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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

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