(通信基礎(chǔ)與物理層)課件

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)和物理層數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與信道傳輸數(shù)據(jù)的能力網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)的傳輸與調(diào)制/解調(diào)技術(shù)語音的數(shù)字化傳輸與信道復(fù)用Internet接入與ADSL物理層及接口第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)和物理層數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與信道傳輸數(shù)據(jù)的2.1物理層的基本概念實(shí)現(xiàn)在特定介質(zhì)上的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收發(fā)送時(shí)：將比特流轉(zhuǎn)換成適合在介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)接收時(shí)：將介質(zhì)上的接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的比特流為上層提供接口(特性)機(jī)械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。規(guī)程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。2.1物理層的基本概念實(shí)現(xiàn)在特定介質(zhì)上的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收相鄰層的依賴關(guān)系i層只規(guī)定其功能及其對上層（i+1層）服務(wù)的接口i層只能使用為其提供服務(wù)的底層（i-1層）所提供的接口，而不能要求底層（i-1層）應(yīng)采用什么樣的接口方式相鄰層的依賴關(guān)系2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與信道傳輸數(shù)據(jù)的能力一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器終點(diǎn)接收器發(fā)送器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)信號(hào)源點(diǎn)信息2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與信道傳輸數(shù)據(jù)的能力一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型調(diào)信道（channel）傳送信息的媒體（介質(zhì)），一條電路上至少包含一條發(fā)送信道和一條接收信道調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)信道調(diào)制解調(diào)器信道（channel）調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)信道調(diào)制解調(diào)器術(shù)語數(shù)據(jù)和信號(hào)數(shù)據(jù)(data)——信息的抽象表示方式（0/1，代碼）。信號(hào)(signal)——信息的物理表現(xiàn)（電/磁/光）。模擬和數(shù)字模擬(analogous)信號(hào)——取值和時(shí)間都是連續(xù)變化的信號(hào)。數(shù)字(digital)信號(hào)——取值和時(shí)間上是離散的信號(hào)。調(diào)制和解調(diào)調(diào)制(modulation)——把數(shù)據(jù)放到信號(hào)中。解調(diào)(demodulation)——提取信號(hào)中的數(shù)據(jù)。術(shù)語傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)：用戶將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過接口送到傳輸系統(tǒng)中；或從系統(tǒng)直接收到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬傳輸系統(tǒng)：用戶將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后通過接口送到傳輸系統(tǒng)中；或從系統(tǒng)收到模擬信號(hào)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)編碼解碼器編碼解碼器公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)編碼解碼器編碼解碼器公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)基帶信號(hào)(baseband)：來自信源的信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)：1/0用兩種不同的電壓表示，形成脈沖波形，直接送到線路上去傳輸。寬帶信號(hào)(broadband)多個(gè)不同頻率范圍（頻帶）的模擬信號(hào)同時(shí)在同一信道上傳輸，構(gòu)成寬帶信號(hào)。通信的交互方式單向通信（單工通信）只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送。雙向同時(shí)通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。基帶信號(hào)(baseband)：來自信源的信號(hào)三、信道的傳輸能力模擬信道帶寬（單位：赫茲，Hz）模擬信道可通過的信號(hào)頻率范圍——通頻帶，可用幅頻特性曲線（頻譜）A=g(f)描述W=fH-fL實(shí)際信道帶寬總是有限的模擬信號(hào)帶寬模擬信號(hào)的頻帶范圍頻率在fL～fH

之內(nèi)的信號(hào)，能通過信道*fLfHfA10實(shí)際的特性曲線理想的特性曲線三、信道的傳輸能力fLfHfA10實(shí)際的特性曲線理想的特性曲只能傳輸幅度范圍有限的信號(hào)信號(hào)功率（幅度）不能太大功率太大能耗高，且有危險(xiǎn)通常在毫瓦數(shù)量級(jí)（電壓不超過24V）信號(hào)功率（幅度）不能太小信道上有噪聲功率或幅度太小，會(huì)被噪聲“淹沒”，不能有效接收噪聲較小的信道噪聲較大的信道只能傳輸幅度范圍有限的信號(hào)噪聲較小的信道噪聲較大的信道數(shù)字信道速率（數(shù)字帶寬）數(shù)字信道也有一定的帶寬，即速率上限數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的速率不能超過信道的速率上限模擬帶寬——數(shù)字帶寬？已知：模擬帶寬W(Hz)——信道中實(shí)際傳輸?shù)氖悄M信號(hào)信道中傳輸信號(hào)功率上限S(w);信道中噪聲功率有下限N(w);求：信道傳輸數(shù)據(jù)的上限值C(bps)。數(shù)字信道速率（數(shù)字帶寬）香農(nóng)公式計(jì)算信道上的信息傳輸極限速率C：信道的極限信息傳輸速率（b/s）W：信道的模擬帶寬（Hz）S/N：信道上的信噪比S：信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率N：信道內(nèi)部的高斯噪聲功率C=W·log2(1+S/N)(b/s)香農(nóng)公式C=W·log2(1+S/N)(b/s)香農(nóng)公式物理意義信道的帶寬(W)或信道中的信噪比(S/N)越大，信息的極限傳輸速率就越高只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限，則信道的極限信息傳輸速率C也就沒有上限。（實(shí)際信道不可能如此）實(shí)際信道的信息傳輸速率要比極限傳輸速率低一些。香農(nóng)公式物理意義【例1】對頻率范圍300～3400Hz，S/N≤2500的標(biāo)準(zhǔn)話音信道，計(jì)算極限信息傳輸速率。解：W＝3400－300＝3100Hz，S／N＝2500， 由香農(nóng)公式 C＝W·log2(1＋S／N)＝3100×log2(2500+1） ≈35Kbps。（目前編碼技術(shù)水平已接近該數(shù)值，為33.6Kbps）【例1】對頻率范圍300～3400Hz，【例2】300～3400Hz標(biāo)準(zhǔn)話音信道中（有接近2400Hz理想帶寬），若信息傳輸速率c＝19200bps，計(jì)算最高信噪比。解：信息傳輸速率C＝19200bps，帶寬W＝2400Hz 由仙農(nóng)公式計(jì)算信噪比的最大值 S／N＝2(C／W)－1＝2(19200／2400)－1 ≈255（該信噪比不高，較容易達(dá)到。）【例2】300～3400Hz標(biāo)準(zhǔn)話音信道中（2.2傳輸介質(zhì)（傳輸媒體）通信使用的電磁波的頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線(Hz)f10010210410610810101012101410161018102010221024雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波調(diào)幅無線電調(diào)頻無線電海事無線電光纖電視(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段1041051061071081091010101110121013101410151016移動(dòng)無線電2.2傳輸介質(zhì)（傳輸媒體）通信使用的電磁波的頻譜無線電微波一、導(dǎo)向傳輸介質(zhì)雙絞線（電纜）兩相互絕緣的銅導(dǎo)線，規(guī)則地紐絞后構(gòu)成一對雙絞線。4對或更多對組合加上護(hù)套，構(gòu)成雙絞線電纜。紐絞（twist）：有效地減少電磁干擾，提高傳輸性能雙絞線分類屏蔽雙絞線(STP,ShieldedTwistedPair)雙絞線電纜外有抗干擾的金屬屏蔽層特征阻抗為150Ω非屏蔽雙絞線(UTP,UnshieldedTwistedPair)雙絞線電纜外無金屬屏蔽層特征阻抗為100Ω一、導(dǎo)向傳輸介質(zhì)屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線UTP帶絕緣層的銅導(dǎo)線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層帶絕緣層的銅導(dǎo)線屏蔽雙絞線STP帶絕緣層的銅導(dǎo)線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏雙絞線標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-568（商用建筑物電信布線標(biāo)準(zhǔn)）：室內(nèi)采用STP和UTPEIA/TIA-568-A（商用建筑物電信布線標(biāo)準(zhǔn)）：室內(nèi)采用1~6級(jí)（Category，CAT，類）UTP常用雙絞線3級(jí)（Category3）UTP5級(jí)（Category5）UTP改進(jìn)導(dǎo)線質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的線徑：24AWG（AmericanWireGauge）增加單位長度的絞合次數(shù)——增強(qiáng)了UTP的“衰減”和“近端串?dāng)_”等傳輸特性。雙絞線標(biāo)準(zhǔn)雙絞線的特點(diǎn)——標(biāo)準(zhǔn)化得到更多廠商的廣泛支持施工規(guī)范100米規(guī)定專用接續(xù)方式（RJ45，插頭/插座）及相應(yīng)的制作設(shè)備（插座用打線器，插頭用專用鉗）標(biāo)準(zhǔn)線序可靠性高無焊接點(diǎn)星型拓?fù)洌c(diǎn)——點(diǎn)）支持傳輸多種信號(hào)網(wǎng)絡(luò)（10BT，100BTx，1000B，TPDDI）話音，音視頻，樓宇控制……雙絞線的特點(diǎn)——標(biāo)準(zhǔn)化同軸電纜結(jié)構(gòu)：由（單/多芯）內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外導(dǎo)體（屏蔽層）和保護(hù)外套構(gòu)成?？垢蓴_性能好，傳輸距離遠(yuǎn)，帶寬高；50同軸電纜75同軸電纜外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)線同軸電纜外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)線50Ω基帶同軸電纜——常用于傳輸網(wǎng)絡(luò)基帶信號(hào)方波頻率為10M時(shí)，可無中繼傳輸1KM，常見的方波信號(hào)有“曼徹斯特編碼”和“差分曼徹斯特編碼”、“曼碼”、“差分曼碼”與基帶數(shù)字波形的關(guān)系。細(xì)同軸電纜采用“T型連接器”實(shí)現(xiàn)分接。75Ω寬帶同軸電纜——常用于傳輸寬帶信號(hào)帶寬在300~400MHz，CATV經(jīng)常采用作為用戶接入信號(hào)電纜和近距離次主干信號(hào)電纜使用，可傳100KM不用信號(hào)“再生”，每6MHz為一個(gè)信道（傳輸一路電視信號(hào)）——頻分復(fù)用。采用“插入式分接頭”實(shí)現(xiàn)分接。50Ω基帶同軸電纜——常用于傳輸網(wǎng)絡(luò)基帶信號(hào)光纖（光纜）光纖（一芯）結(jié)構(gòu)光纖芯（透明度高的石英玻璃絲）包層（折射率低的介質(zhì)）光纜：多芯光纖+保護(hù)和強(qiáng)化護(hù)套等組成包層纖芯光纖（光纜）包層纖芯光纖工作原理利用全反射原理，構(gòu)成光纖的光傳道通路發(fā)送端：數(shù)據(jù)→光信號(hào)接收端：光信號(hào)→數(shù)據(jù)纖芯（高折射率的介質(zhì)）折射角入射角包層（低折射率的介質(zhì)）包層（低折射率的介質(zhì)）包層纖芯光纖工作原理纖芯折射角入射角包層包層包層纖芯光纖分類：單模光纖、多模光纖多模光纖光纖芯的直徑相對較大，多條頻率不同、入射角不同的光線在同一光纖中傳播全反射次數(shù)不同，傳播的距離不同，到達(dá)的時(shí)間不同，造成“色散”光纖分類：單模光纖、多模光纖單模光纖采用單色光源——激光（半導(dǎo)體激光器）光纖芯的直徑足夠小到光波長的數(shù)量級(jí)，只有一種“模式”的光在傳播；色散極小，傳輸距離可增加1個(gè)以上數(shù)量級(jí)單模光纖光纖通信特點(diǎn)高帶寬，通信容量大。帶寬可達(dá)25T~30THz。傳輸損耗小，中繼距離長。在光纖中光傳播的衰減隨傳輸距離增加。抗干擾能力強(qiáng)。無串音干擾。保密性好。光難以“泄漏”。體積小，重量輕。光纖通信特點(diǎn)二、非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)無線傳輸，頻段很寬無線電短波（radio）通信靠電離層的反射通信質(zhì)量較差速率低（<1Kbps）地球表面二、非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)地球表面微波（microwave）通信模擬帶寬300M~300GHz，通信量較大直線（視距）傳輸（接力）保密性不好，易受干擾。低頻LF中頻MF高頻HFVHF：甚高頻UHF：特高頻SHF：超高頻EHF：極高頻地面微波接力通信地球表面微波（microwave）通信地球表面衛(wèi)星通信（利用同步衛(wèi)星上的“轉(zhuǎn)發(fā)器”進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的微波通信）衛(wèi)星發(fā)送多點(diǎn)接收衛(wèi)星通信（利用同步衛(wèi)星上的“轉(zhuǎn)發(fā)器”進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的微波通信）衛(wèi)星多信道一個(gè)衛(wèi)星可搭載數(shù)十個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器頻率和極化方向不同，互不干擾傳輸速率高高帶寬：36~50MHz轉(zhuǎn)發(fā)器工作在C、Ku或Ka波段速率可達(dá)100Mbps以上傳播時(shí)延大（約270ms）時(shí)延帶寬積>100Mbps×270ms=27Mb——一個(gè)MB級(jí)的文件“同時(shí)”在空中傳播多信道紅外（infrared）通信頻率在1011~1014Hz間的電磁波，室外不能采用?？梢姽猓╲isiblelight）通信頻率在1014~1015Hz間的電磁波，如激光通信。紅外（infrared）通信2.3數(shù)據(jù)的傳輸與調(diào)制/解調(diào)技術(shù)一、電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)（PSTN，PublicSwitchedToneNetwork）長途干線：早期是采用頻分復(fù)用（FDM）的模擬傳輸系統(tǒng)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化（數(shù)字傳輸系統(tǒng)）用戶線：（從用戶電話機(jī)到市話交換機(jī)之間幾公里長）多為模擬傳輸公用電話網(wǎng)模擬傳輸模擬傳輸數(shù)字化傳輸2.3數(shù)據(jù)的傳輸與調(diào)制/解調(diào)技術(shù)一、電話交換網(wǎng)公用電調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)電話網(wǎng)：僅能傳輸300～3400Hz的信號(hào)數(shù)據(jù)1/0：有更寬的頻率范圍，不能在電話線上直接傳輸FL=300HzFH=3400HzfA10fL<300HzfH>3400Hz調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)電話網(wǎng)：僅能傳輸300～340二、調(diào)制解調(diào)器(MODEM)調(diào)制解調(diào)器 =調(diào)制器 +解調(diào)器MODEM =MOdulator+DEModulator作用調(diào)制器：把要發(fā)送的數(shù)字信號(hào)（基帶信號(hào)）加載到頻率范圍在300~3400Hz之間的模擬信號(hào)上。以便在電話用戶線上傳送。解調(diào)器：把電話用戶線上傳送來的模擬信號(hào)中的數(shù)據(jù)識(shí)別出來。若識(shí)別不正確，則產(chǎn)生誤碼在調(diào)制解調(diào)器中還要有差錯(cuò)檢測和糾正的設(shè)施。二、調(diào)制解調(diào)器(MODEM)調(diào)制原理正弦波Y=A·sin(2πft+φ)具有單一頻率成分頻率在300～3400Hz內(nèi) 即可在電話線上傳輸正弦波Y=A·sin(2πft+φ)受到數(shù)據(jù)b的控制將數(shù)據(jù)b調(diào)制到正弦波Y=A·sin(2πft+φ)中Y(b)=A(b)·sin(2πft+φ)Y(b)=A·sin(2πf(b)t+φ)Y(b)=A·sin(2πft+φ(b))FLFHfA10f

=1000Hz正弦波Y=A·sin(2πft+φ)中“載有”數(shù)據(jù)——載波信號(hào)調(diào)制原理Y(b)=A(b)·sin(2πft+φ幅度調(diào)制（調(diào)幅，AM，AmplitudeModulation）Y(b)=A(b)·sin(2πft+φ)或稱：移幅鍵控（ASK，AmplitudeShiftKeying）載波信號(hào)的振幅A隨數(shù)據(jù)b而變化。例如：b=“1”，A=A(1)b=“0”，A=A(0)

10110001A(1)＝1，A(0)≈0

；AM/ASK信號(hào)波形數(shù)據(jù)b=幅度調(diào)制（調(diào)幅，AM，AmplitudeModulat頻率調(diào)制（調(diào)頻，F(xiàn)M，F(xiàn)requencyModulation）Y(b)=A·sin(2πf(b)t+φ)或稱：移頻鍵控（FSK，F(xiàn)requencyShiftKeying）載波信號(hào)的頻率隨數(shù)據(jù)b而變化。例如：b=“1”，f=f(1)b=“0”，f=f(0)10110001f(1)=4f，f(0)=f；FM/FSK信號(hào)波形數(shù)據(jù)b=頻率調(diào)制（調(diào)頻，F(xiàn)M，F(xiàn)requencyModulati相位調(diào)制（調(diào)相，PM，PhaseModulation）Y(b)=A·sin(2πft+φ(b))或稱：移相鍵控（PSK，PhaseShiftKeying）載波信號(hào)的初始相位φ隨數(shù)據(jù)b變化。例如：b=“1”，φ=φ(1)b=“0”，φ=φ(0)10110001φ(1)=0，φ(0)=π；PM/PSK信號(hào)波形數(shù)據(jù)=相位調(diào)制（調(diào)相，PM，PhaseModulation總結(jié)

10110001TAM／ASKA(1)=1A(0)=0FM／FSKf(1)=4Ff(0)=FPM／PSKφ(1)=0φ(0)

=π數(shù)據(jù)b=2相調(diào)制：用正弦波幅度、頻率或初相位的2種狀態(tài)表示1和0F(00)/F(01)/F(10)

/F(11)～F(xx)，F(xiàn)(xxx)，……A(1)/A(0)；f(1)/f(0)；φ(1)/φ(0)總結(jié)10110001T數(shù)據(jù)b=2相調(diào)制：用正弦星座圖——描述調(diào)制解調(diào)原理星座圖：碼元（信號(hào)）幅度、相位表示在平面坐標(biāo)系0，A=01，A=12-ASK星座圖0，φ=

01，φ=π2-PSK星座圖星座圖——描述調(diào)制解調(diào)原理0，A=01，A=12-A課題練習(xí)（作業(yè)）

數(shù)據(jù)b=10000110，請畫出下列調(diào)制方式的波形：（1）AM／ASK波形。A(0)=A，A(1)=0.5A；（2）FM／FSK波形。f(0)=2F，f(1)=F；（3）PM／PSK波形。φ(0)=0，φ(1)=π；星座圖（4）PM／PSK波形。φ(0)=π/2，φ(1)=3π/2。星座圖課題練習(xí)（作業(yè)）多相調(diào)制（不要求掌握）載波（正弦波）頻率較低，數(shù)據(jù)發(fā)送速率較高時(shí)，波形不是正弦波，難以解調(diào)正弦波至少持續(xù)1個(gè)周期，發(fā)送多個(gè)比特，2相調(diào)制不能滿足要求——M(=2k)相調(diào)制10110001←1/2000s→2000Hz1/8000s多相調(diào)制（不要求掌握）10110001←1/2調(diào)制相數(shù)：碼元數(shù)（波形的狀態(tài)數(shù)）正弦波持續(xù)的最短時(shí)間——碼元周期碼元周期倒數(shù)——碼元速率（波特率）信息傳輸速率（C）、調(diào)制相數(shù)（M）與碼元速率（B）之間的關(guān)系C=B·log2M2-ASK/PSK，M=2，C=B·log2M=B16-ASK/PSK，M=16，C=B·log2M=4B調(diào)制相數(shù)：碼元數(shù)（波形的狀態(tài)數(shù)）畫出“10110001”的4-PSK波形。解：不失一般性，４種相位φ=0，代表00φ=π/2，代表01φ=π，代表10φ=3π/2，代表11波特率B＝1／(2T)信息傳輸速率C＝1／T10110001φ:π3π/20π/22T畫出“10110001”的410φ=π00φ=001φ=π/211φ=3π/210110001φ:π3π/20π/22T1000011110110001φ:π310110001φ:ππ/203π/22T10φ=π00φ=011φ=π/201φ=3π/210110001φ:ππ/203π正交調(diào)制（QAM，QuadratureAmplitudeModulation）可供選擇的相位有12種，每一種相位有1或2種振幅可供選擇。4bit編碼共有16種不同的組合，16個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對應(yīng)于一種4bit的編碼。每一個(gè)碼元表示的比特?cái)?shù)越多，解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越難。0010000100000100100110000011011101011010011010111100111011111101r(r,)正交調(diào)制（QAM，QuadratureAmplitude目前調(diào)制解調(diào)器的信息傳輸速率已很接近于香農(nóng)的信道容量極限了。要提高信息傳輸速率，只能設(shè)法提高信噪比。在電話的用戶線上，最大的噪聲來自模擬到數(shù)字的模數(shù)轉(zhuǎn)換所帶來的量化噪聲。目前調(diào)制解調(diào)器的信息傳輸速率已很接近于香農(nóng)的信道容量極限了。2.4語音的數(shù)字化傳輸與信道復(fù)用一、電話網(wǎng)中的數(shù)字傳輸技術(shù)電話交換網(wǎng)（PSTN，PublicSwitchedToneNetwork）用戶話機(jī)和線路是模擬的（設(shè)備/線路）交換機(jī)和干線（中繼線）是數(shù)字化設(shè)備和線路語音編碼（SpeechCode）——將話音變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)基本語音編碼技術(shù)：脈沖編碼調(diào)制(PCM)、增量調(diào)制(DM)、線性預(yù)測編碼(LPC)改進(jìn)語音編碼技術(shù)：插值PCM(DPCM)，自適應(yīng)插值PCM(ADPCM)，自適應(yīng)DM(ADM)2.4語音的數(shù)字化傳輸與信道復(fù)用一、電話網(wǎng)中的數(shù)字傳輸技脈沖編碼調(diào)制(PCM)工作過程：采樣：按一定時(shí)間間隔獲取原信號(hào)的值——采樣值量化：將采樣值用有限個(gè)事先規(guī)定的數(shù)值就近取值——量化值編碼：將每個(gè)量化值用為若干位二進(jìn)制表示（編碼）脈沖編碼調(diào)制(PCM)U(v)t(s)T=1/8000s=125μs采樣：按一定時(shí)間間隔獲取信號(hào)的值——采樣值。采樣定理：對最高頻率為f0的信號(hào)，采用2f0頻率采樣，采樣值包含信號(hào)中斷所有信息。電話系統(tǒng)用戶線路帶寬300~3400Hz，最高頻率3400Hz，每秒采樣8000次，話音成分不丟失。U(v)t(s)T=1/8000s=125μs采樣：按一定時(shí)31-1-3-420-24量化：將采樣值用有限個(gè)事先規(guī)定的數(shù)值就近取值2n個(gè)量化等級(jí)引入噪聲（“就近取值”，與原值有差別）U(v)t(s)31-1-3-420-24量化：將采樣值用有限個(gè)事先規(guī)定的數(shù)編碼：將量化值用進(jìn)行二進(jìn)制表示并壓縮用n位二進(jìn)制編碼，有2n個(gè)不同的量化數(shù)值按ITU-T/CCITTG.711A/μ率壓縮到m位歐洲、中國等用A律美國、日本等用μ律t(s)31-1-3-420-2411111111111101011111100000010000000111111011111000111110編碼U(v)編碼：將量化值用進(jìn)行二進(jìn)制表示并壓縮t(s)31-1-3-4一路PCM話音的速率每個(gè)采樣值的m位編碼在一個(gè)采樣周期T內(nèi)傳輸，傳輸速率=m/T。m=7時(shí)，速率＝7bit÷(1/8000)s＝56Kbpsm=8時(shí)，速率＝8bit÷(1/8000)s＝64KbpsPCM解碼：恢復(fù)原信號(hào)低通濾波D/A轉(zhuǎn)換一路PCM話音的速率二、信道多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用——在一個(gè)信道上“同時(shí)”傳輸多路數(shù)據(jù)（信號(hào)），而不相互影響。分類頻分復(fù)用（FDM）時(shí)分復(fù)用（TDM）碼分復(fù)用（CDM）二、信道多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing） 所有用戶在同樣的時(shí)間占用信道不同的帶寬資源用于傳輸模擬數(shù)據(jù)無線電廣播：AM中波段、短波段，F(xiàn)M超短波電視信號(hào)傳播（VL、VH、U等頻段）頻率Hz時(shí)間VH頻率段U頻段VL頻率段FM頻率段AM頻率段頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMu時(shí)分復(fù)用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）將時(shí)間劃分為周期（125μs），每個(gè)周期再劃分成固定數(shù)量n個(gè)時(shí)隙（slot），n路數(shù)據(jù)信號(hào)分別在各自的時(shí)隙內(nèi)使用全部的頻率傳輸一個(gè)周期內(nèi)的n路數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)TDM幀有效地提高了傳輸線路利用率話路A：在

TDM

幀中的位置不變頻率時(shí)間AAAA…TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀話路B：在

TDM

幀中的位置不變話路C：在

TDM

幀中的位置不變話路D：在TDM幀中的位置不變BBBBCCCCDDDDf2f1125μs時(shí)分復(fù)用（TDM，TimeDivisionMultiplTDM實(shí)例1——T1Tx——北美體制中話音數(shù)據(jù)（56Kbps）的復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)分復(fù)用(TDM)T1——最低復(fù)用等級(jí)，“一次群”/“基群”T3，T4……TDM實(shí)例1——T1T1幀的構(gòu)成（TDM-T1幀）PCM采樣頻率8000次/秒——采樣周期=125μs每幀：125μs，復(fù)用24個(gè)PCM話路，1Bit幀標(biāo)志（分幀碼）開始每個(gè)T1幀PCM話路：數(shù)據(jù)7Bit編碼+1Bit信號(hào)位（信令）T1幀格式：1個(gè)T1幀(24個(gè)話路，125μs內(nèi)發(fā)送)1234……1bit幀標(biāo)志(分幀碼)/幀7位數(shù)據(jù)/話路1bit信號(hào)位(信令)/話路24話路序號(hào)：T1幀的構(gòu)成（TDM-T1幀）1個(gè)T1幀(24個(gè)話路，1125μs內(nèi)發(fā)送1234……7位話路數(shù)據(jù)24計(jì)算T1的速率、效率和開銷率速率=（24×（7+1）+1）bit／125μs =193bit／125μs =1.544Mb/s193比特中，有7bit/路×24路=168bit用戶數(shù)據(jù)效率=168／193≈87%開銷率=(193－168)／193≈13%（效率+開銷率=1）125μs內(nèi)發(fā)送1234……7位話路數(shù)據(jù)24計(jì)算T1的速率、（TDM）實(shí)例2——E1：歐洲體制“一次群”(最小復(fù)用單位)E1的構(gòu)成PCM采樣頻率8000次/秒，采樣周期=125μs采用256級(jí)量化，8位編碼每個(gè)PCM采樣周期傳輸1路8Bit同步信息1~15路PCM8Bit編碼1路8Bit控制信令16~30路PCM8Bit編碼E1速率=8×((15+1)×2)=2.048MbpsE1效率=15/(15+1)=15/16=93.75%E1開銷率=1-E1效率=1/16=6.25%作業(yè)：查文獻(xiàn)，畫出E1的幀格式。（TDM）實(shí)例2——E1：歐洲體制“一次群”(最小復(fù)用單位統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（Statistic-TDM，STDM）在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，由于數(shù)據(jù)傳輸突發(fā)性，不同用戶的需求不同，并在不斷的變化，按實(shí)際需求分配“TDM時(shí)隙”——統(tǒng)計(jì)復(fù)用。FDM通常不采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用，模擬信號(hào)事先分配帶寬。是TDM的改進(jìn)。STDM幀長度不固定（不固定分配時(shí)隙），提高信道利用率。適用于傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)，多用于分組網(wǎng)。異步時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（Statistic-TDM，STDM）A1B1B2C1A2C2D14個(gè)STDM幀1234A1B1B2C1A2C2D1TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀A2B2C2A1B1C1D1A1B1B2C1A2C2D14個(gè)STDM幀12波分復(fù)用（WDM，WaveDivisionMultiplexing）密集波分復(fù)用——DWDM光的頻分復(fù)用一個(gè)波長（頻率）內(nèi)時(shí)分復(fù)用提高光纖的利用率1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1550～1557nm20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA：摻鉺光纖放大器

120km波分復(fù)用（WDM，WaveDivisionMultipl碼分復(fù)用（CDM，CodeDivisionMultiplexing）碼分多址（CDMA，CodeDivisionMultipleAccess）CDMA的基本原理各移動(dòng)終端（用戶）使用基站提供的特定碼型代表比特1，其反向碼型代表比特0。各終端的碼型相互不同且正交(orthogonal)，有很強(qiáng)的抗干擾能力頻譜類似于白噪聲，不易被發(fā)現(xiàn)碼分復(fù)用（CDM，CodeDivisionMultipl碼片序列(chipsequence)每一個(gè)比特時(shí)間劃分為m個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)，一個(gè)比特的m個(gè)碼片(chip)為碼片序列(CS,chipsequence)，每個(gè)終端被指派一個(gè)惟一的mbit碼片序列CS，如00011011。比特1，發(fā)送自己的碼片序列→CS。比特0，發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼→–CS將CS按“1→1”；“0→–1”寫成向量V則：1·CS=CS，→V(1)=(+1,+1,+1,–1,–1,+1,–1,–1)-1·CS=-CS，→V(-1)=(+1,+1,+1,–1,–1,+1,–1,–1）碼片序列(chipsequence)例如，某終端的碼片序列CS=00011011發(fā)送（或接收）比特1時(shí)→1·CS=00011011，信號(hào)波形為比特“1”碼型向量=(+1,+1,+1,–1,–1,+1,–1,–1)=S發(fā)送比特0時(shí)→-1·CS=11100100，信號(hào)波形為比特“0”碼型向量=(+1,+1,+1,–1,–1,+1,–1,–1)=-S–1–1–1+1+1–1+1+1+1+1+1–1–1+1–1–1例如，某終端的碼片序列CS=00011011–1–1–碼型信號(hào)的疊加基站與一個(gè)終端通信時(shí)傳送0或1，不通信時(shí)不傳送信號(hào)基站與多個(gè)終端同時(shí)通信時(shí)，各碼型向量的信號(hào)波形是“同步疊加”的。例：終端A、B、C的碼型向量分別為VA：（–1–1–1–1+1+1+1+1）VB：（–1–1+1+1–1–1+1+1）VC：（–1+1–1+1+1–1+1–1）A、B、C分別發(fā)送1、1、0 疊加后碼型信號(hào)=1·VA+1·VB+(-1)·VC=VA+VB–VC =-1-31-11-131碼型信號(hào)的疊加-1-31-11-131定義:向量S與向量T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduct)“S●T”碼型向量的正交令向量S、T表示兩個(gè)碼片向量。若：則：S與T“正交”m=向量的維數(shù)式1，(2-3)定義:向量S與向量T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduc例:S=(–1,–1,–1,+1,+1,–1,+1,+1)T=(–1,+1,+1,–1,+1,+1,+1,–1)S與T“正交”例:S=(–1,–1,–1,+1,+1,–1一個(gè)碼片向量和自己的規(guī)格化內(nèi)積是1。一個(gè)碼片向量和自己反碼向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1。式2，(2-4)式3一個(gè)碼片向量和自己的規(guī)格化內(nèi)積是1。式2，(2-4)式3一個(gè)CDMA通信系統(tǒng)由K個(gè)移動(dòng)終端和一個(gè)基站組成?；痉峙淞巳我鈨蓛烧坏膍位碼片向量Sj（j=1,…K）給各終端，用于在基站和終端間通信。 則 由于通信中不能同時(shí)發(fā)送/接收1和0，式②、式③不能同時(shí)成立，因此在終端j和基站間采用CDMA通信，不會(huì)收到其它終端與基站通信的影響。，i,j=1,…K,i≠j①②③一個(gè)CDMA通信系統(tǒng)由K個(gè)移動(dòng)終端和一個(gè)基站組成。基站分配了例：終端A、B、C的碼型向量分別為VA：（–1–1–1–1+1+1+1+1）VB：（–1–1+1+1–1–1+1+1）VC：（–1+1–1+1+1–1+1–1）A、B、C分別發(fā)送1、1、0 疊加后碼型信號(hào)=1·VA+1·VB+(-1)·VC =收到碼型信號(hào)X=VA●X=1，終端A：數(shù)據(jù)1VB●X=0，終端B：無數(shù)據(jù)VC●X=1，終端C：數(shù)據(jù)1-1-31-11-131-20-200202例：終端A、B、C的碼型向量分別為-1-31-11-131-第2章(通信基礎(chǔ)與物理層)課件三、SONET和SDH在高性能電纜或光纖上傳輸更多路PCM話音數(shù)據(jù)高等級(jí)（高速）復(fù)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在一定的頻率點(diǎn)采用時(shí)分多路復(fù)用（TDM）采用高精度時(shí)鐘源，達(dá)到更高的同步性能SONET(SynchronousOpticalNetwork，同步光纖網(wǎng))SDH(SynchronousDigitalHierarchy，同步數(shù)字系列)SDH與SONET有明確的對應(yīng)速率可認(rèn)為SDH與SONET是同義詞寫成：SONET／SDH三、SONET和SDH準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)（T／E系列）的問題速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一國際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸，要求高次群的數(shù)字傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)化不同復(fù)用等級(jí)間轉(zhuǎn)換復(fù)雜不同復(fù)用等級(jí)間轉(zhuǎn)換要“分配（解復(fù)用）”——下信號(hào)再重新“復(fù)用”——上信號(hào)“下信號(hào)／上信號(hào)”不是簡單的“疊加”“準(zhǔn)同步”系統(tǒng)時(shí)鐘精確度低，造成的誤差需要通過填充脈沖，同步程度不能滿足高速傳輸要求過去的數(shù)字網(wǎng)采用準(zhǔn)同步方式準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)（T／E系列）的問題同步光纖網(wǎng)SONETSONET(SynchronousOpticalNetwork)：美國國家標(biāo)準(zhǔn)，各級(jí)時(shí)鐘都來自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘基本速率是51.84Mb/s，稱為第1級(jí)同步傳送信號(hào)STS-1。STS：SynchronousTransportSignal。光信號(hào)則稱為第1級(jí)光載波OC-1，OC：OpticalCarrier。同步數(shù)字系列SDHITU-T以美國標(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ)，制訂的國際標(biāo)準(zhǔn)。SDH的基本速率為155.52Mb/s，稱為第1級(jí)同步傳遞模塊STM-1。相當(dāng)于SONET的OC-3速率。STM:SynchronousTransferModule，125μs（1/8000s）發(fā)送/接收一個(gè)幀——各復(fù)用等級(jí)相同同步光纖網(wǎng)SONETSONET/SDH的幀結(jié)構(gòu)——STS-1塊幀1/8000s發(fā)送/接收一個(gè)幀9行×前3字節(jié)為“開銷”，說明9行×后87字節(jié)“數(shù)據(jù)”的構(gòu)成/處理方法速率=(9行×90字節(jié)/行×8bit/字節(jié))÷(1/8000s) =51.84Mbps12912345

……

8990開銷數(shù)據(jù)SONET/SDH的幀結(jié)構(gòu)——STS-1塊幀1123SONET的OC/STS等級(jí)與SDH的STM等級(jí)的對應(yīng)關(guān)系10Gb/sSTM-64OC-192/STS-1929953.280STM-32OC-96/STS-964876.6402.5Gb/sSTM-16OC-48/STS-482488.320*STM-12OC-36/STS-361866.240STM-8OC-24/STS-241244.160STM-6OC-18/STS-18933.120622Mb/sSTM-4OC-12/STS-12622.080*STM-3OC-9/STS-9466.560155Mb/sSTM-1OC-3/STS-3155.520*OC-1/STS-151.840表示線路速率的常用近似值ITU-T符號(hào)SONET符號(hào)線路速率(Mb/s)SONET的OC/STS等級(jí)與SDH的STM等級(jí)SONET/SDH的高等級(jí)復(fù)用SDH的STM-1=SONET的STS-3=3×SONET的STS-1速率=3×51.84Mbps=155.52Mbps操作：復(fù)用：“疊加”；分用（解復(fù)用）：“拆分”STS-1幀STS-1幀STS-1幀STS-3/STM-1幀SONET/SDH的高等級(jí)復(fù)用STS-1幀STS-1幀STS2.5Internet接入與ADSL一、xDSLxDSL概念xDSL技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。DSL(數(shù)字用戶線，DigitalSubscriberLine)前綴x：不同寬帶方案。標(biāo)準(zhǔn)模擬話路的頻帶300~3400Hz但用戶線本身實(shí)際可通過的信號(hào)頻率仍然超過1MHz。0~4kHz低端頻譜留給電話，原來沒利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。2.5Internet接入與ADSL一、xDSLxDSL的類型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine，非對稱數(shù)字用戶線）HDSL(HighspeedDSL，高速數(shù)字用戶線）VDSL(VeryhighspeedDSL，甚高速數(shù)字用戶線）SDSL(Single-lineDSL，1對線的數(shù)字用戶線）DSL：ISDN用戶線。RADSL(Rate-AdaptiveDSL，速率自適應(yīng)DSL）。是ADSL的一個(gè)子集，可自動(dòng)調(diào)節(jié)線路速率。xDSL的類型二、ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine，不對稱數(shù)字用戶線）非對稱——上行和下行不對稱。上行信道：用戶到ISP，帶寬窄（速率低）下行信道：ISP到用戶，帶寬寬（速率高）離散多音調(diào)（DMT，DiscreteMulti-Tone)調(diào)制技術(shù)。多音調(diào)：“多載波”或“多子信道”。DMT是頻分復(fù)用(FM)40kHz到1.1MHz（高端頻譜）劃分為多個(gè)子信道。其中25個(gè)子信道用于上行信道，而249個(gè)子信道用于下行信道。每個(gè)子信道占據(jù)4kHz帶寬，使用不同的載波（音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制?！喈?dāng)于在一對用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。二、ADSL(AsymmetricDigitalSubs…幅度（增益）頻率上行信道帶寬小速率低傳統(tǒng)電話帶寬小04下行信道帶寬大速率高…(kHz)~40~138~1100DMT技術(shù)的頻譜分布…幅度頻率上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道…(kHz)~40~1ADSL的組成：居民家庭端——用戶線——端局PS：電話分離器，POTSSplitterATU：接入端接單元，AccessTerminationUnit，調(diào)制解調(diào)器ATU-C（端局），ATU-R（遠(yuǎn)端）DSLAM：(數(shù)字用戶線接入復(fù)用器，DSLAccessMultiplexer電話線Internet居民家庭端端局（遠(yuǎn)端站）PSPSATU-RATU-CATU-CATU-CDSLAM本地電話網(wǎng)用戶線ADSL的組成：居民家庭端——用戶線——端局電話線InteADSL的極限傳輸距離ADSL的極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率以及用戶線的線徑都有很大的關(guān)系用戶線越細(xì)，信號(hào)衰減大最高數(shù)據(jù)傳輸速率與用戶線上的信噪比密切相關(guān)。例如，0.5毫米線徑的用戶線，傳輸速率為1.5~2.0Mb/s時(shí)可傳送5.5公里，但當(dāng)傳輸速率提高到6.1Mb/s時(shí)，傳輸距離就縮短為3.7公里。如果把用戶線的線徑減小到0.4毫米，那么在6.1Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里ADSL的極限傳輸距離ADSL的速率下行：32kb/s～6.4Mb/s上行：32kb/s～640kb/s措施采用自適應(yīng)DMT。用戶線間差異很大，采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)，使用戶線能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率。差異：距離、線徑、受到相鄰用戶線的干擾程度等都不同啟動(dòng)時(shí)測試。當(dāng)ADSL啟動(dòng)時(shí)，用戶線兩端的ADSL調(diào)制解調(diào)器就測試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個(gè)頻率上測試信號(hào)的傳輸質(zhì)量。不能保證固定的數(shù)據(jù)率。質(zhì)量很差的用戶線甚至無法開通ADSL。ADSL的速率第二代ADSLADSL2（G.992.3和G.992.4）ADSL2+（G.992.5）通過提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。例如，ADSL2要求至少應(yīng)支持下行8Mb/s、上行800kb/s的速率。而ADSL2+則將頻譜范圍從1.1MHz擴(kuò)展至2.2MHz，下行速率可達(dá)16Mb/s（最大傳輸速率可達(dá)25Mb/s），而上行速率可達(dá)800kb/s。采用了無縫速率自適應(yīng)技術(shù)。運(yùn)營中不中斷通信和不產(chǎn)生誤碼的情況下，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。改善了線路質(zhì)量評測和故障定位功能，提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)水平。第二代ADSL三、HFCHFC(HybridFiberCoax，光纖同軸混合網(wǎng))結(jié)構(gòu)在CATV上開發(fā)主干采用光纖結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)（頭端、用戶端）頭端——用戶端：寬帶雙向傳輸服務(wù)數(shù)字電視、VoD、網(wǎng)絡(luò)瀏覽……用戶采用“機(jī)頂盒”CableMODEM加密、認(rèn)證三、HFC四、FTTxFiberToThe……，光纖到……FTTHFiberToTheHome，光纖到家光纖一直鋪設(shè)到用戶家庭可能是居民接入網(wǎng)最后的解決方法。FTTB

FiberToTheBuilding，光纖到大樓光纖進(jìn)入大樓后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用電纜或雙絞線分配到各用戶。FTTC

FiberToTheCurb，光纖到路邊從路邊到各用戶使用星形結(jié)構(gòu)雙絞線作為傳輸媒體。四、FTTx2.6物理層及接口一、概念物理層的功能為數(shù)據(jù)鏈路層提供透明位流傳輸。“物理(層)接口”規(guī)程(Procedure)DTE與DCE間的接口標(biāo)準(zhǔn)DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DataTerminalEquipment)具有一定的處理和收發(fā)能力PCDCE：數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備(DataCircuit-terminatingEquipment)，或數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DataCommunicationEquipment)在DTE與傳輸線路間，提供信號(hào)變換和編碼能力，并且負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接。MODEM2.6物理層及接口一、概念

DTE

DCE接口PSTN電話網(wǎng)DTEDCEDCEDTE

DTE

DCE接口PSTN電話網(wǎng)DTEDCEDCEDTE物理層模擬接口EIA：RS系列ITU-T：V系列（V.24等）EIARS-232-E——”232接口“或“串行口”，仍習(xí)慣性稱“RS232C”EIARS-449——RS-232-E的改進(jìn)，包括RS-422，RS-423物理層數(shù)字接口ITU-T：X系列（X.21）物理層模擬接口二、EIA-232-E接口標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械特性25針D型連接器（DB25）：DTE插針，DCE插孔。9針D型連接器：DTE插孔，DCE插針。二、EIA-232-E接口標(biāo)準(zhǔn)電氣特性與CCITTV.28一致非平衡電路接口，所有信號(hào)共用1條回線（SGND）50英尺內(nèi)速率最大20KBps。負(fù)邏輯數(shù)據(jù)線：Mark/傳號(hào)（“1”低于－3V）Space/空號(hào)（“0”高于+3V）控制線：On/接通（“0”）Off/斷開（“1”）DRDR電氣特性DRDR功能特性引腳分配及作用，與CCITTV.24一致In振鈴指示RI（CE）22(9)OutDTE就緒DTR（CD）20(4)In載波檢測RSLD/CD（CF）8(1)信號(hào)地SGND（AB）7(5)InDCE就緒DSR（CC）6(6)In允許發(fā)送CTS（CB）5(8)Out請求發(fā)送RTS（CA）4(7)In接收數(shù)據(jù)RxD（BB）3(2)Out發(fā)送數(shù)據(jù)TxD（BA）2(3)保護(hù)地PGND（AA）1()相對DTE方向作用信號(hào)名稱

EIA（V.24）引腳號(hào)DB25(DB9)功能特性In振鈴指示RI（CE）22(9)OutDTE就緒DTE-----DCE連接PSTNDCE(MODEM)23456782022PGndTxDRxDRTSCTSDSRSGndCDDTRRIDTE(PC)23456782022DTEDCEDTE-----DCE連接PSTNDCE(MODEM過程特性/規(guī)程特性即工作時(shí)序，與V.24一致DTE_A（主叫）：DTR（20）=ON，TxD（2）發(fā)撥號(hào)命令DCE_A（主叫）：撥號(hào)到DCE_BDCE_B（被叫）：RI（22）=ON，振鈴指示，通知DTE_B有呼入到達(dá)；接聽，發(fā)“載波”應(yīng)答DTE_B（被叫）：DTR（20）=ON，通知DCE_B已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)電話網(wǎng)DTE_BDCE_BDCE_ADTE_A主叫被叫過程特性/規(guī)程特性電話網(wǎng)DTE_BDCE_BDCE_ADTEDCE_A（主叫）：收到載波，CD（8）=ON，DCR（6）=ON，通知DTE_A電路已建立，向DCE_B回載波DTE_A（主叫）：在RxD（3）收數(shù)據(jù)，在TxD（3）發(fā)數(shù)據(jù)DCE_B（被叫）：收到載波，CD（8）=ON，DCR（6）=ONDTE_B（被叫）：在RxD（3）收數(shù)據(jù)，在TxD（3）發(fā)數(shù)據(jù)電話網(wǎng)DTE_BDCE_BDCE_ADTE_ADCE_A（主叫）：收到載波，CD（8）=ON，DCR（三、RS-449接口標(biāo)準(zhǔn)RS-449由3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成RS-449RS-423-ARS-422-A 三、RS-449接口標(biāo)準(zhǔn)第2章作業(yè)：2-012-052-082-092-132-142-162-18第2章作業(yè)：2-01第2章練補(bǔ)充作業(yè)：在帶寬為50KHz的線路上要傳輸T1載波（1.544Mb/s）需要多大的信噪比？用帶寬為3.1KHz、信噪比為20db的信道發(fā)送二進(jìn)制信號(hào)時(shí)，最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少？畫出10000111的ASK、PSK和FSK的波形示意圖，及ASK、PSK波形的星座圖。分別畫出T1和E1的幀結(jié)構(gòu)，計(jì)算效率和開銷。某信道帶寬W=3000，信噪比S/N=512，求該信道的極限信息傳輸速率。若傳輸速率提高10%，帶寬W不變，信噪比應(yīng)提高到原來的多少倍？00，φ=011，φ=3π/210，φ=π01，φ=π/26.某信道信噪比S/N=512，若傳輸速率提高10%，帶寬W不變，信噪比應(yīng)提高到原來的多少倍？7.采用正交調(diào)制（幅相調(diào)制）方式的調(diào)制解調(diào)器的星座圖如右，載頻為2KHz，試畫出信息10110100的波形示意圖。第2章練補(bǔ)充作業(yè)：在帶寬為50KHz的線路上要傳輸T1載波（第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)和物理層數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與信道傳輸數(shù)據(jù)的能力網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)的傳輸與調(diào)制/解調(diào)技術(shù)語音的數(shù)字化傳輸與信道復(fù)用Internet接入與ADSL物理層及接口第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)和物理層數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與信道傳輸數(shù)據(jù)的2.1物理層的基本概念實(shí)現(xiàn)在特定介質(zhì)上的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收發(fā)送時(shí)：將比特流轉(zhuǎn)換成適合在介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)接收時(shí)：將介質(zhì)上的接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的比特流為上層提供接口(特性)機(jī)械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。規(guī)程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。2.1物理層的基本概念實(shí)現(xiàn)在特定介質(zhì)上的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收相鄰層的依賴關(guān)系i層只規(guī)定其功能及其對上層（i+1層）服務(wù)的接口i層只能使用為其提供服務(wù)的底層（i-1層）所提供的接口，而不能要求底層（i-1層）應(yīng)采用什么樣的接口方式相鄰層的依賴關(guān)系2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與信道傳輸數(shù)據(jù)的能力一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器終點(diǎn)接收器發(fā)送器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)信號(hào)源點(diǎn)信息2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與信道傳輸數(shù)據(jù)的能力一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型調(diào)信道（channel）傳送信息的媒體（介質(zhì)），一條電路上至少包含一條發(fā)送信道和一條接收信道調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)信道調(diào)制解調(diào)器信道（channel）調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)信道調(diào)制解調(diào)器術(shù)語數(shù)據(jù)和信號(hào)數(shù)據(jù)(data)——信息的抽象表示方式（0/1，代碼）。信號(hào)(signal)——信息的物理表現(xiàn)（電/磁/光）。模擬和數(shù)字模擬(analogous)信號(hào)——取值和時(shí)間都是連續(xù)變化的信號(hào)。數(shù)字(digital)信號(hào)——取值和時(shí)間上是離散的信號(hào)。調(diào)制和解調(diào)調(diào)制(modulation)——把數(shù)據(jù)放到信號(hào)中。解調(diào)(demodulation)——提取信號(hào)中的數(shù)據(jù)。術(shù)語傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)：用戶將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過接口送到傳輸系統(tǒng)中；或從系統(tǒng)直接收到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬傳輸系統(tǒng)：用戶將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后通過接口送到傳輸系統(tǒng)中；或從系統(tǒng)收到模擬信號(hào)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)編碼解碼器編碼解碼器公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)編碼解碼器編碼解碼器公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)基帶信號(hào)(baseband)：來自信源的信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)：1/0用兩種不同的電壓表示，形成脈沖波形，直接送到線路上去傳輸。寬帶信號(hào)(broadband)多個(gè)不同頻率范圍（頻帶）的模擬信號(hào)同時(shí)在同一信道上傳輸，構(gòu)成寬帶信號(hào)。通信的交互方式單向通信（單工通信）只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送。雙向同時(shí)通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。基帶信號(hào)(baseband)：來自信源的信號(hào)三、信道的傳輸能力模擬信道帶寬（單位：赫茲，Hz）模擬信道可通過的信號(hào)頻率范圍——通頻帶，可用幅頻特性曲線（頻譜）A=g(f)描述W=fH-fL實(shí)際信道帶寬總是有限的模擬信號(hào)帶寬模擬信號(hào)的頻帶范圍頻率在fL～fH

之內(nèi)的信號(hào)，能通過信道*fLfHfA10實(shí)際的特性曲線理想的特性曲線三、信道的傳輸能力fLfHfA10實(shí)際的特性曲線理想的特性曲只能傳輸幅度范圍有限的信號(hào)信號(hào)功率（幅度）不能太大功率太大能耗高，且有危險(xiǎn)通常在毫瓦數(shù)量級(jí)（電壓不超過24V）信號(hào)功率（幅度）不能太小信道上有噪聲功率或幅度太小，會(huì)被噪聲“淹沒”，不能有效接收噪聲較小的信道噪聲較大的信道只能傳輸幅度范圍有限的信號(hào)噪聲較小的信道噪聲較大的信道數(shù)字信道速率（數(shù)字帶寬）數(shù)字信道也有一定的帶寬，即速率上限數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的速率不能超過信道的速率上限模擬帶寬——數(shù)字帶寬？已知：模擬帶寬W(Hz)——信道中實(shí)際傳輸?shù)氖悄M信號(hào)信道中傳輸信號(hào)功率上限S(w);信道中噪聲功率有下限N(w);求：信道傳輸數(shù)據(jù)的上限值C(bps)。數(shù)字信道速率（數(shù)字帶寬）香農(nóng)公式計(jì)算信道上的信息傳輸極限速率C：信道的極限信息傳輸速率（b/s）W：信道的模擬帶寬（Hz）S/N：信道上的信噪比S：信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率N：信道內(nèi)部的高斯噪聲功率C=W·log2(1+S/N)(b/s)香農(nóng)公式C=W·log2(1+S/N)(b/s)香農(nóng)公式物理意義信道的帶寬(W)或信道中的信噪比(S/N)越大，信息的極限傳輸速率就越高只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限，則信道的極限信息傳輸速率C也就沒有上限。（實(shí)際信道不可能如此）實(shí)際信道的信息傳輸速率要比極限傳輸速率低一些。香農(nóng)公式物理意義【例1】對頻率范圍300～3400Hz，S/N≤2500的標(biāo)準(zhǔn)話音信道，計(jì)算極限信息傳輸速率。解：W＝3400－300＝3100Hz，S／N＝2500， 由香農(nóng)公式 C＝W·log2(1＋S／N)＝3100×log2(2500+1） ≈35Kbps。（目前編碼技術(shù)水平已接近該數(shù)值，為33.6Kbps）【例1】對頻率范圍300～3400Hz，【例2】300～3400Hz標(biāo)準(zhǔn)話音信道中（有接近2400Hz理想帶寬），若信息傳輸速率c＝19200bps，計(jì)算最高信噪比。解：信息傳輸速率C＝19200bps，帶寬W＝2400Hz 由仙農(nóng)公式計(jì)算信噪比的最大值 S／N＝2(C／W)－1＝2(19200／2400)－1 ≈255（該信噪比不高，較容易達(dá)到。）【例2】300～3400Hz標(biāo)準(zhǔn)話音信道中（2.2傳輸介質(zhì)（傳輸媒體）通信使用的電磁波的頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線(Hz)f10010210410610810101012101410161018102010221024雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波調(diào)幅無線電調(diào)頻無線電海事無線電光纖電視(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段1041051061071081091010101110121013101410151016移動(dòng)無線電2.2傳輸介質(zhì)（傳輸媒體）通信使用的電磁波的頻譜無線電微波一、導(dǎo)向傳輸介質(zhì)雙絞線（電纜）兩相互絕緣的銅導(dǎo)線，規(guī)則地紐絞后構(gòu)成一對雙絞線。4對或更多對組合加上護(hù)套，構(gòu)成雙絞線電纜。紐絞（twist）：有效地減少電磁干擾，提高傳輸性能雙絞線分類屏蔽雙絞線(STP,ShieldedTwistedPair)雙絞線電纜外有抗干擾的金屬屏蔽層特征阻抗為150Ω非屏蔽雙絞線(UTP,UnshieldedTwistedPair)雙絞線電纜外無金屬屏蔽層特征阻抗為100Ω一、導(dǎo)向傳輸介質(zhì)屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線UTP帶絕緣層的銅導(dǎo)線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層帶絕緣層的銅導(dǎo)線屏蔽雙絞線STP帶絕緣層的銅導(dǎo)線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏雙絞線標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-568（商用建筑物電信布線標(biāo)準(zhǔn)）：室內(nèi)采用STP和UTPEIA/TIA-568-A（商用建筑物電信布線標(biāo)準(zhǔn)）：室內(nèi)采用1~6級(jí)（Category，CAT，類）UTP常用雙絞線3級(jí)（Category3）UTP5級(jí)（Category5）UTP改進(jìn)導(dǎo)線質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的線徑：24AWG（AmericanWireGauge）增加單位長度的絞合次數(shù)——增強(qiáng)了UTP的“衰減”和“近端串?dāng)_”等傳輸特性。雙絞線標(biāo)準(zhǔn)雙絞線的特點(diǎn)——標(biāo)準(zhǔn)化得到更多廠商的廣泛支持施工規(guī)范100米規(guī)定專用接續(xù)方式（RJ45，插頭/插座）及相應(yīng)的制作設(shè)備（插座用打線器，插頭用專用鉗）標(biāo)準(zhǔn)線序可靠性高無焊接點(diǎn)星型拓?fù)洌c(diǎn)——點(diǎn)）支持傳輸多種信號(hào)網(wǎng)絡(luò)（10BT，100BTx，1000B，TPDDI）話音，音視頻，樓宇控制……雙絞線的特點(diǎn)——標(biāo)準(zhǔn)化同軸電纜結(jié)構(gòu)：由（單/多芯）內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外導(dǎo)體（屏蔽層）和保護(hù)外套構(gòu)成?？垢蓴_性能好，傳輸距離遠(yuǎn)，帶寬高；50同軸電纜75同軸電纜外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)線同軸電纜外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)線50Ω基帶同軸電纜——常用于傳輸網(wǎng)絡(luò)基帶信號(hào)方波頻率為10M時(shí)，可無中繼傳輸1KM，常見的方波信號(hào)有“曼徹斯特編碼”和“差分曼徹斯特編碼”、“曼碼”、“差分曼碼”與基帶數(shù)字波形的關(guān)系。細(xì)同軸電纜采用“T型連接器”實(shí)現(xiàn)分接。75Ω寬帶同軸電纜——常用于傳輸寬帶信號(hào)帶寬在300~400MHz，CATV經(jīng)常采用作為用戶接入信號(hào)電纜和近距離次主干信號(hào)電纜使用，可傳100KM不用信號(hào)“再生”，每6MHz為一個(gè)信道（傳輸一路電視信號(hào)）——頻分復(fù)用。采用“插入式分接頭”實(shí)現(xiàn)分接。50Ω基帶同軸電纜——常用于傳輸網(wǎng)絡(luò)基帶信號(hào)光纖（光纜）光纖（一芯）結(jié)構(gòu)光纖芯（透明度高的石英玻璃絲）包層（折射率低的介質(zhì)）光纜：多芯光纖+保護(hù)和強(qiáng)化護(hù)套等組成包層纖芯光纖（光纜）包層纖芯光纖工作原理利用全反射原理，構(gòu)成光纖的光傳道通路發(fā)送端：數(shù)據(jù)→光信號(hào)接收端：光信號(hào)→數(shù)據(jù)纖芯（高折射率的介質(zhì)）折射角入射角包層（低折射率的介質(zhì)）包層（低折射率的介質(zhì)）包層纖芯光纖工作原理纖芯折射角入射角包層包層包層纖芯光纖分類：單模光纖、多模光纖多模光纖光纖芯的直徑相對較大，多條頻率不同、入射角不同的光線在同一光纖中傳播全反射次數(shù)不同，傳播的距離不同，到達(dá)的時(shí)間不同，造成“色散”光纖分類：單模光纖、多模光纖單模光纖采用單色光源——激光（半導(dǎo)體激光器）光纖芯的直徑足夠小到光波長的數(shù)量級(jí)，只有一種“模式”的光在傳播；色散極小，傳輸距離可增加1個(gè)以上數(shù)量級(jí)單模光纖光纖通信特點(diǎn)高帶寬，通信容量大。帶寬可達(dá)25T~30THz。傳輸損耗小，中繼距離長。在光纖中光傳播的衰減隨傳輸距離增加。抗干擾能力強(qiáng)。無串音干擾。保密性好。光難以“泄漏”。體積小，重量輕。光纖通信特點(diǎn)二、非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)無線傳輸，頻段很寬無線電短波（radio）通信靠電離層的反射通信質(zhì)量較差速率低（<1Kbps）地球表面二、非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)地球表面微波（microwave）通信模擬帶寬300M~300GHz，通信量較大直線（視距）傳輸（接力）保密性不好，易受干擾。低頻LF中頻MF高頻HFVHF：甚高頻UHF：特高頻SHF：超高頻EHF：極高頻地面微波接力通信地球表面微波（microwave）通信地球表面衛(wèi)星通信（利用同步衛(wèi)星上的“轉(zhuǎn)發(fā)器”進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的微波通信）衛(wèi)星發(fā)送多點(diǎn)接收衛(wèi)星通信（利用同步衛(wèi)星上的“轉(zhuǎn)發(fā)器”進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的微波通信）衛(wèi)星多信道一個(gè)衛(wèi)星可搭載數(shù)十個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器頻率和極化方向不同，互不干擾傳輸速率高高帶寬：36~50MHz轉(zhuǎn)發(fā)器工作在C、Ku或Ka波段速率可達(dá)100Mbps以上傳播時(shí)延大（約270ms）時(shí)延帶寬積>100Mbps×270ms=27Mb——一個(gè)MB級(jí)的文件“同時(shí)”在空中傳播多信道紅外（infrared）通信頻率在1011~1014Hz間的電磁波，室外不能采用?？梢姽猓╲isiblelight）通信頻率在1014~1015Hz間的電磁波，如激光通信。紅外（infrared）通信2.3數(shù)據(jù)的傳輸與調(diào)制/解調(diào)技術(shù)一、電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)（PSTN，PublicSwitchedToneNetwork）長途干線：早期是采用頻分復(fù)用（FDM）的模擬傳輸系統(tǒng)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化（數(shù)字傳輸系統(tǒng)）用戶線：（從用戶電話機(jī)到市話交換機(jī)之間幾公里長）多為模擬傳輸公用電話網(wǎng)模擬傳輸模擬傳輸數(shù)字化傳輸2.3數(shù)據(jù)的傳輸與調(diào)制/解調(diào)技術(shù)一、電話交換網(wǎng)公用電調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)電話網(wǎng)：僅能傳輸300～3400Hz的信號(hào)數(shù)據(jù)1/0：有更寬的頻率范圍，不能在電話線上直接傳輸FL=300HzFH=3400HzfA10fL<300HzfH>3400Hz調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器公用電話網(wǎng)電話網(wǎng)：僅能傳輸300～340二、調(diào)制解調(diào)器(MODEM)調(diào)制解調(diào)器 =調(diào)制器 +解調(diào)器MODEM =MOdulator+DEModulator作用調(diào)制器：把要發(fā)送的數(shù)字信號(hào)（基帶信號(hào)）加載到頻率范圍在300~3400Hz之間的模擬信號(hào)上。以便在電話用戶線上傳送。解調(diào)器：把電話用戶線上傳送來的模擬信號(hào)中的數(shù)據(jù)識(shí)別出來。若識(shí)別不正確，則產(chǎn)生誤碼在調(diào)制解調(diào)器中還要有差錯(cuò)檢測和糾正的設(shè)施。二、調(diào)制解調(diào)器(MODEM)調(diào)制原理正弦波Y=A·sin(2πft+φ)具有單一頻率成分頻率在300～3400Hz內(nèi) 即可在電話線上傳輸正弦波Y=A·sin(2πft+φ)受到數(shù)據(jù)b的控制將數(shù)據(jù)b調(diào)制到正弦波Y=A·sin(2πft+φ)中Y(b)=A(b)·sin(2πft+φ)Y(b)=A·sin(2πf(b)t+φ)Y(b)=A·sin(2πft+φ(b))FLFHfA10f

=1000Hz正弦波Y=A·sin(2πft+φ)中“載有”數(shù)據(jù)——載波信號(hào)調(diào)制原理Y(b)=A(b)·sin(2πft+φ幅度調(diào)制（調(diào)幅，AM，AmplitudeModulation）Y(b)=A(b)·sin(2πft+φ)或稱：移幅鍵控（ASK，AmplitudeShiftKeying）載波信號(hào)的振幅A隨數(shù)據(jù)b而變化。例如：b=“1”，A=A(1)b=“0”，