中级通信工程师

本文整理了2014年中级通信工程师考试《互联网技术》相关知识点，希望能够帮助您更好的全面备考2014年通信工程师考试!

1.2数据信号的传输

1.2.1数据传输的方式

在通信系统中，要把数字数据或模拟数据从一个地方传到另一个地方需借助于一定的物理信号，如电磁波和光，而物理信号可以是连续的模拟信号，也可以是离散的数字信号。

要传送的数据可通过编码形成两种信号(模拟信号和数字信号)中的一种，从而产生4种数据传输形式，即模拟信号传输模拟信号、模拟信号传输数字信号、数字信号传输模拟信号、数字信号传输数字信号，

1.基带传输

由计算机或终端产生的未经调制的数字信号所占用的频率范围叫做基本频带，简称基带。这种数字信号就称基带信号。传送数据时，以原封不动的形式，把基带信号送入传输线路，称为基带传输。

使用基带传输时，首先要解决信号的编码问题，即如何将数字数据用物理信号(如电信号)的波形来表示，用来表示数字数据的电信号的波形可以有多种形式。数字信号是离散的不连续的电压或电流的脉冲序列，每个脉冲代表一个信号单元，或称为码元。对于二进制的数据信号来说，用两种码元分别表示二进制数字符号“1”和“0”,每个二进制符号与一个码元相对应。表示二进制数字信息的码元的形式不同，便产生出不同的编码方案。下面主要介绍单极性不归零码、双极性不归零码、单极性归零码、双极性归零码、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码等。

(1)单极性不归零码

图1-5所示为单极性不归零码，在每一码元时间间隔内，有电流发出表示二进制的1,无电流发出则表示二进制的0.每一个码元时间的中心是采样时间，判决门限为半幅度电平，即0.5.若接收信号的值在0.5与1.0之间，就判为1:若在0与0.5之间就判为0.每秒钟发送的二进制码元数称为码速，其单位为波特(Baud)。在二进制情况下，1波特与信息传输速率1bit/s相当，即码元速率等于信息速率。

(2)双极性不归零码

图1-6所示为双极性不归零码，在每一码元时间间隔内，发正电流表示二进制的1,发负电流则表示二进制的0.正的幅值和负的幅值相等，所以称为双极性不归零码。这种情况的判决门限定为零电平。接收信号的值如在零电平以上，判为1:如在零电平以下判为0.

以上两种编码信号是在一个码元全部时间内发出或不发出电流，或在全部码元时间内发出正电流或负电流，属于全宽码，即每一位码占用全部的码元宽度，即不归零。如重复发送“1”,就要连续发送正电流，如重复发送“0”,就要连续不送电流或连续发送负电流。

(3)单极性归零码

图1-7所示为单极性归零码，在每一码元时间间隔内，当发“1”时，发出正电流，但是发电流的时间短于一个码元的时间，即发一个窄脉冲;当发“0”时，仍然完全不发送电流。这样发“1”时有一部分时间不发电流，幅度降为零电平，故称为归零码。

(4)双极性归零码

图1-8所示为双极性归零码，在每一码元时间间隔内，当发“1”时，发出正的窄脉冲;当发“0”时，发出负的窄脉冲。

双极性归零码的另一种形式称为交替双极性归零码(AMI)。在发送过程中，发“1”窄脉冲的极性总是交替的，即如果发前一个“1”用正脉冲，则发后一个“1”用负脉冲：而发“0”时不发脉冲。

(5)曼彻斯特码

曼彻斯特码(ManchesterCode)是一种双相码。在图1-9中用高电平到低电平的转换边

表示“0”,而用低电平到髙电平的转换边表示“1”,位中间的电平转换边既表示了数据代码，也作为定时信号使用。曼彻斯特编码用在以太网中。

(6)差分曼彻斯特码

差分曼彻斯特编码也是一种双相码，如图1-10所示。和曼彻斯特编码不同的是，这种编码的码元中间的电平转换边只作为定时信号，而不表示数据。数据的表示在于每一位开始处是否有电平转换：有电平转换表示“0”,无电平转换表示“1”,差分曼彻斯特编码用在令牌环网中。

以上各种编码各有优缺点。第一，脉冲宽度越大。发送信号的能量就越大，这对于提高接收端的信噪比有利。第二，脉冲时间宽度与传输频带宽度成反比关系，归零码的脉冲比全宽码的窄，因此它们在信道上占用的频带就较宽，归零码在频谱中包含了码元的速率，也就是说，发送频谱中包含有码元的定时信息。第三，双极性码与单极性码相比，直流分量和低频分量减少了，如果数据序列中“1”和“0”的位数相等，那么双极性码就没有直流分量，交替双极性码也没有直流分量，这一点对于传输是有利的。第四，曼彻斯特码和差分曼彻斯特码在每一个码元中均有跃变。没有直流分量，利用这些跃变可自动计时，因而便于同步。

在数据通信中，选择什么样的数据编码要根据传输的速度、信道的带宽、线路的质量以及实现的价格等因素综合考虑。

2.频带传输

信号每秒钟变化的次数叫频率，单位为赫兹(Hz)。信号的频率有高有低，从低频到高频的范围叫频带，不同的信号有不同的频带。

频带传输是指把数字设备上发出的数字信号调制成模拟信号后再发送、传输，到达接收端时再把模拟信号解调成原来的数字信号来进行传输。

使用模拟信号传输数字数据时，需要借助于调制解调装置，把数字信号(基带脉冲)转换成模拟信号，使其变为适合于电话线路传输的信号。调制就是用基带脉冲对载波信号的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化。经过调制的信号称为已调信号。已调信号通过电话线路传输到接收端，在接收端通过解调恢复为基带脉冲。

任何载波信号有3个参堪：：振幅(A)、频率(f)和相位(P)。相应地，把数字信号转换成模拟信号就有3种基本技术：振幅调制(ASK)、频率调制(FSK)和相位调制(PSK)。

(1)振幅调制

振幅调制又称为振幅键控(ASK)，它是用数字基带信号控制正弦载波信号的振幅。当传输的基带信号为“1”时，振幅调制信号的振幅保持某个电平不变，即有载波信号输出：当传输的基带信号为“0”时，振幅调制信号的振幅为零，即没有载波信号输出。振幅调制实际上相当于用一个受数字的基带信号控制的开关来开启和关闭正弦载波信号的输出。

(2)频率调制

频率调制又称为频率键控(FSK)，它是用数字基带信号控制正弦载波信号的频率f.当传输的基带信号为“1”时，频率调制信号的角频率为2π?1;当传输的基带信号为“0”时，频率调制信号的角频率为2π?2.

(3)相位调制

相位调制又称为相位键控(PSK)，它是用数字基带信号控制正弦载波信号的相位。相位调制又可分为绝对相移调制和相对相移调制。

绝对相移调制是利用正弦载波的不同相位直接表示数字。当传输的基带信号为“1”时，绝对相移调制信号和载波信号的相位差为0:当传输的基带信号为“0”时，绝对相移调制信号和载波信号的相位差为π。

相对相移调制是利用前后码元信号相位的相对变化来传送数字信息。当传输的基带信号为“1”时，后一个码元信号和前一个码元信号的相位差为当传输的基带信号为“0”时，后一个码元信号和前一个码元信号的相位差为0.

1.2.2传输介质

数据通信系统中可以使用各种传输介质来组成物理信道，由于传输介质特性的不同，应 用场合也不同。下面简要介绍几种常用的传输介质及其特点。

1.双绞线

双绞线由互相绝缘的一对铜导线扭绞在一起组成：均匀的扭绞可以减少线对之间的电磁干扰，双绞线适用于短距离传输。

双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。非屏蔽双绞线由不同颜色的4对双绞线组成。 屏蔽双绞线的外层有铝箔包裹着，需要支持屏蔽功能的特殊连接器和适当的安装技术，但是 传输速率比相应的非屏蔽双绞线高。

由于双绞线价格便宜，安装容易，适用于结构化综合布线，所以得到了广泛使用。通常 在局域网中使用的非屏蔽双绞线的传输速率是10Mbit/s和100Mbit/s,随着网卡技术的发展，当短距离应用时，传输速率可以达到1 OOOMbit/s.

2.同轴电缆

同轴电缆的芯线为铜质导线，外包一层绝缘材料，再外面是由细铜丝组成的网状导体， 最外面加一层塑料外皮，芯线与网状导体同轴，故名同轴电缆。同轴电缆的这种结构，使它具有高带宽和较好的抗电磁干扰性能。

在局域网中常用的同轴电缆有两种。一种是特性阻抗为50Ω的同轴电缆，用于数字传输。这种间轴电缆又分为粗缆和细缆，粗缆适用于大型局域网，它的传输距离长，可靠性高，安 装时不需要切断电缆，用夹板装置夹在计算机需要连接的位置。但粗缆必须安装外收发器， 安装难度大，总体造价高。细缆容易安装，造价低，但安装时需要切断电缆，装上BNC接头，再连接在T型连接器两端。50Ω同轴电缆多用于基带传输，所以此种电缆也叫基带同轴电缆。由于在传输过程中基带信号容易发生畸变和衰减，所以传输距离不能很长。

另一种同轴电缆是特性阻抗为75Ω的CATV电缆，用于传输模拟信号，这种电缆也叫宽 带同轴电缆。这里的宽带是泛指模拟传输的电缆网络。对于带宽为400MHz的同轴电缆，典型的数据速率为100-150Mbit/s.也可以采用频分多路技术(FDM)，把整个带宽划分为多 个独立的信道，分别传输数据、语音和视频信号，实现多种通信业务。这种传输方式称为综 合传输，适合于在办公自动化环境中应用。

3.光纤

光纤由能传送光波的纯石英玻璃制成。光纤由纤芯、包层和涂覆层构成，包层的折射率 略低于纤芯，进入光纤的光波在纤芯与包层的界面上形成全反射，从而不断地向前传播。

光纤信道中的光源可以是发光二极管(LED)和注入式激光二极管(LD)。这两种器件 在有电流通过时都能发出光脉冲，光脉冲通过光纤传播到达接收端。接收端有一个光检测 器--光电二极管，它遇光时产生电信号，这样就形成了一个单向的光传输系统。

光波在光纤中以多种传播模式传播，不同的传播模式有不同的电磁场分布和不同的传播 路径，这样的光纤叫多模光纤。光波在光纤中以什么模式传播，与纤芯和包层的相对折射率、 纤芯的直径以及工作波长有关。如果纤芯的直径小到与光波波长处于同一数量级时，则光纤 就成为光波导，光波在其中无反射地沿直线传播，这种光纤叫单模光纤。通常在远距离传输 中使用单模光纤。

光纤作为传输介质，其优点是很多的。首先，它具有很高的数据速率、极宽的频带、低 误码率和低延迟。典型数据传输速率是100Mbit/S,甚至可达丨OOOMbit/s,而误码率比同轴电 缆可低两个数量级，只有10负9次方。其次，光传输不受电磁干扰，安全性和保密性能好。最后，光纤重量轻、体积小、铺设容易。

4.无线信道

由双绞线、同轴电缆和光纤等传输介质组成的信道可称为有线信道。无线信道是通过空 间传播信号，包括微波、红外线和短波信道。

微波通信系统可分为地面微波系统和卫星微波系统，两者的功能相似，但通信能力有很 大差别。地面微波系统有在视距范围内的两个互相对准方向的抛物面天线，长距离通信则需 要多个中继站组成微波中继链路。在计算机网络中使用地面微波系统可以扩展有线信道的连 通范围，例如在大楼顶上安装微波天线，使得两个大楼中的局域网互相连通，这可能比挖地 沟埋电缆花费更少。

通信卫星可看作是悬在太空中的微波中继站。卫星上的转发器把波束对准地球上的一定 区域，在此区域中的卫星地面站之间就可通信。地面站以一定的频段(称为上行频段)向卫 星发送信息，卫星上的转发器将接收到的信号放大并变换到另一个频段(称为下行频段)上 发回地面接收站。这样的卫星通信系统可以在一定的区域内组成广播式通信网络，特别适合 于海上、空中、矿山、油田等经常移动的工作环境^卫星传输运营商可以将卫星信道划分成 许多子信道出租给商业用户，用户安装甚小孔径终端系统组成卫星专用网，地面上的集中站 作为收发中心与用户交换信息。微波通信的频段为吉兆段的低端，一般是1-11GHz,因而它具有带宽高、容童大的特 点。由于使用了高频率。因此可使用小型天线，便于安装和移动。不过微波信号容易受到电 磁干扰，地面微波通信也会造成相互之间的干扰，大气层中的雨雪会大量吸收微波信号，当 长距离传输时会使得信号衰减以致无法接收。另外，通信卫星为了保持与地球自转的同步， 一般停在35800km的高空。这样长的距离会造成大约240-280ms的时延，在利用卫星信道 组网时，长时延是必须考虑的因素。

红外线传输系统利用墙壁或屋顶反射红外线从而形成整个房间内的广播通信系统。 这种系统使用红外线光发射器和接收器，如用于电视机的遥控装置。红外线通信的设备 相对便宜，可获得高的带宽。其缺点是传输距离有限，且易受室内空气状态(如烟雾等)的影响。

无线电短波通信早已用在计算机网络中了，己经建成的无线通信局域网使用了甚高频 VHF(30300MHz)和超高频(3-3GHz)的电视广播频段，这个频段的电磁波是以直线方式在视距范围内传播的，所以用作局部地区的通信是很适宜的。特别适合于由微机工作站组 成的资源分布系统，在不便于建设有线通信线路的地方可以快速建成计算机网络。短波通信 设备比较便宜，便于移动，没有像地面微波站那样的方向性，加上中继站可以传送很远的距 离。缺点是易受电磁干扰和地形地貌的影响，且其带宽比微波通信的要小。

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（责任编辑：xy）

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