第3章：物理層_2.ppt

1、1,第3章 物理層,2,上節(jié)問題： 問題1：通信（傳輸）系統(tǒng)分哪兩種？ 問題2：數(shù)據(jù)通信方式按信號(hào)傳輸所需信道數(shù)目分，可分為哪幾種？ 問題3：數(shù)據(jù)通信方式按信號(hào)傳輸方向與時(shí)間的關(guān)系分，可分為哪幾種？ 問題4：數(shù)據(jù)通信方式按比特的脈沖信號(hào)同步方式分，可分為哪幾種？ 問題5：數(shù)據(jù)通信方式按字符數(shù)據(jù)的起止確定方式分，可分為哪幾種？ 問題6：下節(jié)實(shí)驗(yàn)用的五類線的帶寬是？ 問題7：常見傳輸介質(zhì)的誤碼率范圍是：雙絞線？基帶同軸？寬帶同軸？光纖？,3,信 源,發(fā) 送 器,傳 輸 系 統(tǒng),接 收 器,信 宿,輸入數(shù)據(jù),發(fā)送信號(hào),接收信號(hào),輸出數(shù)據(jù),物理通信系統(tǒng)模型,實(shí)例,噪聲源,4,指媒體上傳輸?shù)氖悄M信號(hào)。

2、 是一種不考慮其內(nèi)容的模擬信號(hào)傳輸方式。 采用放大器。, 傳輸系統(tǒng)分類,指媒體傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。 它涉及信號(hào)的內(nèi)容。 采用中繼器。,模擬傳輸,數(shù)字傳輸,5, 模擬和數(shù)字傳輸總結(jié),兩種選擇： 信號(hào)與模擬數(shù)據(jù) 占據(jù)相同的頻譜 模擬數(shù)據(jù)被編碼 到不同的頻譜,用modem對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)編碼，產(chǎn)生模擬 信號(hào)。,用codec對(duì)模擬數(shù) 據(jù)編碼，產(chǎn)生一 數(shù)字位流。,兩種選擇： 兩個(gè)電壓級(jí)代 表兩個(gè)二進(jìn)制 編碼產(chǎn)生具有特 定性質(zhì)的信號(hào),模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào),模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),6,Telephone,Modem,Analog signal,Analog signal （調(diào)制在載波頻率）,Analog data （聲

3、波）,Digital data （二進(jìn)制電壓脈沖）,CODEC,Digital signal,Digital signal,Analog signal,Digital data, 模擬和數(shù)字傳輸總結(jié),Digital Transmitter,7,I/O 或 Modem,I/O 或 Modem,Text,Text,(1)輸入信息 m (2)輸入數(shù)據(jù) g(t) (3)傳輸信號(hào) s(t),(4)接收信號(hào) r(t) (5)輸出數(shù)據(jù) g (t) (6)輸出信息 m,例如：PC用戶希望發(fā)送一段報(bào)文給另一個(gè)用戶,(1) (2) (3) (4) (5) (6),點(diǎn)-點(diǎn)直接數(shù)據(jù)通信,傳輸 系統(tǒng),數(shù)據(jù)通信發(fā)生在兩個(gè)

4、通過某種點(diǎn)點(diǎn)傳輸媒體直接連接的設(shè)備之上。,8,源,發(fā)送器,接收器,目標(biāo),源系統(tǒng),目標(biāo)系統(tǒng),LAN,WAN,Switching node,包含子網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信,傳輸 系統(tǒng), 電路交換 包交換 幀中繼 ATM ISDN、B-ISDN 租用專線,9,PSTN：電 路 交 換 ( Public Switched Telephone Network ) 公用交換電話網(wǎng),遠(yuǎn)距離站通過公共電話交換機(jī)連接,PSTN,目標(biāo)modem將模擬信號(hào)恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)；,源modem在將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)诫娫捑€上之前先將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；,10,通信是共享的； 專為傳輸數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)；,PSDN: 包交換和幀中繼 ( Packet

5、Switched Data Network ) 分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng),X.25 Frame Relay,LAN,LAN,LAN,LAN,11,11.11.11.11,22.22.22.22,ATM,ATM switch,12,ISDN是專為在數(shù)字線路上傳輸音頻、視頻和數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的,綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) (Integrated Serviced Digital Networks),ISDN,NTE,NTE,NTE,NTE,基本速率：2B+D (144kbps) 主速率： 23B+D (1.544Mbps),13,Leased circuit,租用公共電路連接不同站點(diǎn)； 通信信道是專用的；,租 用 線 路 T

6、載體/E載體/DDN (Digital Data Network 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)),LAN,Voice,Voice,LAN,Voice,LAN,14,Hub,Router,Server,LAN,地理區(qū)域有限； 統(tǒng)一管理； 數(shù)據(jù)速率高；,15,影響選擇媒體的因素：成本、數(shù)據(jù)速率 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NRZ； 曼徹斯特（manchester）編碼； 差分曼徹斯特（difference manchester）編碼。,26,兩種選擇： 信號(hào)與模擬數(shù)據(jù) 占據(jù)相同的頻譜 模擬數(shù)據(jù)被編碼 到不同的頻譜,用modem對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)編碼，產(chǎn)生模擬 信號(hào)。,用codec對(duì)模擬數(shù) 據(jù)編碼，產(chǎn)

7、生一 數(shù)字位流。,兩種選擇： 兩個(gè)電壓級(jí)代 表兩個(gè)二進(jìn)制 編碼產(chǎn)生具有特 定性質(zhì)的信號(hào),模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào),模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),27,1.非歸零碼NRZ,NRZ碼的缺點(diǎn)是無法判斷一位的開始與結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步； 為保證收發(fā)雙方的同步，必須在發(fā)送NRZ碼的同時(shí)，用另一個(gè)信道同時(shí)傳送同步信號(hào)； 如果信號(hào)中“1”與“0”的個(gè)數(shù)不相等時(shí)，存在直流分量。,28,2.曼徹斯特（manchester）編碼,曼徹斯特編碼的規(guī)則： 每比特的周期T分為前T/2與后T/2兩部分； 前T/2傳送該比特的反碼，后T/2傳送該比特的原碼； 曼徹斯特編碼的優(yōu)點(diǎn)： 每個(gè)比特的中間有一次電平跳變，兩次電平跳變的時(shí) 間間

8、隔可以是T/2或T； 利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號(hào)； “自含鐘編碼”信號(hào)，發(fā)送時(shí)無需另發(fā)同步信號(hào)。,0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1,曼氏,29,差分曼徹斯特（difference manchester）編碼,差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)。 差分曼徹斯特編碼與曼徹斯特編碼不同點(diǎn)主要是： 每比特的中間跳變僅做同步之用； 每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定; 一個(gè)比特開始處出現(xiàn)電平跳變表示傳輸二進(jìn)制0,不發(fā)生跳變表示傳輸二進(jìn)制1。,0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1,曼氏 差分曼氏,30,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼信號(hào)的波形,低0 高1 高0 低1,下跳0 上跳1,

9、交接處跳0 不跳1,31,信噪比 數(shù)據(jù)速率 帶寬 編碼模式, 影響數(shù)據(jù)成功接收的重要因素,信號(hào)頻譜 時(shí)鐘 差錯(cuò)檢測(cè) 信號(hào)干擾和噪聲抗擾性 成本和復(fù)雜性, 評(píng)估或比較不同編碼技術(shù),接收器必須了解每一位的時(shí)間,3.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法,32,3.3.4 脈沖編碼調(diào)制方法(PCM),PCM 典型應(yīng)用：語音數(shù)字化,digitizer,Modulator,Analog data (voice),Digital data (NRZ),Analog data (ASK),33,兩種選擇： 信號(hào)與模擬數(shù)據(jù) 占據(jù)相同的頻譜 模擬數(shù)據(jù)被編碼 到不同的頻譜,用modem對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)編碼，產(chǎn)生模擬 信號(hào)。,用co

10、dec對(duì)模擬數(shù) 據(jù)編碼，產(chǎn)生一 數(shù)字位流。,兩種選擇： 兩個(gè)電壓級(jí)代 表兩個(gè)二進(jìn)制 編碼產(chǎn)生具有特 定性質(zhì)的信號(hào),模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào),模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),34,3.3.4 脈沖編碼調(diào)制方法(PCM),PCM操作三步曲： 采樣（又稱抽樣，Nyquist 采樣定理，倍寬定頻） 量化（8/16/128級(jí)，取整定級(jí)） 編碼（ log2 K，取對(duì)數(shù)定位）,數(shù)字傳輸,抽 樣,量 化,編 碼,解 碼,濾 波,模擬信號(hào),輸出信號(hào),PCM的信號(hào)處理,35,相當(dāng)于用脈沖S(t)對(duì)模擬信號(hào)f(t)進(jìn)行脈沖調(diào)制。,模擬信號(hào)的采樣（抽樣）,從時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)中取出“樣品”，使連續(xù)信號(hào)成為一串時(shí)間上離散的“樣值”序列。,

11、即抽樣后得出的一串在時(shí)間上離散的樣值。,抽樣,樣值序列(或樣值信號(hào)),抽樣過程,采樣定理（Nyquist ）,如果在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)，以高于兩倍最高有效信號(hào)頻率的速率對(duì)信號(hào)f(t)進(jìn)行采樣的話，那么這些采樣值包含了原始信號(hào)的全部信息。利用低通濾波器可從這些采樣中重新構(gòu)造出函數(shù)f(t)。,36,f(t),s(t),fs(t),Ts,fs(t),f(t),連續(xù)信號(hào)的抽樣和抽樣波形,PAM脈沖,抽樣脈沖,原始信號(hào),6.6,6.4,4.6,5.6,2.6,5.5,3.8,PAM脈沖：時(shí)間離散幅值連續(xù),37,量化值與原樣值的幅度差別。,量 化,量化,把樣值信號(hào)的瞬時(shí)幅度分成許多度量單位，一個(gè)度量單位稱為

12、一個(gè)量化級(jí)，用量化級(jí)的大小來表示瞬時(shí)樣值。,量化誤差e(t) 量化值 樣值,把樣值信號(hào)的無限多個(gè)可能的取值，近似地用有限個(gè)數(shù)的數(shù)值來表示。,量化級(jí),量化誤差,38,fs(t),7,6,5,6,3,6,4,樣值信號(hào)量化及脈沖代碼波形,PCM脈沖,fs(t) ：量化樣值信號(hào)函數(shù) PCM輸出：100011110110111101110,100 011 110 110 111 101 110,fs(t),fs(t),f(t),6.6,6.4,4.6,5.6,2.6,5.5,3.8,PAM脈沖,39,編碼,編 碼,在二進(jìn)制碼中，由n位代碼可組成2n個(gè)不同的碼字，可表示2n個(gè)不同的量化信號(hào)數(shù)值。 n越大，

13、在相同的編碼信號(hào)范圍內(nèi)，其量化級(jí)的值就愈小，量化就愈精細(xì),實(shí)現(xiàn),把數(shù)字信號(hào)碼組變換成相應(yīng)的電壓或電流量，恢復(fù)成原量化的樣值信號(hào)。,解碼,編碼處理使離散的量化樣值成為合適的二進(jìn)制數(shù)字碼組。,若有K個(gè)量化級(jí)，則編碼時(shí)需要log2 K 位長(zhǎng)的碼,40,3.3.4 脈沖編碼調(diào)制方法(PCM),PCM用于數(shù)字語音系統(tǒng)： 聲音分為128個(gè)量化級(jí)； 每個(gè)量化級(jí)采用7位二進(jìn)制編碼表示； 采樣速率為8000樣本/秒； 數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達(dá)到7位8000/秒 =56kb/s； 如果每個(gè)量化級(jí)采用7+1=8位二進(jìn)制編碼表示; 數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達(dá)到8位8000/秒 = 64kb/s。,41,兩種選擇： 信號(hào)與模擬數(shù)據(jù) 占據(jù)

14、相同的頻譜 模擬數(shù)據(jù)被編碼 到不同的頻譜,用modem對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)編碼，產(chǎn)生模擬 信號(hào)。,用codec對(duì)模擬數(shù) 據(jù)編碼，產(chǎn)生一 數(shù)字位流。,兩種選擇： 兩個(gè)電壓級(jí)代 表兩個(gè)二進(jìn)制 編碼產(chǎn)生具有特 定性質(zhì)的信號(hào),模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào),模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),42,為了有效傳輸需要高頻 調(diào)制可允許頻分多路復(fù)用, 調(diào)制解調(diào),將一個(gè)輸入信號(hào)m(t)與頻率為fc的載波結(jié)合以便產(chǎn)生一個(gè)帶寬以fc為中心的信號(hào)s(t)的過程。, 為什么對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)？,只有模擬傳輸設(shè)施可用。, 為什么對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)？,43,1、信息和數(shù)據(jù): 信息(Information)：從哲學(xué)的觀點(diǎn)看，信息是一種帶普遍性的關(guān)系屬

15、性，是物質(zhì)存在方式及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律、特點(diǎn)的外在表現(xiàn)； 從通信的角度考慮，可以認(rèn)為是生物體或具有一定功能的機(jī)器通過感覺器官或相應(yīng)設(shè)備同外界交換的內(nèi)容的總稱。信息的含義是信息科學(xué)、情報(bào)學(xué)等學(xué)科中廣泛討論的問題。 一般認(rèn)為，信息是客觀世界內(nèi)同物質(zhì)、能源并列的三大基本要素之一。 香農(nóng)：I=log2（1/P） I是消息的信息量，P是事件發(fā)生的概率，不可能發(fā)生事件信息量 = 無窮 信息總是與一定的形式相聯(lián)系，這種形式可以是語音、圖像、文字等； 信息是人們要通過通信系統(tǒng)傳遞的內(nèi)容。 數(shù)據(jù)是任何描述物體概念、情況、形勢(shì)的事實(shí)、數(shù)字、字母和符號(hào)?？梢哉f，數(shù)據(jù)是傳遞信息的實(shí)體（載體），而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。,3.

16、4 基帶傳輸技術(shù) 3.4.1 基帶傳輸?shù)亩x,一、數(shù)據(jù)通信的主要基本概念,44,2、信號(hào)(Signal)： 發(fā)送機(jī)將人或機(jī)器產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)換為適合在通信信道上傳輸?shù)碾娋幋a、電磁編碼或光編碼。 這種在信道上傳輸?shù)碾?光編碼叫做信號(hào)。 信號(hào)可以是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。 模擬信號(hào)是指表示信息的信號(hào)及其振幅、頻率、相位等參數(shù)隨著信息連續(xù)變化，幅度必須是連續(xù)的，但在時(shí)間上可以是連續(xù)的或離散的。(PAM) 數(shù)字信號(hào)是指表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的比特序列的典型的矩形脈沖信號(hào)。(PCM) 3、信道：在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信道是傳送信號(hào)的通路。 信道本身可以是模擬的，也可以是數(shù)字方式的。 用以傳輸模擬信號(hào)的信道叫作模擬信道；

17、用以傳輸數(shù)字信號(hào)的信道叫作數(shù)字信道。,一、數(shù)據(jù)通信的主要基本概念,45,4、信道帶寬：信道上傳輸?shù)氖请姶挪ㄐ盘?hào)，某個(gè)信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就是該信道的帶寬。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道傳輸?shù)氖请姶挪?包括無線電、微波、光波等)，帶寬就是它所能傳輸電磁波的最大有效頻率與最小有效頻率之差。 5、信道容量：信道的傳輸能力是有一定限制的，某個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的速率有一個(gè)上限，叫作信道的最大傳輸速率，即信道容量。 信道的最大傳輸速率是與信道帶寬有直接聯(lián)系的。,一、數(shù)據(jù)通信的主要基本概念,46,6基帶傳輸與頻帶傳輸 基帶和頻帶的概念最早是在電話界出現(xiàn)的，在電話界，人們將4KHz帶寬以內(nèi)的信道叫做基帶信道，而

18、將任何高于4K帶寬的信道叫做寬帶信道。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用如下概念： 基帶傳輸(Baseband) 人們將數(shù)據(jù)信道直接傳輸數(shù)字信號(hào)的傳輸方式叫做基帶傳輸。 基帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)： 在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)波形的情況下直接傳輸數(shù)字信號(hào)，具有速率 高和誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中被廣泛采用。 頻帶傳輸(Broadband) 利用模擬信道傳輸信號(hào)的傳輸方式叫做頻帶傳輸或?qū)拵鬏敗?頻帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)： 可以利于現(xiàn)有的大量模擬信道(如模擬電話交換網(wǎng))通信。價(jià)格便宜，容易實(shí)現(xiàn)。 家庭用戶撥號(hào)上網(wǎng)就屬于這一類通信。 它的缺點(diǎn)是速率低，誤碼率高。,一、數(shù)據(jù)通信的主要基本概念,47,帶寬 ：信道能夠傳送電磁波的有效

19、頻率范圍就是該信道的帶寬。 有時(shí)，也把信號(hào)所占據(jù)的頻率范圍叫做信號(hào)的帶寬。 信號(hào)傳播速度：信號(hào)在信道上每秒鐘傳送的距離，單位是米/秒。 信號(hào)傳播速度接近光在真空中的速度，基本上是20萬公里/秒。 數(shù)據(jù)傳輸速率：每秒鐘傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼的二進(jìn)制比特?cái)?shù)，單位為比特/秒 or b/s(bps)，（or Kb/s、Mb/s、Gb/s與Tb/s） 如：在100Mbps傳輸速率的情況每比特傳輸時(shí)間為10ns； 在10Mbps傳輸速率的情況下，每比特傳輸時(shí)間為100ns。 最大傳輸速率： 每個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的速率有一個(gè)上限，叫做信道的最大傳輸速率。( = ? ) 波特率(碼元速率)： 信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)（或者

20、單位時(shí)間內(nèi)所傳輸?shù)牟ㄐ蝹€(gè)數(shù)）叫做波特率(Baud)。一般稱為調(diào)制速率。Dbaud = 1/T 6. 吞吐量：信道在單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)男畔⒘?。單位一般為比?秒(bps)。 例如，某信道在10分鐘內(nèi)成功傳輸了8.4M比特的數(shù)據(jù)， 那么它的吞吐量就是8.4M比特/600秒=14Kbps。,二、數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo),48,7. 利用率：是吞吐量和最大數(shù)據(jù)傳輸速率之比。 8. 延遲：指從發(fā)送者發(fā)送第一位數(shù)據(jù)開始，到接收者成功的收到最后一位數(shù)據(jù)為止，所經(jīng)歷的時(shí)間。 9. 抖動(dòng)(Jitter):延遲不是固定不變的，它的實(shí)時(shí)變化叫做抖動(dòng)。 抖動(dòng)往往與機(jī)器處理能力、信道擁擠程度等有關(guān)。延遲敏感，如電話；抖

21、動(dòng)敏感，如實(shí)時(shí)圖像傳輸。 10. 差錯(cuò)率(包括比特差錯(cuò)率、碼元差錯(cuò)率、分組差錯(cuò)率)： 在計(jì)算機(jī)通信中最常用的是比特差錯(cuò)率和分組差錯(cuò)率。比特差錯(cuò)率是二進(jìn)制比特錯(cuò)傳的位數(shù)與傳輸總位數(shù)之比。碼元差錯(cuò)率(對(duì)應(yīng)于波特率)指碼元被誤傳的概率。分組差錯(cuò)率是指數(shù)據(jù)分組被誤傳的概率。 我們通過一個(gè)對(duì)線路的描述來說明上述概念：有一條帶寬3000Hz的信道，最大傳輸速率可以達(dá)到30Kbps，實(shí)際使用的數(shù)據(jù)傳輸速率為28.8Kbps，傳輸信號(hào)的波特率為2400bps，它的吞吐量為14Kbps，所以利用率約等于50%，延遲約為100ms，由于環(huán)境穩(wěn)定，所以抖動(dòng)很小，忽略不計(jì)。,二、數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo),49,傳輸前的

22、信號(hào) 比特率：2 Kbps,以不同帶寬傳輸后的信號(hào),帶寬: 500Hz,帶寬: 2.5 KHz,帶寬: 4 KHz,帶寬被限制會(huì)引起信號(hào)失真 (越寬越好) 傳輸媒體的帶寬越高成本也越高 傳輸媒體的選擇取決于投資成本和被傳信號(hào)的質(zhì)量,3.4.2 通信信道帶寬對(duì)基帶傳輸?shù)挠绊?50,信道速率的極限值,奈奎斯特準(zhǔn)則：在有限帶寬、無噪聲的信道上， （Nyquist） 二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 Rmax與通信信道帶寬B（B=f，單位Hz） 的關(guān)系為Rmax=2f（b/s）。 離散無噪聲的數(shù)字信道信道容量 = 2Blog2 M 香農(nóng)定理： 在有隨機(jī)熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)， （Shannon）

23、數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與信道帶寬B，信噪比S/N 的關(guān)系為Rmax = Blog2（1+S/N） S/N為信噪比。 實(shí)際帶噪聲的模擬信道容量 = Blog2 (1+S/N),3.4.3 數(shù)據(jù)傳輸速率的定義與信道速率的極限,51,3.5 頻帶傳輸技術(shù)3.5.1 電話交換網(wǎng)的結(jié)構(gòu),分級(jí)交換層次結(jié)構(gòu)（5級(jí)制）端局+匯接局最高的匯接局之間全連接,52,3.5.2 頻帶傳輸?shù)亩x,利用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的方法稱為頻帶傳輸； 調(diào)制解調(diào)器（modem）是頻帶傳輸中最典型的通信設(shè)備； 調(diào)制解調(diào)器的作用是： 發(fā)送端將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成能在電話線上傳輸?shù)哪M信號(hào) 接收端將從電話線路上接收到的模擬信號(hào)還原成數(shù)

24、字信號(hào),53,3.5.3 調(diào)制解調(diào)器的基本工作原理,Modem 分類 按照功能分為： 普通Modem，用于有線電視的Cable Modem 按照外形分為： 外接式，插卡式(IDE、PCI)，PCMCIA，無線 按照通信線路分為：撥號(hào)(異步)，專線(同步) 按照調(diào)制方式分為：調(diào)頻，調(diào)相，調(diào)幅，混合調(diào)制,54,3.5.3 調(diào)制解調(diào)器的基本工作原理,55,modem實(shí)現(xiàn)全雙工通信的工作原理,56,3.6 多路復(fù)用技術(shù),多路復(fù)用的基本概念,多路復(fù)用：在一條物理線路上建立多條通信信道,57,為了提高信道利用率，使多路信號(hào)沿同一物理線路傳輸而互不干擾的技術(shù)。,MUX,DEMUX,1 link, n cha

25、nnels,n inputs,n outputs, 多路復(fù)用(multiplexing),為什么多路復(fù)用,數(shù)據(jù)速率越高傳輸設(shè)施的成本有效就越高。 大多數(shù)個(gè)人數(shù)據(jù)通信設(shè)備要求相對(duì)低的數(shù)據(jù)率。,多路復(fù)用的基本概念,58,信號(hào)之間的差別。 頻率上的不同、信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間上的不同或信號(hào)碼型結(jié)構(gòu)上的不同。, 實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的關(guān)鍵,把多路信號(hào)匯合到一條信道上之后，在接收端必須能正確地分割出各種信號(hào)。, 分割信號(hào)的依據(jù), 多路復(fù)用技術(shù)分類,頻分多路復(fù)用(FDM) 以信道頻帶分割 波分多路復(fù)用(WDM) 以信道頻帶分割（光波） 時(shí)分多路復(fù)用(同步TDM) 以信道傳輸時(shí)間分割 同步時(shí)分多路復(fù)用(Synchronous

26、 TDM，STDM) 統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用TDM(asynchronous TDM， 異步TDM或智能TDM),3.6.1多路復(fù)用技術(shù)的分類,59,頻分復(fù)用FDM,60,波分復(fù)用：FDM的變形,F2,F1,F3,光譜,F1,F2,F3,共享光纖的光譜,光纖2,光纖3,光纖1,共享光纖,采用無源設(shè)備，更可靠,棱柱/衍射光柵,61,時(shí)分復(fù)用,62,3.6.2 頻分多路復(fù)用,在一條通信線路設(shè)計(jì)多路通信信道; 每路信道的信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制; 各個(gè)載波頻率是不重疊的,那么一條通信線路就可以同時(shí)獨(dú)立地傳輸多路信號(hào)。,63,每個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)被調(diào)制到具有不同頻率的載波上，所有的信號(hào)在一個(gè)物理線路上同時(shí)傳送。

27、,channel 1,channel 4,channel 3,channel 2,Time,Frequency,頻分多路復(fù)用,(FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing),寬帶模擬傳輸技術(shù),64,Subcarrier fsc1,FDM一般描述,Subcarrier fsc2,Subcarrier fscN,Transmiter fc,m1(t),m2(t),mN(t),s(t)=FDM,mc(t),ssc1(t),ssc2(t),sscN(t),(a) 發(fā)送器,65,|Mc(f)|,fsc1,fsc2,fscN,BscN,Bsc2,Bsc1,B,f,0,(b) 組

28、成信號(hào)的頻譜,FDM一般描述,66,Receiver,Bandpass filter,fsc1,Bandpass filter,fsc2,Bandpass filter,fscN,Demodulator, fsc1,Demodulator, fsc2,Demodulator, fscN,s(t),m1(t),m2(t),mN(t),(c) 接收器,FDM一般描述,67,使用FDM在一條物理線路上同時(shí)傳送三路語音信號(hào),|Mi(f)|,f(Hz),0,300,3400 4000,64,60,68,f(kHz),f(kHz),Upper sideband,Lower sideband,60,64,6

29、8,72,Lower sideband,Ssc1(t),Lower sideband,Ssc3(t),(a)Mi(f)的頻譜,(b)fsc1=64kHz的頻譜,(c)使用子載波64,68,72 的合成信號(hào)頻譜,68,12 48kHz 60-108kHz 基群 基群 60 240kHz 312-552kHz 超群 超群 (5*12) (5*48) 300 1.232MHz 812-2044kHz 主群 (5*60) (5*240+4*8) 600 2.52MHz 564-3084kHz 主群,北美及國際FDM載波標(biāo)準(zhǔn),語音 信道數(shù) 帶寬 頻譜 AT 在一根光纖上復(fù)用80路或更多路的光載波信號(hào)稱為

30、密集波分復(fù)用DWDM (同一波段中信道間隔小于1.6nm的波分多路復(fù)用，Dence Wavelength Division Multiplexing) 目前一根單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到20Gb/s 。 星型結(jié)構(gòu)的交換式FDM可支持幾百條光纖信道的復(fù)用。,F2,F1,F3,光譜,F1,F2,F3,共享光纖的光譜,光纖2,光纖3,光纖1,共享光纖,棱柱/衍射光柵,71,3.6.3 波分多路復(fù)用 光的頻分多路復(fù)用,利用衍射光柵實(shí)現(xiàn)多路不同頻率光波信號(hào)的合成與分解,衍射光柵完全無源 因而可靠性高,72,光纖到樓,73,3.6.4 時(shí)分多路復(fù)用,時(shí)分多路復(fù)用是將信道用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)

31、間片； 每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片； 在其占有的時(shí)間片內(nèi)，用戶使用通信信道的全部帶寬。,同步時(shí)分多路復(fù)用STDM 將時(shí)間片固定、平均分配 統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用ATDM 動(dòng)態(tài)分配時(shí)間片,74,75,(TDM, Time Division Multiplexing),channel 1,channel 4,channel 2,Time,Frequency,channel 1,channel 2,channel 3,以信道傳輸時(shí)間作為分割信號(hào)的依據(jù)。,基帶傳輸技術(shù), 同步時(shí)分多路復(fù)用,3.6.4 時(shí)分多路復(fù)用,76,同步TDM的一般描述,Buffer,Buffer,Buffer,Modem,Scan ope

32、ration,m2(t),m1(t),mN(t),mc(t),s(t),(a) 發(fā)送器,77,1,(b) TDM幀,Frame,時(shí)間片：空或滿,Buffer,Buffer,Buffer,mc(t),m1(t),m2(t),mN(t),Scan operation,(c) 接收器,2,3,N,1,Frame,2,3,N,同步TDM的一般描述,78, TDM的實(shí)質(zhì),m1(t),m2(t),mn(t),低通濾波,低通濾波,低通濾波,m1(t),m2(t),mn(t), n路時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵,收發(fā)端旋轉(zhuǎn)開關(guān)必須嚴(yán)格的同步，即同頻同相，才能保證正常的通信。,利用了采樣原理,總時(shí)間T劃分的時(shí)間片數(shù)N =

33、 復(fù)用器輸入端的低速線路數(shù),復(fù)用器輸出線路容量 復(fù)用器輸入線路容量,79,實(shí)例：Bell 貝爾系統(tǒng)的T1載波 PCM+TDM,24路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上； 每路音頻模擬信號(hào)在送到多路復(fù)用器之前，要通過一個(gè)PCM編碼器； 編碼器每秒取樣8000次； 24路PCM信號(hào)的每一路輪流將一個(gè)字節(jié)插入到幀中； 每個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度為8位，其中7位是數(shù)據(jù)位，1位用于信道控制； 每幀由248=192位組成，附加一位作為幀開始標(biāo)志位，所以每幀共有193位； 發(fā)送一幀需要125毫秒； T1載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.544Mb/s。 (? P89),80,PCM,PCM,PCM,PCM,PCM,PCM,MUX,DE

34、MUX,DS-1 frame,實(shí)例：Bell 貝爾系統(tǒng)的T1載波 PCM+TDM,channel #1,channel #2,. . . . . . .,channel #24,定幀位,193 bits,8 bit,125 ms,其中每個(gè)channel稱為 DS0,DS-1幀,24路,81,T 載體服務(wù),DSI,DSIC,DS2,DS3,DS4,DSIC,DS2,DS2,DS2,DS2,DS2,DS2,DS3,DS3,DS3,DS3,DS3,DSI,DS1: 1.544Mbps,DS1C: 3.152Mbps,DS2: 6.312Mbps,DS3: 44.736Mbps,DS4: 274.176Mbps,82,T1 (1.544Mbps) T2 (6.312Mbps) T3 (44.736Mbps) T4 (274.176Mbps),T 載體是高速租用線路，用于語音和數(shù)據(jù)傳輸。,利用多路復(fù)用技術(shù)，T 載體服務(wù)允許小容量載體(比如T1)的位流進(jìn)入容量更大的載體。,0,4,1