通信网络-第2章传输技术与传输网络

通信网络技术05:54:511第二章传输技术与传输网络2.1传输方式与特点2.2传输介质与性质2.3集中传输与复用技术2.4检错与纠错2.5PDH/SDH光纤传输网2.6DDN数字传输网通信网络技术05:54:5122.1传输方式及性能2.1.1传输方式一、按传输形式模拟传输与数字传输模拟传输采用模拟方式，中间需要放大器，有噪声积累数字传输采用数字方式，中间使用中继器，可以克服噪声积累通信网络技术05:54:513二、是否调制基带、频带传输基带传输是按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。基带传输不需要调制、解调，设备花费少，适用于较小范围的数据传输。通信网络技术05:54:514基带、频带传输频带传输是一种采用调制、解调技术的传输形式。在发送端，采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“0”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输；在接收端，通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”或“0”。通信网络技术05:54:5152.1.1传输方式三、传输信息方向单工通信、双工通信、半双工通信通信终端A通信终端B1只发或收2能发能收，不同时(按键发)3收发同时通信网络技术05:54:5162.1.1传输方式四、信息传输节点关系点到点/点到多点工作方式AB1B2AB通信网络技术05:54:5172.1.1传输方式五、同步传输关系同步通信、异步通信同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的。同步通信往往提供位定位信号，适用于高速数据传输异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样，字符与字符间的传输是异步的。异步通信适用低速数据传输；RS232通信网络技术05:54:5182.1.2描述传输性能的一些基本概念一、数据率、频带宽度、信噪比、误码率数据率的单位是bps，bitspersecond比特每秒，表示单位时间内传输的比特数频带宽度是指输出信号电平下降3db处上限频率与下限频率之差的单位是Hz，KHz信噪比是指有用信号(规定输入电压下的输出信号电压)和噪声信号(输入电压切断时，输出所残留之杂音电压)之间的比值。SNR，S/N，Signal-to-NoiseRatio。S是平均信号功率,N是平均噪声功率，信噪比（S/N）通常用分贝（dB）表示，分贝数=10×log10（S/N）。误码率是接收到的位包含错误的比率，ber，biterrorrate。例如光纤信道10^(-10)，固定电话信道10^(-4)，移动电话信道10^(-2)通信网络技术05:54:5192.1.2描述传输性能的一些基本概念二、信道容量和香农定理信道上传输数据的数据率的极值，称为信道容量香农定理：C=Wlog(1+S/N)；其中C是可得到的链路速度，W是链路的带宽。W=4kHz，S/N=200，C=30.6kbps通信网络技术05:54:5110三、传输时间的计算彩色图片，JPEG格式，8×10inchs，分辨率为400pixels/inch，3bytes/pixel，共计8×10×400×400×3＝38.4Mbytes的数据。若采用28.8kbps的信道进行传输，则需要大约38.4M/28.8k=3小时的时间。2.1.2描述传输性能的一些基本概念通信网络技术05:54:51112.2传输介质及性质2.2.1传输介质概述分类：导向介质/自由介质常用介质：①双绞线②同轴电缆③光纤④红外⑤无线电特点：①带宽②传输延时③失真、衰减通信网络技术05:54:51122.2.2无线电一、概述使用无线电频谱必须有关部门的许可，管理机构包括WARC（国际无线电管理大会）和中国的国家无线电管理委员会常用的单位：千，k，10^3；兆，M，10^6；吉，G，10^9；太，T，10^12通信网络技术05:54:5113名称符号频率波段波长传播特性主要用途甚低频VLF3-30KHz超长波1KKm-100Km空间波为主海岸潜艇通信；远距离通信；超远距离导航低频LF30-300KHz长波10Km-1Km地波为主越洋通信；中距离通信；地下岩层通信；远距离导航中频MF0.3-3MHz中波1Km-100m地波与天波船用通信；业余无线电通信；移动通信；中距离导航高频HF3-30MHz短波100m-10m天波与地波远距离短波通信；国际定点通信；甚高频VHF30-300MHz米波10m-1m空间波电离层散射(30-60MHz);流星余迹通信;人造电离层通信(30-144MHz);对空间飞行体通信；移动通信超高频UHF0.3-3GHz分米波1m-0.1m空间波小容量微波中继通信（352-420MHz）对流层散射通信（700-10000MHz）中容量微波通信（1700-2400MHz）特高频SHF3-30GHz厘米波10cm-1cm空间波大容量微波中继通信(3600-4200MHz)大容量微波中继通信(5850-8500MHz)数字通信；卫星通信；国际海事卫星通信（1500-1600MHz）极高频EHF30-300GHz毫米波10mm-1mm空间波再入大气层时的通信；波导通信通信网络技术05:54:5114电磁波频谱无线电的频率与波长满足以下关系:λ是无线电的波长f是无线电的频率c是光速，c=3×10^8m/s典型的例子：GSM系统使用900MHz频段，其波长是3×10^8/900×106=0.33mcf通信网络技术05:54:5115二、无线电波的传播方式无线电波的传播方式主要有以下几种形式①是直达波，又称视距传播(LineofSight,LOS)②是地面反射波③是地表面波④是经大气层反射的天波移动通信系统大都采用视距传播方式通信网络技术05:54:5116视距LOS的计算发射和接收天线的高度分别是ht和hr，地球的等效半径为Re=8500km,O点为地心。则视距传播的极限距离为典型例子：发射和接收天线高50m,则视距d=50kmretehRdhRd2221rtehhRddd221通信网络技术05:54:5117自由空间传播损耗发射和接收的功率分别是PtPr,发射和接收天线的增益分别是GtGr定义自由空间传播损耗24dGGPPrttr24dL通信网络技术05:54:5118自由空间传播损耗自由空间传播损耗的计算公式LS＝92.4+20lgf(GHz)+20lgd(km)dB＝32.4+20lgf(MHz)+20lgd(km)dB结论：自由空间传播损耗L只与工作频率f和传播距离d有关。当f或d增大一倍时，传播损耗增加6dB。移动通信的例子：d=50km,f=2GHz,可以计算出L=132dB;卫星通信的例子：d=40000km,f=6GHz,此时的L=200dB通信网络技术05:54:5119自由空间接收电平的计算发射和接收的功率分别是Pt、Pr,发射和接收天线的增益分别是Gt、Gr用分贝表示的接收电平例：Pt=1W=30dBm,f=3800MHz,d=45km,Gt=Gr=39dB,则Pr=Pt+Gt+Gr–L=30+39+39–137=-35dBm=0.33μW24dGGPPrttr)()()()()(dBLdBGdBGdBmPdBmPrttr通信网络技术05:54:51202.2.3导向介质三种常用的导向介质：双绞线同轴电缆光纤通信网络技术05:54:5121一、双绞线双绞线分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)为什么要进行扭绞？目的是为了提高抗干扰性能。绞度越大，抗干扰性能越好。双绞线这样互相缠绕的目的就是利用铜线中电流产生的电磁场互相作用抵消邻近线路的干扰并减少来自外界的干扰。每对线在每英寸长度上相互缠绕的次数决定了抗干扰的能力和通讯的质量，缠绕得越紧密其通讯质量越高，就可以支持更高的网络数据传送速率，当然它的成本也就越高。规格：美国标准AWG(AmericanWireGauge)，常用的是24号线。AWG24号线的主要参数：φ0.511mm，重量1.82kg/km，最大折断强度5.756kg，直流电阻25.7Ω/1000呎，或84.2Ω/km。通信网络技术05:54:5122屏蔽利用双绞线传输信息时要向周围幅射,信息很容易被窃听,因此要花费额外的代价加以屏蔽。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹,以减小幅射。通信网络技术05:54:5123UTP的分类Cat1一类线带宽1MHz以下，传输语音Cat2二类线带宽1MHz，语音传输Cat3三类线带宽16MHz3~4绞/呎10base-TCat4四类线带宽20MHz10base-T/100base-TCat5五类线带宽100MHz3~4绞/吋10base-T/100base-TCat5e超五类线带宽200MHzCat6六类线带宽200MHzCat7七类线带宽600MHz通信网络技术05:54:5124二、同轴电缆l结构通信网络技术05:54:5125同轴电缆的特点与应用特点：屏蔽性能好，带宽大，衰减小应用有线电视700–850–1000MHz宽带电缆调制解调器CableModem以太网分为粗同轴和细同轴两类通信网络技术05:54:5126三、光纤光纤的结构光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。通信网络技术05:54:5127通信网络技术05:54:5128光纤的特点与应用特点巨大的带宽,带宽可达10GHZ损耗特别低,传输20公里。抗电磁干扰能力强应用骨干网FTTHLAN-FDDI光纤分布式数据接口（FDDI）是由美国国家标准化组织（ANSI）制定的在光缆上发送数字信号的一组协议。FDDI使用双环令牌，传输速率可以达到100Mbps。由于支持高宽带和远距离通信网络，FDDI通常用作骨干网。通信网络技术05:54:5129SingleMode通信网络技术05:54:5130MultimodeGrad-Index通信网络技术05:54:5131MultimodeSteped-Index通信网络技术05:54:51322.3传输编码技术概述2.3.1传输编码技术调制编码模拟信号–模拟传输；例：AM，FM,PM数字信号–模拟传输；例：ASK，FSK,PSK线路编码长距离、抗干扰、同步纠错编码数据可靠传输通信网络技术05:54:51332.3.2线路编码一、线路编码规则1、码型中应不含直流分量，低频分量尽量少。2、码型中高频分量尽量少。这样既可以节省传输频带，提高信道的频带利用率，还可以减少串扰。串扰是指同一电缆内不同线对之间的相互干扰，基带信号的高频分量越大，则对邻近线对产生的干扰就越严重。3、码型中应包含定时信息。4、码型具有一定检错能力。若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测。通信网络技术05:54:5134一、线路编码规则5、编码方案对发送消息类型不应有任何限制，即能适用于信源变化。这种与信源的统计特性无关的性质称为对信源具有透明性。6、低误码增值。对于某些基带传输码型，信道中产生的单个误码会扰乱一段译码过程，从而导致译码输出信息中出现多个错误，这种现象称为误码增殖。7、高的编码效率。8、编译码设备应尽量简单。依照实际要求满足其中若干项通信网络技术05:54:5135二、常用码型①单极性不归零码UnipolarNRZ②双极性不归零码PolarNRZ③单、双极性归零码（RZ）④差分码⑤曼彻斯特、差分Manchester⑥AMI⑦HDB3⑧多进制码通信网络技术05:54:51361、单极性非归零（NRZ）码单极性NRZ码如下图所示。在表示一个码元时，二进制符号“1”和“0”分别对应基