計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理層課件

關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理層第1頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.1物理層的基本概念問(wèn)題的提出：如何在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上透明地傳輸比特流。（向上屏蔽掉媒體的差異）用于物理層的協(xié)議也常稱(chēng)為物理層規(guī)程(procedure)。物理層的主要任務(wù)可描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： （1）機(jī)械特性：連接器形狀，排列，尺寸等。 （2）電氣特性：電壓的范圍。 （3）功能特性：電壓的意義。 （4）規(guī)程特性：事件順序。第2頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三多車(chē)道公路是并行傳輸……100101110100100111010001011010通信線路上通常都是串行傳輸?shù)?頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三大部分，即源系統(tǒng)(或發(fā)送端)、傳輸系統(tǒng)(或傳輸網(wǎng)絡(luò))和目的系統(tǒng)(或接收端)。第4頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、通信系統(tǒng)有關(guān)的基本概念數(shù)據(jù)、信息與信號(hào)數(shù)據(jù)(Data)是運(yùn)送信息的實(shí)體信息（Information）數(shù)據(jù)的內(nèi)容或含義信號(hào)(Signal)是數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)通信系統(tǒng)有關(guān)的基本概念信息→數(shù)據(jù)→信號(hào)→在介質(zhì)上傳輸→信號(hào)→數(shù)據(jù)→信息把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過(guò)介質(zhì)傳送到目的地。第5頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三模擬的：連續(xù)變化的信號(hào)，多見(jiàn)為正/余旋波形數(shù)字的：取值僅允許有限的幾個(gè)離散數(shù)值Modulation調(diào)制，Demodulation解調(diào)調(diào)制：將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過(guò)程解調(diào)：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的過(guò)程第6頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)：模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)信道：模擬信道、數(shù)字信道數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问叫诺?表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒體(注意:邏輯概念,與線路的區(qū)別)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)和信號(hào)在不同類(lèi)型的信道上傳輸有4種組合。通信系統(tǒng)有關(guān)的基本概念第7頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三數(shù)字信號(hào)的傳輸方式通信系統(tǒng)有關(guān)的基本概念?基帶傳輸：信號(hào)按原來(lái)的形式通過(guò)數(shù)字信道進(jìn)行傳輸，即：將編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接放在信道上傳送。

是“直接控制信號(hào)狀態(tài)”的傳輸方式，例如：以太網(wǎng)?頻帶傳輸：將基帶信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)是“控制載波信號(hào)狀態(tài)”的傳輸方式，例如：通過(guò)電話模擬信道傳輸?寬帶信號(hào)：是將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號(hào)第8頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三信道的傳輸模式(通信方式)通信雙方的信息交互方式，按數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向有三種基本方式：（1）單向通信：又稱(chēng)為單工通信，即只能有一個(gè)方向的通信而沒(méi)有反方向的交互。（2）雙向交替通信：又稱(chēng)為半雙工通信，即通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。（3）雙向同時(shí)通信：又稱(chēng)為全雙工通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。通信系統(tǒng)有關(guān)的基本概念第9頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三碼元的含義第10頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三比特傳輸和碼元傳輸?shù)?1頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、信道上的最高碼元傳輸速率

§2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)第12頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三奈奎斯特(Nyquist)準(zhǔn)則：理想低通信道(帶寬為WHz)的最高碼元傳輸速率

=2WBaud

即每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個(gè)碼元。理想帶通信道的最高碼元傳輸速率=WBaud即每赫帶寬的帶通信道的最高碼元傳輸速率為每秒1個(gè)碼元。信道上的最高碼元傳輸速率第13頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三強(qiáng)調(diào)：奈氏準(zhǔn)則給出的是個(gè)理論上限數(shù)值，一個(gè)實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率要明顯地低這個(gè)值。波特是每秒傳送的碼元數(shù)(即信號(hào)傳送速率)。又稱(chēng)為調(diào)制速率、波形速率或符號(hào)速率；而比特是信息量的單位。信道上的最高碼元傳輸速率第14頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三M最大數(shù)據(jù)率(C)26000bps412000bps818000bps話音級(jí)線路(3000Hz)Rbaud=6000baudBit與Baud的關(guān)系1Baud=（log2M）bps

其中M是信號(hào)的編碼級(jí)數(shù)。也可以寫(xiě)成

Rbit=Rbaudlog2M

一個(gè)碼元中可以傳送多個(gè)比特（bit），所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特。信道上的最高碼元傳輸速率第15頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、信道的極限信息傳輸速率香農(nóng)公式

信道的極限信息傳輸速率可表達(dá)為

C=Wlog2(1+S/N)bit/s

其中：W為信道的帶寬(以Hz為單位)；

S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；

N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。香農(nóng)公式表明，信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高?！?.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)第16頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式的主要區(qū)別是什么？這兩個(gè)公式對(duì)數(shù)據(jù)通信的意義是什么？奈氏準(zhǔn)則指出了：碼元傳輸?shù)乃俾适鞘芟薜模荒苋我馓岣?，否則在接收端就無(wú)法正確判定碼元是1還是0。

奈氏準(zhǔn)則是在理想條件下推導(dǎo)出的。實(shí)際條件的最高碼元傳輸速率要小些。研究的任務(wù)就是要在實(shí)際條件下，找出較好的傳輸碼元波形，將比特轉(zhuǎn)換為較為合適的傳輸信號(hào)。但是，奈氏準(zhǔn)則并沒(méi)有對(duì)信息傳輸速率（b/s）給出限制。要提高信息傳輸速率就必須使每一個(gè)傳輸?shù)拇a元能夠代表許多個(gè)比特的信息。這就需要有很好的編碼技術(shù)。香農(nóng)公式給出了信息傳輸速率的極限，該極限是不能夠突破的。要想提高信息的傳輸速率，或者必須設(shè)法提高傳輸線路的帶寬，或者必須設(shè)法提高所傳信號(hào)的信噪比，此外沒(méi)有其他任何辦法。§2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)第17頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)第18頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.3物理層下面的傳輸媒體

傳輸媒體也稱(chēng)為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體可分為兩大類(lèi):導(dǎo)向傳輸媒體、非導(dǎo)向傳輸媒體。在導(dǎo)向傳輸媒體中，電磁波被導(dǎo)向沿著固體媒體(銅線或光纖)傳播，而非導(dǎo)向傳輸媒體就是指自由空間，在非導(dǎo)向傳輸媒體中電磁波的傳輸常稱(chēng)為無(wú)線傳輸。第19頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、雙絞線

把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合(twist)起來(lái)就構(gòu)成了雙絞線。 從用戶(hù)電話機(jī)到交換機(jī)的這段線稱(chēng)為用戶(hù)線或用戶(hù)環(huán)路(subscriberloop)。§2.3.1導(dǎo)向傳輸媒體第20頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)（以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音）(雙絞線外沒(méi)有任何附加屏蔽)2.3.1.1雙絞線

在雙絞線電纜(也稱(chēng)雙扭線電纜)內(nèi),不同線對(duì)具有不同的扭絞長(zhǎng)度，一般地說(shuō)，扭絞長(zhǎng)度在38.1cm至14cm內(nèi)，按逆時(shí)針?lè)较蚺そg，相鄰線對(duì)的扭絞長(zhǎng)度在12.7cm以上。

第21頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三雙絞線型號(hào)1、一類(lèi)：主要用于傳輸語(yǔ)音（一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)主要用于八十年代初之前的電話線纜），不用于數(shù)據(jù)傳輸。

2、二類(lèi)：傳輸頻率為1MHz，用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，常見(jiàn)于使用4Mbps規(guī)范令牌傳遞協(xié)議的舊令牌網(wǎng)。

3、三類(lèi):該電纜的傳輸頻率為16MHz,用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10base-T。

4、四類(lèi):該類(lèi)電纜的傳輸頻率為20MHz,用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和10base-T/100base-T。

5、五類(lèi):該類(lèi)電纜增加了繞線密度,外套一種高質(zhì)量的絕緣材料,傳輸頻率為100MHz,用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100base-T和10base-T網(wǎng)絡(luò)，這是最常用的以太網(wǎng)電纜。2.3.1.1雙絞線第22頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三超五類(lèi)電纜(EnhancedCat5)：它是在對(duì)現(xiàn)有的UTP五類(lèi)雙絞線的部分性能加以改善后出現(xiàn)的系統(tǒng)，不少性能參數(shù)，如近端串?dāng)_(NEXT)、衰減串?dāng)_比(ACR)等都有所提高，但其傳輸帶寬仍為100MHz。六類(lèi)電纜(Cat6)：它是一個(gè)新級(jí)別的電纜系統(tǒng)，除了各項(xiàng)參數(shù)都有較大提高之外，其帶寬將擴(kuò)展至200MHz或更高。

在雙絞線電纜的外面包皮上一般印有“AMPSYSTEMSCABLE……24AWG……CAT5”的字樣，表示該雙絞線是AMP公司(最具聲譽(yù)的雙絞線品牌)的五類(lèi)雙絞線，其中24AWG表示是局域網(wǎng)中所使用的雙絞線，CAT5表示為五類(lèi)。

2.3.1.1雙絞線第23頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三RJ-45連接器2.3.1.1雙絞線RJ-45連接器包括一個(gè)插頭（水晶頭）和一個(gè)插孔。插孔安裝在機(jī)器上或布線設(shè)備上，而插頭和雙絞線相連。EIA/TIA制定的布線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了8根針腳的編號(hào)。第24頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三制作雙絞線的壓線鉗2.3.1.1雙絞線第25頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三雙絞線的兩端的連接：直通線（也稱(chēng)正線、平行線）EIA/TIA568B白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕

棕

１2345678白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕

棕

１2345678EIA/TIA568BRX+RX-TX+未使用未使用TX-未使用未使用TX+TX-RX+未使用未使用RX-未使用未使用2.3.1.1雙絞線

在10/兆比秒和100Mb/s以太網(wǎng)中只使用兩對(duì)導(dǎo)線。也就是說(shuō)，只使用4根針腳（1,2,3和6），1和2用于發(fā)送，3和4用于接收第26頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三⑴直通線纜水晶頭兩端都是遵循EIA/TIA568A或EIA/TIA568B標(biāo)準(zhǔn)，每組繞線是一一對(duì)應(yīng)的。適用場(chǎng)合：交換機(jī)（或集線器）UPLINK口<----

交換機(jī)（或集線器）普通端口交換機(jī)（或集線器）普通端口

<-----

計(jì)算機(jī)（終端）網(wǎng)卡2.3.1.1雙絞線第27頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三雙絞線的兩端的連接：交叉線（也稱(chēng)反線）EIA/TIA568B１2345678１2345678EIA/TIA568ATX+TX-RX+未使用未使用RX-未使用未使用TX+TX-RX+未使用未使用RX-未使用未使用2.3.1.1雙絞線白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕

棕

白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕

棕

第28頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三⑵交叉線纜水晶頭一端遵循EIA/TIA568A，而另一端遵循EIA/TIA568B標(biāo)準(zhǔn)。即兩個(gè)水晶頭的連線交叉連接，A水晶頭的1，2對(duì)應(yīng)B水晶頭的3，6；而A水晶頭的3，6對(duì)應(yīng)B水晶頭的1，2。適用場(chǎng)合：交換機(jī)（或集線器）普通端口--

交換機(jī)（或集線器）普通端口計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡（終端）---

計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡（終端）2.3.1.1雙絞線第29頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、同軸電纜

同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線(單股實(shí)心線或多股絞合線)、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層(也可以是單股的)以及保護(hù)塑料外層所組成?！?.3.1導(dǎo)向傳輸媒體第30頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三

通常按特性阻抗數(shù)值的不同，將同軸電纜分為兩類(lèi)： （1）50同軸電纜

50同軸電纜又稱(chēng)為基帶同軸電纜。一條電纜只用于一個(gè)信道，用于數(shù)字傳輸。 在傳輸基帶數(shù)字信號(hào)時(shí)，可以有多種不同的編碼方法。后面的圖畫(huà)的是未經(jīng)編碼的原基帶數(shù)字信號(hào)和在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的兩種編碼方法，即：曼徹斯特(Manchester)編碼和差分曼徹斯特編碼。2.3.1.2同軸電纜第31頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.3.1.2同軸電纜第32頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三

（2）75同軸電纜

75同軸電纜又稱(chēng)為寬帶同軸電纜。在計(jì)算機(jī)通信中，“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)。一條電纜同時(shí)傳輸不同頻率的多路模擬信號(hào)，用于模擬傳輸，300—450MHz，100km，需要放大器 雙電纜系統(tǒng)的示意圖如圖(a)所示。頭端(headend)的作用是將各計(jì)算機(jī)從發(fā)送電纜發(fā)過(guò)來(lái)的信息轉(zhuǎn)換到接收電纜，使得各計(jì)算機(jī)能從接收電纜上收到發(fā)送給它們的信息。 圖(b)為單電纜系統(tǒng)。2.3.1.2同軸電纜第33頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.3.1.2同軸電纜第34頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、光纖

光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體。纖芯很細(xì)，其直徑只有8~100m。正是這個(gè)纖芯用來(lái)傳導(dǎo)光波。其特點(diǎn)是：§2.3.1導(dǎo)向傳輸媒體-依靠光波承載信息-速率高，通信容量大 僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）-傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸-抗干擾性能極好，保密性好-輕便第35頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三光纖傳輸原理-光從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。-纖芯的折射率高、玻璃包層的折射率低 -有光脈沖-1，無(wú)光脈沖-02.3.1.3光纖第36頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.3.1.3光纖第37頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.3.1.3光纖光纖收發(fā)問(wèn)題光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器電信號(hào)電信號(hào)光信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)組成：光源，傳輸介質(zhì)，監(jiān)測(cè)器光源分：激光和發(fā)光二極管第38頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼2.3.1.3光纖第39頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三多芯光纖結(jié)構(gòu)芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束2.3.1.3光纖第40頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三

光纖不僅具有通信容量非常大的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有其他的一些特點(diǎn)：（1）傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)，對(duì)遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)。（2）抗雷電和電磁干擾性能好。這在有大電流脈沖干擾的環(huán)境下尤為重要。（3）無(wú)串音干擾，保密性好，也不易被竊聽(tīng)或截取數(shù)據(jù)。（4）體積小，重量輕。缺點(diǎn)：對(duì)接復(fù)雜

當(dāng)采用光纖連網(wǎng)時(shí)，常常將一段段點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路串接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)環(huán)路，通過(guò)T形接頭連接到計(jì)算機(jī)。

T形接頭有兩種：無(wú)源的和有源的。無(wú)源的T形接頭由于完全是無(wú)源的，因此非?？煽?。2.3.1.3光纖第41頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三有源的T形接頭實(shí)際上就是一個(gè)有源轉(zhuǎn)發(fā)器(如圖所示)。2.3.1.3光纖第42頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體第43頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三1．短波通信：高頻、電離層反射、通信質(zhì)量差、速率低2．地面微波接力通信

其主要特點(diǎn)是：微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大；因?yàn)楣I(yè)干擾和天電干擾的主要頻譜成分比微波頻率低得多，對(duì)微波通信的危害比對(duì)短波和米波通信小得多，因而微波傳輸質(zhì)量較高；與相同容量和長(zhǎng)度的電纜載波通信比較，微波接力通信建設(shè)投資少，見(jiàn)效快?！?.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體第44頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三兩個(gè)地面站之間傳送距離：50-100km地球地面站之間的直視線路微波傳送塔§2.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體第45頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三微波接力通信缺點(diǎn)：相鄰站之間必須直視，不能有障礙物，有時(shí)一個(gè)天線發(fā)射出的信號(hào)也會(huì)分成幾條略有差別的路徑到達(dá)接收天線，因而造成失真；微波的傳播有時(shí)也會(huì)受到惡劣氣候的影響；與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差；對(duì)大量中繼站的使用和維護(hù)要耗費(fèi)一定的人力和物力。3．衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信的最大特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，且通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)。廣播式通信、保密差、技術(shù)復(fù)雜、成本高。 衛(wèi)星通信的另一特點(diǎn)就是具有較大的傳播時(shí)延?！?.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體第46頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三與地面站相對(duì)固定位置使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)地球§2.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體第47頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三常用傳輸媒體的比較第48頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.4模擬傳輸與數(shù)字傳輸§2.4.1模擬傳輸系統(tǒng)早期電話系統(tǒng)，可用FDM技術(shù)提高線路利用率§2.4.2調(diào)制解調(diào)器（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸）1．調(diào)制解調(diào)器的作用第49頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三

若所傳送的碼元速率越高，信號(hào)的失真就越嚴(yán)重。 調(diào)制解調(diào)器(modem)就是由調(diào)制器(MOdulator)和解調(diào)器(DEModulator)這兩個(gè)字各取其字頭合并而成的。 調(diào)制器的主要作用就是：在一條標(biāo)準(zhǔn)的二線模擬話路(3.1kHz)上提供全雙工的異步數(shù)字通信。調(diào)制進(jìn)行波形變換、解調(diào)進(jìn)行波形識(shí)別?！?.4模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)?0頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三2．幾種最基本的調(diào)制方法 所謂調(diào)制就是進(jìn)行波形變換?；蛘吒鼑?yán)格些，是進(jìn)行頻譜變換，將基帶數(shù)字信號(hào)的頻譜變換成為適合于模擬信道傳輸?shù)念l譜。最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：（1）調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化（2）調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化（3）調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化§2.4模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)?1頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三第52頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三

調(diào)頻又稱(chēng)為移頻鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)而調(diào)相又稱(chēng)為移相鍵控PSK(PhaseShiftKeying)。移相鍵控還可再分為絕對(duì)移相鍵控和相對(duì)移相鍵控(DPSK差分碼，抗干擾性好)。

為了達(dá)到更高的信息傳輸速率，可以采用技術(shù)上更復(fù)雜的多元制振幅相位混合調(diào)制方法。后面為正交調(diào)制QAM(QuadratureAmplitudeModulation)的星座圖?！?.4模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)?3頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三可以看出，若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多(即在星座圖中的點(diǎn)數(shù)越多)，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難?！?.4模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)?4頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三3．關(guān)于調(diào)制解調(diào)器的速率 圖(a)表示兩個(gè)計(jì)算機(jī)用戶(hù)A和B通過(guò)V.34調(diào)制解調(diào)器(33.6kbit/s)進(jìn)行通信。 由于大部分的ISP都使用租用數(shù)字專(zhuān)線接入到電話交換機(jī)，因此用戶(hù)與ISP之間的通信信道是圖(b)所示的那樣。

§2.4模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)?5頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三

經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后到用戶(hù)環(huán)路，只有在模擬信號(hào)到達(dá)用戶(hù)的調(diào)制解調(diào)器后才進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，這時(shí)才產(chǎn)生量化噪聲。第56頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三4．調(diào)制解調(diào)器使用異步通信方式問(wèn)題：接收端如何確定判決的時(shí)刻

同步通信和異步通信同步通信就是要求接收端的時(shí)鐘頻率和發(fā)送端的時(shí)鐘頻率相等(這常稱(chēng)為收發(fā)雙方的時(shí)鐘是同步的)，以便使接收端對(duì)收到的比特流的采樣判決的時(shí)間是準(zhǔn)確的。

當(dāng)接收端的判決點(diǎn)移動(dòng)的時(shí)間超過(guò)碼元寬度的一半時(shí)(本來(lái)判決點(diǎn)應(yīng)當(dāng)處于每一個(gè)碼元的中間)，就要產(chǎn)生差錯(cuò)(比特重讀或漏讀)，這就是所謂的滑動(dòng)(slip)。

準(zhǔn)同步方式是各有關(guān)信號(hào)使用一些獨(dú)立的、具有相同的頻率標(biāo)稱(chēng)值的時(shí)鐘源，但這些頻率的實(shí)際數(shù)值允許有微小的誤差(在容許范圍之內(nèi))?？山档统杀竞蛷?fù)雜度§2.4模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)?7頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.4模擬傳輸與數(shù)字傳輸異步通信在發(fā)送端將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)以字節(jié)(8個(gè)比特)為單位進(jìn)行逐個(gè)字節(jié)的封裝，增加起停位?？捎昧畠r(jià)時(shí)鐘，僅要求10bit不偏移即可。

以字節(jié)為單位傳送，字節(jié)內(nèi)要求精確時(shí)鐘，字節(jié)間可間隔任意長(zhǎng)時(shí)間。通過(guò)增加通信開(kāi)銷(xiāo)(因而數(shù)據(jù)的有效傳輸速率就降低了)使接收端能夠使用廉價(jià)的、具有一般精度的時(shí)鐘來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。第58頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三問(wèn)題：模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸PCM(PulseCodeModulation)體制

模擬電話信號(hào)的數(shù)字化，即采樣和量化。采樣：根據(jù)采樣定理，只要采樣頻率不低于電話信號(hào)最高頻率的2倍，就可以從采樣脈沖信號(hào)無(wú)失真地恢復(fù)出原來(lái)的電話信號(hào)。量化：將每個(gè)樣本用多少二進(jìn)制表示出來(lái)（樣本精度） 標(biāo)準(zhǔn)的電話信號(hào)的最高頻率為3.4kHz，為方便起見(jiàn)，采樣頻率就定為8kHz，相當(dāng)于采樣周期為125s。每個(gè)樣本用8bit編碼，因此數(shù)據(jù)率為64kbps。§2.4.3數(shù)字傳輸系統(tǒng)第59頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三TDM(TimeDivisionMultiplexing)體制目的：提高線路利用率30路制的線路在歐洲叫做E1遠(yuǎn)距離數(shù)字通信線，重要參數(shù)如下：每一個(gè)話路的數(shù)據(jù)傳輸率＝8000×8=64kb/s。16幀組成1復(fù)幀(用于同步)。每幀由32個(gè)時(shí)間片(信道)組成。每個(gè)信道每次傳送8位代碼。每秒鐘傳送8000幀，每幀125ms。數(shù)據(jù)傳輸率：R＝8000×32×8＝2048kb/s。24路制的線路在北美叫做T1遠(yuǎn)距離數(shù)字通信線，重要參數(shù)如下：每一個(gè)話路的數(shù)據(jù)傳輸率＝8000×8=64kb/s。12幀組成1復(fù)幀(用于同步)。每幀由24個(gè)時(shí)間片(信道)和1位同步位組成。每個(gè)信道每次傳送8位代碼，1幀有24×8＋1＝193bit。每秒鐘傳送8000幀，每幀125ms。數(shù)據(jù)傳輸率R＝8000×193＝1544kb/s?！?.4.3數(shù)字傳輸系統(tǒng)第60頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三

在2.048Mbit/s的傳輸線路兩端同步旋轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)，表示32個(gè)時(shí)隙中的比特的發(fā)送和接收必須和時(shí)隙的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，不能弄亂?！?.4.3數(shù)字傳輸系統(tǒng)第61頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三

可以看出如果兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間的通信線路是模擬、數(shù)字交替組成，則不能發(fā)揮數(shù)字傳輸?shù)乃俾矢叩膬?yōu)越性?！?.4.3數(shù)字傳輸系統(tǒng)第62頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三多路復(fù)用的T1流第63頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.5信道復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用：所有用戶(hù)在同樣的時(shí)間占用不同的頻帶寬度資源。時(shí)分復(fù)用：所有用戶(hù)是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度?！?.5.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用第64頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三問(wèn)題：當(dāng)使用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，當(dāng)用戶(hù)在某一段時(shí)間暫時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只能讓分配給他的子信道空閑著，而其他用戶(hù)也無(wú)法使用其空閑的線路資源?！?.5信道復(fù)用技術(shù)解決辦法：統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM(StatisticTDM)又稱(chēng)為異步時(shí)分復(fù)用，而普通的時(shí)分復(fù)用稱(chēng)為同步時(shí)分復(fù)用。它使用集中器，按需動(dòng)態(tài)地分配時(shí)隙。能明顯地提高信道的利用率，但是增加開(kāi)銷(xiāo)。第65頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.5信道復(fù)用技術(shù)ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期1周期2同步TDM帶寬浪費(fèi)A1B1C2B2周期1周期2統(tǒng)計(jì)TDM可用帶寬第66頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.5.3碼分復(fù)用原理

碼分復(fù)用CDM(CodeDivisionMultiplexing)是另一種共享信道的方法。即碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)每一個(gè)用戶(hù)可以在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。由于各用戶(hù)使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此不會(huì)造成干擾。

碼分復(fù)用最初是用于軍事通信，因?yàn)檫@種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類(lèi)似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。§2.5信道復(fù)用技術(shù)第67頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三方法 在CDMA中，每一個(gè)比特時(shí)間再劃分為m個(gè)短的間隔，稱(chēng)為碼片(chip)。（m一般為64或128） 每個(gè)站被指派唯一的mbit碼片序列，發(fā)送時(shí)1對(duì)應(yīng)m，0對(duì)應(yīng)m的反碼。數(shù)據(jù)率增加m倍，又稱(chēng)擴(kuò)頻通信。 各站碼片兩兩正交，即：

S?T=0S?S=1S?S反=1

實(shí)現(xiàn)各站同時(shí)發(fā)送接收，互相不干擾。§2.5信道復(fù)用技術(shù)第68頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三4個(gè)站進(jìn)行CDMA通信,碼片分別為A:-1-1-1+1+1-1+1+1B:-1-1+1-1+1+1+1-1C:-1+1-1+1+1+1-1-1D:-1+1-1-1-1-1+1-1現(xiàn)收到碼片序列為(-1+1-3+1-1-3+1+1)判斷各站發(fā)出的數(shù)據(jù)是0還是1第69頁(yè)，講稿共77頁(yè)，2023年5月2日，星期三§2.7物理層接口標(biāo)準(zhǔn)一、EIA-232-E（RS-232-C）V.24標(biāo)準(zhǔn)電話線路接口它是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定