計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-物理層

1、物理層學(xué)習(xí)目標(biāo)：n掌握物理層基本概念掌握物理層基本概念n熟悉傳輸媒體熟悉傳輸媒體n了解數(shù)據(jù)通信的基本概念和主要技術(shù)了解數(shù)據(jù)通信的基本概念和主要技術(shù)n熟悉常用的物理接口熟悉常用的物理接口n掌握一些重要參數(shù)的計(jì)算方法掌握一些重要參數(shù)的計(jì)算方法教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容：n物理層基本概念物理層基本概念n傳輸媒體傳輸媒體n數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)n常用物理層標(biāo)準(zhǔn)常用物理層標(biāo)準(zhǔn) 物理層基本概念物理層基本概念-對(duì)象對(duì)象DTE（Data Terminal Equipment）數(shù)據(jù)終端設(shè)備）數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DCE（Data Circuit-terminating Equipment）數(shù)字電路）數(shù)字電路 端接設(shè)備端接設(shè)備連

2、接模擬傳輸系統(tǒng)，連接模擬傳輸系統(tǒng)，V系列標(biāo)準(zhǔn)，連接數(shù)字傳輸系統(tǒng)，系列標(biāo)準(zhǔn)，連接數(shù)字傳輸系統(tǒng)，X系列系列標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。接口：關(guān)于接口：關(guān)于DTE與與DCE（數(shù)字電路終接設(shè)備）和（數(shù)字電路終接設(shè)備）和DSE（數(shù)字（數(shù)字服務(wù)設(shè)備）的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)設(shè)備）的標(biāo)準(zhǔn)DTE-DCE接口n數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE：具有數(shù)據(jù)處理能力以及發(fā)送和接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備，可以是計(jì)算機(jī)、終端或I/O設(shè)備。產(chǎn)生數(shù)據(jù)及必須的控制字符，并送到DCE。n數(shù)字電路端接設(shè)備DCE：數(shù)據(jù)通信設(shè)備，DTE和傳輸媒體之間的中間設(shè)備，負(fù)責(zé)發(fā)送和接收在傳輸介質(zhì)上的信號(hào)，提供DTE和傳輸媒體之間信號(hào)變換和編碼的功能，并負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路。物理層基本概念

3、物理層基本概念-組織組織n CCITT（ITU）電氣、功能、規(guī)程特性n ISO 機(jī)械特性n EIA 組合特性物理層基本概念物理層基本概念定義定義ISO/OSI ISO/OSI 關(guān)于物理層的定義：關(guān)于物理層的定義： 物理層提供機(jī)械的、電氣的、功能的物理層提供機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，目的是啟動(dòng)、維護(hù)和關(guān)和規(guī)程的特性，目的是啟動(dòng)、維護(hù)和關(guān)閉數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間進(jìn)行比特傳輸?shù)奈镩]數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間進(jìn)行比特傳輸?shù)奈锢磉B接。這種連接可能通過中繼系統(tǒng)，理連接。這種連接可能通過中繼系統(tǒng)，在中繼系統(tǒng)內(nèi)的傳輸也是在物理層的。在中繼系統(tǒng)內(nèi)的傳輸也是在物理層的。物理層基本服務(wù)功能物理層基本服務(wù)功能n物理層設(shè)計(jì)時(shí)

4、主要考慮的是如何在連接物理層設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的是如何在連接開放系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的開放系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流；比特流；n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以利用的物理傳輸介質(zhì)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以利用的物理傳輸介質(zhì)與傳輸設(shè)備存在著很大的差異，設(shè)計(jì)物理傳輸設(shè)備存在著很大的差異，設(shè)計(jì)物理層的主要目的是向數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽通信層的主要目的是向數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽通信技術(shù)的差異性；技術(shù)的差異性；n數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體通過與物理層的接口，將數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體通過與物理層的接口，將數(shù)據(jù)傳送給物理層，通過物理層按比特?cái)?shù)據(jù)傳送給物理層，通過物理層按比特流的順序，將信號(hào)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)數(shù)據(jù)鏈流的順序，將信號(hào)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體。路實(shí)體。 物

5、理層基本概念物理層基本概念-功能功能n建立、維護(hù)、拆除物理信道建立、維護(hù)、拆除物理信道 n與外部媒體接口與外部媒體接口 機(jī)械特性：接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、機(jī)械特性：接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置尺寸。固定和鎖定裝置尺寸。電氣特性：接口線上電壓值范圍、速率、阻抗、距離、電氣特性：接口線上電壓值范圍、速率、阻抗、距離、0和和1電電壓的含義。壓的含義。功能特性：接口線的名稱、功能、意義。功能特性：接口線的名稱、功能、意義。規(guī)程特性：對(duì)不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序、動(dòng)作順序。規(guī)程特性：對(duì)不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序、動(dòng)作順序。n透明傳輸透明傳輸物

6、理層基本概念物理層基本概念接口特性接口特性機(jī)械特性機(jī)械特性 主要定義物理連接的邊界點(diǎn)，即接插裝置。主要定義物理連接的邊界點(diǎn)，即接插裝置。規(guī)定物理連接時(shí)所采用的規(guī)格、引腳的數(shù)量和規(guī)定物理連接時(shí)所采用的規(guī)格、引腳的數(shù)量和排列情況。排列情況。物理層基本概念物理層基本概念接口特性接口特性電氣特性電氣特性 規(guī)定傳輸二進(jìn)制位時(shí)，線路上信號(hào)的電規(guī)定傳輸二進(jìn)制位時(shí)，線路上信號(hào)的電壓高低、阻抗匹配、傳輸速率和距離限制。壓高低、阻抗匹配、傳輸速率和距離限制。三種電氣連接方式三種電氣連接方式n 不平衡接口不平衡接口CCITTV.28建議書建議書 特點(diǎn)：所有電路共用一條信號(hào)地線、串音特點(diǎn)：所有電路共用一條信號(hào)地線、串

7、音干擾大干擾大 速率速率20kbps 距離距離15m物理層基本概念物理層基本概念接口特性接口特性三種電氣連接方式三種電氣連接方式n 平衡接口平衡接口CCITTV.11建議書建議書 特點(diǎn)：每一條信號(hào)線均有各自的信號(hào)回路（無特點(diǎn)：每一條信號(hào)線均有各自的信號(hào)回路（無公共地、自帶地）、串?dāng)_小公共地、自帶地）、串?dāng)_小 速率可達(dá)速率可達(dá)10Mbps 距離可達(dá)距離可達(dá)1000m（速率（速率100kbps）n 半平衡接口半平衡接口CCITTV.10建議書建議書 特點(diǎn)：同方向的信號(hào)線共用一條地線特點(diǎn)：同方向的信號(hào)線共用一條地線 速率速率300Kbps 距離距離10m（300Kbps）、）、 1000m（3Kbp

8、s）物理層基本概念物理層基本概念接口特性接口特性功能特性功能特性 主要定義各條物理線路的功能。主要定義各條物理線路的功能。 n 模擬接口：每線一個(gè)功能模擬接口：每線一個(gè)功能n 數(shù)字接口：每線功能可多個(gè)，共數(shù)字接口：每線功能可多個(gè)，共4 4類：類： 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 控制控制 定時(shí)定時(shí) 地線地線物理層基本概念物理層基本概念接口特性接口特性規(guī)程特性規(guī)程特性 定義各條物理線路的工作規(guī)程和時(shí)序關(guān)系定義各條物理線路的工作規(guī)程和時(shí)序關(guān)系描述工具： 列線圖 狀態(tài)圖 流程圖教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容：n物理層基本概念物理層基本概念n傳輸媒體傳輸媒體 n數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)n常用物理層標(biāo)準(zhǔn)常用物理層標(biāo)準(zhǔn) 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)n傳

9、輸介質(zhì)特性傳輸介質(zhì)特性n常用的傳輸介質(zhì)常用的傳輸介質(zhì) 雙絞線雙絞線 同軸電纜同軸電纜 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 無線介質(zhì)無線介質(zhì)介質(zhì)特性介質(zhì)特性 n物理特性：物理構(gòu)造物理特性：物理構(gòu)造n傳輸特性：允許傳輸數(shù)字還是模擬信號(hào)，傳輸特性：允許傳輸數(shù)字還是模擬信號(hào)， 調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸頻率范圍。調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸頻率范圍。n連通特性：允許點(diǎn)連通特性：允許點(diǎn)- -點(diǎn)或多點(diǎn)連接點(diǎn)或多點(diǎn)連接n地理特性：最大傳輸距離地理特性：最大傳輸距離n抗干擾性：防止噪聲與電磁干擾的能力?？垢蓴_性：防止噪聲與電磁干擾的能力。n價(jià)格：也是影響選擇的一個(gè)重要因素。價(jià)格：也是影響選擇的一個(gè)重要因素。 包括器件、安裝與維護(hù)費(fèi)用

10、。包括器件、安裝與維護(hù)費(fèi)用。雙絞線組成和結(jié)構(gòu)n雙絞線（雙絞線（Twisted Pair）也稱為雙扭線，是計(jì)）也稱為雙扭線，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最為普遍的傳輸介質(zhì)；算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最為普遍的傳輸介質(zhì)；n現(xiàn)在雙絞線廣泛應(yīng)用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的現(xiàn)在雙絞線廣泛應(yīng)用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的傳輸，尤其是模擬信號(hào)的傳輸在幾公里之內(nèi)都傳輸，尤其是模擬信號(hào)的傳輸在幾公里之內(nèi)都不需要使用放大器。不需要使用放大器。 n雙絞線電纜中封裝著一對(duì)或一對(duì)以上的雙絞線，雙絞線電纜中封裝著一對(duì)或一對(duì)以上的雙絞線，為了降低信號(hào)的干擾程度，每一對(duì)雙絞線一般為了降低信號(hào)的干擾程度，每一對(duì)雙絞線一般由兩根絕緣銅導(dǎo)線相互扭繞而成，每根銅導(dǎo)線

11、由兩根絕緣銅導(dǎo)線相互扭繞而成，每根銅導(dǎo)線的絕緣層顏色各不相同，以示區(qū)別。的絕緣層顏色各不相同，以示區(qū)別。5類4對(duì)UTP結(jié)構(gòu)及截面圖n雙絞線一般可以分為雙絞線一般可以分為 非屏蔽雙絞線（非屏蔽雙絞線（UTP） 屏蔽雙絞線（屏蔽雙絞線（STP）nSTP又分為又分為3類（類（Category 3）和）和5類兩種，類兩種，而而UTP分為分為3類、類、4類、類、5類、超類、超5類、類、6類類及及7類幾種類幾種雙絞線雙絞線分類分類銅線絕緣層外屏蔽層外部保護(hù)層（a a）屏屏蔽蔽雙雙絞絞線線銅線絕緣層外部保護(hù)層（b b）非非屏屏蔽蔽雙雙絞絞線線屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線的區(qū)別n屏蔽雙絞線電纜的外面由一層金屬材料

12、包裹，以減屏蔽雙絞線電纜的外面由一層金屬材料包裹，以減小輻射，防止信息被竊聽，同時(shí)具有較高的數(shù)據(jù)傳小輻射，防止信息被竊聽，同時(shí)具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率（輸速率（5類類STP在在100m內(nèi)可達(dá)到內(nèi)可達(dá)到155Mbit/s，而而5類類UTP只能達(dá)到只能達(dá)到100Mbit/s）。但屏蔽雙絞線）。但屏蔽雙絞線電纜的價(jià)格相對(duì)較高，安裝時(shí)要比非屏蔽雙絞線困電纜的價(jià)格相對(duì)較高，安裝時(shí)要比非屏蔽雙絞線困難，必須使用特殊的連接器，技術(shù)要求也比非屏蔽難，必須使用特殊的連接器，技術(shù)要求也比非屏蔽雙絞線電纜高。雙絞線電纜高。n非屏蔽雙絞線電纜外面只需一層絕緣膠皮，因而重非屏蔽雙絞線電纜外面只需一層絕緣膠皮，因而重量輕、

13、易彎曲、易安裝，組網(wǎng)靈活，非常適用于結(jié)量輕、易彎曲、易安裝，組網(wǎng)靈活，非常適用于結(jié)構(gòu)化布線，所以在無特殊要求的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線中，構(gòu)化布線，所以在無特殊要求的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線中，常使用非屏蔽雙絞線電纜。常使用非屏蔽雙絞線電纜。雙絞線雙絞線實(shí)例實(shí)例雙絞線雙絞線實(shí)例實(shí)例具有以太網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)背面具有以太網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)背面雙絞線雙絞線實(shí)例實(shí)例 一個(gè)一個(gè)10/100M雙絞線以太網(wǎng)接口，指示燈的狀雙絞線以太網(wǎng)接口，指示燈的狀態(tài)顯示接口連接在一個(gè)態(tài)顯示接口連接在一個(gè)10M以太網(wǎng)上以太網(wǎng)上同軸電纜結(jié)構(gòu)n同軸電纜（同軸電纜（Coaxial Cable）由一根空心的圓柱網(wǎng)狀銅）由一根空心的圓柱網(wǎng)狀銅導(dǎo)體和一根位于中心軸

14、線位置的銅導(dǎo)線組成的，銅導(dǎo)線、導(dǎo)體和一根位于中心軸線位置的銅導(dǎo)線組成的，銅導(dǎo)線、空心圓柱導(dǎo)體和外界之間分別用絕緣材料隔開空心圓柱導(dǎo)體和外界之間分別用絕緣材料隔開。內(nèi)導(dǎo)體絕緣層外屏蔽層外部保護(hù)層同軸電纜分類按照特征阻抗分為：按照特征阻抗分為：n 50同軸電纜同軸電纜 基帶同軸電纜，又分為粗纜和細(xì)纜基帶同軸電纜，又分為粗纜和細(xì)纜n 75同軸電纜同軸電纜 寬帶同軸電纜，用于有線電視模擬信寬帶同軸電纜，用于有線電視模擬信號(hào)傳輸號(hào)傳輸 同軸電纜連接方式n在利用細(xì)纜連接計(jì)算機(jī)時(shí)，對(duì)連接設(shè)備及連接方法一般有以下的要求：圖4-4 細(xì)纜網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)鋱D細(xì)纜網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)鋱D細(xì)纜網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)鋱D同軸電纜連接方式n在利用粗

15、纜連接計(jì)算機(jī)時(shí)，對(duì)連接設(shè)備及連接方法一般有以下的要求粗纜網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)鋱D寬帶同軸電纜 75同軸電纜也稱為寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜，寬帶系統(tǒng)是寬帶系統(tǒng)是指采用了頻分復(fù)用和模擬傳輸技術(shù)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)指采用了頻分復(fù)用和模擬傳輸技術(shù)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)。 寬帶同軸電纜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)光纖的通信原理n通信中，由光發(fā)送機(jī)產(chǎn)生光束，將表示數(shù)字代碼的通信中，由光發(fā)送機(jī)產(chǎn)生光束，將表示數(shù)字代碼的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)，并將光信號(hào)導(dǎo)入光纖，光信電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)，并將光信號(hào)導(dǎo)入光纖，光信號(hào)在光纖中傳播，在另一端由光接收機(jī)負(fù)責(zé)接收光號(hào)在光纖中傳播，在另一端由光接收機(jī)負(fù)責(zé)接收光纖上傳出的光信號(hào)，并進(jìn)一步將其還原成為發(fā)送前纖上傳出的光

16、信號(hào)，并進(jìn)一步將其還原成為發(fā)送前的電信號(hào)。的電信號(hào)。n光纖收發(fā)器集成了光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)的功能：既光纖收發(fā)器集成了光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)的功能：既負(fù)責(zé)光的發(fā)送也負(fù)責(zé)光的接收。負(fù)責(zé)光的發(fā)送也負(fù)責(zé)光的接收。光纖電纜的主要特性光纖電纜的主要特性光纖芯包層外部保護(hù)層(a)(a)保護(hù)層包層光纖芯(b)(b)光電轉(zhuǎn)換LED發(fā)送端輸入光電轉(zhuǎn)換PIN接收端輸出光纖光信號(hào)n光纖通常由純度極高的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要光纖通常由純度極高的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由位于中心軸線上的纖芯和包裹在外面的包層組由位于中心軸線上的纖芯和包裹在外面的包層組成。成。 圖4-9 光波在光纖中的傳輸情況一種類型的室外光纜截面示意圖光纖的分

17、類和特點(diǎn)單模光纖和多模光纖單模光纖和多模光纖 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)傳輸點(diǎn)模數(shù)的不同，光纖在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)傳輸點(diǎn)模數(shù)的不同，光纖分為單模光纖和多模光纖兩種，分為單模光纖和多模光纖兩種，“模?！币卜Q為模也稱為模式（式（mode），是指以一定角度進(jìn)入光纖的一束），是指以一定角度進(jìn)入光纖的一束光。可以讓多條光波以不同的入射角（但必須大光?？梢宰尪鄺l光波以不同的入射角（但必須大于臨界值）進(jìn)入同一條纖芯進(jìn)行傳輸，將這類光于臨界值）進(jìn)入同一條纖芯進(jìn)行傳輸，將這類光纖稱為多模光纖。但也存在一種情況，即當(dāng)光纖纖稱為多模光纖。但也存在一種情況，即當(dāng)光纖的直徑減小到只允許一個(gè)波長的光波傳輸時(shí)，這的直徑減小到只允許一

18、個(gè)波長的光波傳輸時(shí)，這時(shí)的光纖就如同一根波導(dǎo)體，光波在其中沒有反時(shí)的光纖就如同一根波導(dǎo)體，光波在其中沒有反射，而是沿直線傳輸，將這種光纖稱為單模光纖。射，而是沿直線傳輸，將這種光纖稱為單模光纖。 單模光纖與多模光纖的比較單模光纖與多模光纖的比較 輸入脈沖輸出脈沖（a）多模光纖（a）多模光纖（b）單模光纖（b）單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖與單模光纖的主要區(qū)別：多模光纖與單模光纖的主要區(qū)別：n 單模光纖采用激光二極管（單模光纖采用激光二極管（LD）作為光源，）作為光源，而多模光纖采用發(fā)光二極管（而多模光纖采用發(fā)光二極管（LED）為光）為光源；源；n 多模光纖的芯線粗，傳輸速率低、距離短，多模光

19、纖的芯線粗，傳輸速率低、距離短，整體的傳輸性能差，但成本低，一般用于整體的傳輸性能差，但成本低，一般用于建筑物內(nèi)或地理位置相鄰的環(huán)境中；建筑物內(nèi)或地理位置相鄰的環(huán)境中；n 單模光纖的纖芯相應(yīng)較細(xì)，傳輸頻帶寬、單模光纖的纖芯相應(yīng)較細(xì)，傳輸頻帶寬、容量大、傳輸距離長，但需激光源，成本容量大、傳輸距離長，但需激光源，成本較高，通常在建筑物之間或地域分散的環(huán)較高，通常在建筑物之間或地域分散的環(huán)境中使用。境中使用。室內(nèi)光纜和室外光纜n室內(nèi)光纜的抗拉強(qiáng)度較小，保護(hù)層較差，室內(nèi)光纜的抗拉強(qiáng)度較小，保護(hù)層較差，但重量較輕，且較便宜，主要用于建筑但重量較輕，且較便宜，主要用于建筑物內(nèi)部的布線。物內(nèi)部的布線。n與

20、室內(nèi)光纜相比，室外光纜的抗拉強(qiáng)度與室內(nèi)光纜相比，室外光纜的抗拉強(qiáng)度較大，保護(hù)層較厚重，并且通常為鎧裝較大，保護(hù)層較厚重，并且通常為鎧裝（即金屬皮包裹）。室外光纜主要適用（即金屬皮包裹）。室外光纜主要適用于建筑物之間或廣域網(wǎng)的遠(yuǎn)距離布線。于建筑物之間或廣域網(wǎng)的遠(yuǎn)距離布線。根據(jù)布線方式的不同，室外光纜又分為根據(jù)布線方式的不同，室外光纜又分為直埋式光纜、架空式光纜和管道式光纜直埋式光纜、架空式光纜和管道式光纜三類。三類。光纖通信的特點(diǎn)n數(shù)據(jù)傳輸速率高（可達(dá)數(shù)據(jù)傳輸速率高（可達(dá)Gbit/s）n傳輸距離遠(yuǎn)（無中繼傳輸距離達(dá)幾十至上傳輸距離遠(yuǎn)（無中繼傳輸距離達(dá)幾十至上百公里）百公里）在遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)布線中得

21、到廣泛應(yīng)用在遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)布線中得到廣泛應(yīng)用 局域網(wǎng)布線中一般使用局域網(wǎng)布線中一般使用62.5m /125m、50m/125m、100m/140m規(guī)格的規(guī)格的多模光纖和多模光纖和8.3m/125m規(guī)格的單模光規(guī)格的單模光纖。纖。通信用光波波段頻率范圍頻率范圍10141015三種波長三種波長850nm、1300nm、1550nm的傳播特性最好，屬于紅外頻譜。的傳播特性最好，屬于紅外頻譜。1300和和1550nm是長波長是長波長低損耗波段。局域網(wǎng)使用低損耗波段。局域網(wǎng)使用850nmLED光源，速率光源，速率100mbps,距距離幾公里。離幾公里。 與銅質(zhì)電纜相比較，光纖通信明顯具有其他與銅質(zhì)電纜相比

22、較，光纖通信明顯具有其他傳輸介質(zhì)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。傳輸介質(zhì)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。n 傳輸信號(hào)的頻帶寬，通信容量大；傳輸信號(hào)的頻帶寬，通信容量大；n 信號(hào)衰減小，傳輸距離長；信號(hào)衰減小，傳輸距離長；n 抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣；抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣；n 抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)，適用于一些特殊環(huán)境下的布線；抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)，適用于一些特殊環(huán)境下的布線；n 原材料資源豐富。原材料資源豐富。 當(dāng)然，光纖也存在著一些缺點(diǎn)：如質(zhì)地脆，機(jī)械當(dāng)然，光纖也存在著一些缺點(diǎn)：如質(zhì)地脆，機(jī)械強(qiáng)度低；切斷和連接技術(shù)要求較高等，這些缺點(diǎn)也強(qiáng)度低；切斷和連接技術(shù)要求較高等，這些缺點(diǎn)也限制了目前光纖的普及，尤其是實(shí)現(xiàn)光纖到桌面的限制了

23、目前光纖的普及，尤其是實(shí)現(xiàn)光纖到桌面的連接。連接。無線介質(zhì)無線介質(zhì)n電磁波的傳播有兩種方式：電磁波的傳播有兩種方式： 非導(dǎo)向傳輸媒體非導(dǎo)向傳輸媒體 以無線方式在自由空間中傳播；以無線方式在自由空間中傳播； 導(dǎo)向傳輸媒體導(dǎo)向傳輸媒體 以有線方式在同軸電纜、雙絞線、光纖中傳以有線方式在同軸電纜、雙絞線、光纖中傳輸。輸。n目前目前以無線方式進(jìn)行以無線方式進(jìn)行通信的主要有：通信的主要有： 無線（無線（radio） 微波（微波（microwave） 紅外（紅外（infrared） 可見光（可見光（visible light）電磁波的頻譜及其在通信中的應(yīng)用當(dāng)電子運(yùn)行時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生可以自由傳播的電磁波。當(dāng)電子

24、運(yùn)行時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生可以自由傳播的電磁波。電磁波于電磁波于1887年由德國物理學(xué)家赫茲年由德國物理學(xué)家赫茲（Heinrich Hertz）首先發(fā)現(xiàn)。）首先發(fā)現(xiàn)。電磁波每秒的震蕩次數(shù)稱為頻率（電磁波每秒的震蕩次數(shù)稱為頻率（frequency），），一般用一般用f表示，單位為赫茲（表示，單位為赫茲（Hz）。）。電磁波兩個(gè)相鄰波峰（或波谷）之間的距離稱為波電磁波兩個(gè)相鄰波峰（或波谷）之間的距離稱為波長（長（wavelength），一般用），一般用表示。表示。在真空中，所有的電磁波以相同的速率傳播，和它在真空中，所有的電磁波以相同的速率傳播，和它的頻率無關(guān)，該傳播速率被稱為光速（的頻率無關(guān)，該傳播速率被稱

25、為光速（speed of light），用），用c表示，大約為表示，大約為3108m/s。c是一是一個(gè)理想值，是一個(gè)權(quán)限速度，在光纖介質(zhì)中傳輸個(gè)理想值，是一個(gè)權(quán)限速度，在光纖介質(zhì)中傳輸時(shí)只有真空速率的時(shí)只有真空速率的2/3。n頻率頻率f、波長、波長及光速及光速c之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為： fcn電磁波可承載的信息量與它的帶寬相關(guān)。電磁波可承載的信息量與它的帶寬相關(guān)。在當(dāng)前技術(shù)條件下，當(dāng)采用較低的頻率時(shí)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，當(dāng)采用較低的頻率時(shí)，每赫茲可以編碼幾個(gè)比特；當(dāng)采用較高頻每赫茲可以編碼幾個(gè)比特；當(dāng)采用較高頻率時(shí)，每赫茲的編碼可以達(dá)到率時(shí)，每赫茲的編碼可以達(dá)到Gbit/s數(shù)數(shù)量級(jí)。這也是為

26、什么光纖能夠成為目前網(wǎng)量級(jí)。這也是為什么光纖能夠成為目前網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中的佼佼者的一個(gè)重要原因。絡(luò)傳輸介質(zhì)中的佼佼者的一個(gè)重要原因。電磁波的頻譜及其在通信中的應(yīng)用無線電傳輸無線電波的特性與其頻率有關(guān)。在無線電波的特性與其頻率有關(guān)。在VLF、LF和和MF頻段上，無線電波沿著地面?zhèn)鞑ィ漕l段上，無線電波沿著地面?zhèn)鞑?，其傳播的特點(diǎn)是：傳播的特點(diǎn)是：n 工作頻率較低；工作頻率較低；n 傳播距離遠(yuǎn)，在較低頻率時(shí)可以達(dá)到傳播距離遠(yuǎn)，在較低頻率時(shí)可以達(dá)到1000km；n 通過障礙物的穿透能力較強(qiáng)；通過障礙物的穿透能力較強(qiáng)；n 能量會(huì)隨著距離的增大而急劇減小。能量會(huì)隨著距離的增大而急劇減小。 在在HF和和VHF

27、頻段上，無線電波會(huì)被地面吸收。頻段上，無線電波會(huì)被地面吸收。這時(shí)，可以通過地面上空的電離層的反射來傳播。這時(shí)，可以通過地面上空的電離層的反射來傳播。無線電信號(hào)通過地面上的發(fā)送站發(fā)送出去，當(dāng)?shù)綗o線電信號(hào)通過地面上的發(fā)送站發(fā)送出去，當(dāng)?shù)竭_(dá)地面上空（約距地球達(dá)地面上空（約距地球100500km）電離層時(shí)，）電離層時(shí)，無線電波被反射回地面，再被地面的接收站接收無線電波被反射回地面，再被地面的接收站接收到，具體的傳輸特點(diǎn)是：到，具體的傳輸特點(diǎn)是：n 工作頻率較高；工作頻率較高；n 無線電波趨于直接傳播；無線電波趨于直接傳播；n 但通過障礙物的穿透能力較弱；但通過障礙物的穿透能力較弱；n 會(huì)被空氣中的水蒸

28、氣和自然界的雨水吸收。會(huì)被空氣中的水蒸氣和自然界的雨水吸收。無線電波傳播方式微波傳輸n微波的頻段為微波的頻段為300MHz300GHz，但，但多使用多使用240GHz的頻段。微波在空氣中的頻段。微波在空氣中主要以直線方式傳播，同時(shí)微波會(huì)穿透主要以直線方式傳播，同時(shí)微波會(huì)穿透地面上空的電離層，所以它不能像無線地面上空的電離層，所以它不能像無線電波那樣使用電離層的反射來傳播，而電波那樣使用電離層的反射來傳播，而必須通過站點(diǎn)來傳播。微波通信主要有必須通過站點(diǎn)來傳播。微波通信主要有地面微波接力通信和衛(wèi)星通信兩類。地面微波接力通信和衛(wèi)星通信兩類。地面微波接力通信n由于微波是以直線方式在大氣中傳播，由于微

29、波是以直線方式在大氣中傳播，所以在地面上的傳播距離一般不會(huì)超過所以在地面上的傳播距離一般不會(huì)超過50km。為了實(shí)現(xiàn)微波的遠(yuǎn)距離傳播，。為了實(shí)現(xiàn)微波的遠(yuǎn)距離傳播，就需要在一條通信信道的兩個(gè)端點(diǎn)之間就需要在一條通信信道的兩個(gè)端點(diǎn)之間架設(shè)多個(gè)微波中繼站，中繼站在接收到架設(shè)多個(gè)微波中繼站，中繼站在接收到前一個(gè)中繼站（或端點(diǎn)）的信號(hào)后，對(duì)前一個(gè)中繼站（或端點(diǎn)）的信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行放大，然后再轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)中繼其進(jìn)行放大，然后再轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)中繼站（或站點(diǎn)），起到了信號(hào)的接力作用，站（或站點(diǎn)），起到了信號(hào)的接力作用，所以將這種通信方式稱為地面微波接入所以將這種通信方式稱為地面微波接入通信。通信。 衛(wèi)星通信n微波

30、通信的另一種方式是衛(wèi)星通信。衛(wèi)星微波通信的另一種方式是衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)無線微波信號(hào)，在多個(gè)地面站之間進(jìn)行發(fā)無線微波信號(hào)，在多個(gè)地面站之間進(jìn)行的通信。目前用來轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的通信衛(wèi)星幾的通信。目前用來轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的通信衛(wèi)星幾乎都是靜止衛(wèi)星或同步衛(wèi)星，即衛(wèi)星環(huán)繞乎都是靜止衛(wèi)星或同步衛(wèi)星，即衛(wèi)星環(huán)繞地球一周的時(shí)間恰好等于地球自轉(zhuǎn)一周的地球一周的時(shí)間恰好等于地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，衛(wèi)星相對(duì)于地面站來說呈靜止?fàn)顟B(tài)。時(shí)間，衛(wèi)星相對(duì)于地面站來說呈靜止?fàn)顟B(tài)。 一個(gè)典型的衛(wèi)星通常擁有一個(gè)典型的衛(wèi)星通常擁有1220個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。每個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的頻段為

31、轉(zhuǎn)發(fā)器的頻段為3650MHz，一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器可用來，一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器可用來傳輸傳輸56Mbit/s的數(shù)據(jù)，或的數(shù)據(jù)，或800路路64kbit/s的數(shù)字的數(shù)字化語音信道。而且不同的轉(zhuǎn)發(fā)器之間一般不會(huì)產(chǎn)生化語音信道。而且不同的轉(zhuǎn)發(fā)器之間一般不會(huì)產(chǎn)生干擾。干擾。微波通信方式衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 衛(wèi)星地球表面衛(wèi)星發(fā)送多點(diǎn)接收多點(diǎn)接收蜂窩無線通信蜂窩無線通信 多址接入方法：多址接入方法：n頻分多址接入（頻分多址接入（FDMA）n時(shí)分多址接入（時(shí)分多址接入（TDMA）n碼分多址接入（碼分多址接入（CDMA） 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容：n物理層基本概念物理層基本概念n傳輸媒體傳輸媒體 n數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)n常用物理層標(biāo)準(zhǔn)常

32、用物理層標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)n數(shù)據(jù)通信模型數(shù)據(jù)通信模型n信號(hào)基本概念信號(hào)基本概念 n數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼技術(shù)n信號(hào)分析信號(hào)分析n模擬傳輸與數(shù)字傳輸模擬傳輸與數(shù)字傳輸n多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)n 同步數(shù)字體系同步數(shù)字體系SDHSDH數(shù)據(jù)通信模型數(shù)據(jù)通信模型簡(jiǎn)單的通信模型簡(jiǎn)單的通信模型模型中關(guān)鍵部分模型中關(guān)鍵部分源：產(chǎn)生要發(fā)送的數(shù)據(jù)的設(shè)備。發(fā)送器：對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換或編碼以產(chǎn)生能在特定傳輸系統(tǒng)中傳輸?shù)碾姶判盘?hào)。傳輸系統(tǒng)：連接源和目的地的傳輸線或復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。接收器：從傳輸系統(tǒng)接收信號(hào)并轉(zhuǎn)換成目的站設(shè)備能處理的信號(hào)。目的站:：從接收器輸入數(shù)據(jù)的設(shè)備。數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念n通信的目

33、的是交換通信的目的是交換信息信息， 信息的載體可以是數(shù)字、信息的載體可以是數(shù)字、文字、語音、圖形或圖像，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息一般文字、語音、圖形或圖像，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像的組合；是字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像的組合； n為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語音、為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像用二進(jìn)制代碼的圖形或圖像用二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來表示；來表示； n為了傳輸二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)，必須將它們用模擬或?yàn)榱藗鬏敹M(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)，必須將它們用模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)信號(hào)編碼的方式表示；編碼的方式表示；n數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、

34、數(shù)是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符號(hào)的二進(jìn)制代碼字、符號(hào)的二進(jìn)制代碼0、1比特序列的模擬或數(shù)比特序列的模擬或數(shù)字信號(hào)的過程。字信號(hào)的過程。 信息編碼標(biāo)準(zhǔn)信息編碼標(biāo)準(zhǔn)nASCII 碼被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織碼被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO接受，接受，成為國際標(biāo)準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 646，又稱為國際，又稱為國際5號(hào)號(hào)碼碼;n它用于計(jì)算機(jī)內(nèi)碼，也用做數(shù)據(jù)通信中它用于計(jì)算機(jī)內(nèi)碼，也用做數(shù)據(jù)通信中的編碼標(biāo)準(zhǔn)的編碼標(biāo)準(zhǔn);nASCII碼采用碼采用7位二進(jìn)制比特編碼，可以位二進(jìn)制比特編碼，可以表示表示128個(gè)字符個(gè)字符;n字符分為圖形字符與控制字符兩類。圖字符分為圖形字符與控制字符兩類。圖形字符包括數(shù)字、字母、運(yùn)

35、算符號(hào)、商形字符包括數(shù)字、字母、運(yùn)算符號(hào)、商用符號(hào)等。用符號(hào)等。 信號(hào)的概念信號(hào)的概念 信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的表示形式一般是電信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的表示形式一般是電信號(hào)n模擬信號(hào)模擬信號(hào)：（：（analog signalanalog signal）某一參量可以取無限多）某一參量可以取無限多個(gè)值，并直接和信息對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如語音激勵(lì)話筒產(chǎn)生個(gè)值，并直接和信息對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如語音激勵(lì)話筒產(chǎn)生的信號(hào)不但在時(shí)間上連續(xù)，且幅度由無窮多個(gè)值，值的的信號(hào)不但在時(shí)間上連續(xù)，且幅度由無窮多個(gè)值，值的大小與語聲強(qiáng)弱一一對(duì)應(yīng)。大小與語聲強(qiáng)弱一一對(duì)應(yīng)。n數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：某一參量只能取有限個(gè)值，并常常不直接或：某

36、一參量只能取有限個(gè)值，并常常不直接或不準(zhǔn)確和信息對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如電報(bào)碼信號(hào)幅度只能取不準(zhǔn)確和信息對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如電報(bào)碼信號(hào)幅度只能取0 0和和1 1，它靠取值變化的排列表示消息，間接和消息發(fā)生，它靠取值變化的排列表示消息，間接和消息發(fā)生關(guān)系。關(guān)系。n模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)區(qū)分的關(guān)鍵是表示信息的信號(hào)參量模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)區(qū)分的關(guān)鍵是表示信息的信號(hào)參量的的取值數(shù)量取值數(shù)量。取值無限是模擬信號(hào)，取值有限是數(shù)字信。取值無限是模擬信號(hào)，取值有限是數(shù)字信號(hào)。號(hào)。n按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)類型，通信系統(tǒng)分為按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)類型，通信系統(tǒng)分為模擬模擬通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)與與數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。兩種。

37、n模擬信號(hào)波型模擬信號(hào)波型n數(shù)字信號(hào)波型數(shù)字信號(hào)波型0V(t)V(t)t t0V(t)V(t)t t信號(hào)的描述信號(hào)的描述 頻譜和帶寬頻譜和帶寬頻譜頻譜：信號(hào)所含的頻率范圍：信號(hào)所含的頻率范圍帶寬帶寬：頻譜的寬度，即信道所包含最高頻率與最低頻：頻譜的寬度，即信道所包含最高頻率與最低頻率的頻差。率的頻差。碼元碼元：信號(hào)的基本單位（波形）：信號(hào)的基本單位（波形）產(chǎn)生形式產(chǎn)生形式： 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)傳送方式傳送方式基帶信號(hào)基帶信號(hào)：數(shù)字信號(hào)直接用不同的電壓表示送到線路：數(shù)字信號(hào)直接用不同的電壓表示送到線路上去，數(shù)據(jù)通信中，表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的比特序列上去，數(shù)據(jù)通信中，表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的

38、比特序列的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)是典型的矩形脈沖信號(hào)。的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)是典型的矩形脈沖信號(hào)。寬帶信號(hào)寬帶信號(hào)：將基帶信號(hào)調(diào)制后形成頻分復(fù)用模擬信號(hào)：將基帶信號(hào)調(diào)制后形成頻分復(fù)用模擬信號(hào)信道的概念信道的概念 鏈路鏈路：通信點(diǎn)之間的物理連接線路和設(shè)備。：通信點(diǎn)之間的物理連接線路和設(shè)備。信道信道：信號(hào)的傳輸通路。包括通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)。：信號(hào)的傳輸通路。包括通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)。一條物理鏈路可能包含若干信道（至少一條發(fā)送一條物理鏈路可能包含若干信道（至少一條發(fā)送信道和一條接收信道）。信道和一條接收信道）。分類分類：按傳輸信號(hào)：模擬信道、數(shù)字信道：按傳輸信號(hào)：模擬信道、數(shù)字信道 按傳輸介質(zhì)：有線信道、無線信道按傳輸

39、介質(zhì)：有線信道、無線信道 按信道使用權(quán)：公用信道、專用信道按信道使用權(quán)：公用信道、專用信道任何傳輸設(shè)備電壓不可能瞬時(shí)改變，所以每個(gè)傳輸任何傳輸設(shè)備電壓不可能瞬時(shí)改變，所以每個(gè)傳輸系統(tǒng)都不可能傳輸頻率過高的諧波。信道的帶寬系統(tǒng)都不可能傳輸頻率過高的諧波。信道的帶寬限制了可以在信道中通過的諧波的頻率。限制了可以在信道中通過的諧波的頻率。信號(hào)的概念信號(hào)的概念 失真失真：輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的波形不同。：輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的波形不同。(如果兩者如果兩者只差常數(shù)因子或有限的時(shí)延，認(rèn)為不失真。只差常數(shù)因子或有限的時(shí)延，認(rèn)為不失真。)引起信號(hào)失真的引起信號(hào)失真的3個(gè)因素個(gè)因素：n 衰減（衰減（attenuat

40、ion）n 時(shí)延時(shí)延(delay)n 噪聲噪聲(noise)度量噪聲采用度量噪聲采用信噪比信噪比S/N,S是信號(hào)功率，是信號(hào)功率，N是噪聲功是噪聲功率。通常使用下式度量：率。通常使用下式度量： （S/N）dB = 10 log10(S/N) 單位：分貝單位：分貝噪聲是影響通信質(zhì)量的一個(gè)主要因素噪聲是影響通信質(zhì)量的一個(gè)主要因素。傳輸?shù)母拍顐鬏數(shù)母拍?n傳輸傳輸：用電信號(hào)把數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳送到接收端的：用電信號(hào)把數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳送到接收端的過程。傳輸信道給數(shù)據(jù)信號(hào)提供了通路，但可能過程。傳輸信道給數(shù)據(jù)信號(hào)提供了通路，但可能會(huì)使信號(hào)畸變，帶來噪聲和干擾，造成傳輸差錯(cuò)，會(huì)使信號(hào)畸變，帶來噪聲和干擾，造成傳

41、輸差錯(cuò)，傳輸介質(zhì)的不同還會(huì)使傳輸速率受到限制。傳輸介質(zhì)的不同還會(huì)使傳輸速率受到限制。n傳輸速率傳輸速率：每秒所能傳送的位數(shù)即：每秒所能傳送的位數(shù)即b/sn信道和信號(hào)的關(guān)系：信道和信號(hào)的關(guān)系：串行通信與并行通信 發(fā)送端接收端串行通信信道(a)發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道(b)單工、半雙工與全雙工通信 發(fā)送接收單向通道雙向通道雙向通道(a)(b)(c)發(fā)送接收發(fā)送接收接收發(fā)送接收發(fā)送同步通信與異步通信物理級(jí)同步物理級(jí)同步/異步異步 ，解決通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)，解決通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上的一致性問題上

42、的一致性問題 同步同步SYN n比特同步比特同步，采用同步網(wǎng)卡，同步，采用同步網(wǎng)卡，同步MODEM，發(fā)送和，發(fā)送和接收方使用相同的時(shí)鐘，數(shù)據(jù)流傳輸方式是連續(xù)的接收方使用相同的時(shí)鐘，數(shù)據(jù)流傳輸方式是連續(xù)的比特流，沒有損失，效率高。差錯(cuò)控制采用比特流，沒有損失，效率高。差錯(cuò)控制采用CRC循循環(huán)冗余校驗(yàn)，用于干線和重要用戶。環(huán)冗余校驗(yàn)，用于干線和重要用戶。 異步異步 并非不要同步，而是起止同步并非不要同步，而是起止同步n字節(jié)同步字節(jié)同步，收發(fā)不需要同步，可用非同步，收發(fā)不需要同步，可用非同步MODEM和和LCU，經(jīng)濟(jì)。數(shù)據(jù)每，經(jīng)濟(jì)。數(shù)據(jù)每8個(gè)比特插一個(gè)起始同步比個(gè)比特插一個(gè)起始同步比特，一個(gè)終止同步

43、比特。效率特，一個(gè)終止同步比特。效率4/5。差錯(cuò)控制采用。差錯(cuò)控制采用偶校驗(yàn)和塊校驗(yàn)。適于通信量不大的一般用戶。偶校驗(yàn)和塊校驗(yàn)。適于通信量不大的一般用戶。同步通信與異步通信SYNSYN.一個(gè)或多個(gè)SYN字符控制字符數(shù)據(jù)字符控制字符終止位(邏輯“0”)起始位(邏輯“1”)tb0b1b2b3b4b5b6字節(jié)5字節(jié)4字節(jié)3字節(jié)2字節(jié)1數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼方法模擬數(shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼振幅鍵控ASK移頻鍵控FSK移相鍵控PSK非歸零碼NRZ曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼n傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號(hào)設(shè)計(jì)的，傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號(hào)設(shè)計(jì)的，只適用于傳輸音頻范圍（只適用于傳輸音頻范圍（300H

44、z3400Hz）的）的模擬信號(hào)，無法直接傳輸計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)；模擬信號(hào)，無法直接傳輸計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)；n為了利用模擬語音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)為了利用模擬語音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；換成模擬信號(hào)；n將發(fā)送端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過將發(fā)送端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過程 稱 為 調(diào) 制 ， 將 調(diào) 制 設(shè) 備 稱 為 調(diào) 制 器程 稱 為 調(diào) 制 ， 將 調(diào) 制 設(shè) 備 稱 為 調(diào) 制 器（modulator）；）；n將接收端模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過將接收端模擬數(shù)據(jù)信

45、號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過程 稱 為 解 調(diào) ， 將 解 調(diào) 設(shè) 備 稱 為 解 調(diào) 器程 稱 為 解 調(diào) ， 將 解 調(diào) 設(shè) 備 稱 為 解 調(diào) 器（demodulator）；）；n同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（modem）。n在調(diào)制過程中，選擇音頻范圍內(nèi)的某一角在調(diào)制過程中，選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率頻率的正（余）弦信號(hào)作為的正（余）弦信號(hào)作為載波載波，該正，該正（余）弦信號(hào)可以寫為：（余）弦信號(hào)可以寫為： u（t）= umsin（t+0）n3個(gè)可以改變的電參量：個(gè)可以改變的電參量： 振振 幅幅 um 角頻率角頻率 相相 位位 n可以通

46、過變化可以通過變化3個(gè)電參量，來實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)個(gè)電參量，來實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)編碼的目的。據(jù)信號(hào)編碼的目的。 模擬數(shù)據(jù)編碼方法 振幅鍵控（振幅鍵控（amplitude shift keying , ASKamplitude shift keying , ASK） u um msinsin（1 1t+t+0 0） 數(shù)字?jǐn)?shù)字1 1 u u（t t）= = 0 0 數(shù)字?jǐn)?shù)字0 0n振幅鍵控振幅鍵控ASKASK信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，但抗干信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力較差。擾能力較差。 u um msinsin（1 1t+t+0 0） 數(shù)字?jǐn)?shù)字1 1 u u（t t）= = u um msinsin（

47、2 2t+t+0 0） 數(shù)字?jǐn)?shù)字0 0n移頻鍵控移頻鍵控FSK信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力較強(qiáng)，是目前最常用的調(diào)制方法之干擾能力較強(qiáng)，是目前最常用的調(diào)制方法之一。一。 移頻鍵控移頻鍵控(frequency-shift keying (frequency-shift keying ，F(xiàn)SK)FSK) 移相鍵控（移相鍵控（phase-shift keyingphase-shift keying，PSKPSK） n絕對(duì)調(diào)相絕對(duì)調(diào)相 u um msinsin（t+0t+0） 數(shù)字?jǐn)?shù)字1 1 u u（t t）= = u um msinsin（t+t+ ） 數(shù)字?jǐn)?shù)字0 0n

48、移相鍵控可以分為移相鍵控可以分為： 絕對(duì)調(diào)相絕對(duì)調(diào)相 相對(duì)調(diào)相相對(duì)調(diào)相 二相調(diào)相二相調(diào)相 多相調(diào)相多相調(diào)相 模擬數(shù)據(jù)編碼方法 01001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對(duì))(d)PSK(相對(duì))121數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法n基帶傳輸在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)頻帶的情況下基帶傳輸在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)頻帶的情況下直接傳輸數(shù)字信號(hào)，可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率直接傳輸數(shù)字信號(hào)，可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率與系統(tǒng)效率與系統(tǒng)效率; ;n長串長串0 0或或1 1的接收，無法在比特流中提取同步信號(hào)。的接收，無法在比特流中提取同步信號(hào)。需要編碼，目的是在碼元波形中產(chǎn)生變化。需要

49、編碼，目的是在碼元波形中產(chǎn)生變化。n在基帶傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼方式主要有：在基帶傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼方式主要有： 非歸零碼非歸零碼NRZ 曼徹斯特（曼徹斯特（manchester）編碼）編碼 差分曼徹斯特差分曼徹斯特（difference manchester）編碼編碼編碼規(guī)則曼徹斯特（曼徹斯特（Manchester）編碼）編碼：規(guī)則規(guī)則：每個(gè)碼元分成兩個(gè)相等的間隔，定義：每個(gè)碼元分成兩個(gè)相等的間隔，定義0從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，1從低電平翻轉(zhuǎn)到從低電平翻轉(zhuǎn)到高電平。高電平。差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼：規(guī)則規(guī)則：每個(gè)碼元分成兩個(gè)相等的間隔，：每個(gè)碼元分成兩個(gè)相等的

50、間隔， 碼元碼元1前半個(gè)碼元與上一個(gè)碼元的后半碼前半個(gè)碼元與上一個(gè)碼元的后半碼元電平一樣，后半碼元電平跳變。元電平一樣，后半碼元電平跳變。 碼元碼元0前半個(gè)碼元與上一個(gè)碼元的后半碼前半個(gè)碼元與上一個(gè)碼元的后半碼元電平相反，后半碼元電平跳變。元電平相反，后半碼元電平跳變。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼信號(hào)的波形01001011數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)(a)非歸零碼同步時(shí)鐘(b)曼徹斯特編碼(c)差分曼徹斯特編碼信號(hào)分析周期信號(hào)的諧波分析周期信號(hào)的諧波分析周期信號(hào)：周期信號(hào)：s(t+T)=s(t) 周期：滿足關(guān)系的最小周期：滿足關(guān)系的最小Tn如正弦、余弦函數(shù)如正弦、余弦函數(shù) Acos(2ft+) A是振幅，是振幅，f是頻率單位是頻

51、率單位Hz(赫茲，每秒周期數(shù)赫茲，每秒周期數(shù))，是初是初始相位，周期始相位，周期T=1/f，以秒為單位。，以秒為單位。信號(hào)分析周期為周期為T的信的信號(hào)號(hào)s(t)可以表可以表示為傅里葉級(jí)示為傅里葉級(jí)數(shù)數(shù)信號(hào)分析結(jié)論結(jié)論：一切正常周期信號(hào)（滿足狄里克雷條件斷點(diǎn)、極：一切正常周期信號(hào)（滿足狄里克雷條件斷點(diǎn)、極值）值）s(t)都可以由正弦、余弦波疊加而成。這些波的都可以由正弦、余弦波疊加而成。這些波的頻率由低到高分別為頻率由低到高分別為f0，2f0，3f0, ，所有這些頻率，所有這些頻率構(gòu)成構(gòu)成s(t)的頻譜，的頻譜，f0稱為基頻。信號(hào)頻率區(qū)間的大小，稱為基頻。信號(hào)頻率區(qū)間的大小，也就是頻譜的寬度稱信

52、號(hào)的帶寬。實(shí)際信號(hào)的帶寬一也就是頻譜的寬度稱信號(hào)的帶寬。實(shí)際信號(hào)的帶寬一般是無限的，但影響小的高頻成分往往可以忽略，因般是無限的，但影響小的高頻成分往往可以忽略，因此可以認(rèn)為它們的帶寬是有限的。如話音信號(hào)頻率成此可以認(rèn)為它們的帶寬是有限的。如話音信號(hào)頻率成分中，高于分中，高于4000Hz的可以忽略。的可以忽略。諧波分析諧波分析：將周期信號(hào)按上述方法分解，叫周期信號(hào)的：將周期信號(hào)按上述方法分解，叫周期信號(hào)的諧波分析。諧波分析。信號(hào)分析意義意義：由傅里葉變換和傅里葉級(jí)數(shù)得到時(shí)域函：由傅里葉變換和傅里葉級(jí)數(shù)得到時(shí)域函數(shù)在頻域上的表示。即將振幅和相位表示為數(shù)在頻域上的表示。即將振幅和相位表示為頻率的函

53、數(shù)。利用頻域可以把構(gòu)成信號(hào)的各頻率的函數(shù)。利用頻域可以把構(gòu)成信號(hào)的各個(gè)頻率成分表示得十分清楚，在通信研究中個(gè)頻率成分表示得十分清楚，在通信研究中有重要意義。有重要意義。諧波振幅意義諧波振幅意義：反映能量大小，能量集中于低：反映能量大小，能量集中于低次諧波。次諧波。方波的傅里葉級(jí)數(shù)方波的傅里葉級(jí)數(shù)結(jié)論結(jié)論：組成方波的諧波無窮：組成方波的諧波無窮多，但頻率越高振幅越小，高頻的影響比較多，但頻率越高振幅越小，高頻的影響比較小。小。通信信道帶寬對(duì)基帶傳輸?shù)挠绊?n通信信道帶寬對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸中失通信信道帶寬對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸中失真的影響很大；真的影響很大；n信道帶寬越寬，信號(hào)傳輸?shù)氖д嬖叫诺缼捲綄?，信?hào)傳

54、輸?shù)氖д嬖叫?。小?n通信信道帶寬對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸中失真的影響很大；通信信道帶寬對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸中失真的影響很大；n信道帶寬越寬，信號(hào)傳輸?shù)氖д嬖叫?。信道帶寬越寬，信?hào)傳輸?shù)氖д嬖叫　?信號(hào)分析模擬信號(hào)數(shù)字化過程模擬信號(hào)數(shù)字化過程：首先將模擬信號(hào)抽樣，使它成：首先將模擬信號(hào)抽樣，使它成為一系列時(shí)間上離散的抽樣值，然后將這些值量化為一系列時(shí)間上離散的抽樣值，然后將這些值量化并編碼，變換成數(shù)字信號(hào)在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳送。并編碼，變換成數(shù)字信號(hào)在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳送。采樣定理采樣定理：模擬信號(hào)帶寬：模擬信號(hào)帶寬W，Ts是采樣間隔，當(dāng)采樣是采樣間隔，當(dāng)采樣率率fs=1/Ts=2W時(shí)，由采樣數(shù)據(jù)就可以恢復(fù)原先的

55、時(shí)，由采樣數(shù)據(jù)就可以恢復(fù)原先的模擬信號(hào)。模擬信號(hào)。 如話音采樣率如話音采樣率8000次次/s，采樣間隔為，采樣間隔為125us，話音信號(hào)頻率在話音信號(hào)頻率在300-3400Hz之間。之間。采樣定理意義采樣定理意義：確定信道帶寬與信道數(shù)據(jù)傳輸速率的：確定信道帶寬與信道數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系，帶寬關(guān)系，帶寬W的信道只能傳輸帶寬為的信道只能傳輸帶寬為W的信號(hào)而不的信號(hào)而不失真。由采樣定理，信道在單位時(shí)間內(nèi)必須能夠傳失真。由采樣定理，信道在單位時(shí)間內(nèi)必須能夠傳輸輸2W個(gè)采樣數(shù)據(jù)，否則不能保真。所以信道傳輸數(shù)個(gè)采樣數(shù)據(jù)，否則不能保真。所以信道傳輸數(shù)據(jù)最大速率是據(jù)最大速率是2W。如果采樣數(shù)據(jù)是。如果采樣數(shù)據(jù)是

56、M值的，信道傳值的，信道傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)最大速率是輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)最大速率是2WLog2M(bps)信道速率的極限值奈魁斯特（奈魁斯特（Nyquist）原理）原理：（奈氏準(zhǔn)則）：（奈氏準(zhǔn)則） 理想信道最高傳輸速率理想信道最高傳輸速率 = 2W Log2M (bps)（或）（或） 理想低通信道的最高碼元傳輸速率理想低通信道的最高碼元傳輸速率 = 2W Band(波特波特)Band(波特、調(diào)制速率波特、調(diào)制速率)是碼元傳輸速率的單位，是碼元傳輸速率的單位，1波特波特為每秒傳送為每秒傳送1個(gè)碼元。個(gè)碼元。含義含義：每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每：每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是

57、每秒傳送秒傳送2個(gè)碼元個(gè)碼元信道速率的極限值比特和波特的關(guān)系比特和波特的關(guān)系：n波特是碼元傳輸速率的單位，比特是信息量的單位波特是碼元傳輸速率的單位，比特是信息量的單位概念不同。概念不同。數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系n一個(gè)碼元表示一個(gè)碼元表示n個(gè)比特，個(gè)比特，M Band的碼元傳輸速率的碼元傳輸速率對(duì)應(yīng)的信息傳輸速率為對(duì)應(yīng)的信息傳輸速率為Mn bpsn二元調(diào)制中，一個(gè)碼元表示一個(gè)比特，碼元和數(shù)據(jù)二元調(diào)制中，一個(gè)碼元表示一個(gè)比特，碼元和數(shù)據(jù)傳輸速率相同，多元調(diào)制中兩者不同。傳輸速率相同，多元調(diào)制中兩者不同。 例：四相調(diào)制中，例：四相調(diào)制中，n=2，T=833*10-6s的單位脈的單位脈沖沖(周期、間隔周期、

58、間隔)。則。則 W=1/T=1/(833*10-6)=1200 Hz S=2Wn = 4/(833*10-6)=4800b/s信道速率的極限值奈氏準(zhǔn)則說明一個(gè)任意信號(hào)通過帶寬為奈氏準(zhǔn)則說明一個(gè)任意信號(hào)通過帶寬為W的低通濾波的低通濾波器，每秒采樣器，每秒采樣2W次就能完整重現(xiàn)這個(gè)被濾波的信次就能完整重現(xiàn)這個(gè)被濾波的信號(hào)，以高于號(hào)，以高于2W次的速度對(duì)此線路采樣是無意義的，次的速度對(duì)此線路采樣是無意義的，因?yàn)楦哳l分量已被濾波器濾掉無法恢復(fù)了。因?yàn)楦哳l分量已被濾波器濾掉無法恢復(fù)了。注意：注意：n奈魁斯特的結(jié)論是理論值，實(shí)際信道所能傳輸?shù)淖钅慰固氐慕Y(jié)論是理論值，實(shí)際信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率低于奈氏

59、給出的上限高碼元速率低于奈氏給出的上限n奈魁斯特定理是一個(gè)數(shù)學(xué)性質(zhì)，不涉及技術(shù)處理。奈魁斯特定理是一個(gè)數(shù)學(xué)性質(zhì)，不涉及技術(shù)處理。如果有一個(gè)函數(shù)，它的傅立葉頻譜不包含高于如果有一個(gè)函數(shù)，它的傅立葉頻譜不包含高于f的的正弦或余弦，那么以正弦或余弦，那么以2f的頻率采樣該函數(shù)，可以獲的頻率采樣該函數(shù)，可以獲得該函數(shù)所包含的全部信息。適用于所有介質(zhì)。得該函數(shù)所包含的全部信息。適用于所有介質(zhì)。信道速率的極限值信道容量信道容量：信道所能傳輸?shù)淖罡咚俾?，表示信道能達(dá)到的最：信道所能傳輸?shù)淖罡咚俾?，表示信道能達(dá)到的最大傳輸能力。受信道帶寬的限制。用每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位大傳輸能力。受信道帶寬的限制。用每秒傳輸?shù)亩?/p>

60、進(jìn)制位（bit/s）表示。）表示。香農(nóng)（香農(nóng)（Shannon）公式）公式：帶寬受限有白噪聲（熱噪聲）信道：帶寬受限有白噪聲（熱噪聲）信道的極限信息傳輸速率的極限信息傳輸速率C C(bit/s) = Wlog2(1+S/N) （S/N）分貝）分貝=10log10S/N ） S是信號(hào)功率，是信號(hào)功率，N是噪聲功率，信噪比是噪聲功率，信噪比S/N,單位：分貝。單位：分貝。意義：意義：n在一定帶寬的信道上，理論上在一定帶寬的信道上，理論上1秒內(nèi)無差錯(cuò)傳遞的最大信秒內(nèi)無差錯(cuò)傳遞的最大信息量為息量為C。n信道的信噪比越大，信息的極限傳輸速率就越高。信道的信噪比越大，信息的極限傳輸速率就越高。n只要信息傳輸