云南新华电脑学院-网络工程师知识点：数据通信技术

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网络工程师知识点：数据通信技术

本章介绍了数据通信的一些基本术语和数据传输的原理，及计算机网络中常用的传输介质。重点是掌握数据通信的基本原理及传输介质，理解数据编码及其应用场合。本章的考核要求大部分为“识记”层次。

1、数据传输的概念及术语

直接连接：两台设备之间传输信道为直接连接的通信形式，在此信道上除了用于增强信号的放大器或中继器外，没有其他的中间器件。

频率：单位时间内信号重复的速度。(周/秒或赫兹(Hz))

频谱：信号所包括频率的范围。

带宽：信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带中，这个频带称为有效带宽或带宽。

任何数字信号的波形都有无限的带宽。对任何给定的介质，传输带宽越宽，则成本越高。带宽越限制，信号失真越大，接收器出错的概率越高。

数据传输速率和带宽的关系： 数据信号传输速率越高，其有效的带宽越宽。同样，传输系统的带宽越宽，该系统能传送的数据传输速率越高。另外，如果信号中心频率越高，潜在带宽就越宽且潜在的数据传输速率越高。

2、模拟和数字数据传输 (领会)

模拟信号是连续变化的电磁波，不同的频谱可通过不同的介质传播。数字信号是一种电压脉冲序列，通过有线介质传输。

模拟数据是时间的函数，且占据有限的频谱，这种数据能用占据相同频谱的电磁信号表现。数字数据可用数字信号表现，通过调制解调器，数字信号能用模拟信号表现。用编码译码器对模拟数据编码产生数字信号，用数字化比特流近似地表示。

模拟传输：不关心传送的内容，通过放大器传播，来提高信号的能量。

数字传输：关心信号的内容，信号通过中继器传播，在每个中继器从入口处取得信号后，将由 1和 0构成的比特流再生后产生新的数据信号并将其从出口送出。

3、传输损耗

衰减的三个问题：a、接收到的信号必须有足够的强度。

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b、信号必须比收到的噪声维持一个更高的电平。

c、在模拟信号传输中，衰减是频率的增量函数。

解决a、b问题用增加信号强度，设置放大器或中继器。解决c问题是使用技术手段使在某个频带内的频率衰减趋于相等或使用高频放大器将高频放大。

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的这种效果。这是有线类传输介质独有的现象。

噪声：传输和接收之间的某处插入的不必要的信号。它是通信系统性能(特别是带宽的使用效率)的主要制约因素。四类噪声：a、热噪声：是温度的函数。b、内调制杂音：当不同频率的信号共享同一传输介质的时候，可能导致内调制杂音。这些信号的频率是某两个频率和、差或倍数。c、串扰：信号通路之间产生的不必要的耦合。d、脉冲噪声：是非连续的，在短时间里具有不规则的脉冲或噪声峰值，并且振幅较大。对数字传输影响较大。

信道容量：对在给定条件，给定通信路径或信道上的数据传送速度。

信道的最大容量： 1)、Nyquist定理：C = 2Wlog 2 M 是非理想有限带宽无噪声信道的最大数据传输的表达式。2)、Shannon定理：C = W log 2 (1+S/N) 其中C为信道容量(b/s),W为信道带宽(Hz)，S/N为信(号)噪(声)比(dB)。此定理是估计有噪声信道的最高极限速率的依据。

4、有线传输介质 (领会)

同轴电缆： 分为75欧姆宽带同轴电缆和50欧姆基带同轴电缆。局域网中常用基带电缆：数据传输率达10Mb/s，均用于总线拓扑结构。分细缆和粗缆：细缆的断头要装基本网络接头(BNC)或50欧姆终端匹配器，再接在 T型连接器两端。最大传输距离925米，粗缆：必须装收发器和收发器电缆。最大距离可达2500米。

双绞线电缆： 主要用于星形拓扑结构。分非屏蔽(UTP)和屏蔽(STP)电缆。传输距离限于100米内。内部的多对双绞线采用了每对电缆的绞矩与所能抵抗电磁辐射干扰成正比，并可降低非平衡型互电容。非屏蔽双绞线(UTP)定义了五种质量类别，计算机网络中常用的有三种：第3类：传输特性最高规定16MHz，用于语音和数据最高传输速率为10Mb/s。第4类：传输特性最高规定20MHz，用于语音和数据最高传输速率为16Mb/s。第五类：传输特性最高规定100MHz，用于语音和数据最高传输速率为155Mb/s。

光纤： 由纤芯(光的通路)、包层(多层反射玻璃，将光线反射到纤芯)及保护层组成。常用于点到点的远距离传输。由于光纤在任何时间只能单向传输，因此实现双向通信必须成对出现。用光纤来传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端要由光检波器还原成电信号。可分为单模和多模两种传输方式：单模提供单条光通路，衰减小，容量大，但价格昂贵；多模光纤发散为多路光纤。每一路光纤走一条通路。

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5、无线传输介质

大气和外层空间是提供电磁信号传播的无线型介质。传输和接收是通过天线完成的。无线传输有定向和全向两种方法。1)、地面微波：要求在“可视线”范围内进行传输，通过微波中继站的串联使用完成远距离远程通信服务。2)、卫星微波：通信卫星是一个微波转播台。卫星从一个频率(上行链路5.93-6.42GHz)接收地面传输来的信号，将其放大或再生后，再从另一个频率(下行链路3.7-4.2GHz)发送到地面站。具有广播性质，但有1/4秒的传输延迟。3)、红外传输：使用调制非相干红外线光的收发机进行可视线内直接或经浅色表面的反射传递信息。

6、数据编码

数字数据的数字信号编码：用两个电压电平来表示两个二进制数字。 编码方式有： a、不归零制NRZ：无电压表是0，负电压表是1。b、曼彻斯特码：在每位的中间有一个跳变，既作为时钟又作为数据，从高到低的跳变表示1，从低到高的跳变表示0。c、差分曼彻斯特码：取值由每位开始的边界是否存在跳变而定，一位的开始边界有跳变代表0，无跳变代表1。

数字数据的调制编码： 在模拟信道上传输数字信号时，将数字数据调成模拟信号才能传送。数字数据用模拟信号进行调制的三种形式：a、幅移键控法ASK(调幅)：用载波频率的两个不同的振幅来表示两个二进值。b、频移键控法FSK(调频)：用载波频率附近的两个不同的频率来表示两个二进值。c、相移键控法PSK(调相)：用载波信号的相位移动来表示数据，可以用多于二相的位移。

模拟数据的数字信号编码：将模拟数据转换成数字数据。常用调制方式：脉冲编码调制(PCM编码)，将一个模拟信号转换为二进制数码脉冲序序列的过程。

PCM编码过程：

* 采样：根据采样定理，每隔一定时间对连续模拟信号采样，产生离散的脉冲信号。 采样定理：一个连续变化的模拟信号，假设有最高频率或带宽F max ，若周期采样周期为T，则采样频率为F=/T，若能满足 F=1/T>=2F max ，即采样频率大于或等于模拟信号最高频率的两倍，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。

* 量化：把采样所得到的脉冲信号按量级比较，并且“取整”，把脉冲信号转换成数字信号。这是一个分级过程。

* 编码：用以表示采样序列量化后的量化幅度，用一定位数的二进制码表示。如果有N个量化级，就应当有log 2 N位二进制数码。

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