【正文】 通信系統(tǒng) ： 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示 。 信源信 道噪 聲 源信 道信 號(hào)形 成器抽 樣判 決信宿同 步接 收濾 波器LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 27/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) （ Cont.） ?模擬信號(hào)數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng) ： 模擬信號(hào)數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示 。 模 擬 信 息 源由 抽 樣 、 量 化 、 編碼 組 成 的 模 / 數(shù) 轉(zhuǎn)換 器模 擬 信 息 源 模 擬 信 息 源 模 擬 信 息 源LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 28/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) （ Cont.） ?要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)在數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)中的傳輸 ， 必須在發(fā)送端將模擬信號(hào)數(shù)字化 ， 即進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換；在接收端需進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換 ， 即數(shù) /模轉(zhuǎn)換 。 模擬信號(hào)的數(shù)字化需要三個(gè)步驟： 抽樣 、量化和編碼 ： LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 29/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) （ Cont.） ※ 抽樣 （ Sampling） ：是指用每隔一定時(shí)間的信號(hào)樣值序列來代替原來在時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào) ， 也就是把 在時(shí)間連續(xù)的 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為 在時(shí)間上離散 ， 幅度上連續(xù)的 模擬信號(hào) 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 30/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) （ Cont.） ※ 量化 （ Quantification） ：是指用有限個(gè)幅度值 來近似采樣得到的連續(xù)變化的幅度值 ， 從而把模擬信號(hào)的 連續(xù)幅度 變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的 離散幅度 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 31/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) （ Cont.） ※ 編碼 （ Coding） ：是指按照一定的規(guī)律 ， 把量化后的幅度值用 二進(jìn)制數(shù)字 表示 ， 然后轉(zhuǎn)換成二值或多值的 數(shù)字信號(hào)流 。 這樣得到的數(shù)字信號(hào) ， 才可通過電纜 、 微波干線 、 衛(wèi)星通道等數(shù)字線路傳輸 。 由此可知 ，在基帶傳輸中 ， 需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼來表示數(shù)據(jù) 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 32/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)如下： ※ 抗干擾能力強(qiáng) ：由于在數(shù)字通信中 ， 傳輸?shù)男盘?hào)幅度是離散的 ， 以二進(jìn)制為例 ， 信號(hào)的取值只有兩個(gè) ， 這樣接收端只需判別兩種狀態(tài) 。 ※ 差錯(cuò)可控 ：數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤 （ 差錯(cuò) ） ， 可通過糾錯(cuò)編碼技術(shù)來控制 ，以提高傳輸?shù)目煽啃?。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 33/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) ※ 易加密 ：數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)相比 ，它容易進(jìn)行加密和解密 。 因此 ， 數(shù)字通信的保密性好 。 ※ 易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合 ：由于計(jì)算機(jī)技術(shù) 、 數(shù)字存貯技術(shù) 、 數(shù)字交換技術(shù)以及數(shù)字處理技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展 ， 許多設(shè)備 、 終端接口等產(chǎn)生的均是數(shù)字信號(hào) ，因此 ， 極易與數(shù)字通信系統(tǒng)相連接 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 34/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 數(shù)字通信的主要缺點(diǎn)如下： ※ 頻帶利用率不高 ：數(shù)字通信中 ， 數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬 ， 例如：以電話系統(tǒng)為例 ， 一路模擬電話通常只占據(jù) 4kHz 帶寬 ， 但一路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話可能要占據(jù) 2060kHz的帶寬 。 因此 ， 在系統(tǒng)傳輸帶寬一定的前提之下 ， 模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話 515倍 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 35/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) ※ 系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜 ：在數(shù)字通信中 ，為了準(zhǔn)確地恢復(fù)信號(hào) ， 接收端需要嚴(yán)格的同步系統(tǒng) ， 以保持接收端和發(fā)送端之間具有嚴(yán)格的節(jié)拍一致 、 編組一致 。 因此 ， 數(shù)字通信系統(tǒng)及其設(shè)備一般都比較復(fù)雜 。 不過 ， 隨著 新的寬帶傳輸信道 （ 如光纖 ） 的采用 、 以及窄帶調(diào)制技術(shù)與超大規(guī)模集成電路的發(fā)展 ， 數(shù)字通信的這些缺點(diǎn)目前已經(jīng)弱化 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 36/103 三 .傳輸介質(zhì) 物理層的目的是將原始的位流從一臺(tái)機(jī)器傳輸?shù)搅硪慌_(tái)機(jī)器 ， 有多種物理介質(zhì)可用于實(shí)際的傳輸過程 。每一種傳輸介質(zhì)都有自己不同的特性 ， 包括帶寬 、 延遲 、 造價(jià)等 。 按照物理形態(tài)的不同 ， 傳輸介質(zhì)大致上可以分為 有線傳輸介質(zhì) 和 無線傳輸介質(zhì) 兩種 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 37/103 三 .傳輸介質(zhì) 有線傳輸介質(zhì)是指在兩個(gè)通信設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)的物理連接部分 ， 它能將信號(hào)從一方傳輸?shù)搅硪环?， 有線傳輸介質(zhì)主要有 雙絞線 、 同軸電纜 和 光纖 ： LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 38/103 三 .傳輸介質(zhì) ※ 雙絞線 （ Twisted Pair） ：雙絞線是一種把兩條互相絕緣的銅導(dǎo)線紐絞起來而組成的通信線路 ， 雙絞線的這種結(jié)構(gòu)既可減小流過電流所輻射的能量 ， 也可防止來自其他通信線路上的信號(hào)的干涉 。 通常 ， 雙絞線可分為 屏蔽 STP（ Shielded Twisted Pair） 和 非屏蔽 UTP（ Unshielded Twisted Pair） 的兩種 ， 其中：非屏蔽雙絞線 （ UTP） 定義了五種質(zhì)量類別 ，而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的有以下三種： 第三類 （ 傳輸特性最高規(guī)定 16MHz） 、 第四類 （ 20MHz） 、 第五類非屏蔽雙絞線 （ 155MHz） 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 39/103 三 .傳輸介質(zhì) ※ 同軸電纜 （ Coaxial Cable） ：同軸電纜是一種由一對(duì)同軸導(dǎo)線所組成的通信線路 。 同軸電纜的頻帶寬 ， 損耗小 ， 具有比雙絞線更強(qiáng)的抗干擾能力和更好的傳輸性能 。 按特性阻抗值不同 ， 同軸電纜主要包括 75歐姆寬帶同軸電纜 和 50歐姆基帶同軸電纜 兩種 。 在局域網(wǎng)中常用基帶電纜 ， 其數(shù)據(jù)傳輸率為10Mb/s， 主要用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 40/103 三 .傳輸介質(zhì) ※ 光纖 （ Optical Fiber） ：在通信系統(tǒng)中 ， 目前最為普遍使用的是 石英系光纖 ， 一般由纖芯（ 光的通路 ） 、 包層 （ 多層反射玻璃 ， 將光線反射到纖芯 ） 、 以及保護(hù)層組成 。 光纖常用于 點(diǎn)到點(diǎn)的遠(yuǎn)距離傳輸 。 由于光纖在任何時(shí)候都 只能單向傳輸 ， 因此 ，實(shí)現(xiàn)雙向通信時(shí)光纖必須 成對(duì)出現(xiàn) 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 41/103 三 .傳輸介質(zhì) 用光纖來傳輸電信號(hào)時(shí) ， 在發(fā)送端先要將其轉(zhuǎn)換成光信號(hào) ， 而在接收端則要由光檢波器還原成電信號(hào) 。 按光在光纖中的傳輸模式 ， 光纖可分為 單模光纖 （ Single Mode Fiber） 和 多模光纖 （ Multi Mode Fiber） 兩種 。 其中 ，“ 模 ” 是指以一定角速度進(jìn)入到光纖之中的一束光 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 42/103 三 .傳輸介質(zhì) 無線傳輸介質(zhì)是指在兩個(gè)通信設(shè)備之間不使用任何物理連接 ， 而是通過空間傳輸?shù)囊环N技術(shù) 。 無線傳輸介質(zhì)主要包括 微波 、 紅外線和激光 等 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 43/103 三 .傳輸介質(zhì) ※ 地面微波 ：微波的頻率范圍為 300MHz300GHz， 在這個(gè)范圍內(nèi) ， 它在空中主要沿直線傳播 ， 可經(jīng)電離反射到很遠(yuǎn)的地方 。 由于微波在空中是直線傳播 ， 而地球表面是個(gè)曲面 ， 因此傳輸距離受到限制 。 如果兩個(gè)站點(diǎn)間相距太遠(yuǎn) ， 由于地球本身會(huì)阻礙電磁波的傳輸 ， 因此 ， 需要通過 微波中繼站的串聯(lián)使用 來完成遠(yuǎn)程通信服務(wù) 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 44/103 三 .傳輸介質(zhì) ※ 衛(wèi)星微波 ：衛(wèi)星通信是微波通信與空間電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物 ， 衛(wèi)星通信系統(tǒng)由地球和衛(wèi)星站兩部分組成 。衛(wèi)星在空中起著微波中繼站的作用 ， 用于把地球站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地球站 。 衛(wèi)星首先從一個(gè)頻率 （ 上行鏈 ） 接收地面?zhèn)鬏攣淼男盘?hào) ， 將其放大或再生之后 ， 再從另一個(gè)頻率（ 下行 ） 將信號(hào)發(fā)送到地面站 。 衛(wèi)星微波具有廣播性質(zhì) ， 但因?yàn)閭鬏斁嚯x較遠(yuǎn) ， 因此 ，有 1/4秒的傳輸延遲 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 45/103 三 .傳輸介質(zhì) ※ 紅外傳輸 ：主要利用 950nm近紅外波段的紅外線作為傳輸媒介 。 由于紅外線的波長較短 （ 750nm至 1mm之間 ） ， 因此 ， 對(duì)障礙物的衍射能力差 ， 只適合應(yīng)用在需要短距離 （ 最多 12米范圍內(nèi) ）無線通訊的場(chǎng)合 ， 進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線數(shù)據(jù)傳輸 ， 紅外傳輸?shù)膫鬏斔俾首羁炜蛇_(dá) 16Mbps。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 46/103 三 .傳輸介質(zhì) ※ 激光傳輸 ：激光除了在光纖通信中可以作為光源外 ， 還能用于 在直線間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ， 由于激光的聚焦性好 ， 利用激光可以在 很長的距離間進(jìn)行直線的數(shù)據(jù)傳輸 ， 這對(duì)于連接兩棟無遮擋建筑物內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或控制網(wǎng)絡(luò)是非常方便的 ， 尤其對(duì)于只需暫時(shí)設(shè)置的連接更有優(yōu)勢(shì) 。 但是 ， 由于激光 不具有穿透性 ， 對(duì)環(huán)境變化比較敏感 ，霧 、 雪和雨等大氣變化都會(huì)影響傳輸效果 ， 因此 ， 實(shí)際應(yīng)用中可能需要隨時(shí)對(duì)激光發(fā)射器和接收器進(jìn)行調(diào)整與維護(hù) 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 47/103 四 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式 在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信中 ， 按每次傳送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)位數(shù) ， 通信方式可分為 并行通信和串行通信 。 按照數(shù)據(jù)在線路上的傳輸方向 ， 則其通信方式又可分為 單工通信 、 半雙工通信與全雙工通信 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 48/103 四 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式 ※ 并行通信 （ Parallel Commuca） ：如下圖所示 ，在并行通信方式中一次同時(shí)傳送 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù) ， 因此 ， 從發(fā)送端到接收端需要 8根數(shù)據(jù)線 。 并行方式主要用于近距離通信 ， 例如：在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信通常是以并行方式進(jìn)行的 。 并行方式的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快 ， 處理簡單 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 49/103 四 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式 ※ 串行通信 （ Serial Communication） ：在串行通信方式中一次只傳送一位二進(jìn)制的數(shù)據(jù) ， 因此 ， 從發(fā)送端到接收端只需要一根傳輸線 。 串行方式雖然傳輸率低 ， 但適合于遠(yuǎn)距離傳輸 ， 因此在網(wǎng)絡(luò)中普遍采用串行通信方式 。 接 收 設(shè) 備發(fā) 送 設(shè) 備876543211234 5 6 7 8并 行 到 串行 的 轉(zhuǎn) 換串 行 到 并行 的 轉(zhuǎn) 換LO