【文章內(nèi)容簡介】 。 – 交換技術能為任意兩個需要進行通信的終端之間建立一個臨時的通信鏈路，通信結(jié)束后再拆除鏈路。 ?目前，通信系統(tǒng)中使用的交換技術主要有電路交換和分組交換兩類 交換技術的分類 ?電路交換（線路交換） – 為發(fā)送端和接收端建立一條臨時的實際物理通道，供通信雙方使用，通信完畢后，交換機內(nèi)的連線被拆除。 – 如：電話交換機 ?優(yōu)點：交換方式簡單，適合遠距離成批數(shù)據(jù)傳輸，建立一次連接可傳送大量數(shù)據(jù)。 ?缺點：線路利用率低，通信成本高 交換技術的分類 ?分組交換（包交換） – 把需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊分割成若干小塊，然后為每個小塊數(shù)據(jù)加上有關的地址信息及分組信息，組成一個數(shù)據(jù)包（也稱為“分組”）。數(shù)據(jù)包的長度通常為幾十到幾百個字節(jié)。這些數(shù)據(jù)包按照類似于流水線的方式在網(wǎng)絡中經(jīng)過緩沖、轉(zhuǎn)發(fā)而到達目的地。通信網(wǎng)絡中每個結(jié)點為其相連的每條鏈路準備了一個緩沖區(qū)，每個數(shù)據(jù)包按照去向不同送入各個緩沖區(qū)排隊，當某一條鏈路空閑時，就從相應的緩沖區(qū)中取出一個數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一結(jié)點，下一結(jié)點再進行轉(zhuǎn)發(fā)，直至數(shù)據(jù)包到達接收端。接收端的計算機按照數(shù)據(jù)包的編號，將它們重新組裝成為原來形式的數(shù)據(jù)塊。 交換技術的分類 ?優(yōu)點： – 線路利用率高； – 收發(fā)雙方不需同時工作，當接收方忙碌時，整個網(wǎng)絡都可以作為它的緩沖； – 可以給數(shù)據(jù)包建立優(yōu)先級，使得一些重要應用的數(shù)據(jù)包能優(yōu)先傳遞。 ?缺點：延時長，不宜用于實時通信或交互通信。 數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標 ?信道帶寬 ：一個信道允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率稱為該信道的帶寬，也稱為信道容量 ?數(shù)據(jù)傳輸速率 ：簡稱數(shù)據(jù)率（ data rate）。指實際進行數(shù)據(jù)傳輸時單位時間內(nèi)傳送的二進位數(shù)目，通常使用“千位 /秒（ kbps）”、 “兆位 /秒（ Mbps）”、 “千兆位 /秒（ Gbps）”作為計量單位 ?誤碼率 ：指數(shù)據(jù)傳輸中出錯數(shù)據(jù)占被傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例 ?端－端延遲 ：指數(shù)據(jù)從信源（源計算機）傳送到信宿（目的計算機）所花費的時間 傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì) ?分為兩大類： – 有線傳輸介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜和光纖。數(shù)據(jù)在其中傳輸時不僅可獲得較高的傳輸效率，且易于保證傳輸?shù)恼_性、可靠性 – 無線傳輸介質(zhì)：無線電波、微波、紅外線和激光等。它們使電磁波通過自由空間去傳輸信息，可省去線路的架設，非常適合邊遠地區(qū)和沿海島嶼使用，也為大量便攜式信息終端入網(wǎng)提供了條件，但存在傳輸效率低、易被竊聽、易受干擾等缺點。 幾種通信系統(tǒng) –有線載波通信 –光纖通信 –微波通信 –衛(wèi)星通信 –移動通信 有線通信系統(tǒng) 無線通信系統(tǒng) 移動通信系統(tǒng) 雙絞線 ?雙絞線 – 相互絞合成均勻螺紋狀的導線所組成的一條傳輸線路。多根這樣的雙絞線捆在一起，外面包上護套，就構成雙絞線電纜。 – 雙絞線可以用于傳輸模擬信號，數(shù)字信號的基帶傳輸。 RJ45接頭 ?雙絞線分為： – 屏蔽雙絞線 (STP) ?在雙絞線外面加上了用金屬絲編織成的屏蔽層，可以用于較遠距離的數(shù)據(jù)傳送，誤碼率低，但價格稍高， – 無屏蔽雙絞線 (UTP) ?使用在計算機局域網(wǎng)中，距離大約 100m左右。 雙絞線 ?特點： – 數(shù)字信號、模擬信號均可傳輸 – 各線對采用雙絞線，減少了各線對之間的串擾 – 頻帶較電話線寬，每對線可傳輸 60路電話信號，多線對能提供上千個話路，適用于干線通信 ?缺點： – 容易受到外部高頻電磁波干擾，且線路本身會產(chǎn)生一定噪聲，誤碼率較高 – 如用作數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)，每隔一定距離需要使用中繼器或放大器 ?常見應用 – 電話系統(tǒng)（模擬信號） – 局域網(wǎng)（數(shù)字信號） 雙絞線 同軸電纜 ?同軸電纜是一組同心圓 ?最外圈是絕緣保護層， ?緊貼著的是一圈起屏蔽作用的金屬編織層， ?再里面是絕緣填料，用來分隔編織的外導體與內(nèi)導體， ?內(nèi)導體可以用單股實心線，或者多股絞合線。 同軸電纜 ?同軸電纜一般分為 – 基帶同軸電纜 (特征阻抗 50Ω) ?局域網(wǎng)（數(shù)字信號） ?在計算機局域網(wǎng)中用于以基帶傳輸方式傳輸數(shù)字信號，距離約為 200～ 500m，傳輸速率可達 50Mb/s。 – 寬帶同軸電纜 (特征阻抗 75Ω) ?有線電視系統(tǒng)（模擬信號） ?帶寬可達 300～ 400MHz，主要用于傳輸電視信號，最大傳輸距離可達幾 km甚至幾十 km。 同軸電纜工作原理 ? 利用頻率分割原理，實現(xiàn)在有線信道上的多路復用。 ? 過程：發(fā)信端的各路信號對不同載波頻率進行調(diào)制，分別搬移到不同頻帶后，同時在同一線路上傳輸。收信端對線路信號放大后，按上述相反順序用濾波器分開各路信號，經(jīng)過解調(diào)恢復原來的信息。 ? 例如：有線電視信號，它通過同軸電纜入戶，這個電纜同時承載有多個電視臺的信號，家里的多個電視機可以接受相同的或者不相同電視臺信號，每臺電視機接受什么信號由該臺電視機的選臺器決定。在同軸電纜中，不同的電視信號占用不同的頻率，互不干擾。 光纖結(jié)構 包層 纖芯 光纖的構成 ? 光導纖維也為稱光纖，由折射率較高的纖芯和折射率略低的包層組成。 ? 包層外有涂覆層，為光纖提供物理保護，屏蔽外部光源的干擾。 ? 光纖具有把光封閉在纖芯中并沿纖芯軸向進行傳播的功能。 ? 纖芯是直徑大約為 10～ 100μm的細石英玻璃絲，透明、纖細。為了保護光纖，包層外通常還覆蓋保護層和絕緣層等。 光纜示意圖 光纖結(jié)構 光纖分類 ?根據(jù)激光在光纖中的傳輸模式，光纖分為 – 單模 ?傳輸距離遠、速率高 (例如 100km距離時速率可達10Gbps)，適合遠程通信使用 – 多模 ?傳輸距離近、速率低 (例如 1km距離內(nèi)速率為 1Gbps)一般在局域網(wǎng)中使用。 光纖工作原理 光線 光波在光纖中的傳播 ?光波在纖芯中的傳輸原理 – 當光線的入射角足夠大時，就會出現(xiàn)全反射，重復此過程，光就沿著光纖傳播下去。 光纖工作原理 ?需要傳輸?shù)臄?shù)字信號 (電信號 )在發(fā)信端去驅(qū)動一個光源 (半導體激光器或發(fā)光二極管 )，并對發(fā)出的光信號進行調(diào)制。經(jīng)過調(diào)制后的光信號通過光纖傳送到接收端，信號經(jīng)放大后由光檢測器 (半導體光電管 )進行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號之后輸出。在傳輸時光纖線路有損耗，并伴有信號失真和噪聲干擾，為此每隔一定的距離要接入中繼器對信號進行修正。 光纖通信 ?光纖通信優(yōu)點 – 數(shù)字傳輸 – 傳輸頻帶非常寬，通信容量大 – 不受高壓線和雷電的電磁干擾、抗核輻射能力強 – 無串音干擾，保密性強，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù) – 重量輕，便于運輸和鋪設 – 傳輸損耗小，無中繼通信距離長 – 數(shù)據(jù)速率為 420Mbps、距離為 119km、無中繼器時，誤碼率為 108 ?光纖通信缺點 – 精確連接兩根光纖比較困難 光纖通信 ? 光纖通信的瓶頸之一是光信號的傳輸距離 。 焦點在“信號放大”。 普通光纖網(wǎng)絡中的信息在傳輸時每隔 200km～ 500km間需加入電放大器，將光信號還原成電信號進行放大，然后再轉(zhuǎn)換成光信號繼續(xù)傳輸。這不僅增加成本，還使 進一步提高帶寬變得越來越困難，超高速傳輸所帶來的經(jīng)濟效益將被昂貴的光 /電和電 /光轉(zhuǎn)換所抵消。 ? 全光網(wǎng) AON（ All Optical Network） ： 光信息流在通信網(wǎng)絡中的傳輸及交換時始終以光的形式存在，不需要經(jīng)過光 /電、電 /光轉(zhuǎn)換。 全光網(wǎng)技術是光纖通訊領域的前沿技術，是 21世紀真正的高速公路。 無線通信系統(tǒng) ?無線電波可以按頻率（或波長）分成中波、短波、超短波、和微波。由于不同波段電磁波的傳播特性各異，因此可以用于不同的通信系統(tǒng) – 中波主要延地面?zhèn)鞑?，繞射能力強，適用于廣播和海上通信 – 短波具有較強的電離層反射能力，適用于環(huán)球通信 – 超短波和微波的繞射能力較差，可作為視距或超視距中繼通信 ?這里主要介紹 微波通信 和 衛(wèi)星通信 電磁波的頻譜 名稱 頻率 ( f ) 波長 ( λ ) 極低頻 VLF 10KHz 30KHz 低頻 LF （ 長波 LW） 30KHz 300KHz 10km ～ 1km 中頻 MF （ 中波 MW） 300KHz 3000KHz 1km ～ 100m 高頻 HF （ 短波 SW） 3MHz 30MHz 100m ～ 10m 極高頻 FM VHF（ 超短波 ） 30MHz 300MHz 10m ～ 1m 超高頻 UHF 300MHz – 3GHz 1m ～ 1dm 極超高頻 SHF 3GHz – 30 GHz 1dm ～ 1cm EHF 30Ghz – 300 GHz 1cm ～ 1mm VHF波段中頻率在 88 ～ 108 MHz的民用廣播俗稱為調(diào)頻電臺 FM 無線電波 微波 電磁波 例如 ： ?中波 900 KHz (南京經(jīng)濟臺 ) ?中波 1008 KHz (南京新聞臺 ) ?中波 1143 KHz (南京交通臺 ) ? 短波 （美國之音） ?調(diào)頻 (南京經(jīng)濟臺 ) ?調(diào)頻 (南京音樂臺 ) 微波通信 ? 微波：是一種具有極高頻率 (通常為 300MHz～ 300GHz)的電磁波。 ? 波長很短，通常為 1米至 1毫米。 ? 微波通信是眾多無線通信形式中的一種。 ? 具有類似光波的特性，在空間主要是直線傳播，也可以從物體上得到反射 ? 它不能象中波那樣延地球表面?zhèn)鞑?，因為地面會很快把它吸收? ? 它也不像短波那樣，可以經(jīng)電離層反射傳播到地面上很遠的地方，因為它會穿透電離層，進入宇宙空間，而不再返回地面 微波通信 ? 微波通信方式 ： – 地面微波接力通信 – 衛(wèi)星通信 – 對流層散射通信 微波通信 地面微波接力通信 如終端站 A， 通過地面中繼站 C，D， E, F， ...， 與另一終端站 B 進行通信 。 中繼站之間的距離大致與塔高平方成正比 。 一般為 50公里左右 。 衛(wèi)星通信 地球站 G 經(jīng)通信衛(wèi)星 （ 空中微波中繼站 ）與另一地球站 H 進行通信 。 是微波接力通信向太空的延伸 。 對流層散射通信 終端站 X發(fā)出的微波信號經(jīng)對流層散射傳到另一終端站 Y進行通信。 微波通信 ? 微波通信優(yōu)點 ： – 容量大 – 可靠性高 – 建設費用低 – 抗災能力強 衛(wèi)星通信 ?利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，實現(xiàn)兩或多個地球站之間的通信。 ?是微波接力通信向太空的延伸，是微波接力通信技術與空間技術相結(jié)合的產(chǎn)物。 衛(wèi)星通信 ? 通信衛(wèi)星工作原理 從地面站 1發(fā)出的無線電信號 ，被衛(wèi)星通信天線接收后 ， 首先在通信轉(zhuǎn)發(fā)器中進行 放大 、 變頻 和功率放大 ， 然后由衛(wèi)星的通信天線把放大后的信號重新發(fā)向地面站 2， 從而實現(xiàn)兩個地面站或多個地面站的遠距離通信 。 通信衛(wèi)星 地面站 1 地面站 2 地 球 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 地球 35800公里 衛(wèi)星通信 ?同步軌道 衛(wèi)星 (地球同步衛(wèi)星) 赤道上方高度為 36 000公里的地方，衛(wèi)星的運行周期與地球自轉(zhuǎn)一圈的周期相同，因此在地面上看這種衛(wèi)星好似靜止不動 。 三顆同步定點軌道 衛(wèi)星就可以覆蓋地球的幾乎全部面積，可以進行二十四小時的全天候通信。 衛(wèi)星通信 ?衛(wèi)星通信優(yōu)點： – 通信距離遠、頻帶寬、容量大、抗干擾強、通信穩(wěn)定 ?缺點： – 造價高（衛(wèi)星本身，發(fā)射衛(wèi)星的火箭）、技術復雜、通信天線口徑大、有較大時延、同步軌道衛(wèi)星數(shù)目有限 下列（ ）介質(zhì)一般不作為無線傳輸?shù)膫鬏斀橘|(zhì)。 A、無線電波 B、微波 C、激光 D、超聲波 在地面微波接力通信中，中繼站的間距一般為（ ）左右 A、 5km B、 50km C、 500km D、 5000km 下列（ ）不屬于無線電波。 A、中波 B、短波 C、次聲波 D、微波 下列（ ）不屬于微波通信方式。 A、地面微波接力