第二章 数据通信技术概述.docx

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第二章数据通信技术概述

第二章数据通信技术概述

本章内容

2.1数据通信的基本知识

2.2微波通信

2.3光纤通信

2.4卫星通信

2.5移动通信

2.6宽带无线通信

2.1数据通信的基本知识

•现代通信系统的分类

按信息传输介质来划分，有光纤通信系统、微波通信系统和卫星通信系统；

按信息的表示媒体来划分，有电话通信系统、图像通信系统、数据通信系统和多媒体通信系统；

按通信双方移动的情形来划分，有固定通信系统、移动通信系统和半移动通信系统等。

•现代通信系统的发展方向

数字化、综合化、智能化、宽带化、个人化

2.1.2数据通信的组成与分类

组成:

•信源分为数字信源和模拟信源。

•发送设备即将信源产生的原始电信号变换成适合在信道中传输的信号。

•信道是指信号传输的通道，有线或无线的。

•接收设备是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。

即进行解调、译码、解码等。

•信宿是将复原的原始电信号转换成相应的消息。

2.1.2数据通信的组成与分类

主要分类

通信系统可以从不同的角度来分类。

•数据通信按传输媒质分为两大类：

有线通信、无线通信。

•按信道中所传信号的特征分类分为模拟信号和数字信号，因而可以相应地把通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统。

•按工作频段即通信设备的工作频率来分类。

通信系统可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。

•按通信业务通信系统可分为话务通信和非话务通信。

•按通信者是否运动分类。

通信分为移动通信和固定通信。

2.1.3数据通信的主要技术

通信方向

　对于点对点之间的通信，按消息传送的方向与时间，数据通信的工作方式通常可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。

通信形式

　数字通信中，按照数字信号代码排列顺序的方式不同，可将通信方式分为串序传输和并序传输。

传输方式

　按照信道中所传信号的形式不同，数据的传输方式有模拟通信和数字通信。

＊注意数字通信较与模拟通信的区别.

调制解调器（MODEM）的作用

•调制器的主要作用就是将基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。

•解调器的主要作用就是将模拟的电话信号转化成数字信号，转化时，必须先对电话信号进行采样，采样频率不低于电话信号的最高频率的2倍，然后是量化和编码。

在我国的PCM体制中，电话是采用8bit编码，也就是将采样后的模拟的电话信号量化为256个不同的等级中的一个。

最基本的二元调制方法有以下几种：

调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）

2.1.3数据通信的主要技术

基本的信道复用技术

频分复用技术（FDM）

时分复用技术（TDM）

波分复用技术（WDM）

码分复用技术（CDM）即码分多址（CDMA）

2.1.4衡量数据的主要技术指标

对于模拟通信来说，系统的有效性和可靠性具体可用系统频带利用率和输出信噪比来衡量。

对于数字通信系统而言，系统的可靠性和有效性具体可用误码率和传输速率来衡量。

衡量数据通信可靠性和有效性的主要性能指标。

衡量可靠性的指标可用信号在传输过程中出错的概率来表述，即用误码率来衡量。

误码率越大，表明系统可靠性越差。

数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量，传输速率越高，系统的有效性越好。

Ø数据传输速率

传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。

计算公式：

S=1/T*log2N（bps）…

（1）

式中T为一个数字脉冲信号的宽度（全宽码）或重复周期（归零码），单位为秒；N为一个码元所取的离散值个数。

通常N=2K，K为二进制信息的位数，K=log2N。

N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。

Ø信号传输速率

单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud。

计算公式：

B=1/T（Baud）…

（2）　

式中T为信号码元的宽度，单位为秒。

信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率。

由

（1）、

（2）式得：

S=B*log2N　（bps）或　B=S/log2N　（Baud）…（3）

Ø误码率

Pe是二进制数据位传输时出错的概率，即发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例。

它是衡量数据通信系统在正常工作情况下，传输可靠性的指标。

在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。

误码率公式：

Pe=Ne/N…（4）

式中Ne为其中出错的位数；N为传输的数据总数。

2.2微波通信

2.2.1微波通信简介

•微波通信的概念与组成

概念:

微波通信是指用微波频率作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。

微波中继通信是发展最早、技术最成熟、使用最广泛的一种远距离微波通信方式。

微波通信可以传送大容量的信息，速率高，还可利用一定带宽的天线方便地传送几个并行的微波波道。

2.2.1微波通信简介

组成:

一条微波接力通信线路，通常由终端站、枢纽站、分路站（也有不设分路站的）和若干个中继站（也称再生站）组成，长度在几百公里甚至长达一、二千公里。

2.2.1微波通信简介

分类:

按照不同的应用要求现代微波通信又可以分为卫星通信、移动通信、微波中继通信、无线电系统、有线微波传输以及散射通信等几种方式。

2.2.2微波通信的特性

微波通信是点对点通信，与有线通信方式相比，可以减少地理条件的影响，并且有抗水淹、台风和地震等自然灾害的能力，因此微波通信的可靠性高。

当利用微波通信组网时只需要建设站点，因而建设投资少，调整比较方便，维护费用也低，比有线通信具有更大的灵活性。

目前,数字微波设备逐渐取代了模拟制微波设备。

数字微波除了具有微波通信的一般特点外，还具有数字通信的特点：

1．抗干扰性强。

2．保密性性好，便于加密。

3．便于组成数字通信网。

4．器件便于固态化和集成化，可靠性高。

2.2.3SDH微波通信技术

新一代的数字传输体制，它不仅可以用于光纤通信系统中，而且还可以应用于微波通信、卫星通信之中，从而可以建立一个全新的SDH微波、卫星通信网络。

运用于微波通信中的SDH技术，具有传输容量大、通信性能稳定、投资小、建设周期短以及便于运行、维护、管理操作等优点。

因而在数字微波传输网中SDH已逐步取代了准同步数字系列（PDH）。

SDH技术与PDH技术相比，有如下明显优点：

•统一的比特率，统一的接口标准，为不同厂家设备间的互联提供了可能。

•网络管理能力大大加强。

•提出了自愈网的新概念。

用SDH设备组成的带有自愈保护能力的环网形式，可以在传输媒体主信号被切断时，自动通过自愈网恢复正常通信。

•采用字节复接技术，使网络中上下支路信号变得十分简单。

由于SDH具有上述显著优点，它将成为实现信息高速公路的基础技术之一。

2.2.4微波通信的应用

微波具有频率高，频带宽，信息量大的特点，所以被广泛应用于各种通信业务。

目前，数字微波在通信系统的主要应用场合如下：

用于干线光纤传输系统在遇到自灾害时的紧急修复，以及由于种种原因，不适合使用光纤的地段和场合。

用于农村、海岛等边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务的场合。

这些场合可以使用微波点对点、点对多点系统，微波频段的无线用户环路也属于这一类。

用于城市内的短距离支线连接。

如移动通信基站之间、基站控制器与基站之间的互连、局域网之间的无线联网等等。

2.3.2光纤通信的组成与特点

1.光纤通信的组成

目前，实用光纤通信系统由电端机、光发信机、光收信机、中继器和光纤或光缆五个部分组成。

2.光纤通信的特点

光纤通信的优点如下：

传输频带极宽，通信容量很大；

由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远；

串扰小，信号传输质量高；

光纤抗电磁干扰，保密性好；

光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；

耐化学腐蚀；

光纤是石英玻璃拉制成形，原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。

光纤通信的缺点有光纤弯曲半径不宜过小；光纤的切断和连接操作技术复杂；分路、耦合麻烦。

2.3.3光纤通信新技术

1.光放大器

2.光波分复用（WDM）

光波分复用是将波长间隔为数十纳米的多个光源独立进行调制，让其在同一条光纤中传输，可使光纤中传输的信息容量增加几倍至几十倍。

3.光的码分复用（OCDMA）

光的码分复用是一种扩频通信，其中不同用户的数字信号先要对每个用户特有的相互正交的码序列进行模2加，再调制到光信号上。

在接收端，只有利用用户特有的正交码才能恢复原来的数字信号，其它支路的信号不会形成干扰。

2.4卫星通信

2.4.1卫星通信简介

概念:

卫星通信是宇宙无线电通信的一种形式，是利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。

这里所指的地球站是指设在地球表面，包括地面、海洋和大气中的通信站。

常用术语:

（1）上行频率指发射站把信号发射到卫星上用的频率，由于信号是由地面向上发射，所以叫上行频率。

（2）转发器指卫星上用于接收地面发射来的信号，并对该信号进行放大，再以另一个频率向地面进行发射的设备。

一颗卫星上可以有多个转发器。

（3）下行频率指卫星向地面发射信号所使用的频率，不同的转发器所使用的下行频率不同，换句话，当我们接收不同的节目内容时，所使用的下行频率不同，在使用卫星接收机时所设置的参数也就不同，如果设置不正确，将不能接收相应的节目内容。

例如：

我国鑫诺一号卫星用于数据广播的下行频率之一为12,620MHz。

由于一颗卫星上有多个转发器，所以会有多个下行频率。

卫星数据广播技术:

卫星数据IP广播是通过UDP协议将数据打包送上卫星，再通过卫星下发至接收端。

接收端使用指定的PC卡/接收机和相应的接收软件即可接收。

IP广播是基于新一代的卫星数据广播方式，需要占用专门的IP频道资源。

特点:

•通信距离远，通信成本与距离无关

•覆盖面积大，可以进行多址通信

•通信频带宽，容量大

•通信质量好，可靠性高的全球通信系统

2.4.2卫星通信系统组成

卫星通信系统包含通信卫星和各种地面站。

从功能上分，地面除通信系统地面站外，还有测控和管理系统站，如图所示。

2.4.3几种常见的数字卫星通信系统

•VSAT卫星通信系统

•直播卫星业务（DBS）

DBS，即直播卫星业务（DirectBroadcastingSatelliteService），通常是指采用地球同步轨道卫星，以大功率辐射地面某一区域，向小团体及家庭单元传送电视娱乐、多媒体数据等信息，造福广大用户的一种卫星广播业务。

3.移动卫星通信

移动卫星通信是指利用卫星作为中继，实现地面、空中、海上移动用户之间，或移动用户与固定用户之间的相互通信。

移动卫星通信系统主要由卫星转发器、地面主站、地面基站、地面网络协调站和众多的远程移动站等组成。

4.海事卫星通信系统

Inmarsat航空卫星通信系统主要提供飞机与地球站之间的地对空通信业务。

该系统由卫星、航空地球站和机载站三部分组成。

2.5移动通信

2.5.1移动通信简介

1.移动通信的特点

2.移动通信的分类

•按设备的使用环境分类主要有陆地移动通信、海上移动通信和航空移动通信三种类型。

此外还有地下隧道矿井、水下潜艇和太空航天等移动通信。

•按照服务对象分类有公用移动通信和专用移动通信两种类型。

3.移动通信的组成

移动通信系统一般由移动台（MS）、基站（BS）、移动业务交换中心（MSC）等组成，如图所示。

2.5.2蜂窝移动通信系统

•移动通信术语简介

•Cellular的中文含义是“蜂窝技术”，它是一种无线通信技术。

•GPRS是GeneralPacketRadioService的缩写，意为“通用分组无线业务”。

这是无线通信的一种标准，其速度为150Kbit/s，比GSM的9.6Kbit/s快15倍。

它是从第二代移动通信向3G的过渡技术，也有人称之为2.5代通信技术。

•NetDevice按字面意思它是“网络设备”或“网络装置”，但实际上它既不是指路由器也不指交换机，而是能与Internet实现联网的小型设备，不包括台式机和笔记本电脑。

NetDevice主要包括掌上电脑、双向呼机、机顶盒、智能电话、汽车PC，以及专门收发E－mail的小型工具等。

也有人把NetDevice称作InformationAppliance（信息家电）。

2. GSM数字蜂窝移动通信系统

GlobalSystemforMobileCommunications的缩写，意为全球移动通信系统，GSM的特点主要表现在以下几方面：

•GSM的移动台具有漫游功能，可以实现国际漫游。

•GSM可以提供多种数据业务。

•GSM具有较好的保密功能。

•GSM系统容量大、通话音质好、便于数字传插、可与今后的ISDN兼容，还具有电子信箱、短消息业务等功能。

•GSM系统采用小区制，小区覆盖半径大多为1～25km，每个小区设有一个（或多个）基站，用以负责本小区移动通信的联络和控制等功能。

3.CDMA数字蜂窝移动通信系统

CDMA的英文全称是CodeDivisionMultipleAccess（码分多址），它是根据美国标准（IS-95）而设计的。

CDMA并不给每一个通话者分配一个确定的频率，而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱。

CDMA蜂窝移动通信系统与FDMA模拟蜂窝移动通信系统或TDMA数字蜂窝移动通信系统相比具有更大的系统容量、更高的话音质量、更强的抗干扰性能和更好的保密性能等诸多优点，因而CDMA也成为第三代蜂窝移动通信系统的方式，它具有以下主要特点：

•CDMA系统容量大

•CDMA系统具有软容量特性

•CDMA系统具有软切换功能

•CDMA系统具有话音激活功能

2.5.3个人通信系统简介

个人通信是指用户能在任何时间、任何地点与其它地点的另一个人进行各种通信（语音、数据、传真、图像等）的一种新的通信方式。

个人通信以人为中心，它把现在“服务到家”的通信推向“服务到人”，具有最好的服务质量，是21世纪通信发展的重要方向。

个人通信的主要特点，是每一个用户有一个属于个人的唯一通信号码，取代了以设备为基础的传统通信的号码，电信网随时跟踪对用户的服务。

用户通信完全不受地理位置的限制，不论被呼叫的用户是在车上、船上、飞机上，还是在办公室里、家里、公园里，电信网都能根据呼叫人所拨的个人号码找到他，接通电路提供通信。

•目前个人通信还只是在研究起步的阶段，但是已经有一些重大的技术成果是实现个人通信的基础。

2.5.4第三代移动通信系统（3G）

3G是ThirdGeneration的简称，是指第三代移动通信。

第一代移动通信是模拟无线网络，第二代是目前广为使用的GSM和CDMA。

3G将具有更宽的带宽，其传输速度最低为384Kbit/s，最高为2Mbit/s，不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet。

第三代移动通信系统的主要特点：

（1）第二代移动通信系统一般为区域或国家标准，而第三代移动通信系统将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。

（2）第三代移动通信系统具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务。

（3）第三代移动通信的业务能支持从话音、分组数据到多媒体业务；应能根据需要提供带宽。

（4） 第三代移动通信系统便于过渡、演进。

（5）第三代移动通信系统支持非对称传输模式。

2.6宽带无线通信

2.6.1接入网概述

目前，接入网主要存在的方式有：

•利用现有铜缆方式

•光纤和同轴电缆混合方式

•光纤到路边和光纤到家

•还可利用无线构成的用户接入网

2.6.2宽带无线接入技术的分类

目前，主要的宽带无线接入技术有三类，即

•MMDS多路多点分配业务（Multichannel Microwave Distribution Service）、

•DBS直播卫星业务

（DirectBroadcastingSatelliteService）、

•LMDS本地多点分配业务

（LocalMultipointDistributeService）

2.6.3本地多点分配业务LMDS

LMDS中各个词都有其自身的含义：

local（本地）是指单个基站所能够覆盖的范围，LDMS因为受工作频率电波传播特性的限制，单个基站在城市环境中所覆盖的半径通常小于5km；

multipoint（多点）是指信号由基站到用户端是以点对多点的广播方式传送的，而信号由用户端到基站则是以点对点的方式传送；

distribution（分配）是指基站将发出的信号（可能同时包括话音、数据及Internet、视频业务）分别分配至各个用户；

service（业务）是指系统运营者与用户之间的业务提供与使用关系，即用户从LMDS网络所能得到的业务完全取决于运营者对业务的选择。

•LMDS系统网络结构

一个完整的LMDS系统包括网络运行中心（NOC）、骨干网络、基站系统、远端站四大部分。

2.LMDS系统的典型应用领域

（1）在数据通信网中的应用。

（2）在蜂窝业务中的应用。

（3）LMDS构建本地信息环路。

（4）在广播电视网中的应用。

（5）LMDS构建综合业务接入网。

3.LMDS发展状况及前景展望

2.6.4宽带无线通信的优势及适用

评定最为适用系统的准则一般取决于下列因素：

•用户要求－要考虑业务类型和业务量密度，还要考虑其性能价格比对多数用户能否承受。

•频谱效率－要分析不同空中接口技术体制的特性，特别是其频谱效率能否支持用户不断增长的要求。

•电波覆盖－要确定对该系统恰当的无线电频谱的可用性，以及覆盖地区实际蜂房大小能否满足用户分布。

•建网成本－要分析比较网络基础设施的费用、用户设备的费用、运营的费用和实现规模化生产降低设备价格的速度，初期建网投资要小，并能够分阶段投入。

•现有网络－怎样达到新建无线接入系统与运营商的现有网络特点相融合，以充分利用运营者已有的网络资源和号码资源。