21數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識課件

第2章物理層1謝謝觀賞2019-8-29第2章物理層1謝謝觀賞2019-8-29第2章物理層2.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識

2.2物理層下面的傳輸媒體

2.3無線傳輸

2.4通信衛(wèi)星

2.5數(shù)字調(diào)制與多路復(fù)用

2.6公共電話交換網(wǎng)絡(luò)

2.7移動電話系統(tǒng)

2.8有線電視

2.9本章總結(jié)2謝謝觀賞2019-8-29第2章物理層2.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識2謝謝觀賞22.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型*傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機3謝謝觀賞2019-8-292.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型*傳輸輸入信2.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論

2.1.1傅里葉分析傅里葉級數(shù)：任何周期函數(shù)可表示成正弦和余弦組成的無窮級數(shù)。兩邊同乘sin(2πkft)再從0到T求積分：兩邊同乘cos(2πkft)再從0到T求積分：直接在等式兩邊求積分：4謝謝觀賞2019-8-292.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論

2.1.1傅里葉分析傅里葉級5謝謝觀賞2019-8-295謝謝觀賞2019-8-292.1.2帶寬有限的信號帶寬定義：在傳輸過程中振幅不會明顯減弱的頻率寬度。例1、設(shè)數(shù)據(jù)傳輸率為：b比特/利潤留成，發(fā)送8比特所需時間：8/b秒，第一個諧波頻率是b/8Hz.語音線路頻率在3000Hz以上，則可以通過的最大諧波數(shù)是24000/b.圖2-2可以計算出要想以9600bps發(fā)送數(shù)據(jù)需要把信號2-1a變成2-1c(2個諧波),而其最大數(shù)據(jù)傳輸率為38.4Kbps。6謝謝觀賞2019-8-292.1.2帶寬有限的信號帶寬定義：在傳輸過程中振幅不會明顯2.1.3信道的最大數(shù)據(jù)速率：

尼奎斯特(Nyquist)定理

B是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz)頻率(Hz)不能通過能通過0B(Hz)Nyquist證明了只要進行了每秒2B次采樣，就可以完全重構(gòu)出過慮的信號，如果信號中包含了V個離散等級尼奎斯特(Nyquist)定理：最大數(shù)據(jù)速率=2Blog2V比特/秒例：無噪聲的3KHz信道傳播（兩級）二進制信號的最大數(shù)據(jù)速率是：2*3000*log22=6000bps7謝謝觀賞2019-8-292.1.3信道的最大數(shù)據(jù)速率：

尼奎斯特(Nyquist)定香農(nóng)(Shannon)有噪聲的傳輸速率信噪比：信號功率S/噪聲功率N最大傳輸速率C可表達為

C=Blog2(1+S/N)b/s

舉例：普通電話線上提供的ADSL使用大約1Mhz帶寬，信噪比與距離有關(guān)（1-2公里約40分貝:10log10S/N）因此無論采樣多少個信號等級（采樣頻率的快慢）永遠不可能達到13M.實際上ADSL的最高速率為:12Mbps8謝謝觀賞2019-8-29香農(nóng)(Shannon)有噪聲的傳輸速率信噪比：信號功率S/2.2引導(dǎo)性的傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)屬于物理層，主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機械特性電氣特性功能特性規(guī)程特性磁介質(zhì)（B，KB，MB，GB，TB）磁帶容量與傳輸能力，狗運磁帶的能力。永遠不要低估一輛滿載著磁帶在高速公路上飛跑的汽車的帶寬。9謝謝觀賞2019-8-292.2引導(dǎo)性的傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)屬于物理層，主要任務(wù)描述為2.3.2導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)無屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

同軸電纜50

同軸電纜75

同軸電纜光纖纜10謝謝觀賞2019-8-292.3.2導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線10謝謝觀賞2019-8-29各種電纜銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護套層內(nèi)導(dǎo)體無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP同軸電纜11謝謝觀賞2019-8-29各種電纜銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)光線在光纖中的折射折射角入射角

包層（低折射率的媒體）

包層（低折射率的媒體）

纖芯（高折射率的媒體）包層纖芯12謝謝觀賞2019-8-29光線在光纖中的折射折射角入射角包層包層纖芯包光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?3謝謝觀賞2019-8-29光纖的工作原理高折射率低折射率光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟剌斎朊}沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖P79定義14謝謝觀賞2019-8-29輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多2.3.1電磁頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(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)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024

移動無線電電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜2.3無線傳輸30000GHz15謝謝觀賞2019-8-292.3.1電磁頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線2.3.1電磁頻譜(續(xù))用戶喜歡光纖的原因(香農(nóng)定理分析）三種擴頻技術(shù)：1、跳頻擴頻：每秒幾百次速率變頻軍方、藍牙、舊版802.112、直接序列擴頻：數(shù)據(jù)信號展開到一個很寬頻段上，信號被賦予不同的碼片：碼分多址CDMA。

3G移動電話、GPS全球定位系統(tǒng)3、超寬帶通信UWB：快速脈沖16謝謝觀賞2019-8-292.3.1電磁頻譜(續(xù))用戶喜歡光纖的原因(香農(nóng)定理分析）2.3.2無線電傳輸無線電頻率（RF：107-109HZ）干攏例如：雨水、其他電氣設(shè)備、障礙物會反射路徑損耗例：信號沿雙膠線傳播每100米能量下降20分貝，無線信號下降的速度與距離平方成反比。可使用中繼放大信號（交換機、無線AP）2.3.3微波傳輸

頻率：100MHZ以上(>108)

微波塔之間的中繼距離約80千米

電磁頻譜政策17謝謝觀賞2019-8-292.3.2無線電傳輸無線電頻率（RF：107-109HZ）2.4通信衛(wèi)星

通信衛(wèi)星可以想象成一個大型的微波中繼器。地球同步衛(wèi)星高度為35800千米的軌道周期為24小時軌道槽與頻率是爭搶的資源，ITU作分配頻率。中地球軌道衛(wèi)星：主要用于導(dǎo)航低地球軌道衛(wèi)星：衛(wèi)星與光纖對比：衛(wèi)星：用于軍事與災(zāi)難特殊地理環(huán)境：如印度尼西亞，13677個群島之間拉數(shù)千根光纜的代價遠高于發(fā)射一顆衛(wèi)星。未來的主流通信是兩者結(jié)合18謝謝觀賞2019-8-292.4通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星可以想象成一個大型的微波中繼器。12.5數(shù)字調(diào)制與多路復(fù)用概念與術(shù)語：P97數(shù)字調(diào)制：比特與模糊信號的轉(zhuǎn)換基帶傳輸：信號占傳輸介質(zhì)從0到最大的全部頻率通帶傳輸：調(diào)節(jié)載波信號的幅值、相們、頻率多路復(fù)用：多個信號共享一個信道19謝謝觀賞2019-8-292.5數(shù)字調(diào)制與多路復(fù)用概念與術(shù)語：P9719謝謝觀賞202.5.1基帶傳輸1、不歸零NRZ編碼：

正電表1，負電表0，光纖：有光1，無光02、帶寬效率：

2個比特信號1、0交替才能在正電負電間循環(huán)，由尼奎斯定律：至少B/2Hz的寬帶才能獲得Bbps的傳輸速率4個信號級別，可以攜帶2個比特，如00，01，10，11

減少了所需的帶寬3、時鐘恢復(fù)幫助接收器區(qū)分各個比特曼徹斯特編碼：與0異或，產(chǎn)生從低到高的轉(zhuǎn)變，表示邏輯0，1異或，產(chǎn)生從高到低的轉(zhuǎn)變，表示邏輯1。4、不歸零逆轉(zhuǎn)NRZI：如通用串行總線USB采用此種編碼5、平衡信號：雙極編碼20謝謝觀賞2019-8-292.5.1基帶傳輸1、不歸零NRZ編碼：20謝謝觀賞202.5.2通帶傳輸把信號移動到給定的頻帶，不同信號在傳輸介質(zhì)上共存。數(shù)字調(diào)制可利用通帶傳輸完成，調(diào)制方法：幅移鍵控ASK：采用兩個不同的振幅表示0、1頻移鍵控FSK：采用兩個不同的頻率表示0、1相移鍵控PSK：采用兩種不同的相位表示0、1QAM-16：以上3種技術(shù)的結(jié)合，如正交調(diào)幅格雷碼：將QAM-16的比特映射到符號中21謝謝觀賞2019-8-292.5.2通帶傳輸把信號移動到給定的頻帶，不同信號在傳輸

信道復(fù)用技術(shù)

2.5.3頻分復(fù)用FDM：把頻譜分成多個頻段分配給不同用戶2.5.4時分復(fù)用TDM

每個用戶周期性的獲得帶寬非常短的時間2.5.5碼分復(fù)用CDM

擴頻技術(shù)CDMA：把每個比特時間分成m個更短的時間間隔。原來每秒發(fā)送b個比特，現(xiàn)在每秒發(fā)送mb個比特22謝謝觀賞2019-8-29信道復(fù)用技術(shù)2.5.3頻分復(fù)用FDM：22謝謝觀賞2頻分復(fù)用頻率時間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率523謝謝觀賞2019-8-29頻分復(fù)用頻率時間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率52時分復(fù)用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀24謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAA在TDM時分復(fù)用頻率時間CDCDCDAAAABBBBCD在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀25謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用頻率時間CDCDCDAAAABBBBCD在TDM時分復(fù)用頻率時間BDBDBDAAAABCCCCD在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀26謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用頻率時間BDBDBDAAAABCCCCD在TDM時分復(fù)用頻率時間BCBCBCAAAABCDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀27謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用頻率時間BCBCBCAAAABCDDDD在TDM時分復(fù)用可能會造成線路資源的浪費

ABCDaabbcdbcattttt4個時分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時分復(fù)用#2#3#4用戶28謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用可能會造成線路資源的浪費ABCDaabbcdbca2.5.5碼分復(fù)用CDM

常用的名詞是碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。每一個比特時間劃分為m個短的間隔，稱為碼片(chip)。

29謝謝觀賞2019-8-292.5.5碼分復(fù)用CDM常用的名詞是碼分多址CD碼片序列(chipsequence)

每個站被指派一個惟一的mbit碼片序列。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進制反碼。

例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時，就發(fā)送序列11100100。S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。30謝謝觀賞2019-8-29碼片序列(chipsequence)每個站被指派一個惟一碼片序列的正交關(guān)系

令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)一化內(nèi)積(innerproduct)都是0：

(2-4)舉例令向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T為(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和T的各分量值代入(2-4)式就可看出這兩個碼片序列是正交的。31謝謝觀賞2019-8-29碼片序列的正交關(guān)系令向量S表示站S的碼片向量，令正交關(guān)系的另一個重要特性

任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)一化內(nèi)積都是1。一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)一化內(nèi)積值是–1。32謝謝觀賞2019-8-29正交關(guān)系的另一個重要特性任何一個碼片向量和該碼片向量自己的33謝謝觀賞2019-8-2933謝謝觀賞2019-8-29CDMA的工作原理S站的碼片序列S110ttttttm

個碼片tS站發(fā)送的信號SxT站發(fā)送的信號Tx總的發(fā)送信號Sx+Tx規(guī)一化內(nèi)積S

Sx規(guī)一化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端34謝謝觀賞2019-8-29CDMA的工作原理S站的碼片序列S110tttttt2.6

公共電話交換網(wǎng)絡(luò)公共電話交換網(wǎng)絡(luò)PSTN：局域網(wǎng)可以采用一根電纜連接兩臺計算機，距離遠時必須依賴于PSTN。電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自貝爾1876年發(fā)明電話以來，電話需求非常廣，線路全連接是行不通。從手工接線單交換局模式發(fā)展到二級交換局現(xiàn)在的電話系統(tǒng)包括三部分本地回路：進入家庭或公司的模擬雙絞線中繼線：連接交換局的光纖交換局：電話呼入連接中繼線35謝謝觀賞2019-8-292.6公共電話交換網(wǎng)絡(luò)公共電話交換網(wǎng)絡(luò)PSTN：35謝謝觀2.6.3本地回路:調(diào)制解調(diào)器：Modem：2400bps~56kbps

語音電話線的頻率限制在3100HZ內(nèi)，比以太網(wǎng)或802.11WIFI帶寬小了4個數(shù)量級數(shù)字用戶線路ADSL：當(dāng)電話傳輸數(shù)率達到56Kbps時，相比有線電視10Mbps的競爭，采用非對稱數(shù)字用戶線ADSL:

下行8Mbps，上行1Mbps,現(xiàn)在可達12Mbps光纖到戶：FttH,住宅的光纖捆綁后一根連接到端局。下行：光分離器splitters

上行：光合并器combinerP118頁圖2-3636謝謝觀賞2019-8-292.6.3本地回路:調(diào)制解調(diào)器：Modem：2400bps2.6.4中繼線和多路復(fù)用

電話網(wǎng)絡(luò)的核心傳送的是數(shù)字信息而不是模擬信息。在長途傳輸中需要對信號轉(zhuǎn)換。高帶的中繼線共享可用TDM和FDM多路復(fù)用實現(xiàn)。數(shù)字化語音信號模擬信號數(shù)字化：編碼解碼器設(shè)備完成時分多路復(fù)用北美和日本使用的T1載波：每125微秒發(fā)送一個語音樣值。

24條復(fù)用語音信道，每信道8bit樣值插入到輸出流。那么每幀：24*8=192bit,附加1bit信令控制37謝謝觀賞2019-8-292.6.4中繼線和多路復(fù)用電話網(wǎng)絡(luò)的核心傳送的是數(shù)同步光纖網(wǎng)SONET與同步數(shù)字系列SDH同步光纖網(wǎng)SONET(SynchronousOpticalNetwork)的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。第1級同步傳送信號STS-1(SynchronousTransportSignal)的傳輸速率是51.84Mb/s。同步數(shù)字系列SDHITU-T以美國標(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。一般可認(rèn)為SDH與SONET是同義詞。SDH的基本速率為155.52Mb/s，稱為第1級同步傳遞模塊(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相當(dāng)于SONET體系中的OC-3速率。

38謝謝觀賞2019-8-29同步光纖網(wǎng)SONET與同步數(shù)字系列SDH同步光纖網(wǎng)SOSONET的OC級/STS級與SDH的STM級的對應(yīng)關(guān)系39謝謝觀賞2019-8-29SONET的OC級/STS級與SDH的STM

2.6.5交換電路交換：circuitswitching從你或你的計算機發(fā)出一個電話呼叫時，電話系統(tǒng)的交換設(shè)備努力尋找一條到對方的物理路徑。需要建立一條專線。擁塞發(fā)生在電路建立時包交換：替代電路交換的一個方案無需建立一條專線，數(shù)據(jù)包交換中沒有固定路徑路由器采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)會產(chǎn)生排隊延遲，擁塞發(fā)生在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時40謝謝觀賞2019-8-29

2.6.5交換電路交換：circuitswitching41謝謝觀賞2019-8-2941謝謝觀賞2019-8-29

2.7移動電話系統(tǒng)移動電話：mobilephone應(yīng)用于更廣域的語音通信和數(shù)據(jù)通信經(jīng)歷了三代：1G、2G、3G三代不同技術(shù)：模擬語音、數(shù)字語音、數(shù)字語音和數(shù)據(jù)42謝謝觀賞2019-8-29

2.7移動電話系統(tǒng)移動電話：mobilephone

2.8有線電視共用天線電視20世紀(jì)40年代后期出現(xiàn)，解決農(nóng)村山區(qū)的收視線纜上的Internet：有線電纜被替換成光纖后，而到家庭的是同軸電纜這樣的系統(tǒng)稱為混合光纖電纜。頻譜分配:頻分多路復(fù)用線纜調(diào)制解調(diào)器:CablemodemADSL與有線電視電纜光纖+雙膠線（數(shù)據(jù)用戶）光纖+同軸電纜（是雙膠線幾百倍，電視節(jié)目）43謝謝觀賞2019-8-29

2.8有線電視共用天線電視43謝謝觀賞2019-8-2.9小結(jié)與習(xí)題物理層是網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)帶寬、數(shù)字調(diào)制、中繼線習(xí)題布置：2，5，8，37,4644謝謝觀賞2019-8-292.9小結(jié)與習(xí)題物理層是網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)44謝謝觀賞2019-845謝謝觀賞2019-8-2945謝謝觀賞2019-8-29第2章物理層46謝謝觀賞2019-8-29第2章物理層1謝謝觀賞2019-8-29第2章物理層2.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識

2.2物理層下面的傳輸媒體

2.3無線傳輸

2.4通信衛(wèi)星

2.5數(shù)字調(diào)制與多路復(fù)用

2.6公共電話交換網(wǎng)絡(luò)

2.7移動電話系統(tǒng)

2.8有線電視

2.9本章總結(jié)47謝謝觀賞2019-8-29第2章物理層2.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識2謝謝觀賞22.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型*傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機48謝謝觀賞2019-8-292.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型*傳輸輸入信2.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論

2.1.1傅里葉分析傅里葉級數(shù)：任何周期函數(shù)可表示成正弦和余弦組成的無窮級數(shù)。兩邊同乘sin(2πkft)再從0到T求積分：兩邊同乘cos(2πkft)再從0到T求積分：直接在等式兩邊求積分：49謝謝觀賞2019-8-292.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論

2.1.1傅里葉分析傅里葉級50謝謝觀賞2019-8-295謝謝觀賞2019-8-292.1.2帶寬有限的信號帶寬定義：在傳輸過程中振幅不會明顯減弱的頻率寬度。例1、設(shè)數(shù)據(jù)傳輸率為：b比特/利潤留成，發(fā)送8比特所需時間：8/b秒，第一個諧波頻率是b/8Hz.語音線路頻率在3000Hz以上，則可以通過的最大諧波數(shù)是24000/b.圖2-2可以計算出要想以9600bps發(fā)送數(shù)據(jù)需要把信號2-1a變成2-1c(2個諧波),而其最大數(shù)據(jù)傳輸率為38.4Kbps。51謝謝觀賞2019-8-292.1.2帶寬有限的信號帶寬定義：在傳輸過程中振幅不會明顯2.1.3信道的最大數(shù)據(jù)速率：

尼奎斯特(Nyquist)定理

B是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz)頻率(Hz)不能通過能通過0B(Hz)Nyquist證明了只要進行了每秒2B次采樣，就可以完全重構(gòu)出過慮的信號，如果信號中包含了V個離散等級尼奎斯特(Nyquist)定理：最大數(shù)據(jù)速率=2Blog2V比特/秒例：無噪聲的3KHz信道傳播（兩級）二進制信號的最大數(shù)據(jù)速率是：2*3000*log22=6000bps52謝謝觀賞2019-8-292.1.3信道的最大數(shù)據(jù)速率：

尼奎斯特(Nyquist)定香農(nóng)(Shannon)有噪聲的傳輸速率信噪比：信號功率S/噪聲功率N最大傳輸速率C可表達為

C=Blog2(1+S/N)b/s

舉例：普通電話線上提供的ADSL使用大約1Mhz帶寬，信噪比與距離有關(guān)（1-2公里約40分貝:10log10S/N）因此無論采樣多少個信號等級（采樣頻率的快慢）永遠不可能達到13M.實際上ADSL的最高速率為:12Mbps53謝謝觀賞2019-8-29香農(nóng)(Shannon)有噪聲的傳輸速率信噪比：信號功率S/2.2引導(dǎo)性的傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)屬于物理層，主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機械特性電氣特性功能特性規(guī)程特性磁介質(zhì)（B，KB，MB，GB，TB）磁帶容量與傳輸能力，狗運磁帶的能力。永遠不要低估一輛滿載著磁帶在高速公路上飛跑的汽車的帶寬。54謝謝觀賞2019-8-292.2引導(dǎo)性的傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)屬于物理層，主要任務(wù)描述為2.3.2導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)無屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

同軸電纜50

同軸電纜75

同軸電纜光纖纜55謝謝觀賞2019-8-292.3.2導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線10謝謝觀賞2019-8-29各種電纜銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護套層內(nèi)導(dǎo)體無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP同軸電纜56謝謝觀賞2019-8-29各種電纜銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)光線在光纖中的折射折射角入射角

包層（低折射率的媒體）

包層（低折射率的媒體）

纖芯（高折射率的媒體）包層纖芯57謝謝觀賞2019-8-29光線在光纖中的折射折射角入射角包層包層纖芯包光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?8謝謝觀賞2019-8-29光纖的工作原理高折射率低折射率光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟剌斎朊}沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖P79定義59謝謝觀賞2019-8-29輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多2.3.1電磁頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(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)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024

移動無線電電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜2.3無線傳輸30000GHz60謝謝觀賞2019-8-292.3.1電磁頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線2.3.1電磁頻譜(續(xù))用戶喜歡光纖的原因(香農(nóng)定理分析）三種擴頻技術(shù)：1、跳頻擴頻：每秒幾百次速率變頻軍方、藍牙、舊版802.112、直接序列擴頻：數(shù)據(jù)信號展開到一個很寬頻段上，信號被賦予不同的碼片：碼分多址CDMA。

3G移動電話、GPS全球定位系統(tǒng)3、超寬帶通信UWB：快速脈沖61謝謝觀賞2019-8-292.3.1電磁頻譜(續(xù))用戶喜歡光纖的原因(香農(nóng)定理分析）2.3.2無線電傳輸無線電頻率（RF：107-109HZ）干攏例如：雨水、其他電氣設(shè)備、障礙物會反射路徑損耗例：信號沿雙膠線傳播每100米能量下降20分貝，無線信號下降的速度與距離平方成反比?？墒褂弥欣^放大信號（交換機、無線AP）2.3.3微波傳輸

頻率：100MHZ以上(>108)

微波塔之間的中繼距離約80千米

電磁頻譜政策62謝謝觀賞2019-8-292.3.2無線電傳輸無線電頻率（RF：107-109HZ）2.4通信衛(wèi)星

通信衛(wèi)星可以想象成一個大型的微波中繼器。地球同步衛(wèi)星高度為35800千米的軌道周期為24小時軌道槽與頻率是爭搶的資源，ITU作分配頻率。中地球軌道衛(wèi)星：主要用于導(dǎo)航低地球軌道衛(wèi)星：衛(wèi)星與光纖對比：衛(wèi)星：用于軍事與災(zāi)難特殊地理環(huán)境：如印度尼西亞，13677個群島之間拉數(shù)千根光纜的代價遠高于發(fā)射一顆衛(wèi)星。未來的主流通信是兩者結(jié)合63謝謝觀賞2019-8-292.4通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星可以想象成一個大型的微波中繼器。12.5數(shù)字調(diào)制與多路復(fù)用概念與術(shù)語：P97數(shù)字調(diào)制：比特與模糊信號的轉(zhuǎn)換基帶傳輸：信號占傳輸介質(zhì)從0到最大的全部頻率通帶傳輸：調(diào)節(jié)載波信號的幅值、相們、頻率多路復(fù)用：多個信號共享一個信道64謝謝觀賞2019-8-292.5數(shù)字調(diào)制與多路復(fù)用概念與術(shù)語：P9719謝謝觀賞202.5.1基帶傳輸1、不歸零NRZ編碼：

正電表1，負電表0，光纖：有光1，無光02、帶寬效率：

2個比特信號1、0交替才能在正電負電間循環(huán)，由尼奎斯定律：至少B/2Hz的寬帶才能獲得Bbps的傳輸速率4個信號級別，可以攜帶2個比特，如00，01，10，11

減少了所需的帶寬3、時鐘恢復(fù)幫助接收器區(qū)分各個比特曼徹斯特編碼：與0異或，產(chǎn)生從低到高的轉(zhuǎn)變，表示邏輯0，1異或，產(chǎn)生從高到低的轉(zhuǎn)變，表示邏輯1。4、不歸零逆轉(zhuǎn)NRZI：如通用串行總線USB采用此種編碼5、平衡信號：雙極編碼65謝謝觀賞2019-8-292.5.1基帶傳輸1、不歸零NRZ編碼：20謝謝觀賞202.5.2通帶傳輸把信號移動到給定的頻帶，不同信號在傳輸介質(zhì)上共存。數(shù)字調(diào)制可利用通帶傳輸完成，調(diào)制方法：幅移鍵控ASK：采用兩個不同的振幅表示0、1頻移鍵控FSK：采用兩個不同的頻率表示0、1相移鍵控PSK：采用兩種不同的相位表示0、1QAM-16：以上3種技術(shù)的結(jié)合，如正交調(diào)幅格雷碼：將QAM-16的比特映射到符號中66謝謝觀賞2019-8-292.5.2通帶傳輸把信號移動到給定的頻帶，不同信號在傳輸

信道復(fù)用技術(shù)

2.5.3頻分復(fù)用FDM：把頻譜分成多個頻段分配給不同用戶2.5.4時分復(fù)用TDM

每個用戶周期性的獲得帶寬非常短的時間2.5.5碼分復(fù)用CDM

擴頻技術(shù)CDMA：把每個比特時間分成m個更短的時間間隔。原來每秒發(fā)送b個比特，現(xiàn)在每秒發(fā)送mb個比特67謝謝觀賞2019-8-29信道復(fù)用技術(shù)2.5.3頻分復(fù)用FDM：22謝謝觀賞2頻分復(fù)用頻率時間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率568謝謝觀賞2019-8-29頻分復(fù)用頻率時間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率52時分復(fù)用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀69謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAA在TDM時分復(fù)用頻率時間CDCDCDAAAABBBBCD在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀70謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用頻率時間CDCDCDAAAABBBBCD在TDM時分復(fù)用頻率時間BDBDBDAAAABCCCCD在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀71謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用頻率時間BDBDBDAAAABCCCCD在TDM時分復(fù)用頻率時間BCBCBCAAAABCDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀72謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用頻率時間BCBCBCAAAABCDDDD在TDM時分復(fù)用可能會造成線路資源的浪費

ABCDaabbcdbcattttt4個時分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時分復(fù)用#2#3#4用戶73謝謝觀賞2019-8-29時分復(fù)用可能會造成線路資源的浪費ABCDaabbcdbca2.5.5碼分復(fù)用CDM

常用的名詞是碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。每一個比特時間劃分為m個短的間隔，稱為碼片(chip)。

74謝謝觀賞2019-8-292.5.5碼分復(fù)用CDM常用的名詞是碼分多址CD碼片序列(chipsequence)

每個站被指派一個惟一的mbit碼片序列。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進制反碼。

例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時，就發(fā)送序列11100100。S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。75謝謝觀賞2019-8-29碼片序列(chipsequence)每個站被指派一個惟一碼片序列的正交關(guān)系

令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)一化內(nèi)積(innerproduct)都是0：

(2-4)舉例令向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T為(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和T的各分量值代入(2-4)式就可看出這兩個碼片序列是正交的。76謝謝觀賞2019-8-29碼片序列的正交關(guān)系令向量S表示站S的碼片向量，令正交關(guān)系的另一個重要特性

任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)一化內(nèi)積都是1。一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)一化內(nèi)積值是–1。77謝謝觀賞2019-8-29正交關(guān)系的另一個重要特性任何一個碼片向量和該碼片向量自己的78謝謝觀賞2019-8-2933謝謝觀賞2019-8-29CDMA的工作原理S站的碼片序列S110ttttttm

個碼片tS站發(fā)送的信號SxT站發(fā)送的信號Tx總的發(fā)送信號Sx+Tx規(guī)一化內(nèi)積S

Sx規(guī)一化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端79謝謝觀賞2019-8-29CDMA的工作原理S站的碼片序列S110tttttt2.6

公共電話交換網(wǎng)絡(luò)公共電話交換網(wǎng)絡(luò)PSTN：局域網(wǎng)可以采用一根電纜連接兩臺計算機，距離遠時必須依賴于PSTN。電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自貝爾1876年發(fā)明電話以來，電話需求非常廣，線路全連接是行不通。從手工接線單交換局模式發(fā)展到二級交換局現(xiàn)在的電話系統(tǒng)包括三部分本地回路：進入家庭或公司的模擬雙絞線中繼線：連接交換局的光纖交換局：電話呼入連接中繼線80謝謝觀賞2019-8-292.6公共電話交換網(wǎng)絡(luò)公共電話交換網(wǎng)絡(luò)PSTN：35謝謝觀2.6.3本地回路:調(diào)制解調(diào)器：Modem：2400bps~56kbps

語音電話線的頻率限制在3100HZ內(nèi)，比以太網(wǎng)或802.11WIFI帶寬小了4個數(shù)量級數(shù)字用戶線路ADSL：當(dāng)電話傳輸數(shù)率達到56Kbps時，相比有線電視10Mbps的競爭，采用非對稱數(shù)字用戶線A