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3 通信介质网与数字通信技术 3.1 前 言 在第1章中我们曾谈到，OSI/RM的物理层是涉及二进制位流的传输规程或接口问题的协议层。尽管物理层接口和协议与物理通信介质密切相关，但通信介质本身并未包括在物理层的范围之内（见第(1(章图(1.1(物理层之下的粗线）。而事实上许多物理层的通信协议或接口与物理通信介质密切相关。这一点在第6章中讨论的局域网技术中表现得尤为突出，例如100 Mbps以太网不仅使用光纤和双绞线的物理层有很大的差异，即使都使用双绞线，如果采用的线类不同，其物理层协议也有较大的差别（100(BASE-T2和100(BASE-TX分别使用两对3类和5类无屏蔽双绞线（UTP）传输100(Mbps速率的信号，而100(BASE-T4却采用4对3类UTP来完成）。 另一方面，物理层功能的实现总离不开某种数字通信手段，但是许多物理标准除引用某些通信技术标准外很少涉及数字通信技术本身的问题，在传统的网络技术书籍中涉及这方面的内容也很少。这就需要学习计算机网络的人通过专门数据通信技术课程来弥补。但是多数的数据通信课程是针对通信专业而开设的，内容过于广泛，而对于计算机网络关系密切的通信技术又强调不够，因此，客观上使学习网络课程时较难将二者结合起来。出于上述两方面的考虑，笔者在本书中在深入按照OSI/RM分层原则讨论各类协议之前，用一章专门讨论与物理介质和相关数字通信技术的内容，以便为后续讨论涉及相关问题时做准备。 通信介质与通信技术本身就是一个范围相当广泛的领域，内容也相对独立，因此作为单独的一章来讨论也较为合适。数字通信技术内容相当丰富，而且与数学紧密相关，但限于篇幅，本章不得不在介绍重要结论的过程中，忍痛删去许多复杂的数学推导过程。需要更深入地了解数字通信技术时，读者可进一步去阅读相关书籍和本章推荐有关参考书的相应章节。笔者希望通过本章的概要介绍，读者能对与网络有关的重要的通信问题有一个基本的了解。 本章3.2节对物理通信介质的传输特性、传输介质分类、重要电气参数以及部分重要物理通信器件和设备等进行了较为详细的讨论。鉴于光纤通信在现代高速通信中扮演了越来越重要的角色，因此，本章加重了讨论有关光纤通信介质与设备的篇幅。3.3节对数字通信的基本概念与技术，如：信道及其分类、两类信道的数学模型、信道的噪声干扰问题、信道的容量等等作了必要的讨论。针对在许多网络文献中，有关数据吞吐率、信道容量和带宽这3个概念经常被混用或误用的情况，本章对有关概念的异同进行了简要的辨析，希望能有助于读者廓清现有文献中名词的混用造成概念上的混淆。 3.4节和3.5节分别对数字基带传输技术和数字调制技术这两类数字通信技术作了扼要的介绍，为下一章和第6章讨论物理层接口做准备。而文献中又常常把是否采用了调制解调器作为划分基带传输与频带传输的原则，容易引起读者的困惑和概念上的混淆，因此，本章也对有关问题进行了探讨。3.6(节讨论数字通信中十分重要的技术之一的编码技术，它是第(6章不同速率的物理层技术的重要基础。3.7节讨论信道复用技术， 它在高速干线的通信中占有十分重要的地位。3.8节对本章的要点作一小结。 3.2 物理通信介质网 3.2.1 概 述 物理通信介质从广义上讲，可分为有线通信介质与无线通信介质。通常无线通信可以说是既无介质又无线的通信，因为，除个别情况外，如：短波通信利用大气电离层反射延长传输距离，多数无线通信技术并不依赖任何介质，电磁波在真空中传播效率反而更高。本节主要讨论有线通信的常用物理介质线路及必要的相关器件和设备。 有线通信介质大体可分为架空明线、对称电缆、同轴电缆和光缆。明线是指平行而相互绝缘的架空裸线线路。与电缆相比，它的优点是传输损耗低。但它易受气候和天气的影响，并且对外界噪声干扰较敏感。目前已逐渐被电缆所代替。对称电缆是在同一护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。导线材料为铝或铜，直径为0.4～1.4(mm。为了减小各线对间的相互干扰，每一对线都拧成纽绞状。由于其结构上的特点，对称电缆的传输损耗比明线大得多，但其传输特性较稳定。单根同轴电缆由一对相互绝缘同心导体组成，外导体是圆柱形空管或金属丝网，内导体为实心金属线。二导体间用塑料或空气为绝缘材料。用空气绝缘时，隔一定距离就需要用绝缘子支撑定位。数个单根同轴电缆可能装在一个大护套内组成多芯同轴电缆，有的电缆内可能还装入多个双绞线对或四芯线组，作为控制信号传输线。由于同轴电缆的外导体是接地的，对内芯起到屏蔽作用，故抗外界噪声能力较强。表3.1以传输话路为例，列出上述3类介质的重要性能特点。传输数字信息时，采用的传输技术不同或传输速率不同，对传输距离限制也不同。 表3.1 三类通信介质重要性能比较 通信介质类型 能支持通话路数 频率范围（kHz） 增音段长度（