计算机网络与通信笔记第二章

第二章 数据通信技术

一。数据传输（在发送器和接收器之间通过传输介质进行的，以电磁波形式进行传输）

数据传输的成功依靠的元素：（1） 传送信号的质量 （2） 传输介质的特性

1.直接连接：两台设备之间传输信道为直接连接的通信形式，即只有用于增强信号的放大器

或中继器，由一条通信线路连接，而不是一个网络系统；

2.频率、频谱和带宽

（1） 时域概念

电磁信号是连续或离散的；

正弦波：s（t）=A sin（2 ft+∮）（注：少一个字符）

（A） 振幅（A）：信号对比时间的峰值，单位：伏特或瓦特

（B） 频率（f）：信号重复的速度，单位：周/秒或赫兹（HZ）

（C） 周期（T）：信号重复一次所需的时间，单位：秒 T=1/f；

（D） 相位（∮）：在一个完整的信号周期范围内对时间相对位置的度量

（2） 频域概念

基本频率或基波：当全部信号的频率是某一频率的整数倍时，后者称为基波；

即存在两个信号，信号A的频率是信号B频率的整数倍，那么信号B称为基波，且信号A、B 合

成后的频率为B的频率（基波的频率）；

（3） 频谱：信号所包括频率的范围；（针对合成信号，频率范围是信号A和信号B 的频率区间） 信号的绝对带宽

（4） 有效带宽或带宽：信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带称为

（5） 直流成分：

3.数据传输速率与带宽的关系

（1） 两者关系成正比：数据传输速率越大，其有效的带宽越宽；同样，传输的有效带宽越

宽，数据传输的速率越大

（2） 信号的带宽集中在某个频率范围内，该频率可称中心频率，中心频率越高，带宽越宽且

数据传输速率越高

二。模拟和数字数据传输

1.数据

（1） 模拟数据：在某些时间间隔上取连续的值，如语音和视频

（2） 数字数据：取离散值，如文本和整数（采用ASCII码形式表现，八位为一个字节）

2.信号

（1） 模拟信号：是连续变化的电磁波形式，传输介质可以是有线的、无线的

（2） 数据信号：以电气信号形式从一点到另一点进行传播，传输介质是有线的

3 数据和信号

（1） 模拟数据可以用电磁信号表现；通过编码译码器可以用数字信号表现；

（2） 数字数据可以用数据信号表现；通过MODEM可以用模拟信号表现；

4.传输

模拟信号 数据信号

模拟数据 两种方案：（1） 信号和模拟数据占据同样的频谱

（2） 模拟数据编码后，占据频谱的不同部分

用编码译码器对模拟数据编码，产生数据信号

数字数据 通过MODEM编码，产生模拟信号 两种方案

（1）表现二进制的两个值（1或0），信号由两个电平构成；

（2）数字数据编码后产生预期属性的数据信号

数据和信号

模拟传输 数字传输

模拟信号 通过放大器传播，无论信号是模拟还是数字数据，处理方法是一致的

如表现为数字数据，信号通过中继器传播，每个中继器从入口处取得信号后，将

数字数据再生后产生新的模拟信号将其从出口送出

数字信号 未使用 数字信号由1和0构成的比特流表示，可以表示为数字数据或编码后的

模拟数据，信号通过中继器传播，在每个中继器入口处取得数据后，将比特流再

生后，产生新的数字信号，将其从出口处送出

三 传输损耗

模拟信号：传输损耗会导致各种随机的改变而降低了信号的质量；

数字信号：引起位串错误，既1变为0或相反；

最有影响的损耗包括：衰减、衰减失真、延时变形、噪声

1.衰减

提出的三个问题：

（1） 第一：接收到的信号必须有足够的强度，这样接收器里的电子电路才能辨认、解释信号；

（2） 第二：信号须比收到的噪声维持一个更高的电平，以避免出错；

（3） 第三：衰减是频率增量函数；

解决问题：

（1） 针对第一、第二问题，可以在线路设置放大器或中继器，来增强信号强度；

（2） 第三个问题针对模拟信号的，可以在线路上加载线圈以改变线路的电气属性，或使用高

频放大器将高频放大；

2.延迟变形（有线传输介质特有的现象，对数字数据影响比较大）

延迟变形：由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形，这种效果然称为延迟变形；

3. 噪声

接收到的信号包括：传送的信号、因传输系统造成的失真、在传输和接收之间在某处插入的

不必要的信号（噪声）

分类：（1） 热噪声 （2） 内调制杂音 （3） 串扰 （4） 脉冲噪声

4.信道容量

信道容量：在给定条件下，给定通信路径或信道上数据传送速度称为信道容量；

相关概念：

（1） 数据传输速率：每秒传输的数据位数（bits/s）

（2） 带宽：传送信号的带宽，由发送器及且传输介质的性质决定的，用周/秒或赫兹表达；

（3） 噪声：在通信信道的平均噪声；

（4） 误码率：发生错误的频率；

5.信道的最大容量

C=Wlog2（1+S/N）

C：表示信道的最大容量 单位：b/s；

W：表示以赫兹表示的信道带宽；

S/N：表示信噪比 S/N=10log（信号能量/噪声能量）

四 有线传输介质

传输介质：数据传输系统里发送器和接收器之间的物理通路；

数据传输的质量和特征由：信号和介质两者决定；

1.同轴电缆

（1） 组成：由两个导体组成，一个空心圆柱形导体（网状）围裹一个实心导体，从内到外：内

导体，绝缘材料，外屏蔽层、塑料外皮

（2） 直径：1.02~2.54cm（单根）

（3） 型号： G-8或RG-11（50欧） 粗缆

RG-58/U或C/U（50欧） 细缆

RG-59（75欧） CATV电缆

RG-62（93欧） ARCnet网络及IBM3270 （4） 类型： A.基带同轴电缆：其屏蔽线是用铜线做成网状的，特征阻抗：50欧，又分为细、粗两种

（1） 粗缆：适用大型的局部网络，连接距离长，可靠性高，但需安收发器和收发器电缆，造

价高；最大距离：2500米

（2） 细缆：安装简单、造价低，但接头多，容易接触不良；最大距离925米；

以上两种均用于总线拓扑结构。

B.宽带同轴电缆

注：由于同轴电缆外层起到电磁屏蔽的作用，所以它的抗干扰性能比双绞线强；

2.双绞线

（1） 组成：由按一定密度的螺旋结构排列的两根包有绝缘层的铜线、外部再包裹屏蔽层或橡

塑外皮而成；

（2） 分类：

按传输质量分：1类到5类，局域网络中使用3，4和5类双绞线；

主要用于星型网络结构，即以集线器或网络交换机为中心

A.非屏蔽双绞线（UTP）电缆（塑料封套、绝缘层、铜导线）

作用：可以将串扰降至最低或是加以消除，并可降低非平衡型互电容；与双绞线的类

型、长度和方向有关；

传输特性 传输速率 范例 3类 16MHZ 10Mb/s IEEE802.5 4MB/S令牌环网，802.3 10MB/S 以太网

4类 20MHZ 16 Mb/s IEEE802.5 16MB/S令牌环网

5类 100MHZ 155 Mb/s IEEE802.3Z 100Base-T快速以太网/ANSIX3T9.5 100MB/S CD

DI系统 优点：（1） 使布线系统与通信系统所使用的布线系统相统一；

（2）非常容易安装，轻、薄、易弯曲

（3）无屏蔽外套，较细小，节省空间；

（4） 平衡传输，避免了外界干扰；

（5） 将串扰减至最小或加以消除

（6） 可支持高速数据的应用；

（7） 通过EMC测试；

（8） 使用保持独立、具有开放性、非常适用于结构化综合布线系统

B.屏蔽双绞线（STP）电缆（塑料封套、屏蔽层、绝缘层、铜导线）

类似同轴电缆，必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器和相应的安装技术。具有较高的传输速

率，100M内可达到155MB/S

3.光纤电缆

（1） 物理特性：

A.成分：采用三种物质来制造光纤

超纯二氧化硅：传输损耗最小，但成本太高，一般不用；

多成分玻璃：性能价格比最优，常用；

塑料纤维：成本最低，但传输损耗最大，有时可用于短距离传输；

B.构成：

由里到外分别为：纤芯、包层、护套；

传输方式：单模（单条光通路）和多模

光纤的类型由模式、材料及芯和外的尺寸决定，芯的尺寸及纯度决定光的传输量；

注：光只能单向传输，若要实行双向通信，光纤需成对出现；

速率：2.4GB/S~5GB/S，无中继传输距离可达20KM以上；

（2） 传输原理

（3） 传输过程：

A.在发送端利用 光源 将电信号转换成光信号

光源分为：发光二极管LED 固态器件，产生可见光，定向性较差，用于多模光纤；

注入型激光二极管：固态，产生激光，减少损耗，用于单模光纤；

B.光信号通过光纤介质向接收端进行传输

C.接收端接收前利用 光检波器 （光电二极管）将光信号转换成电信号

光检波器分为：PIN检波器：增加硅 APD检波器：增强电磁场

（4） 传输特性：一般用于点对点的连接，

五。数据编码

数字数据：在数字信道上传送需进行数字信号编码；

在模拟信道上传送需进行调制编码；

模拟数据：在数字信道上传送需要采样编码；

在模拟信道上传送一般使用基带信号；

1.数字数据的数字信号编码

采用两个电压电平表示两个二进制数字11

方法：不归零制NRZ、曼彻斯特码、差分曼彻斯特码

2.数字数据的调制编码（因为在模拟信道上传输，所以要转换成模拟信号）

模拟信号发送的基础就是载波信号，连续、频率恒定的信号；

调制形式：

（1） 幅移键控法ASK ，调幅；容易增益变化，一种效率相当低的调制技术，不同振幅表示二

进制

（2） 频移键控法 FSK，调频；不同的两个频率表示二进制；

（3） 相移键控法 PSK，调相；相位移动表示二进制

3.模拟信号的数字信号编码

将模拟信号进行数字信号编码即将模拟数据转换成数字数据-数字化过程；

PCM编码：脉冲编码调制，脉冲调制

（1） 采样定理：

模拟信号有最高频率或带宽F（max），采样周期为T，采样的频率为F=1/T，若能满足F=1/T =2

F（max），那么采样后的离散序列就能无失真地恢复出原始连续模拟信号；

（2） PCM编码过程

第一步：每隔一定的时间对连续模拟信号采样，

第二步：量化 分级过程，将脉冲信号按量级比较，取整，成为数字信号；

第三步：编码 用以表示采样量化后的量化幅度，用一定位数的二进制码表示，若有N个量化

级，则就有log（2）N位。