【正文】 字通信系統(tǒng) 。 ※ 基帶信號 （ 模擬基帶信號 ） 到 調(diào)制信號（ 頻帶信號 ） 的變換 。 信 源解 調(diào) 器信 道調(diào) 制 器信 宿噪 聲 源( 發(fā) 送 端 ） （ 接 收 端 ）LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 24/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號 ?在數(shù)字通信系統(tǒng)中 ， 若信源產(chǎn)生的是數(shù)字信號 （ 例如：計(jì)算機(jī)或終端等數(shù)字設(shè)備直接發(fā)出的二進(jìn)制信號 ） ， 而傳輸使用的是模擬信道 （ 例如：公用電話線路等 ） ， 則稱為 數(shù)字信號的頻帶傳輸通信系統(tǒng) 。 ?若信源產(chǎn)生的是模擬信號 ， 而傳輸使用的是數(shù)字信道 ， 則稱為 模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng) 。 信源信 道噪 聲 源加密器編碼器調(diào)制器解調(diào)器譯碼器解密器信宿同 步LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 26/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號 （ Cont.） ?數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng) ： 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示 。 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 （ Cont.） ?要實(shí)現(xiàn)模擬信號在數(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 。 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 （ 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 ， 從而把模擬信號的 連續(xù)幅度 變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的 離散幅度 。 這樣得到的數(shù)字信號 ， 才可通過電纜 、 微波干線 、 衛(wèi)星通道等數(shù)字線路傳輸 。 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 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)男盘柗仁请x散的 ， 以二進(jìn)制為例 ， 信號的取值只有兩個(gè) ， 這樣接收端只需判別兩種狀態(tài) 。 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 ※ 易加密 ：數(shù)字信號與模擬信號相比 ，它容易進(jìn)行加密和解密 。 ※ 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 ，因此 ， 極易與數(shù)字通信系統(tǒng)相連接 。 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 。 因此 ， 數(shù)字通信系統(tǒng)及其設(shè)備一般都比較復(fù)雜 。 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機(jī)器傳輸?shù)搅硪慌_機(jī)器 ， 有多種物理介質(zhì)可用于實(shí)際的傳輸過程 。 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 。 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） 。 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 。 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) 。 光纖常用于 點(diǎn)到點(diǎn)的遠(yuǎn)距離傳輸 。 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時(shí) ， 在發(fā)送端先要將其轉(zhuǎn)換成光信號 ， 而在接收端則要由光檢波器還原成電信號 。 其中 ，“ 模 ” 是指以一定角速度進(jìn)入到光纖之中的一束光 。 無線傳輸介質(zhì)主要包括 微波 、 紅外線和激光 等 。 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 。 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)星首先從一個(gè)頻率 （ 上行鏈 ） 接收地面?zhèn)鬏攣淼男盘?， 將其放大或再生之后 ， 再從另一個(gè)頻率（ 下行 ） 將信號發(fā)送到地面站 。 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 。 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 ， 尤其對于只需暫時(shí)設(shè)置的連接更有優(yōu)勢 。 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 。 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 。 并行方式的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快 ， 處理簡單 。 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 。 例如：無線電廣播和電視廣播都是單工通信 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 51/103 四 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式 ※ 全雙工通信 （ Duplex Communication） ：全雙工通信方式允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸 ， 又稱為雙向同時(shí)通信 ， 即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 。 這種通信方式主要用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信 。 按照串行數(shù)字的不同時(shí)鐘控制方式 ， 串行通信又可分為 同步通信和異步通信 兩種方式 。 發(fā)送端發(fā)送 連續(xù)的比特流 。 發(fā)送端發(fā)送完一個(gè)字節(jié) （ 長度為 5至 8位 ） 后 ， 可經(jīng)過任意長的 時(shí)間間隔 再發(fā)送下一個(gè)字節(jié) 。 NRZ碼的 缺點(diǎn) ： 無法判斷一位的開始與結(jié)束 ， 如：無法從持續(xù)的高電平中解析出 1的個(gè)數(shù) ， 因此 ， 為保證收發(fā)雙方的同步 ， 還 必須在發(fā)送 NRZ碼的時(shí)候 ， 用另一個(gè)信道同時(shí)傳送同步信號 。 由于曼徹斯特碼在每個(gè)時(shí)鐘位都必須有一次變化 ， 因此 ，其 編碼的效率僅可達(dá)到 50%左右 。 在曼徹斯特編碼中 ， 每一位的中間有一跳變 ， 該跳變既可作為時(shí)鐘信號 ， 又可作為數(shù)據(jù)信號 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 58/103 五 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法 ※ 差分曼徹斯特 （ Difference Manchester） 編碼 ：差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的一種改進(jìn) ， 雖然保留了曼徹斯特編碼作為 “ 自含時(shí)鐘編碼 ” 的優(yōu)點(diǎn) ， 其編碼原理如下圖所示 ， 其中：每比特的中間跳變僅做同步之用； 每比特的值根據(jù)其 開始邊界 是否發(fā)生跳變來決定 ， 若一個(gè)比特 開始處出現(xiàn)電平跳變 表示傳輸二進(jìn)制 0， 而 不發(fā)生跳變 則表示傳輸二進(jìn)制 1。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 60/103 六 .模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率 數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 61/103 六 .模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率 、信號帶寬與信道帶寬 ※ 信道 （ Channel） ：是指 信號傳輸?shù)奈锢硗ǖ?。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 62/103 六 .模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率 、信號帶寬與信道帶寬 ※ 信道帶寬 ：信道帶寬限定了允許通過該信道的信號下限頻率 和 上限頻率 ， 即限定了一個(gè)頻率通帶 。 只要 最低頻率分量 和 最高頻率分量 都在信道帶寬的頻率范圍內(nèi)的任意信號都能通過該信道 。 ※ 如果 帶寬相同 但 頻率范圍不一致 時(shí) ， 該信號的頻率分量肯定不能完全通過該信道 （ 此時(shí) ， 可以考慮通過 頻譜搬移 也就是調(diào)制來實(shí)現(xiàn) ） 。 ※ 如果 帶寬不同 且 信號帶寬大于信道帶寬 ，同時(shí) ， 集中信號大部分能量的主要頻率分量包含在信道的通帶范圍內(nèi) ， 通過信道的信號會損失部分頻率成分 ， 但仍可能被識別 ， 正如數(shù)字信號的基帶傳輸和語音信號在電話信道傳輸那樣 。 ※ 不管帶寬是否相同 ， 如果 信號的所有頻率分量都不在信道的通帶范圍內(nèi) ， 則信號將無法通過 。 例如：以電話信道為例 ， 假定其頻率范圍從300~3300Hz， 即：信道帶寬為 3kHz， 而語音信號頻譜則一般為 100Hz~7KHz的范圍 。 由于語音信號的主要能量集中在中心的一些頻率分量附近 ， 因此 ， 通過電話信道傳輸?shù)恼Z音信號雖有失真 ， 但仍能分辨 。 信道帶寬 與 數(shù)據(jù)傳輸速率 的關(guān)系可以奈 奎 斯 特 （ Nyquist ） 準(zhǔn)則 與 香農(nóng)（ Shanon） 定律 描述 。 ※ 香農(nóng)定理 ：在有隨機(jī)熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號時(shí) ， 數(shù)據(jù)傳輸速率 Rmax與信道帶寬 H， 信噪比 S/N的關(guān)系為 Rmax=H log2（ 1+S/N） ， 其中S/N為信噪比 ， 10 lgS/N的值為分貝 。 香農(nóng)定理 描述了有限帶寬 、 有隨機(jī)熱噪聲信道的最大傳輸速率與信道帶寬 、 信噪比間的關(guān)系 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 70/103 六 .模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率 ※ 另外 ， 由奈奎斯特準(zhǔn)則可知 ， 要想提高信道的數(shù)據(jù)傳輸速率 ， 僅僅依靠提高采樣率是不可能的 ， 因?yàn)槟慰固販?zhǔn)則表明 ， 即使對于完美的 3KHz傳輸線路 ，若每個(gè)碼元僅包含一位 （ 即：用 0伏電壓表示邏輯 0，用 1伏電壓表示邏輯 1） ， 則采樣率超過 6KHz是沒有意義的 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 71/103 六 .模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率 ※ 所謂 調(diào)制 ， 是指在發(fā)送端將 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號 的過程 。 在數(shù)字信號的頻帶傳輸系統(tǒng)中 ， 為了在模擬信道中傳輸數(shù)字信號 ， 必須先 在發(fā)送端將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號 ， 然后再 在接收端將模擬數(shù)據(jù)信號還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號 。 ※ 目前主要的數(shù)字調(diào)制技術(shù) （ 將數(shù)字信號變換為模擬信號的技術(shù) ） 有以下三種基本形式 ，即： 移幅鍵控法 ASK、 移頻鍵控法 FSK、 移相鍵控法 PSK。