通信原理 2-2数据通信基础

1、2.2 传输损耗噪声：传输过程中插入到数据信号中不希望有的信号。2.2.1 噪声根据产生原因不同分为四类： 热噪声 交调噪声 串音 脉冲噪声1、热噪声：由带电粒子在导电媒介中进行的分子热运动造成的（绝对存在的）无法被消除的。噪声功率密度可作为热噪声值的度量N0=KT (W/Hz)K：波尔兹曼常数 1.3810-23J/K；T：绝对温度 K2、交调噪声：多个不同频率的信号共享一个传输媒介时可能产生的噪声，通常是通信系统中存在非线性因素造成的。3、串音：又称串扰，它是由一个信道中的信号对另一个信道中的信号产生的干扰。4、脉冲噪声：是一种由突发的振幅很大持续时间很短，耦合到信号通路中的非连续尖峰脉冲

2、引起的干扰，通常是由一些无法预知的因素造成的，如电火花，雷电。 脉冲噪声对模拟数据传输不会造成明显影响。 数字数据传输中脉冲噪声是产生差错的主要来源，脉冲噪声造成的干扰是不易被消除的，必须通过差错控制手段来确保数据传输的可靠性！噪声对数字信号传输造成的影响 奈奎斯特准则若信道等效网络具有低通矩形振幅频率特性、线性相位频率特性，截止频率为f，此时若以间隔时间1/(2f)发送脉冲，则信道输出波形的最大振幅处不会发生前后码元之间的串扰最大符号速率:如果信道的带宽为B,则发送端最大波形速率为2B。最大信号（数据）速率: 根据传输速率R与符号速率Nb的关系是： R = Nb log2M bps 即 R

3、max= 2B log2M bps 频带利用率:奈奎斯特极限 = 2B / B = 2 Baud/Hz 2.2.2 信噪比信噪比：信号在传输过程中不可避免地要受到噪声的影响，信噪比是用来描述在此过程中信号受噪声影响程度的量，它是衡量传输系统性能的重要指标之一。信噪比通常是指某一点上的信号功率与噪声功率之比。用下面的公式表示信噪比其中，/是信噪比，Ps是信号的平均功率，Pn是噪声的平均功率。 有时为了使用方便也会采用分贝（dB）来表示信噪比，公式如下2.2.3 香农定理给出了一种计算传输速率上限的方法。 香农定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率为 式中C是极限传输速率，其单位

4、是bit/s；B是信道带宽，其单位是Hz；S/N是信噪比，其中S为信号功率，N为噪声功率。 例：假设一个音频电话线路支持的频率范围为300 Hz到3 400 Hz，其信噪比是25 dB，试求这个线路传输速率的上限。解：由题可知，这条线路的带宽B = 3 400300 = 3 100（Hz）因为信噪比为25 dB，可得线路传输速率的上限约为2.3 通信代码ASCII码ISO 10646 Unicode汉字编码ASCII码American Standard Code for Information Interchange美国信息交换标准代码ASCII码是一种7位代码，有128个01为控制字符321

5、27为字母、数字和专用符号 ASCII码的分类 物理设备控制字符逻辑通信控制字符物理通信控制字符信息分隔字符代码扩展控制字符 ASCII码的逻辑通信控制字符数据的传输格式SOH：01H，表示标题开始。STX：02H，正文开始，也同时表示标题结束。ETX：03H，正文结束。EOT：04H，传送结束，告诉接收方数据传送完毕。 SOH目的地址STX正文ETX校验EOTEBCDIC码 扩充的二-十进制交换码Extended Binary-Coded Decimal Interchange CodeIBM公司制定的8位二进制代码字符总数140个用于IBM大中型计算机设备的内码 ISO 10646标准 信

6、息技术通用多字节编码字符集Information technology - Universal Multiple - Octet Coded Character Set简称UCS。 宗旨:全球所有文种使用统一编码(32位)四维的编码空间组（Group）、平面（Plane）、行（Row）、列（Cell） UnicodeUnicode（统一码、万国码、单一码）是一种在计算机上使用的字符编码。它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码，以满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。1990年开始研发，1994年正式公布。随着计算机工作能力的增强，Unicode也在面世以来的十多年里得到普

7、及。 编码方式Unicode 的编码方式与 ISO 10646 的通用字元集(亦称通用字符集)（Universal Character Set，UCS）概念相对应，目前的用于实用的 Unicode 版本对应于 UCS-2，使用16位的编码空间。也就是每个字符占用2个字节。这样理论上一共最多可以表示 65,536(2的16次方) 个字符。基本满足各种语言的使用。实际上目前版本的 Unicode 尚未填充满这16位编码，保留了大量空间作为特殊使用或将来扩展。Unicode与ASCII简单地说，Unicode扩展自ASCII字符集。在严格的ASCII中，每个字元用7位元表示，或者电脑上普遍使用的每字

8、元有8位元宽；而Unicode使用全16位元字字符集。这使得Unicode能够表示世界上所有的书写语言中可能用於电脑通信的字符、象形文字和其他符号。Unicode最初打算作为ASCII的补充，可能的话，最终将代替它。考虑到ASCII是电脑中最具支配地位的标准，所以这的确是一个很高的目标。2.4 通信传输介质 传输介质：信道的物理形式，它是通信系统中连接收发双方的物理通路，是信息传输的物理载体。 传输介质分为硬介质（导向性）和软介质（非导向性）介质的两大类：导向性介质：介质本身会引导信号的传输方向，包括双绞线、同轴电缆和光纤。非导向性介质：介质本身不会引导信号的传输，信号通过空气传播，包括无线电

9、波、微波等。双绞线 由两根对地对称的绝缘芯线按照规则的螺旋状绞合在一起绞距(扭绞一周形成的芯线长度)3类 7.5 cm 到 10 cm5类 0.6 cm 到 0.85 cm长途 5 cm 到 15 cm同一捆相邻线对绞距不同分类UTPSTP双绞线分类无屏蔽双绞线 (UTP)普通电话线最便宜最易安装受外界电磁干扰屏蔽双绞线 (STP)金属罩可以减少干扰更贵更难处理 (粗, 重)金属屏蔽层无屏蔽双绞线实物图UTPRJ-45 和AUI无屏蔽双绞线AUI端口AUI端口是一般用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种“D”型15针接口，这在令牌环网或总线型网络中是一种比较常见的端口之一。路由器可通过粗同轴电缆

10、收发器实现与10Base-5网络的连接，但更多的是借助于外接的收发转发器（AUI-to-RJ-45），实现与10Base-T以太网络的连接。 屏蔽双绞线实物图STP FTP：铝箔双绞线SSTP：屏蔽网双绞线10BASE-T，10BASE-5，10BASE-210BASE-T，10BASE-5，10BASE-2，以太网的技术标准，10Base-2、10Base-5、10Base-T都是以太网的技术标准传输速率为10Mbps10Base-2技术以细同轴电缆为传输介质，10Base-5技术以粗同轴电缆为传输介质，10Base-T技术以非屏蔽双绞线为传输介质。同轴电缆内导体:采用半硬铜线绝缘层:用聚乙

11、烯等塑料制成外导体（屏蔽层）:采用铜带或铝带纵包而成护套:有铅护套、铝护套、钢护套、塑料护套等 分类：等效阻抗为50欧和75欧同轴电缆。 基带同轴电缆：50欧同轴电缆，用于基带数字信号传输，它又分为粗缆和细缆。 宽带同轴电缆：75欧同轴电缆，用于CATV信号传输，一条电缆可以同时传输不同频率的多路模拟信号，300450MHz，100km，需要放大器。同轴电缆的特点优点传输距离较远，覆盖的地域范围较大技术非常成熟缺点电缆硬，折曲困难，重量重同轴电缆实物中同轴（2.6/9.5mm）小同轴（1.2/4.4mm）微同轴（0.7/2.9mm）同轴电缆的应用Most versatile medium电视布

12、线有线电视CATVCommon Antenna TelevisionCommunity Antenna TelevisionCAble TV长途电话传输可同时承载10,000路电话正被光纤所取代短距离计算机系统连接局域网同轴电缆组网服务器客户机客户机客户机BNC T型连接器终端电阻终端电阻局域网使用的同轴电缆细同轴电缆：特征阻抗50，直径0.5cm粗同轴电缆：特征阻抗50，直径1cm10base2 细同轴电缆10base5 粗同轴电缆同轴电缆的传输特性模拟每隔几千米一个放大器频率越高，距离越近最高 500MHz数字每千米一个中继器速率越高，距离越近光纤(optical fiber)光纤即光导纤

13、维。利用光导纤维作为光的传输介质，以光波为信号载体的光纤通信。光纤是通过全反射传输光信号编码波束的一种传输媒介光纤系统工作频率：1014到1015 Hz 位于红外线和可见光 光纤示意图纤芯8到50微米玻璃或塑料包层125微米玻璃或塑料套管塑料或其他物质光纤实物图裸光纤光纤接头和光纤融接器光缆(optical fiber)光纤的特点光纤是数据传输中最有效的一种传输媒介,它有以下优点：容量大体积小，重量轻衰减较小电磁绝缘性能好中继器的间隔较大至少几十千米光纤的类型多模光纤单模光纤单模光纤传送模式：SMF（single-mode） 单束光线沿直线传播 使用激光源 100公里不中继 内芯直径为810m

14、/125m 多束光线以不同的反射角传播 使用普通发光二极管 2公里不中继 内芯直径稍大（直径为62.5m/125m）多模光纤传送模式：MMF单模光纤与多模光纤的比较微波通信微波通信（Microwave Communication），是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波微波进行的通信。微波通信不需要固体介质,当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。 微波通信具有良好的抗灾性能,对水灾、风灾以及地震等自然灾害,微波通信一般都不受影响。但微波经空中传送,易受干扰,在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向,因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设。 卫星通信卫星通信 卫星通信

15、简单地说就是地球上(包括地面和低层大气中)的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信，其通信范围大 。长时延性约有0.26秒的传播延迟广播性多路复用频分多址（FDMA）时分多址（TDMA）码分多址（CDMA） 短波通信 电离层是指从距地面大约60公里到2000公里处于电离状态的高空大气层。 短波通信是无线电通信的一种。波长在50米10米之间，频率范围6兆赫30兆赫。发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备，通信距离较远，是远程通信的主要手段。由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响，所以短波通信的稳定性较差，噪声较大。目前，它广泛应用于电报、电话、低速传真通信和广播等方面。

16、蜂窝无线电通信蜂窝电话(Cellular)：为了能容纳大量的用户，我们可以把一个地理区域划分成许多小区。我们不是采用单个大功率的发射器，而是每一个小区由一个小功率的基站(base station)来提供服务。 蜂窝无线电通信系统 频率特征相邻的小区一般使用不同的频率，在相距较远的小区就采用相同的频率。这样既有效地避免了频率冲突，又可让同一频率多次使用，节省了频率资源。这一理论巧妙地解决了有限高频频率与众多高密度用户需求量的矛盾和跨越服务覆盖区信道自动转换的问题。 我国数字蜂窝移动通信使用905 915MHz（移动台发，基站收）和950 960MHz（基站发，移动台收）工作频段。 其中中国移动通信公司GSM系统使用905 909MHz和950 954MHz工作频段； 中国联通公司GSM系统使用909 915MHz和954 960MHz工作频段。此外中国移动通信公司还使用了1800MHz频段的10MHz的带宽。常用传输介质比较分类传输速率地理范围差错率成本非屏蔽双绞线3类5类3类UTP最大16Mbps 5类UTP最大155Mbps10