物理層與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、第2章 物理層與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識要點：·基本概念：模擬、數(shù)字，數(shù)據(jù)、信號，數(shù)據(jù)通信模型，噪聲。編碼，調(diào)制/解調(diào)，MODEM。信號傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸速率，信噪比，香農(nóng)定理。衰減，失真，噪聲，干擾，差錯及其與傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系。模擬傳輸系統(tǒng)與數(shù)字傳輸系統(tǒng)。全雙工與半雙工，基帶傳輸與寬帶傳輸，點到點連接與多點連接。·傳輸介質(zhì)：有線介質(zhì)雙絞線、同軸電纜、光纖。無線介質(zhì)微波、衛(wèi)星、蜂窩無線通信。·信道復(fù)用技術(shù)：FDMA，TDMA，WDMA，CDMA。·數(shù)據(jù)交換技術(shù)：電路交換，報文交換，報文分組交換。·同步技術(shù)：比特同步，幀同步。·差錯與差

2、錯糾正：前向糾錯與糾錯碼，自動重發(fā)糾錯與檢錯碼，CRC。·物理層標準舉例：EIA RS-232，EIA RS-449，X.21。21 數(shù)據(jù)通信的基本概念1、 信息、數(shù)據(jù)、信號、通信及數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)基本組成數(shù)據(jù)是信息的形式表示。在計算機科學(xué)中，數(shù)據(jù)是信息的編碼。信號是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。通信是將數(shù)據(jù)從源方傳輸?shù)侥康姆?，傳輸則是對信號的傳送。通信系統(tǒng)一般組成模型方框圖通過模擬信道進行數(shù)據(jù)通信的模型模擬數(shù)據(jù)：幅值連續(xù)變化且可取無限多中間值的數(shù)據(jù)。如語音、圖象等。數(shù)字數(shù)據(jù)：幅值離散變化且不可取無限多中間值的數(shù)據(jù)。如整數(shù)、二進制數(shù)據(jù)等。模擬信號：幅度隨時間連續(xù)變化的電磁信號。如正弦交流信號

3、。數(shù)字信號：幅度隨時間離散變化且固定的電磁信號。如矩形脈沖信號。2、信號的頻域與傳輸特性信號頻譜：將信號分解成多個正弦交流信號分量時，相關(guān)正弦交流信號之間的幅度、頻率、相位關(guān)系。信號的絕對頻帶：信號頻譜中最高頻率成份與最低頻率成份之差。1 / 14信號的有效頻帶：為滿足信號還原需求而需要傳輸?shù)男盘栴l譜的最高頻率成份與最低頻率成份之差。噪聲與干擾：差錯及其與傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系中繼與放大：為克服信號在傳輸過程中的衰減，增加信號傳輸距離，在通信線路中往往需要設(shè)置將信號增強或還原的設(shè)備，在模擬通信中使用放大器，在數(shù)字通信中使用中繼器。信噪比：衡量熱噪聲對信號的干擾程度，其值=10ln(S/N)

4、dB(分貝)3、數(shù)據(jù)的表示與傳輸（四種組合） 用模擬信號表示與傳輸模擬數(shù)據(jù)：將模擬數(shù)據(jù)用占有一定頻帶的模擬信號來表示和傳輸，可使用信號轉(zhuǎn)換器（或加調(diào)制解調(diào)器）實現(xiàn)。如語音通過電話系統(tǒng)的傳輸：將聲音轉(zhuǎn)換成頻率范圍為20Hz-20KHz的音頻電信號；因其主要能量集中在300Hz-3400Hz的范圍，故截取該范圍的信號放入模擬信道傳輸。 用模擬信號表示與傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)：將數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制到某一頻率的模擬電磁信號上，形成已調(diào)模擬信號后予以傳輸，使用調(diào)制/解制技術(shù)實現(xiàn)。 用數(shù)字信號表示與傳輸模擬數(shù)據(jù)：通過CODEC（編碼解碼器）將模擬信號經(jīng)采樣-量化-編碼成數(shù)字信號后，再放入數(shù)字信道傳輸。如圖像、語音的數(shù)字傳

5、輸。 用數(shù)字信號表示與傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)：使用數(shù)字收發(fā)器將數(shù)字數(shù)據(jù)編碼、變換成適合傳輸?shù)臄?shù)字信號后，再放入數(shù)字信道傳輸。模擬傳輸與數(shù)字傳輸：用模擬信道傳輸信號。用數(shù)字信道傳輸信號。模擬通信與數(shù)字通信：完全采用模擬通信技術(shù)傳輸模擬數(shù)據(jù)。采用數(shù)字化技術(shù)傳輸模擬和數(shù)字數(shù)據(jù)。模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)闹饕容^模擬信號傳輸與信號內(nèi)容無關(guān)，所攜帶的可以是模擬數(shù)據(jù)，也可以是數(shù)字數(shù)據(jù)（通過MODEM調(diào)制的）；信號在傳輸過程中的衰減和干擾不會影響信號內(nèi)容的完整性；其傳輸距離較遠，成本較高。數(shù)字信號傳輸與內(nèi)容相關(guān)；信號傳輸過程中的衰減和干擾會影響信號內(nèi)容的完整性；其傳輸距離較短，信號易衰減和失真，但成本較低，衰減和失真不累積

6、、易消除，傳輸質(zhì)量優(yōu)于模擬傳輸。4、信道和信道基本參數(shù)信道：信號的傳輸通道，包括傳輸介質(zhì)和控制信號傳輸?shù)臋C制。適合傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道，適合傳輸數(shù)字信號的信道稱為數(shù)字信道。反映信道特性的基本參數(shù)有：信道帶寬W：信道中允許有效通過的正弦交流信號的頻率范圍內(nèi)。當頻率從零到無窮連續(xù)變化的等幅正弦交流信號通過信道時，信道對不同頻率的信號將產(chǎn)生不同的衰減，對應(yīng)信號功率衰減到一半（信號幅度相應(yīng)衰減到最大值的0.707倍）有一個高頻率點和一個低頻率點，二者之差即該信道的帶寬。低通信道：信道帶寬的下限=0帶通信道：信道帶寬的下限>0碼元速率：信號每變化一次對應(yīng)一個碼元。單位時間內(nèi)信號變化的次數(shù)

7、稱為碼元傳輸速率，用波特（baud）為度量單位，故又稱波特率。數(shù)據(jù)傳輸速率：單位時間內(nèi)在信道中通過的比特數(shù)，單位b/s。它與波特率的關(guān)系為：數(shù)據(jù)傳輸速率（b/s）=碼元傳輸速率（baud）×log2(信號狀態(tài)數(shù))。信道容量：信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。誤碼率：錯碼數(shù)與傳送的位數(shù)之比。數(shù)據(jù)傳輸時延=數(shù)據(jù)發(fā)送時間+信號傳播時延信道吞吐量：信道上單位時間所傳送的數(shù)據(jù)量。理想無噪音低通信道的最大碼元速率=2W理想無噪音帶通信道的最大碼元速率=W香農(nóng)公式：有噪音信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（b/s）=W log2(1+S/N) 5、信道通信方式：（1）傳輸方向單 工：A與B之間的通信只能單向進行。半雙工

8、：A與B之間可在不同時間從任一方向另一方分時通欣。全雙工：A與B之間可以同時雙向通信。（2）信號變換基帶傳輸：不改變待發(fā)送信號的基本頻率屬性而直接在信道中傳輸。對于數(shù)字通信即將數(shù)字信號直接在信道中傳輸。頻帶傳輸：用頻率較高的模擬電磁信號作為載波，用待發(fā)送信號對載波調(diào)制后，由已調(diào)模擬信號攜帶著待發(fā)送信號在信道上傳輸。對于數(shù)字通信，即用數(shù)字信號對模擬電磁信號進行調(diào)制（即頻譜搬移），得到占有一定頻帶的可頻分復(fù)用的已調(diào)模擬信號，再送入信道傳輸。（3）串行傳輸與并行傳輸并行傳輸：多位比特信號同時傳輸。其速度快、效率高，但傳輸距離較近。串行傳輸：各位比特信號逐位傳送。其速度較慢，但傳輸距離遠。5、位同步與

9、幀同步（1）位同步保證通信過程的接受方能正確地檢測到每一個位的值。異步接收外同步自同步（2）幀同步保證通信過程的接收方能正確地知道所接收信號中一個比特組（數(shù)據(jù)幀）的起始時間和終止時間，即保證與數(shù)據(jù)發(fā)送方的同步。串行通信使用以下兩種方法。異步傳輸：將待傳送數(shù)據(jù)以字符為單位，每個字符均加入起始位、結(jié)束位等控制信息后獨立傳輸。其實現(xiàn)簡單，但效率較低、速度較慢。同步傳輸：將待傳送數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊為單位（報文或分組）成批傳送，塊內(nèi)各字符或字節(jié)不再獨立地加入控制信息，而是在塊的前后各加入同步標志指示塊的起始和終止。其傳輸效率和速度高，但控制較復(fù)雜。同步傳輸方式的主要類型有：面向字符、面向比特、字節(jié)計數(shù)、反常編

10、碼等控制方式。22 信號編碼技術(shù)1、 數(shù)字信號模擬信號使用調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)，可用的調(diào)制方法：幅移鍵控法ASK：用某一頻率正弦交流信號（載波）的兩個不同振幅值（如零振幅與一個非零恒定振幅）表示“0”和“1”。ASK的成本低，但抗干擾能力差、效率低且數(shù)據(jù)率較低，實際較少使用。頻移鍵控法FSK：用對稱于載波頻率附近的兩個不同頻率的等幅正弦交流信號表示“0”和“1”。其抗干擾能力較強，信號傳輸質(zhì)量較好。相移鍵控法PSK：用某一頻率正弦交流信號（載波）的不同初相位值表示“0”和“1”。 其抗干擾能力強，信號傳輸質(zhì)量好，尤其是可以方便地實現(xiàn)多元調(diào)制，以在信道波特率不變的前提下提高信息傳輸速率。如下面的信號定

11、義即可同時傳送2位二進制信號。s(t)=Acos(2fet+45°)，當位為11時，Acos(2fet+135°)，當位為10時，Acos(2fet+225°)，當位為01時，Acos(2fet+135°)，當位為00時，正交調(diào)制QAM：同時用某一頻率正弦交流信號的不同振幅與相位的組合，可更好地實現(xiàn)同時傳送多位二進制信號，現(xiàn)代高速MODEM一般使用該方法。2、數(shù)字信號數(shù)字信號（1） 不歸零倒相制（NRZI）編碼信號僅在兩個相鄰比特周期的交接點處才回到或經(jīng)過零電平；用每一比特周期開始位置信號是否倒相分別表示代碼“0”和“1”。其倒相信號可用于自同步且所需波

12、特率不大于比特率，但當連續(xù)傳送不倒相代碼時容易失去同步和積累直流分量而不利于傳輸。（2） 曼徹斯特編碼屬自同步編碼，用每個比特周期的中間點的正、負跳變分別表示代碼“0”和“1”，此跳變同時又作為時鐘同步信號。其同步性能好、無直流分量且易于實現(xiàn)，但所需波特率是比特率的兩倍。（3） 差分曼徹斯特編碼；差分曼徹斯特編碼是曼徹斯特編碼的修改，將比特周期中點的跳變只作為時鐘同步信號，用比特周期開始時信號是否倒相分別表示代碼“0”和“1”。（4） mBnB編碼（n>m）高速網(wǎng)絡(luò)不適用曼徹斯特編碼，因其所需波特率太高，往往使用mBnB編碼或再接合三元編碼。將原始數(shù)據(jù)每m位分為一組，按某種規(guī)則選擇n位二

13、進制編碼中的2m種組合表示，然后使用類似NRZI等碼型編碼傳輸，使其所需波特率值降為等于比特率的（n/m）倍。其選擇規(guī)則主要應(yīng)考慮自同步和直流分量的要求，如FDDI即使用4B5B碼。三元編碼即用信號的三種狀態(tài)（如正、負、零電平）進行編碼，可進一步減少所需帶寬。3、模擬信號數(shù)字信號使用脈沖代碼調(diào)制（PCM）技術(shù)將模擬數(shù)據(jù)經(jīng)采樣-量化-編碼后轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼信號，其實現(xiàn)基于奈奎斯特采樣定理。奈奎斯特采樣定理：若表示模擬數(shù)據(jù)的模擬信號的最高有效頻率為fmax，則只要采樣頻率ft2 fmax，其采樣信號即包含了原始數(shù)據(jù)的全部信息，可從中恢復(fù)原模擬數(shù)據(jù)。例：對語音信號的采樣，如取其最高有效頻率為4000H

14、Z，則每秒只需采樣8000次。若每次采樣值用7位二進制編碼量化，則傳輸一路語音信號所需帶寬為56Kb/s。4、模擬信號模擬信號（現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)教程P24）5、擴頻編碼（現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)教程P24）23 多路復(fù)用技術(shù) 信道容量往往大于單個用戶的需求，此時一條信道可由多個用戶共享使用，稱為多路復(fù)用，從而提高信道使用效率和系統(tǒng)傳輸速率。常用技術(shù)有頻分多路復(fù)用（FDM）、時分多路復(fù)用（TDM）、波分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用（CDMA）。FDM：當信道帶寬大于一路信號的傳輸需求時，將信道總頻帶分成若干個子信道，對多路信號用不同的載波調(diào)制，同時在信道中并行傳輸。此時，多個用戶在同一時間占有不同的帶寬資源。它基

15、于模擬信號傳輸。TDM：當信道速率大于一路信號的傳輸需求時，將信道工作時間分成若時隙，不同時隙可傳輸來自不同用戶的信號。若各時隙固定分配給不同用戶，稱同步DTDM；如果是動態(tài)分配則稱為異步STDM。TDM的實質(zhì)是使多個用戶在不同時間占有相同的帶寬資源，即分時共享。它基于數(shù)字傳輸。波分復(fù)用：即光的頻分復(fù)用，基于光纖通信。（謝希仁P85）碼分復(fù)用（CDMA）：基于直接序列擴頻通信技術(shù)，抗干擾能力和保密性很強，可實現(xiàn)多個用戶在同一時間使用同樣的頻帶通信，但實現(xiàn)復(fù)雜、占用頻帶寬、成本較高，主要用于無線LAN?；痉椒ǎ簩⒚恳粋€比特時間進一步分成m個短的時隙，每個時隙稱為一個碼片，m一般取64或128。

16、系統(tǒng)中的每一個站點分配一個唯一的m bit碼片序列。用碼片序列的原碼表示比特1，用用碼片序列的反碼表示比特0。書寫時，將碼片序列中的代碼1寫作+1，代碼0寫作-1。對碼片序列的要求：系統(tǒng)中各站點的序列必須各不相同；任意兩個站點的碼片序列都必須互相正交，即其內(nèi)積為零；各碼片序列的反碼也都必須互相正交每一碼片序列與其自身的內(nèi)積（規(guī)格化內(nèi)積）都是1；每一碼片序列與其自身反碼的內(nèi)積（規(guī)格化內(nèi)積）都是-1。其工作過程基于系統(tǒng)中所有站點發(fā)送的碼片序列都是同步的；信號疊加原理。24、 數(shù)據(jù)交換技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同可分成交換式和廣播式兩類。廣播通信網(wǎng)為廣播式發(fā)送，不需要中間節(jié)點的介入和路由選擇，為L

17、AN廣泛采用。交換式通信網(wǎng)由若干個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成點到點的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的傳送從源節(jié)點開始，經(jīng)若干中間節(jié)點的交換（轉(zhuǎn)發(fā)）到達目標節(jié)點。按實際的數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，交換式通信網(wǎng)可分為線路交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)，后者又有虛電路和數(shù)據(jù)報兩種方式。1、 線路交換主要技術(shù)特點：其通信過程分成三個階段：建立連接。源節(jié)點發(fā)出建立連接請求，經(jīng)多個中間節(jié)點接力式地選擇路徑和分配鏈路直到目標節(jié)點，建立一條端到端的專用物理連接。數(shù)據(jù)傳輸。所有數(shù)據(jù)均通過此專用連接直接傳輸。釋放連接。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，通過釋放請求釋放所占用的資源。主要優(yōu)點：交換設(shè)備和操作較簡單；一旦建立連接后，網(wǎng)絡(luò)對用戶的透明度很高數(shù)據(jù)速率快且固定、不會失序、延遲低且變

18、化小。因此，適合于實時或交互式通信，如語音等。主要缺點：建立連接的時間較長，對于少量數(shù)據(jù)傳送資源浪費較大；由于連接是專用的，對于具有突發(fā)性特點的數(shù)據(jù)通信而言，其使用效率很低且公平性差。2、存儲轉(zhuǎn)發(fā)主要技術(shù)特點：要求各交換節(jié)點設(shè)備必須是智能的，途經(jīng)的各中間節(jié)點對報文予以接收、存儲，再選擇適當?shù)姆较蜣D(zhuǎn)發(fā)，直到目標節(jié)點。主要優(yōu)點：所有鏈路都是分時共享的，使效率大大提高且比較公平；對于線路交換，當網(wǎng)絡(luò)負載很重時將拒絕新的連接建立請求，存儲轉(zhuǎn)發(fā)則仍可接收報文，只是報文的傳送時延將增加；可以提供速度和代碼轉(zhuǎn)換，差錯校驗，建立報文優(yōu)先級等功能。主要缺點：報文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的時延較長并且變化較大。3、分組交換：基于

19、存儲轉(zhuǎn)發(fā)，并試圖接合線路交換和存儲轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)點。它以存儲轉(zhuǎn)發(fā)為基礎(chǔ)，給所傳輸數(shù)據(jù)單位的長度規(guī)定了一個上限，該數(shù)據(jù)單位即稱為報文分組，長度超過給定上限的報文必須分解成若干個分組分別獨立地傳送。分組交換網(wǎng)的交換方式有數(shù)據(jù)報和虛電路兩種。（1） 數(shù)據(jù)報分組交換主要技術(shù)特點：進行數(shù)據(jù)傳輸之前不需要建立連接，源站隨時可將數(shù)據(jù)組裝成分組予以發(fā)送。每個分組完全獨立地傳送，故都必須含有源和目標地址等完整的控制信息，并且不能保證屬于同一報文的不同分組按序到達。主要優(yōu)點：除了具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)的所有優(yōu)點外，還有比較靈活且可靠性較好，當網(wǎng)絡(luò)某一局部故障時，報文可臨時轉(zhuǎn)往其它方向傳送。可以方便地多目標接收。屬于同一報文的不同

20、分組可以并行傳送。通信前不需要建立連接，對于一次只傳送少量分組的情況效率較高，適于一般的數(shù)據(jù)傳輸。主要缺點：除了具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)的主要缺點外，每一分組都必須含有完整的控制信息會影響效率。（2） 虛電路分組交換主要技術(shù)特點：通信過程類似于線路交換，但建立的連接是由若干段邏輯鏈路組成的邏輯連接，仍然基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)和分組交換。在數(shù)據(jù)傳送階段，每一分組中不再需要含有完整的目標地址等控制信息，而只需要攜帶較短的邏輯連接號即可。主要優(yōu)點：除了具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)的所有優(yōu)點外，相對于數(shù)據(jù)報分組交換的其它優(yōu)點是一旦建立連接后，分組的傳送不會失序、延遲變化小。對于一次傳送大量分組的情況效率較高，適于實時或交互式通信。主要缺點

21、：除了具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)的主要缺點外，建立連接的時間較長，對于少量數(shù)據(jù)傳送效率較低；對系統(tǒng)故障的適應(yīng)能力差。25 差錯校驗與糾正技術(shù)1、基本方法信道的噪聲和干擾會使數(shù)據(jù)在傳輸過程中出錯，檢測和糾正的基本方法有兩類：FEC（前向糾錯）?；诩m錯碼，發(fā)送方使用某種糾錯碼對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行編碼后再予以發(fā)送，接收方使用同一種糾錯碼對所接收的數(shù)據(jù)進行檢錯，如有差錯則自行定位糾正。典型的糾錯碼如海明碼。此法可不需重發(fā)數(shù)據(jù)，但需要設(shè)置的校驗位較長，對于誤碼率不是很高的情況效率較低。ARQ（自動請求重傳）?；跈z錯碼，廣泛用于數(shù)據(jù)通信，其基本原理為： 發(fā)送方用某種檢錯碼對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行編碼后再予以發(fā)送，并將數(shù)據(jù)暫存到

22、緩沖區(qū)； 接收方使用同一種檢錯碼對所接收的數(shù)據(jù)進行檢錯，若正確向發(fā)送方返回確認應(yīng)答ACK，否則丟棄所接收的數(shù)據(jù)并返回否認應(yīng)答NAK，請求對方重新發(fā)送。 發(fā)送方若收到ACK，則過程結(jié)束；若收到NAK，則重發(fā)數(shù)據(jù)直到被正確接收。2、CRC（循環(huán)冗余碼）校驗碼（謝希仁P50）數(shù)據(jù)通信中常用的檢錯碼，其基本原理為： 循環(huán)冗余碼的定義：信息的糾錯編碼是由若干信息位連接若干校驗位構(gòu)成的碼字。一種編碼，如果它的任意兩個碼字的對應(yīng)位作模2加，得到的仍是其碼字，則稱為線性碼。如果對線性碼的碼字循環(huán)右移一位所得的仍然是此線性碼的碼字，則稱此線性碼為循環(huán)冗余碼。 CRC檢錯原理：將m位的幀的每一位看作一個（m-1）

23、階多項式M(x)中各項的系數(shù)，收發(fā)雙方共同使用一個r階的生成多項式G（x），用G（x）去除M(x)得余數(shù)多項式R(x)，該R(x)對應(yīng)的比特串稱為校驗和，將R(x)連接到M(x)之后即得到含校驗和的傳輸編碼對應(yīng)的多項式T(x)。接收方對所收到的T(x)用G(x)去除，若能除盡則無差錯，否則為傳輸出錯。 CRC編碼過程：設(shè)G(x)為r階，在M(x)對應(yīng)的比特串后加入r個零，使其長度成為（m+r）位，對應(yīng)多項式為xrM(x)。用G(x)對應(yīng)的位串對xrM(x) 作模2除，得余數(shù)位串，對應(yīng)R(x)。按模2減法從xrM(x)對應(yīng)的位串中減去余數(shù)位串，結(jié)果就是含校驗和的CRC編碼，對應(yīng)T(x)。例：設(shè)需

24、傳送的一個HDLC幀的信息字段為I=11001011011，地址字段為A=10001000，控制字段為C=00111011，其生成多項式為G(x)=x4+x+1，試求出CRC校驗碼。計算1001001101100001100000000010011100010000011101111010110110000得余數(shù)1000，則CRC編碼碼為100010000011101111010110111000。26 傳輸介質(zhì)（謝希仁P25）傳輸介質(zhì)分為兩類：有線介質(zhì)，無線介質(zhì)。常用有線介質(zhì)有三種：雙絞線、同軸電纜和光纖。常用無線介質(zhì)有：無線電、地面微波、紅外線、衛(wèi)星信道等。對于有線介質(zhì)，主要關(guān)心下表所列特

25、性。其中，連通性指適用于多點連接或點到點連接；傳輸特性指適于傳輸模擬信號或數(shù)字信號或其它。1、有線介質(zhì)常用有線介質(zhì)的特性描述與比較介質(zhì)特性雙絞線（UTP，STP）同軸電纜基帶(50)，寬帶(75CATV)光 纖（多模，單模）物理描述一對交紐的絕緣導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)體絕緣層外屏蔽金屬層多對光纖組成光纜傳輸特性可傳送模擬信號和數(shù)字信號基帶電纜傳輸數(shù)字信號， 寬帶電纜傳輸寬帶模擬信號光波調(diào)制傳輸，高帶寬，低損耗，單向性連通性一般點到點，也可多點基帶多點，寬帶點到點點到點地理范圍幾百米之內(nèi)基帶幾公里，寬帶幾十公里多模幾公里，單模十幾公里抗干擾能力較 差較 好最 好相對價格較便宜較高最高（1）雙絞線：有非屏蔽（U

26、TP）和屏蔽的兩種，數(shù)據(jù)通信使用由多對雙絞線再次絞合組成的UTP雙絞線電纜。UTP又分為3類（10Mb/s），4類（16Mb/s），5類（100Mb/s）等。（2）同軸電纜有基帶和寬帶兩種，前者的特征阻抗為50，后者為75，使用時必須在電纜兩端連接對應(yīng)阻抗的匹配頭。寬帶同軸電纜的帶寬可達300-450MHZ，一般用FDM分成多個子信道。（3）光纖有多模和單模兩種，必須成對使用，一般由多對組成光纜，其帶寬可達到幾十G b/s且衰減很小，傳輸質(zhì)量很高。多模光纖基于光的不斷反射作用向前傳送光信號，其損耗較大、傳輸距離較短、速率較低，但成本較低，多用于園區(qū)網(wǎng)。單模光纖中的光線則主要沿著光纖的軸線傳送，

27、故其損耗小、傳輸距離遠、速率高，但成本較高，主要用于遠程主干通信。2、 無線介質(zhì)地面微波（含移動通信）：帶寬大、靈活、通信質(zhì)量較高。保密差、氣候干擾大。衛(wèi)星信道：帶寬大、距離遠、成本低、通信質(zhì)量高、特性穩(wěn)定。傳播時延大（上行加下行一般取270ms）。27 物理層（謝希仁P40）1、物理層主要功能物理層協(xié)議主要包括機械、電氣、功能和規(guī)程特性。機械特性主要定義物理接口的規(guī)格、尺寸、引腳排列等；電氣特性規(guī)定信號電平、速率、傳輸距離等；功能特性定義接口各引腳的信號、功能等；規(guī)程特性則定義各信號的工作規(guī)則與時序關(guān)系。2、典型物理層協(xié)議（謝希仁P40）EIA RS-232-C（對應(yīng)CCITT 的V.24）

28、EIA RS-449/422/423CCITT的X.21前二個標準用于模擬信道，X.21用于數(shù)字信道。附：數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識： 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識： 數(shù)據(jù)通信是指通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)以某種信號形式從一處安全可靠地傳送到另一處。1 信道-指信號傳輸?shù)拿劫|(zhì)，這些媒質(zhì)如：架空明線、電纜、中長波地表波傳播、短波電離層反射、超短波電離層繞射、微波傳輸、光導(dǎo)纖維-等。2 通信系統(tǒng)的模型3-1： 信息源 發(fā)送設(shè)備 信道 接收設(shè)備 受信者（信宿） 噪聲Noise S/N信噪比 DB分貝3 數(shù)據(jù)：有意義的實體或者運載信息的物理符號。數(shù)據(jù)涉及到事物的形式，而信息涉及到這些數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。它可以分為：模擬數(shù)據(jù)（在一

29、個區(qū)間里面取連續(xù)值，如聲音、圖象、溫度、壓力等等）和數(shù)字數(shù)據(jù)（取離散值，如文本，整數(shù)、二進制序列等）。4 信號：是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，它使得數(shù)據(jù)能以某種適當?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸。它一般以電磁波的形式存在，可以分為模擬信號和數(shù)字信號（信號的取值是離散的）。5 傳輸：用電信號把數(shù)據(jù)從發(fā)送端送到接收端的過程。 信號在傳輸過程中會衰減和畸變。 可以分為數(shù)字傳輸和模擬傳輸。具體到數(shù)字信號和模擬信號，可有4種傳輸，即數(shù)字信號和模擬信號的模擬傳輸，數(shù)字信號和模擬信號的數(shù)字傳輸。 也可以分為基帶傳輸和頻帶傳輸。 6 基帶信號：指調(diào)制前的信號，或者稱為未調(diào)制的信號，它可以直接在線路上傳輸，如高、低電平直接傳輸，在使用

30、數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)時，如果不調(diào)制，數(shù)字信號要幾乎占滿整個帶寬。 基帶信號傳輸時，首先要解決信號的編碼問題，而不是單純用高低電平表示1和0，為什么？ 因為很難同步，無法區(qū)分。見P43圖3-8。7 頻帶信號：將基帶信號調(diào)制后的信號。 它往往占有有限的帶寬，在整個頻率范圍內(nèi)各個頻帶信號的位置和載波的頻率有關(guān)。8 寬帶信號：把多路基帶信號、音頻信號、視頻信號調(diào)制到一條電纜的不同頻率處所形成的信號，它可以提高線路的利用率。9 單工、半雙工和全雙工通信10 波特率B： 也稱為調(diào)制速率或碼元速率，參見Nyquist定理，教材p3711 信道的極限信息傳輸率C：即每秒鐘傳輸?shù)男畔⒘?，也就是我們說的帶寬。12 兩者的關(guān)系： C=Blog2N13 信道容量：信道能夠傳輸?shù)淖?/p>