后页 退出前页第 2章 通信子网的基本技术 （第一讲）
2.1 物理传输媒体
2.1.1 双绞线有线媒体,双绞线、同轴电缆和光纤无线媒体,卫星、无线电通信、红外通信、激光通信以及微波通信双绞线：因由两根绝缘的铜线互绞在一起构成而得名，
如下图所示。
双绞线有非屏蔽的和屏蔽的两种 。
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2.1.2 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，其结构如下图中所示。
同轴电缆又分为 基带（ baseband）同轴电缆 （阻抗 50Ω ）和 宽带（ broadband）同轴电缆 （阻抗为 75Ω 〕 。
同轴电缆还有粗和细的之分。
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2.1.3 光纤光纤,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。制造光纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃或塑料。
用光纤传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检测器还原成电信号，如下图所示。
后页 退出前页光纤相对于如双绞线和同轴电缆等这类金属传导媒体来说有若干优点如下：
·轻便
·低衰减和大容量
,电磁隔离光纤分为 多模（ multimode）光纤和单模 (single mode)光纤
2.1.4 其它传输媒体无线电（ radio） 通信在无线电广播和电视广播中已广泛使用。
后页 退出前页蜂窝式无线电话网后页 退出前页微波 （ microwave）通信通常是指利用在 1GHz范围内的电波来进行通信。高频的微波和低频的无线电波不同的一个重要特性是沿着直线传播，而不是向各个方向扩散的。
红外 （ infrared）通信是利用红外线进行的通信，已广泛应用于短距离的通信。
利用激光 （ laser）能不通过有形的光导体直接在空中传输，并能在很长的距离内保持聚焦，即定向，的特点，也可用作为物理传输媒体。
卫星 （ satellite）通信可以看成是一种特殊的微波通信，
和一般地面微波通信的不同在于它使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号，如下图所示。
后页 退出前页卫星通信后页 退出前页卫星主要有三个波段,C波段,Ku波段和 Ka波段。
卫星通信的新发展是低成本的微型地面站的出现，这种系统有时被称为甚小口径终端 VSAT（ Very Small Aperture
Terminal）系统。
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VSAT系统中利用了下述操作方式：在卫星通信中，
只要地面发送方或接收方中任一方有大的天线和大功率的放大器，另一方可用只有一米天线的微型终端，即 VSAT。
在该系统中，通常两个 VAST终端之间无法通过卫星直接通信，还必须再经过一个带有大天线和大功率放大器的中心站来转接，如下图所示。
后页 退出前页使用中心站的 VSAT
后页 退出前页电磁波的频谱及在通信中作用
2.2 传输技术
2.2.1 数据通信中的若干技术参数后页 退出前页一般点到点的通信系统都可由下图加以概括,
通信系统中传输的信号可分为连续变化和离散变化两大类。
模拟信号 和 数字信号按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把信道分为两类：模拟信道和数字信道。
数据通信，简单地说，就是数字计算机或其它数字终端装置之间的通信。
后页 退出前页通过模拟信道进行数据通信因为任何实际的模拟信道所能通过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。
后页 退出前页我们将介绍模拟信道的带宽和它所传送的数字信号的数据速率之间的关系,奈奎斯特公式 和 香农公式 。
奈奎斯特公式 给出了无热噪声（热噪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,
)(l o g2 2 b p sLHC?这里,H是信道的带宽（以 Hz为单位），而 L表示某给定时刻数字信号可能取的离散值的个数。
香农则进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况，给出了 香农公式,
))(1(l o g 2 b p sNSHC
这里,S表示信号功率,N为噪声功率,S / N则为 信噪比。
后页 退出前页码元速率 指的是每秒信号状态变化的次数,以 波特 （ Baud）
作为单位 。 由于某给定时刻信号可能取的离散 值的个数
（ 奈奎斯特公式中的 L） 对各个系统可以不一样,码元速率
B和数据速率 C在数值上是不一定相等的 。 但是,它们间有如下关系：
LBC 2l o g?
下面我们来说明两种不同的传输方式：模拟传输与数字传输。模拟传输是一种不考虑其内容的模拟信号传输方式。数字传输则不一样，关心的是信号的内容。在长距离传输中数字传输技术已逐步取代早先的模拟传输技术。
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2.2.2 数字调制技术由信源产生的原始电信号通常称为 基带信号,在调制过程中，基带信号又称为 调制信号 （实际上是被调制的信号）。调制的过程就是按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程。
调制的方法大体上分为两大类：用正弦型高频信号作为载波的正弦波调制和用脉冲串作为载波的脉冲调制。
正弦波调制又分为模拟调制和数字调制两种。所谓 模拟调制,就是调制信号为连续型的正弦波调制，而 数字调制 则是调制信号为数字型的正弦波调制。
后页 退出前页正弦振荡的载波可用 A sin(2nft+Φ)来表示，使其幅度
A、频率 f或相位 Φ随基带信号变化而变化，就可在载波上进行调制了。这三者分别成为 幅度调制 (Amplitude
Modulation),频率调制 (Frequency Modulation)或 相位调制 (Phase Modulation)，亦可分别简称为 调幅 (AM)、
调频 (FM)或 调相 (PM)。
后页 退出前页后页 退出前页所谓 全双工,就是指数据可以同时在两个方向传输。下图介绍的是贝尔公司的 108系列调频方式的调制解调器的规范。
后页 退出前页话频线路上的全双工 FM传输后页 退出前页在数字调制中，可以利用数字信号离散取值的特点，由数字电路的开关，象拨键一样来控制振幅、
频率或相位的变化。因而在数据通信中调幅、调频和调相常相应地称为 幅移键控 ASK(Amplitude Shift
Keying),频移键控 FSK(Frequency Shift Keying)
和 相移键控 PSK(Phase Shift Keying)。下图给出了用数字电路开关来实现 FSK调制的原理图。
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FSK调制原理图后页 退出前页
2.2.3 脉码调制在发送端将模拟信号变换为数字信号的装置称为 编码器 （ Coder），而在接收端将收到的数字信号复原成模拟信号的装置则称为 解码器 (Decoder)。通常进行的是双向通信，使用既能编码又能解码的装置，即 编码解码器 （ Codec）。模拟信号通过编码解码器进行数字传输的工作过程示意如下图：
后页 退出前页将模拟信号变换为数字信号的常用方法是 脉码调制 PCM(Pulse
Code Modulation)。脉码调制的过程由 取样,量化 和 编码 三步构成。
1、取样：就是按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。
2、量化：就是将取样点处测得的信号幅值分级取整的过程。
3、编码：就是将量化后的整数值用二进制数来表示。
脉码调制中，分级取整量化时引进了误差。显然分级越细，误差越小。但分级越细，每个样本点编码所需的比特数就越多。
下图给出了脉码调制的示意图。
后页 退出前页脉码调制后页 退出前页
2.2.4 多路复用多路复用,技术就是把许多信号在单一的传输线路和用单一的传输设备来进行传输的技术。
两种常用的多路复用技术：
频分多路复用 FDM（ Frequency Division Multiplexing）和时分多路复用 TDM（ Time Division Multiplexing）。
下图中给出的话频线路上全双工 FM传输的例子,
后页 退出前页后页 退出前页
T1信道 的 TDM
波分多路复用 WDM（ Wavelength Division Multiplexing）
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2.2.5 数字信号的编码技术曼彻斯特编码 （ Manchester Encoding）：是为了自带位同步（或称比特同步）信号而采用的一种编码方法。
差分曼彻斯特编码 （ Differential Manchester Encoding）
是基本曼彻斯特编码的变形
4B/5B编码
2.1 物理传输媒体
2.1.1 双绞线有线媒体,双绞线、同轴电缆和光纤无线媒体,卫星、无线电通信、红外通信、激光通信以及微波通信双绞线：因由两根绝缘的铜线互绞在一起构成而得名，
如下图所示。
双绞线有非屏蔽的和屏蔽的两种 。
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2.1.2 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，其结构如下图中所示。
同轴电缆又分为 基带（ baseband）同轴电缆 （阻抗 50Ω ）和 宽带（ broadband）同轴电缆 （阻抗为 75Ω 〕 。
同轴电缆还有粗和细的之分。
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2.1.3 光纤光纤,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。制造光纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃或塑料。
用光纤传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检测器还原成电信号，如下图所示。
后页 退出前页光纤相对于如双绞线和同轴电缆等这类金属传导媒体来说有若干优点如下：
·轻便
·低衰减和大容量
,电磁隔离光纤分为 多模（ multimode）光纤和单模 (single mode)光纤
2.1.4 其它传输媒体无线电（ radio） 通信在无线电广播和电视广播中已广泛使用。
后页 退出前页蜂窝式无线电话网后页 退出前页微波 （ microwave）通信通常是指利用在 1GHz范围内的电波来进行通信。高频的微波和低频的无线电波不同的一个重要特性是沿着直线传播，而不是向各个方向扩散的。
红外 （ infrared）通信是利用红外线进行的通信，已广泛应用于短距离的通信。
利用激光 （ laser）能不通过有形的光导体直接在空中传输，并能在很长的距离内保持聚焦，即定向，的特点，也可用作为物理传输媒体。
卫星 （ satellite）通信可以看成是一种特殊的微波通信，
和一般地面微波通信的不同在于它使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号，如下图所示。
后页 退出前页卫星通信后页 退出前页卫星主要有三个波段,C波段,Ku波段和 Ka波段。
卫星通信的新发展是低成本的微型地面站的出现，这种系统有时被称为甚小口径终端 VSAT（ Very Small Aperture
Terminal）系统。
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VSAT系统中利用了下述操作方式：在卫星通信中，
只要地面发送方或接收方中任一方有大的天线和大功率的放大器，另一方可用只有一米天线的微型终端，即 VSAT。
在该系统中，通常两个 VAST终端之间无法通过卫星直接通信，还必须再经过一个带有大天线和大功率放大器的中心站来转接，如下图所示。
后页 退出前页使用中心站的 VSAT
后页 退出前页电磁波的频谱及在通信中作用
2.2 传输技术
2.2.1 数据通信中的若干技术参数后页 退出前页一般点到点的通信系统都可由下图加以概括,
通信系统中传输的信号可分为连续变化和离散变化两大类。
模拟信号 和 数字信号按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把信道分为两类：模拟信道和数字信道。
数据通信，简单地说，就是数字计算机或其它数字终端装置之间的通信。
后页 退出前页通过模拟信道进行数据通信因为任何实际的模拟信道所能通过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。
后页 退出前页我们将介绍模拟信道的带宽和它所传送的数字信号的数据速率之间的关系,奈奎斯特公式 和 香农公式 。
奈奎斯特公式 给出了无热噪声（热噪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,
)(l o g2 2 b p sLHC?这里,H是信道的带宽（以 Hz为单位），而 L表示某给定时刻数字信号可能取的离散值的个数。
香农则进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况，给出了 香农公式,
))(1(l o g 2 b p sNSHC
这里,S表示信号功率,N为噪声功率,S / N则为 信噪比。
后页 退出前页码元速率 指的是每秒信号状态变化的次数,以 波特 （ Baud）
作为单位 。 由于某给定时刻信号可能取的离散 值的个数
（ 奈奎斯特公式中的 L） 对各个系统可以不一样,码元速率
B和数据速率 C在数值上是不一定相等的 。 但是,它们间有如下关系：
LBC 2l o g?
下面我们来说明两种不同的传输方式：模拟传输与数字传输。模拟传输是一种不考虑其内容的模拟信号传输方式。数字传输则不一样，关心的是信号的内容。在长距离传输中数字传输技术已逐步取代早先的模拟传输技术。
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2.2.2 数字调制技术由信源产生的原始电信号通常称为 基带信号,在调制过程中，基带信号又称为 调制信号 （实际上是被调制的信号）。调制的过程就是按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程。
调制的方法大体上分为两大类：用正弦型高频信号作为载波的正弦波调制和用脉冲串作为载波的脉冲调制。
正弦波调制又分为模拟调制和数字调制两种。所谓 模拟调制,就是调制信号为连续型的正弦波调制，而 数字调制 则是调制信号为数字型的正弦波调制。
后页 退出前页正弦振荡的载波可用 A sin(2nft+Φ)来表示，使其幅度
A、频率 f或相位 Φ随基带信号变化而变化，就可在载波上进行调制了。这三者分别成为 幅度调制 (Amplitude
Modulation),频率调制 (Frequency Modulation)或 相位调制 (Phase Modulation)，亦可分别简称为 调幅 (AM)、
调频 (FM)或 调相 (PM)。
后页 退出前页后页 退出前页所谓 全双工,就是指数据可以同时在两个方向传输。下图介绍的是贝尔公司的 108系列调频方式的调制解调器的规范。
后页 退出前页话频线路上的全双工 FM传输后页 退出前页在数字调制中，可以利用数字信号离散取值的特点，由数字电路的开关，象拨键一样来控制振幅、
频率或相位的变化。因而在数据通信中调幅、调频和调相常相应地称为 幅移键控 ASK(Amplitude Shift
Keying),频移键控 FSK(Frequency Shift Keying)
和 相移键控 PSK(Phase Shift Keying)。下图给出了用数字电路开关来实现 FSK调制的原理图。
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FSK调制原理图后页 退出前页
2.2.3 脉码调制在发送端将模拟信号变换为数字信号的装置称为 编码器 （ Coder），而在接收端将收到的数字信号复原成模拟信号的装置则称为 解码器 (Decoder)。通常进行的是双向通信，使用既能编码又能解码的装置，即 编码解码器 （ Codec）。模拟信号通过编码解码器进行数字传输的工作过程示意如下图：
后页 退出前页将模拟信号变换为数字信号的常用方法是 脉码调制 PCM(Pulse
Code Modulation)。脉码调制的过程由 取样,量化 和 编码 三步构成。
1、取样：就是按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。
2、量化：就是将取样点处测得的信号幅值分级取整的过程。
3、编码：就是将量化后的整数值用二进制数来表示。
脉码调制中，分级取整量化时引进了误差。显然分级越细，误差越小。但分级越细，每个样本点编码所需的比特数就越多。
下图给出了脉码调制的示意图。
后页 退出前页脉码调制后页 退出前页
2.2.4 多路复用多路复用,技术就是把许多信号在单一的传输线路和用单一的传输设备来进行传输的技术。
两种常用的多路复用技术：
频分多路复用 FDM（ Frequency Division Multiplexing）和时分多路复用 TDM（ Time Division Multiplexing）。
下图中给出的话频线路上全双工 FM传输的例子,
后页 退出前页后页 退出前页
T1信道 的 TDM
波分多路复用 WDM（ Wavelength Division Multiplexing）
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2.2.5 数字信号的编码技术曼彻斯特编码 （ Manchester Encoding）：是为了自带位同步（或称比特同步）信号而采用的一种编码方法。
差分曼彻斯特编码 （ Differential Manchester Encoding）
是基本曼彻斯特编码的变形
4B/5B编码
