介質(zhì)。l 6類線類線 在外形上和結(jié)構(gòu)上與在外形上和結(jié)構(gòu)上與5類和超類和超5類雙絞線都有一定的差別，與類雙絞線都有一定的差別，與5類和超類和超5類線相比，它具有傳輸距離長(zhǎng)、傳輸損耗小、耐磨、抗干擾能類線相比，它具有傳輸距離長(zhǎng)、傳輸損耗小、耐磨、抗干擾能力強(qiáng)等特性，常用在千兆位以太網(wǎng)和萬兆位以太網(wǎng)中。力強(qiáng)等特性，常用在千兆位以太網(wǎng)和萬兆位以太網(wǎng)中。 注意注意： 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用的是3類線（類線（CAT3）、）、5類線（類線（CAT5）、超）、超5類線類線（CAT5e）和）和6類線（類線（CAT6）。）。3. 雙絞線組網(wǎng)常用的連接設(shè)備雙絞線組網(wǎng)常用的連接設(shè)備圖圖2-

27、13 RJ-45水晶頭水晶頭 圖圖2-14 集線器集線器/交換機(jī)交換機(jī) 圖圖2-12 6類類UTP l 5類線類線和和3類線相比大大增加了每單位長(zhǎng)度的絞合次數(shù)，并在線對(duì)間的絞合類線相比大大增加了每單位長(zhǎng)度的絞合次數(shù)，并在線對(duì)間的絞合度和線對(duì)內(nèi)兩根導(dǎo)線的絞合度都經(jīng)過了精心的設(shè)計(jì)，這樣大大提高了線路度和線對(duì)內(nèi)兩根導(dǎo)線的絞合度都經(jīng)過了精心的設(shè)計(jì)，這樣大大提高了線路的傳輸質(zhì)量。的傳輸質(zhì)量。l 6類線類線增加了絕緣的十字骨架，電纜的直徑更粗，將雙絞線的增加了絕緣的十字骨架，電纜的直徑更粗，將雙絞線的4對(duì)線分別置對(duì)線分別置于十字骨架的于十字骨架的4個(gè)凹槽內(nèi)，保持個(gè)凹槽內(nèi)，保持4對(duì)雙絞線的相對(duì)位置，如圖對(duì)雙

28、絞線的相對(duì)位置，如圖2-12所示，從所示，從而提高了電纜的平衡特性和抗干擾性，而且傳輸?shù)乃p也更小。而提高了電纜的平衡特性和抗干擾性，而且傳輸?shù)乃p也更小。2.2.3 同軸電纜（同軸電纜（Coaxial cable） 1同軸電纜的物理特性同軸電纜的物理特性l 同軸電纜是由繞同一軸線的兩個(gè)導(dǎo)體所組成，即同軸電纜是由繞同一軸線的兩個(gè)導(dǎo)體所組成，即內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體（銅芯導(dǎo)線）（銅芯導(dǎo)線）和和外導(dǎo)體外導(dǎo)體(屏蔽層屏蔽層)，外導(dǎo)體的作用是屏蔽電磁干擾和輻射，兩導(dǎo)體之間，外導(dǎo)體的作用是屏蔽電磁干擾和輻射，兩導(dǎo)體之間用絕緣材料隔離，如圖用絕緣材料隔離，如圖2-14所示。同軸電纜具有較高的帶寬和極好的抗所示。同軸

29、電纜具有較高的帶寬和極好的抗干擾特性。干擾特性。圖圖2-14 同軸電纜結(jié)構(gòu)圖同軸電纜結(jié)構(gòu)圖l 同軸電纜又可分為兩類：同軸電纜又可分為兩類：粗纜粗纜和和細(xì)纜細(xì)纜。經(jīng)常提到的。經(jīng)常提到的10BASE-2和和10Base-5以太網(wǎng)就是分別使用細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜組網(wǎng)的。用同軸電纜組網(wǎng)，以太網(wǎng)就是分別使用細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜組網(wǎng)的。用同軸電纜組網(wǎng)，需要在兩端連接需要在兩端連接50的反射電阻，這就是通常所說的終端匹配器。的反射電阻，這就是通常所說的終端匹配器。l 使用同軸電纜同軸電纜組網(wǎng)的其它連接設(shè)備，細(xì)纜與粗纜的不盡相使用同軸電纜同軸電纜組網(wǎng)的其它連接設(shè)備，細(xì)纜與粗纜的不盡相同，即使名稱一樣，其規(guī)

30、格、大小也是有差別的。同，即使名稱一樣，其規(guī)格、大小也是有差別的。 2. 細(xì)纜組網(wǎng)常用的連接設(shè)備細(xì)纜組網(wǎng)常用的連接設(shè)備圖圖2-15 細(xì)纜常用連接設(shè)備細(xì)纜常用連接設(shè)備2.2.4 光纜（光纜（Fiber Optical Cable） 1光纖的物理特性光纖的物理特性 l 光纖是一種由石英玻璃纖維或塑料制成的，直徑很細(xì)，能傳導(dǎo)光信光纖是一種由石英玻璃纖維或塑料制成的，直徑很細(xì)，能傳導(dǎo)光信號(hào)的媒體，如圖號(hào)的媒體，如圖2-16所示。所示。 一根光纜中至少應(yīng)包括兩條獨(dú)立的導(dǎo)芯，一根光纜中至少應(yīng)包括兩條獨(dú)立的導(dǎo)芯，一條發(fā)送，另一條接收。一條發(fā)送，另一條接收。圖圖2-16 光纖結(jié)構(gòu)示意圖光纖結(jié)構(gòu)示意圖l 一根光

31、纜可以包括二至數(shù)百根光纖，并用加強(qiáng)芯和填充物來提高機(jī)械一根光纜可以包括二至數(shù)百根光纖，并用加強(qiáng)芯和填充物來提高機(jī)械強(qiáng)度。光束在玻璃纖維內(nèi)傳輸，防磁防電，傳輸穩(wěn)定，質(zhì)量高。因此光強(qiáng)度。光束在玻璃纖維內(nèi)傳輸，防磁防電，傳輸穩(wěn)定，質(zhì)量高。因此光纖多適用于高速網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)。纖多適用于高速網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)。l 根據(jù)使用的光源和傳輸模式，光纖可分為根據(jù)使用的光源和傳輸模式，光纖可分為多模光纖多模光纖和和單模光纖單模光纖。l 單模光纖單模光纖采用注人式激光二極管作為光源，激光的定向性強(qiáng)。單模光纖采用注人式激光二極管作為光源，激光的定向性強(qiáng)。單模光纖的芯線直徑非常接近光波的波長(zhǎng)，當(dāng)激光束進(jìn)人玻璃芯中的角度差別很小

32、的芯線直徑非常接近光波的波長(zhǎng)，當(dāng)激光束進(jìn)人玻璃芯中的角度差別很小時(shí)，光線則不必經(jīng)過多次反射式的傳播，而是一直向前傳播能以單一的模時(shí)，光線則不必經(jīng)過多次反射式的傳播，而是一直向前傳播能以單一的模式無反射地沿直線傳播，如圖式無反射地沿直線傳播，如圖2-17所示。所示。 玻璃芯的直徑接近光波波長(zhǎng)玻璃芯的直徑接近光波波長(zhǎng)圖圖 2-17 單模光纖傳播示意圖單模光纖傳播示意圖 玻璃芯的直徑大于光波波長(zhǎng)玻璃芯的直徑大于光波波長(zhǎng)圖圖 2-18 多模光纖傳播示意圖多模光纖傳播示意圖l 多模光纖多模光纖采用發(fā)光二極管產(chǎn)生可見光作為光源，當(dāng)光纖芯線的直徑采用發(fā)光二極管產(chǎn)生可見光作為光源，當(dāng)光纖芯線的直徑比光波波長(zhǎng)大

33、很多時(shí)，由于光束進(jìn)入芯線中的角度不同傳播路徑也不比光波波長(zhǎng)大很多時(shí)，由于光束進(jìn)入芯線中的角度不同傳播路徑也不同，這時(shí)光束是以多種模式在芯線內(nèi)不斷反射而向前傳播，如圖同，這時(shí)光束是以多種模式在芯線內(nèi)不斷反射而向前傳播，如圖2-18所示。所示。2光纖的特點(diǎn)光纖的特點(diǎn) l 光纖有較大的帶寬，通信容量大。光纖有較大的帶寬，通信容量大。l 光纖的傳輸速率高，能超過千兆位光纖的傳輸速率高，能超過千兆位/ /秒。秒。l 光纖的傳輸衰減小，連接的范圍更廣。光纖的傳輸衰減小，連接的范圍更廣。l 光纖不受外界電磁波的干擾，因而電磁絕緣性能好，適宜在電氣光纖不受外界電磁波的干擾，因而電磁絕緣性能好，適宜在電氣干擾嚴(yán)

34、重的環(huán)境中干擾嚴(yán)重的環(huán)境中使用。使用。l 光纖無串音干擾，不易被竊聽和截取數(shù)據(jù)，因而安全保密性好。光纖無串音干擾，不易被竊聽和截取數(shù)據(jù)，因而安全保密性好。 3光纖的規(guī)格光纖的規(guī)格 返回本節(jié)首頁返回本節(jié)首頁返回本章首頁返回本章首頁2.3 無線通信技術(shù)無線通信技術(shù) 2.3.1 電磁波譜電磁波譜 描述電磁波的參數(shù)有三個(gè)：描述電磁波的參數(shù)有三個(gè)：波長(zhǎng)波長(zhǎng) 、頻率頻率f 和和光速光速C。三者間的關(guān)系三者間的關(guān)系為：為：C=f 電磁波的傳播有兩種方式：一種是在有限空間領(lǐng)域內(nèi)傳播，電磁波的傳播有兩種方式：一種是在有限空間領(lǐng)域內(nèi)傳播，如利用如利用雙絞線、同軸電纜和光纖來傳輸電磁波雙絞線、同軸電纜和光纖來傳輸電

35、磁波；另一種方式是在自由空間中另一種方式是在自由空間中傳播，即通過無線方式傳播。傳播，即通過無線方式傳播。1. 電磁波電磁波2. 電磁波的頻譜圖電磁波的頻譜圖 按照頻率由低到高的順序排列，不同頻率的電磁波可以分為無線電按照頻率由低到高的順序排列，不同頻率的電磁波可以分為無線電、紅外線紅外線、可見光可見光、紫外線紫外線、X射線和射線和射線射線,如圖如圖2-19所示。所示。 圖圖2-19 電磁波譜與通信類型關(guān)系示意圖電磁波譜與通信類型關(guān)系示意圖 2.3.2 無線電通信無線電通信 無線電通信主要有以下一些特點(diǎn)：無線電通信主要有以下一些特點(diǎn)：l 傳播距離較遠(yuǎn)，容易穿過建筑物，而且無線電波是全方向傳播的

36、，因此無傳播距離較遠(yuǎn)，容易穿過建筑物，而且無線電波是全方向傳播的，因此無線電波的發(fā)射和接收裝置不必要求精確對(duì)準(zhǔn)。線電波的發(fā)射和接收裝置不必要求精確對(duì)準(zhǔn)。 l 無線電波極易受到電子設(shè)備的各種電磁干擾無線電波極易受到電子設(shè)備的各種電磁干擾 ，并且其傳播特性與頻率密，并且其傳播特性與頻率密切相關(guān)。切相關(guān)。 l 中、低頻中、低頻（頻率在（頻率在1MHz以下）無線電波以下）無線電波沿地球表面沿地球表面?zhèn)鞑?，能輕易地繞傳播，能輕易地繞過一般障礙物，但其能量隨著傳播距離的增大而急劇下降，且通信帶寬過一般障礙物，但其能量隨著傳播距離的增大而急劇下降，且通信帶寬較低，如圖較低，如圖2-20(a)所示。所示。l

37、高頻和甚高頻高頻和甚高頻（頻率在（頻率在3MHz1GHz之間）無線電波趨于之間）無線電波趨于直線傳播直線傳播，易受障礙物的阻擋并將被地球表面吸收。但是到達(dá)離地球表面大約易受障礙物的阻擋并將被地球表面吸收。但是到達(dá)離地球表面大約100km500km高度的帶電粒子層的無線電波將被反射回地球表面，如圖高度的帶電粒子層的無線電波將被反射回地球表面，如圖2-20(b)所示。所示。我們可以利用無線電波的這種特性來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。我們可以利用無線電波的這種特性來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 圖圖2- -20 無線電波傳播示意圖無線電波傳播示意圖 2.3.3 微波通信微波通信 微波通信主要有以下一些特點(diǎn)：微波通信主要有以下一

38、些特點(diǎn)：l 微波的頻率范圍為微波的頻率范圍為2GHz400GHz，其典型的工作頻率為其典型的工作頻率為2GHz、4GHz、8GHz和和12GHz。微波在空間主要是。微波在空間主要是直線傳播直線傳播，所以微波的發(fā)所以微波的發(fā)射天線和接收天線必須精確對(duì)準(zhǔn)。又射天線和接收天線必須精確對(duì)準(zhǔn)。又由于微波會(huì)穿透電離層而進(jìn)入宇由于微波會(huì)穿透電離層而進(jìn)入宇宙空間，因此它不像無線電通信可以經(jīng)電離層反射傳播到地面上很遠(yuǎn)宙空間，因此它不像無線電通信可以經(jīng)電離層反射傳播到地面上很遠(yuǎn)的地方。的地方。l 微波經(jīng)長(zhǎng)距離傳送后會(huì)發(fā)生衰減，因此每隔一段距離就需要架設(shè)一微波經(jīng)長(zhǎng)距離傳送后會(huì)發(fā)生衰減，因此每隔一段距離就需要架設(shè)一個(gè)

39、個(gè)微波中繼站微波中繼站，兩個(gè)中繼站之間的距離一般為，兩個(gè)中繼站之間的距離一般為30km50km，如圖如圖2-21所示。所示。圖圖2-21 微波通信示意圖微波通信示意圖2.3.4 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 l 微波微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大，波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大，可同時(shí)傳送大量的信息，且傳輸質(zhì)量也比較穩(wěn)定?？赏瑫r(shí)傳送大量的信息，且傳輸質(zhì)量也比較穩(wěn)定。與相同容量和長(zhǎng)度的與相同容量和長(zhǎng)度的電纜載波通信比較，微波通信建設(shè)投資少、見效快。電纜載波通信比較，微波通信建設(shè)投資少、見效快。l 微波通信的微波通信的缺點(diǎn)缺點(diǎn)是：它在雨雪天氣傳輸時(shí)會(huì)被吸

40、收，從而造成損耗，是：它在雨雪天氣傳輸時(shí)會(huì)被吸收，從而造成損耗，而且微波的保密性也不如電纜和光纜好，對(duì)于保密性要求比較高的應(yīng)用而且微波的保密性也不如電纜和光纜好，對(duì)于保密性要求比較高的應(yīng)用場(chǎng)合需要另外采取加密措施。場(chǎng)合需要另外采取加密措施。 衛(wèi)星通信實(shí)質(zhì)上就是在地面站之間利用地球上空三萬六千公里的同步地衛(wèi)星通信實(shí)質(zhì)上就是在地面站之間利用地球上空三萬六千公里的同步地球衛(wèi)星作為中繼器的一種球衛(wèi)星作為中繼器的一種微波接力通信微波接力通信。 衛(wèi)星通信主要有以下一些特點(diǎn)：衛(wèi)星通信主要有以下一些特點(diǎn)：l 通信距離遠(yuǎn)、通信距離遠(yuǎn)、容量大、質(zhì)量穩(wěn)定、容量大、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高。在電波覆蓋范圍內(nèi)，任可靠性高。在

41、電波覆蓋范圍內(nèi)，任何一處都可以通信，且通信費(fèi)用與通信距離無關(guān)。何一處都可以通信，且通信費(fèi)用與通信距離無關(guān)。 l 衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制。一個(gè)同步衛(wèi)星可以覆蓋衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制。一個(gè)同步衛(wèi)星可以覆蓋地球的三分之一以上的表面地球的三分之一以上的表面只要在地球赤道上空的同步軌道上等距離地只要在地球赤道上空的同步軌道上等距離地放置三顆相隔放置三顆相隔120度的衛(wèi)星，就能基本上實(shí)現(xiàn)全球的通信，如圖度的衛(wèi)星，就能基本上實(shí)現(xiàn)全球的通信，如圖2-22所示。所示。l 信號(hào)信號(hào)受陸地災(zāi)害影響小，易于實(shí)現(xiàn)廣播通信和多址通信。受陸地災(zāi)害影響小，易于實(shí)現(xiàn)廣播通信和多址通信。l 衛(wèi)星通

42、信的衛(wèi)星通信的缺點(diǎn)缺點(diǎn)是：是：通信費(fèi)用高，延時(shí)較大，通信費(fèi)用高，延時(shí)較大，不管兩個(gè)地面站之間的不管兩個(gè)地面站之間的地面距離是多少，傳播的延遲時(shí)間都為地面距離是多少，傳播的延遲時(shí)間都為270ms，這這比比地面電纜地面電纜的的傳播延遲傳播延遲時(shí)間要時(shí)間要高高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。幾個(gè)數(shù)量級(jí)。圖圖 2-22 衛(wèi)星通信示意圖衛(wèi)星通信示意圖2.3.5 移動(dòng)通信移動(dòng)通信 l 移動(dòng)通信移動(dòng)通信主要是指：移動(dòng)物體與固定物體，移動(dòng)物體與移動(dòng)物體主要是指：移動(dòng)物體與固定物體，移動(dòng)物體與移動(dòng)物體之間的通信。移動(dòng)物體之間的通信通常依靠移動(dòng)通信系統(tǒng)之間的通信。移動(dòng)物體之間的通信通常依靠移動(dòng)通信系統(tǒng)（Mobile Telecomm

43、unications System，MTS）來實(shí)現(xiàn)）來實(shí)現(xiàn)。l 目前實(shí)際應(yīng)用的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有：蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、無繩電目前實(shí)際應(yīng)用的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有：蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、無繩電話系統(tǒng)、無線電尋呼系統(tǒng)、話系統(tǒng)、無線電尋呼系統(tǒng)、AdHoc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)等 1. 移動(dòng)通信的含義移動(dòng)通信的含義2. 移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展 移動(dòng)通信系統(tǒng)通常分為以下幾代：移動(dòng)通信系統(tǒng)通常分為以下幾代： l 1G（The First Generation）。）。1G 系統(tǒng)又稱為系統(tǒng)又稱為類比式移動(dòng)電話系類比式移動(dòng)電話系統(tǒng)統(tǒng)（AMPS），自），自20世紀(jì)世紀(jì)80年

44、代起開始使用。該系統(tǒng)的通話方式年代起開始使用。該系統(tǒng)的通話方式是蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)，僅限語音的傳送。是蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)，僅限語音的傳送。l 2G（The Second Generation）。）。2G系統(tǒng)又稱為系統(tǒng)又稱為數(shù)字移動(dòng)通信系數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)統(tǒng)，對(duì)語音以數(shù)字化方式傳輸，除具有通話功能外，還引入了短，對(duì)語音以數(shù)字化方式傳輸，除具有通話功能外，還引入了短信功能。信功能。l 3G（The Third Generation）。）。3G系統(tǒng)又稱為系統(tǒng)又稱為多媒體移動(dòng)通信系多媒體移動(dòng)通信系統(tǒng)統(tǒng)，它是一種將無線通信與互聯(lián)網(wǎng)多媒體通信相結(jié)合的新一代移，它是一種將無線通信與互聯(lián)網(wǎng)多媒體通信相結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系

45、統(tǒng)。動(dòng)通信系統(tǒng)。3G系統(tǒng)能夠處理圖像、聲音、視頻等多媒體信息，系統(tǒng)能夠處理圖像、聲音、視頻等多媒體信息，提供網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)信息等多種服務(wù)。提供網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)信息等多種服務(wù)。返回本節(jié)首頁返回本節(jié)首頁返回本章首頁返回本章首頁l 4G（The Forth Generation）。目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)剛剛步入）。目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)剛剛步入4G時(shí)時(shí)代，代，4G系統(tǒng)的主要目標(biāo)是系統(tǒng)的主要目標(biāo)是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，并提高，并提高移動(dòng)裝置無線訪問互聯(lián)網(wǎng)的速度。移動(dòng)裝置無線訪問互聯(lián)網(wǎng)的速度。l 5G（The Fifth Generation）。）。

46、 最新一代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是最新一代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是繼繼4G之后的延伸，它具有更高的傳輸速率、更快的反應(yīng)速度和更大之后的延伸，它具有更高的傳輸速率、更快的反應(yīng)速度和更大的連接數(shù)量。的連接數(shù)量。5G技術(shù)的特點(diǎn)可簡(jiǎn)單概括為：技術(shù)的特點(diǎn)可簡(jiǎn)單概括為：“無與倫比的速度、既無與倫比的速度、既實(shí)時(shí)又可靠、人多也沒問題、啥都能通信、體驗(yàn)俱佳實(shí)時(shí)又可靠、人多也沒問題、啥都能通信、體驗(yàn)俱佳”。 2.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 2.4.1 電路交換（電路交換（Circuit Switching） 一般我們按照通信子網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)對(duì)進(jìn)入子網(wǎng)的數(shù)據(jù)所實(shí)施的轉(zhuǎn)發(fā)一般我們按照通信子網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)對(duì)進(jìn)入子網(wǎng)的數(shù)

47、據(jù)所實(shí)施的轉(zhuǎn)發(fā)方式的不同來分類，可將數(shù)據(jù)交換的方式分為以下兩大類：方式的不同來分類，可將數(shù)據(jù)交換的方式分為以下兩大類：l 電路交換電路交換l 存儲(chǔ)存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)交換轉(zhuǎn)發(fā)交換 電路交換電路交換也稱為線路交換，是一種直接的交換方式，也稱為線路交換，是一種直接的交換方式，與電話交換方與電話交換方式的工作過程很類似。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過通信子網(wǎng)交換數(shù)據(jù)之前，首先式的工作過程很類似。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過通信子網(wǎng)交換數(shù)據(jù)之前，首先要在通信子網(wǎng)中通過一個(gè)一個(gè)交換設(shè)備間的線路連接，建立一條實(shí)際要在通信子網(wǎng)中通過一個(gè)一個(gè)交換設(shè)備間的線路連接，建立一條實(shí)際的專用的物理通路。的專用的物理通路。 電路交換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信需經(jīng)過電路交換實(shí)

48、現(xiàn)數(shù)據(jù)通信需經(jīng)過建立連接建立連接、數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接釋放連接三個(gè)三個(gè)步驟，如圖步驟，如圖2-23所示所示圖圖2-23 電路交換示意圖電路交換示意圖電路交換的優(yōu)、缺點(diǎn)：電路交換的優(yōu)、缺點(diǎn)：l 實(shí)時(shí)性好，實(shí)時(shí)性好，適用于實(shí)時(shí)或交互式會(huì)話類通信，如數(shù)字語音，傳真等適用于實(shí)時(shí)或交互式會(huì)話類通信，如數(shù)字語音，傳真等通信業(yè)務(wù)。通信業(yè)務(wù)。 l 呼叫時(shí)間大大長(zhǎng)于數(shù)據(jù)的傳送時(shí)間，通信線路的利用率不高，并且呼叫時(shí)間大大長(zhǎng)于數(shù)據(jù)的傳送時(shí)間，通信線路的利用率不高，并且整個(gè)系統(tǒng)也不具備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，無法發(fā)現(xiàn)與糾正傳輸過程中發(fā)生整個(gè)系統(tǒng)也不具備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，無法發(fā)現(xiàn)與糾正傳輸過程中發(fā)生的數(shù)據(jù)差錯(cuò)，系統(tǒng)效率較低

49、的數(shù)據(jù)差錯(cuò)，系統(tǒng)效率較低。l 對(duì)通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式對(duì)通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。和傳輸控制等一致才能完成通信。2.4.2 存儲(chǔ)存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)交換（轉(zhuǎn)發(fā)交換（Store-and-forward Switching） 存儲(chǔ)存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)式交換是指網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)先將途經(jīng)的數(shù)據(jù)按傳輸單元接收并存轉(zhuǎn)發(fā)式交換是指網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)先將途經(jīng)的數(shù)據(jù)按傳輸單元接收并存儲(chǔ)下來，然后選擇一條適當(dāng)?shù)逆溌忿D(zhuǎn)發(fā)出去。根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)單元的儲(chǔ)下來，然后選擇一條適當(dāng)?shù)逆溌忿D(zhuǎn)發(fā)出去。根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)單元的不同，存儲(chǔ)不同，存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)方式交換又可分為兩類：轉(zhuǎn)發(fā)方式

50、交換又可分為兩類：l 報(bào)文交換報(bào)文交換l 分組交換分組交換1. 報(bào)文交換（報(bào)文交換（Message Switching） l 報(bào)文交換是指網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)先將整個(gè)報(bào)文交換是指網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)先將整個(gè)報(bào)文報(bào)文（Message）完整地）完整地接收并存儲(chǔ)下來，然后選擇合適的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)都接收并存儲(chǔ)下來，然后選擇合適的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)都對(duì)報(bào)文進(jìn)行如此存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)目的地，如圖對(duì)報(bào)文進(jìn)行如此存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)目的地，如圖2-24所示。所示。 圖圖2-24 報(bào)文交換示意圖報(bào)文交換示意圖 l 源結(jié)點(diǎn)和目標(biāo)結(jié)點(diǎn)在通信時(shí)不需要建立一條專用的通路，與電路交源結(jié)點(diǎn)和目標(biāo)結(jié)點(diǎn)在

51、通信時(shí)不需要建立一條專用的通路，與電路交換相比，報(bào)文交換沒有建立連接和釋放連接所需的等待和時(shí)延。換相比，報(bào)文交換沒有建立連接和釋放連接所需的等待和時(shí)延。l 線路的利用率高，線路的利用率高，任何時(shí)刻一份報(bào)文只占用一條鏈路的資源，不必任何時(shí)刻一份報(bào)文只占用一條鏈路的資源，不必占用通路上的所有鏈路資源，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的共享性占用通路上的所有鏈路資源，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的共享性。l 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿撸總€(gè)結(jié)點(diǎn)在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)中，都進(jìn)行差錯(cuò)控制，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿撸總€(gè)結(jié)點(diǎn)在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)中，都進(jìn)行差錯(cuò)控制，即進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。l 在報(bào)文交換中，每一個(gè)報(bào)文由在報(bào)文交換中，每一個(gè)報(bào)文由報(bào)頭報(bào)頭和要傳輸?shù)?/p>

52、和要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)據(jù)組成，報(bào)頭中有組成，報(bào)頭中有源地址和目標(biāo)地址。結(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)頭中的目標(biāo)地址為報(bào)文進(jìn)行路徑選擇，源地址和目標(biāo)地址。結(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)頭中的目標(biāo)地址為報(bào)文進(jìn)行路徑選擇，并且對(duì)收發(fā)的報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)的處理。并且對(duì)收發(fā)的報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)的處理。 報(bào)文交換的優(yōu)、缺點(diǎn)：報(bào)文交換的優(yōu)、缺點(diǎn)：l 由于每一個(gè)結(jié)點(diǎn)都采用了對(duì)完整報(bào)文的存儲(chǔ)由于每一個(gè)結(jié)點(diǎn)都采用了對(duì)完整報(bào)文的存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)，因此傳輸時(shí)延較轉(zhuǎn)發(fā)，因此傳輸時(shí)延較長(zhǎng)，長(zhǎng)，不適用于不適用于實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)或或交互式通信。交互式通信。2. 分組交換（分組交換（Packet Switching） 分組交換又稱分組交換又稱包交換包交換，與報(bào)文交換同屬于存儲(chǔ)，與報(bào)文交換同屬于存儲(chǔ)

53、/轉(zhuǎn)發(fā)式交換，它們之轉(zhuǎn)發(fā)式交換，它們之間的差別在于參與交換的數(shù)據(jù)單元長(zhǎng)度不同。分組交換間的差別在于參與交換的數(shù)據(jù)單元長(zhǎng)度不同。分組交換不像報(bào)文交換不像報(bào)文交換以以“整個(gè)報(bào)文整個(gè)報(bào)文”為單位進(jìn)行交換傳輸，而是以更短的、標(biāo)準(zhǔn)的為單位進(jìn)行交換傳輸，而是以更短的、標(biāo)準(zhǔn)的“報(bào)文報(bào)文分組分組”（Packet）為單位進(jìn)行交換傳輸。為單位進(jìn)行交換傳輸。 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳輸控制協(xié)議和傳輸路徑的不同，分組交換又可分為兩種根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳輸控制協(xié)議和傳輸路徑的不同，分組交換又可分為兩種方式：方式：l 數(shù)據(jù)報(bào)分組交換數(shù)據(jù)報(bào)分組交換l 虛電路分組交換虛電路分組交換（1）數(shù)據(jù)報(bào)分組交換）數(shù)據(jù)報(bào)分組交換 l 每個(gè)分組被稱為一個(gè)每個(gè)

54、分組被稱為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)（datagram），），若干個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)構(gòu)成一次若干個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)構(gòu)成一次要傳送的報(bào)文或數(shù)據(jù)塊。要傳送的報(bào)文或數(shù)據(jù)塊。l 每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸?shù)倪^程中，都要進(jìn)行路徑選擇，各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)可以每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸?shù)倪^程中，都要進(jìn)行路徑選擇，各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)可以按照不同的路徑到達(dá)目的地。按照不同的路徑到達(dá)目的地。l 各數(shù)據(jù)報(bào)不能保證按發(fā)送的順序到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)，有些數(shù)據(jù)報(bào)甚至還各數(shù)據(jù)報(bào)不能保證按發(fā)送的順序到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)，有些數(shù)據(jù)報(bào)甚至還可能在途中丟失。在接收端，再按分組的順序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)報(bào)組重新合可能在途中丟失。在接收端，再按分組的順序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)報(bào)組重新合成一個(gè)完整的報(bào)文。如圖成一個(gè)完整的報(bào)文。如圖2-25

55、所示。所示。 圖圖2-25 數(shù)據(jù)報(bào)分組交換示意圖數(shù)據(jù)報(bào)分組交換示意圖 數(shù)據(jù)報(bào)分組交換的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)報(bào)分組交換的特點(diǎn)：l 傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長(zhǎng)報(bào)文、會(huì)話式通信。傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長(zhǎng)報(bào)文、會(huì)話式通信。l 同一報(bào)文的分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)，到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)同一報(bào)文的分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)，到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)或丟失現(xiàn)象。時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)或丟失現(xiàn)象。l 每個(gè)分組都必須帶有數(shù)據(jù)、源地址和目的地址，其長(zhǎng)度受到限制，一每個(gè)分組都必須帶有數(shù)據(jù)、源地址和目的地址，其長(zhǎng)度受到限制，一般為般為2000比特以內(nèi)，典型長(zhǎng)度為比特以內(nèi)，典型

56、長(zhǎng)度為128個(gè)字節(jié)。個(gè)字節(jié)。（2 2）虛電路分組交換）虛電路分組交換 l 虛電路方式結(jié)合了虛電路方式結(jié)合了數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)方式與方式與電路交換電路交換方式的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到最佳的方式的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果。數(shù)據(jù)交換效果。l 虛電路是為了傳送某一報(bào)文而設(shè)立和存在的，它虛電路是為了傳送某一報(bào)文而設(shè)立和存在的，它是兩個(gè)用戶結(jié)點(diǎn)是兩個(gè)用戶結(jié)點(diǎn)在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信網(wǎng)絡(luò)建立的一條邏輯在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信網(wǎng)絡(luò)建立的一條邏輯上的連接，所有分組都必須沿著事先建立的這條虛電路傳輸，用戶上的連接，所有分組都必須沿著事先建立的這條虛電路傳輸，用戶在不需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)清除該連接

57、。在不需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)清除該連接。 l 整個(gè)通信過程分為三個(gè)階段：整個(gè)通信過程分為三個(gè)階段：虛電路的建立虛電路的建立、數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸、虛電路虛電路的釋放的釋放三個(gè)步驟。如圖三個(gè)步驟。如圖2-26所示。所示。圖圖2-26 虛電路分組交換示意圖虛電路分組交換示意圖 數(shù)據(jù)報(bào)分組交換的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)報(bào)分組交換的特點(diǎn)：l 虛電路在每次報(bào)文分組發(fā)送之前，必須在源結(jié)點(diǎn)與目的結(jié)點(diǎn)之間建立虛電路在每次報(bào)文分組發(fā)送之前，必須在源結(jié)點(diǎn)與目的結(jié)點(diǎn)之間建立一條邏輯連接。一條邏輯連接。l 報(bào)文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需要攜帶虛電路報(bào)文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需要攜帶虛電路標(biāo)識(shí)號(hào)。報(bào)文分組

58、到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)或亂序的現(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)。報(bào)文分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)或亂序的現(xiàn)象。象。l 報(bào)文分組通過每個(gè)虛電路上的結(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測(cè)，而不報(bào)文分組通過每個(gè)虛電路上的結(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測(cè)，而不需要做路徑選擇。需要做路徑選擇。（3）分組交換與報(bào)文交換相比的優(yōu)點(diǎn)）分組交換與報(bào)文交換相比的優(yōu)點(diǎn)l 數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)，數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)，只需要重傳錯(cuò)誤分組，而不要重發(fā)整個(gè)報(bào)文，只需要重傳錯(cuò)誤分組，而不要重發(fā)整個(gè)報(bào)文，這樣有利這樣有利于迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯(cuò)，于迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯(cuò)，大大減少每次傳輸發(fā)生錯(cuò)誤的概率以及重傳信息大大減少每次傳輸發(fā)生錯(cuò)誤的概率以及重傳信息的數(shù)量。的數(shù)量。l

59、分組交換把數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度限制在較小的范圍內(nèi)，這樣每個(gè)結(jié)點(diǎn)所需分組交換把數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度限制在較小的范圍內(nèi)，這樣每個(gè)結(jié)點(diǎn)所需要的存儲(chǔ)量減少了，要的存儲(chǔ)量減少了，有利于提高結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)資源的利用率。有利于提高結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)資源的利用率。l 分組交換比報(bào)文交換減少了時(shí)間延遲。因?yàn)椋?dāng)?shù)谝粋€(gè)分組發(fā)送給第分組交換比報(bào)文交換減少了時(shí)間延遲。因?yàn)?，?dāng)?shù)谝粋€(gè)分組發(fā)送給第一個(gè)結(jié)點(diǎn)后，接著可發(fā)送第二個(gè)分組，隨后可發(fā)送其他分組，這樣多個(gè)一個(gè)結(jié)點(diǎn)后，接著可發(fā)送第二個(gè)分組，隨后可發(fā)送其他分組，這樣多個(gè)分組可同時(shí)在網(wǎng)中傳播，總的延時(shí)大大減少，分組可同時(shí)在網(wǎng)中傳播，總的延時(shí)大大減少，網(wǎng)絡(luò)信道的利用率大大提網(wǎng)絡(luò)信道的利用率大大提高高 。

60、l 易于重新開始新的傳輸。可讓緊急報(bào)文迅速發(fā)送出去，不會(huì)因傳輸優(yōu)易于重新開始新的傳輸?？勺尵o急報(bào)文迅速發(fā)送出去，不會(huì)因傳輸優(yōu)先級(jí)較低的報(bào)文而堵塞。先級(jí)較低的報(bào)文而堵塞。（4）三種交換技術(shù)的比較）三種交換技術(shù)的比較返回本節(jié)首頁返回本節(jié)首頁返回本章首頁返回本章首頁2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 2.5.1 基帶傳輸技術(shù)基帶傳輸技術(shù) 基帶傳輸基帶傳輸是指：在通信線路上原封不動(dòng)地傳輸由計(jì)算機(jī)或終端產(chǎn)生的是指：在通信線路上原封不動(dòng)地傳輸由計(jì)算機(jī)或終端產(chǎn)生的0或或1數(shù)字脈沖信號(hào)。這樣一個(gè)信號(hào)的基本頻帶可以從直流成分到數(shù)兆數(shù)字脈沖信號(hào)。這樣一個(gè)信號(hào)的基本頻帶可以從直流成分到數(shù)兆赫，頻帶越寬赫，頻帶越寬,傳