第二章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理層

1、1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)computer networks主講：孔廣黔主講：孔廣黔E-mail: 2第二章 物理層3內(nèi)容提要內(nèi)容提要n物理層的基本概念物理層的基本概念n數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識n傳輸媒體傳輸媒體n信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)4物理層基本服務(wù)功能物理層基本服務(wù)功能n物理層設(shè)計時主要考慮的是如何在連接開放物理層設(shè)計時主要考慮的是如何在連接開放系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流；系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流；n計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以利用的物理傳輸介質(zhì)與傳輸計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以利用的物理傳輸介質(zhì)與傳輸設(shè)備存在著很大的差異，設(shè)計物理層的主要設(shè)備存在著很大的差異，設(shè)計物理層的主要目的是向數(shù)據(jù)鏈路層

2、屏蔽通信技術(shù)的差異性；目的是向數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽通信技術(shù)的差異性；n數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體通過與物理層的接口，將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體通過與物理層的接口，將數(shù)據(jù)傳送給物理層，通過物理層按比特流的順序，傳送給物理層，通過物理層按比特流的順序，將信號傳輸?shù)搅硪粋€數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體。將信號傳輸?shù)搅硪粋€數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體。 5物理層特性物理層特性物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：的一些特性，即： n機(jī)械特性機(jī)械特性 指明接口所用接線器的形狀和尺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。寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。n電氣特性電氣特性

3、 指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。的電壓的范圍。n功能特性功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。電壓表示何種意義。n過程特性過程特性 指明對于不同功能的各種可能事指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。件的出現(xiàn)順序。6內(nèi)容提要內(nèi)容提要n物理層的基本概念物理層的基本概念n數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識n傳輸媒體傳輸媒體n信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)n數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)7數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念 n通信的目的是交換信息，通信的目的是交換信息， 信息的載體可以是信息的載體可以是數(shù)字、文字、語音、

4、圖形或圖像，計算機(jī)產(chǎn)數(shù)字、文字、語音、圖形或圖像，計算機(jī)產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、語音、圖形或生的信息一般是字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像的組合；圖像的組合； n為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像用二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)來表語音、圖形或圖像用二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)來表示；示； n為了傳輸二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)，必須將它們用為了傳輸二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)，必須將它們用模擬或數(shù)字信號編碼的方式表示；模擬或數(shù)字信號編碼的方式表示；n數(shù)據(jù)通信是指在不同計算機(jī)之間傳送表示字?jǐn)?shù)據(jù)通信是指在不同計算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符號的二進(jìn)制代碼母、數(shù)字、符號的二進(jìn)制代碼0、1比

5、特序列比特序列的模擬或數(shù)字信號的過程。的模擬或數(shù)字信號的過程。 8信號的概念信號的概念 n數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(data)是運(yùn)送信息的實(shí)體。是運(yùn)送信息的實(shí)體。n信號信號(signal)是數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。是數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。n“模擬的模擬的”(analogous)代表消息的參數(shù)的取值代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。是連續(xù)的。 n“數(shù)字的數(shù)字的”(digital)代表消息的參數(shù)的取值是離代表消息的參數(shù)的取值是離散的。散的。 n碼元碼元(code)在使用時間域（或簡稱為時域）的在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形

6、。形。9模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號 模擬數(shù)據(jù)模擬信號放大器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號 PCM編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號 數(shù)字發(fā)送器10數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(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(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機(jī)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(jī)11單工、半雙工與全雙工通信單工、半雙工與全雙工通信 發(fā)送接收單向通道雙向通道雙向通道(a)(b)(c)發(fā)送接收發(fā)送接收接收發(fā)送接收發(fā)送單工通信只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。1

7、2單工、半雙工與全雙工通信單工、半雙工與全雙工通信發(fā)送接收單向通道雙向通道雙向通道(a)(b)(c)發(fā)送接收發(fā)送接收接收發(fā)送接收發(fā)送半雙工通信通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時接收)。13單工、半雙工與全雙工通信單工、半雙工與全雙工通信發(fā)送接收單向通道雙向通道雙向通道(a)(b)(c)發(fā)送接收發(fā)送接收接收發(fā)送接收發(fā)送全雙工通信通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。1）鏈路具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路，或）鏈路具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路，或2）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號傳輸傳輸14基帶基帶(baseband)信號信號n

8、基帶信號基帶信號（即基本頻帶信號）（即基本頻帶信號）來自信來自信源的信號。像計算機(jī)輸出的代表各種文字源的信號。像計算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號?；驁D像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號。n基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。為了解決這一問種低頻分量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對基帶信號進(jìn)行題，就必須對基帶信號進(jìn)行調(diào)制調(diào)制(modulation)。15幾種最基本的調(diào)制方法幾種最基本的調(diào)制方法 n最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：最基本的二

9、元制調(diào)制方法有以下幾種：n調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。 n調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。n調(diào)相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。 對基帶數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法對基帶數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法 010011100基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相17信道容量信道容量n信道：發(fā)送器和接收器之間用以傳輸信信道：發(fā)送器和接收器之間用以傳輸信號的媒介或途徑號的媒介或途徑n信道容量：給定通信路徑或信道上的數(shù)信道容量：給定通信路徑或信道上的數(shù)據(jù)傳送速率據(jù)傳送速率18信道的最高碼元傳輸速率信道的最高碼元傳輸速率 n任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳

10、輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。擾。 n碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木啻a元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真離越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。就越嚴(yán)重。 19數(shù)字信號通過實(shí)際的信道數(shù)字信號通過實(shí)際的信道 n失真不嚴(yán)重失真不嚴(yán)重n失真嚴(yán)重失真嚴(yán)重 實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號波形輸出信號波形(失真不嚴(yán)重)輸入信號波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號波形(失真嚴(yán)重)20奈氏奈氏(Nyquist)準(zhǔn)則準(zhǔn)則 n每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸

11、速率是每秒傳輸速率是每秒 2 個碼元。個碼元。nBaud 是是波特波特，是，是碼元碼元傳輸速率的單傳輸速率的單位，位，1 波特為每秒傳送波特為每秒傳送 1 個碼元。個碼元。 理想低通信道的最高碼元傳輸速率 = 2W Baud W 是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz) 不能通過能通過0頻率(Hz)W (Hz) 21奈氏奈氏(Nyquist)準(zhǔn)則準(zhǔn)則n實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出上限數(shù)值。要明顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出上限數(shù)值。n波特波特(Baud)和比特和比特(bit)是兩個不同的是兩個不同的概念。概念。 n波特波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?/p>

12、（每秒傳多是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€碼元）。碼元傳輸速率也稱為少個碼元）。碼元傳輸速率也稱為調(diào)制調(diào)制速率速率、波形速率或符號速率波形速率或符號速率。n比特比特是信息量的單位是信息量的單位(bps，b/s) 。 22波特率與比特率的關(guān)系波特率與比特率的關(guān)系 1 Baud = （log2M） bps其中，其中，M表示離散性信號或電平的個數(shù)；表示離散性信號或電平的個數(shù)；一個信號往往可以攜帶多個二進(jìn)制位，所一個信號往往可以攜帶多個二進(jìn)制位，所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。換句話說，一個碼元中可以大于波特率。換句話說，一個碼元中可以傳送多個比

13、特（傳送多個比特（bit）23信道的極限信息傳輸速率信道的極限信息傳輸速率 n香農(nóng)香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限極限、無差錯的無差錯的信息傳輸速率。信息傳輸速率。n信道的極限信息傳輸速率信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為可表達(dá)為n C = W log2(1+S/N) b/s nW 為信道的帶寬（以為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；為單位）；nS 為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；nN 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。 n信噪比信噪比(dB)=1

14、0 log10(S/N) (dB) 24香農(nóng)公式表明香農(nóng)公式表明 n信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息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。的極限傳輸速率就越高。 n只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸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)無差速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯的傳輸。錯的傳輸。 n若信道帶寬若信道帶寬 W 或信噪比或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率信息傳輸速率 C 也就沒有上限。也就沒有上限。n實(shí)際信道上能夠達(dá)

15、到的信息傳輸速率要比香實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。農(nóng)的極限傳輸速率低不少。 25例例n假設(shè)一個音頻電話線路支持的頻率范圍假設(shè)一個音頻電話線路支持的頻率范圍為為300Hz到到3400Hz，其信噪比是，其信噪比是25dB，試求這個線路傳輸速率的上限試求這個線路傳輸速率的上限解：由題可知，這條線路的帶寬為：解：由題可知，這條線路的帶寬為：W=3400-300=3100 (Hz)W=3400-300=3100 (Hz)又因?yàn)樾旁氡葹橛忠驗(yàn)樾旁氡葹?5dB25dB，故由公式：，故由公式：(S/N)(S/N)dbdb=10log=10log1010(S/N) (S/N)

16、可得可得 S/N=10S/N=102.52.5=316=316由香農(nóng)公式可得：由香農(nóng)公式可得：C=3100logC=3100log2 2(1+316)=25761 (b/s)(1+316)=25761 (b/s)26內(nèi)容提要內(nèi)容提要n物理層的基本概念物理層的基本概念n數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識n傳輸媒體傳輸媒體n信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)n數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)27物理層下面的傳輸媒體物理層下面的傳輸媒體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)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段1

17、04 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動無線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜28傳輸媒體（傳輸介質(zhì)）傳輸媒體（傳輸介質(zhì)）n傳輸介質(zhì)可以分為有線和無線傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)可以分為有線和無線傳輸介質(zhì)n在有線介質(zhì)中，電磁波沿著物理通路在有線介質(zhì)中，電磁波沿著物理通路呈導(dǎo)向性傳呈導(dǎo)向性傳播播n無線介質(zhì)可以傳播電磁波，但無線介質(zhì)可以傳播電磁波，但并不為它們導(dǎo)向并不為它們導(dǎo)向n有線介質(zhì)有：雙

18、絞線、同軸電纜、光纖有線介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖等等n無線介質(zhì)一般指自由空間（大氣、真空）無線介質(zhì)一般指自由空間（大氣、真空）29雙絞線雙絞線n非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線 (UTP)n屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線 (STP)30非屏蔽雙絞線（非屏蔽雙絞線（UTP）n由由4對雙絞線和一層塑料護(hù)套構(gòu)成對雙絞線和一層塑料護(hù)套構(gòu)成n完全依靠雙絞線對產(chǎn)生的消除效果來限制由完全依靠雙絞線對產(chǎn)生的消除效果來限制由電磁干擾和無線電頻率干擾而引起的信號退電磁干擾和無線電頻率干擾而引起的信號退化化n非屏蔽雙絞線必須遵守關(guān)于每英尺允許有多非屏蔽雙絞線必須遵守關(guān)于每英尺允許有多少次的絞合或交織的規(guī)定少次的絞合或交織的規(guī)定

19、nEIA為非屏蔽雙絞線定義了六種不同的質(zhì)量類為非屏蔽雙絞線定義了六種不同的質(zhì)量類別，常用的有別，常用的有3類、類、4類和類和5類類n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、容易安裝且比其它類型的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)、容易安裝且比其它類型的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)便宜；便宜；2、尺寸較小，節(jié)省空間；、尺寸較小，節(jié)省空間；n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1、易受電磁信號干擾；、易受電磁信號干擾；2、傳輸距離、傳輸距離短短3132屏蔽雙絞線（屏蔽雙絞線（STP）n屏蔽雙絞線結(jié)合了屏蔽技術(shù)和消除技術(shù)屏蔽雙絞線結(jié)合了屏蔽技術(shù)和消除技術(shù)n4對線纜全由金屬薄片包圍著對線纜全由金屬薄片包圍著n優(yōu)點(diǎn)：屏蔽雙絞線能對所有類型的外界優(yōu)點(diǎn)：屏蔽雙絞線能對所有類型的外界干擾更有效地進(jìn)行阻

20、止干擾更有效地進(jìn)行阻止n缺點(diǎn)：在安裝費(fèi)用和難度方面，它比非缺點(diǎn)：在安裝費(fèi)用和難度方面，它比非屏蔽雙絞線要昂貴和更困難屏蔽雙絞線要昂貴和更困難3334RJ45連接器連接器RJ-45 連接器連接器188Pair 4 R41234567線對線對T 是是 火線火線R 是是 零線零線Pair 2 T2Pair 2 R2Pair 3 T3Pair 1 R1Pair 1 T1Pair 3 R3Pair 4 T4管腳管腳35直通電纜直通電纜電纜兩端線序相同電纜兩端線序相同管腳標(biāo)識管腳標(biāo)識1RD+2RD-3TD+4NC5NC6TD-7NC8NC10BaseT/100BaseT 直接連接直接連接管腳標(biāo)識管腳標(biāo)識1

21、TD+2TD-3RD+4NC5NC6RD-7NC8NC服務(wù)器服務(wù)器/路由器路由器18直通電纜直通電纜8集線器集線器/交換機(jī)交換機(jī)136交叉電纜交叉電纜電纜兩端部分線交叉電纜兩端部分線交叉10BaseT/100BaseT 交叉連接交叉連接管腳標(biāo)識管腳標(biāo)識1RD+2RD-3TD+4NC5NC6TD-7NC8NC管腳標(biāo)識管腳標(biāo)識1RD+2RD-3TD+4NC5NC6TD-7NC8NC交叉電纜交叉電纜集線器集線器/交換機(jī)交換機(jī)集線器集線器/交換機(jī)交換機(jī)181837用交叉電纜連接兩臺計算機(jī)用交叉電纜連接兩臺計算機(jī)1 1、制作網(wǎng)線、制作網(wǎng)線一端的一端的RJ45RJ45頭頭1 1、3 3線交換，線交換，2

22、2、6 6線交換，另一端不變線交換，另一端不變制作工具：剝線鉗、壓線鉗制作工具：剝線鉗、壓線鉗2 2、設(shè)置、設(shè)置TCP/IPTCP/IP每臺計算機(jī)的每臺計算機(jī)的IPIP地址都不能相同，如第一臺計算機(jī)為地址都不能相同，如第一臺計算機(jī)為192.168.215.1192.168.215.1子網(wǎng)掩碼為子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0255.255.255.0。第二臺計算機(jī)的。第二臺計算機(jī)的IPIP地址為地址為192.168.215.2192.168.215.2，子網(wǎng)掩碼為，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0255.255.255.0。 3 3、對線路進(jìn)行通斷測試、對線路進(jìn)行通斷測試 硬件測試方法

23、：使用硬件測試方法：使用RJ-45RJ-45測線儀測線儀軟件測試方法：使用軟件測試方法：使用Ping Ping 命令命令 ，如，如Cping 192.168.215.2 Cping 192.168.215.2 38用直通電纜連接計算機(jī)和用直通電纜連接計算機(jī)和Hub使用直通電纜，電纜兩端使用直通電纜，電纜兩端RJ45RJ45頭線序一致頭線序一致其它設(shè)置方法與前面相同其它設(shè)置方法與前面相同集線器（集線器（hub）39同軸電纜同軸電纜n結(jié)構(gòu)：內(nèi)導(dǎo)體、絕緣材料、外導(dǎo)體（屏蔽層）、保護(hù)套結(jié)構(gòu)：內(nèi)導(dǎo)體、絕緣材料、外導(dǎo)體（屏蔽層）、保護(hù)套n基帶同軸電纜基帶同軸電纜(50 )、寬帶同軸電纜、寬帶同軸電纜(75

24、 )n粗纜粗纜n連接距離長，可靠性高但安裝難度大，造價高連接距離長，可靠性高但安裝難度大，造價高n細(xì)纜細(xì)纜n安裝較簡單，造價也低，但需切斷電纜安裝網(wǎng)絡(luò)連接頭安裝較簡單，造價也低，但需切斷電纜安裝網(wǎng)絡(luò)連接頭BNC，當(dāng)接頭多時容易產(chǎn)生接觸不良的現(xiàn)象當(dāng)接頭多時容易產(chǎn)生接觸不良的現(xiàn)象外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體40 T型連接頭型連接頭 BNC連接器連接器 終端匹配電阻終端匹配電阻 41光纖光纖n光纖（光纖（optical fiber）即光導(dǎo)纖維。利用光導(dǎo)纖維作為）即光導(dǎo)纖維。利用光導(dǎo)纖維作為光的傳輸介質(zhì)，以光波為信號載體的光纖通信。光的傳輸介質(zhì)，以光波為信號載體的光纖通信。n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n抗電

25、磁干擾能力強(qiáng)抗電磁干擾能力強(qiáng)n低損耗低損耗n高傳輸速率高傳輸速率n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n費(fèi)用高費(fèi)用高n不易安裝和維護(hù)不易安裝和維護(hù)n質(zhì)地脆易斷裂，機(jī)械性能差質(zhì)地脆易斷裂，機(jī)械性能差42光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)n纖芯：具有高折射率的純玻璃纖芯：具有高折射率的純玻璃n包層：具有較低折射率的玻璃或塑料制包層：具有較低折射率的玻璃或塑料制成成n護(hù)套：塑料制成的保護(hù)套護(hù)套：塑料制成的保護(hù)套43光線在光纖中的折射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44光纖的工作原理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?/p>

26、全反射45光纖模式類型光纖模式類型n多模光纖多模光纖n不同的光線以不同的反射角傳播，可以認(rèn)為每一不同的光線以不同的反射角傳播，可以認(rèn)為每一束光線有一個不同的模式束光線有一個不同的模式n特點(diǎn)：存在色散現(xiàn)象，適于中短距離中小容量的特點(diǎn)：存在色散現(xiàn)象，適于中短距離中小容量的通信通信n單模光纖單模光纖n光纖的直徑被減小到一個光波波長大小，光在其光纖的直徑被減小到一個光波波長大小，光在其中沒有反射，而是沿直線傳播中沒有反射，而是沿直線傳播n特點(diǎn)：傳輸距離遠(yuǎn)；衰減小；傳輸速率高；但價特點(diǎn)：傳輸距離遠(yuǎn)；衰減?。粋鬏斔俾矢?；但價格昂貴；適于大容量遠(yuǎn)距離通信格昂貴；適于大容量遠(yuǎn)距離通信46輸入脈沖輸出脈沖單模光

27、纖多模光纖與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47光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)n光源：光源：nLED(發(fā)光二極管發(fā)光二極管)nILD(注入式激光二極管注入式激光二極管)n光檢測器：光檢測器：n光電二極管光電二極管(PIN)n雪崩光電二極管雪崩光電二極管(APD)48LED與與ILD比較比較LEDILD數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率低低高高模式模式多模多模多?；騿文６嗄；騿文鬏斁嚯x傳輸距離短短長長使用壽命使用壽命長長短短工作溫度范圍工作溫度范圍 較寬較寬較窄較窄造價造價低低高高49內(nèi)容提要內(nèi)容提要n物理層的基本概念物理層的基本概念n數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識n傳輸媒體傳輸媒體n信道復(fù)用

28、技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)n數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)50信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)n由于一條傳輸線路的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳輸一個由于一條傳輸線路的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳輸一個用戶信號所需的能力，為了提高線路利用率，用戶信號所需的能力，為了提高線路利用率，經(jīng)常讓多個信號同時共用一條物理線路。經(jīng)常讓多個信號同時共用一條物理線路。n在同一介質(zhì)上，同時傳輸多個有限帶寬信號在同一介質(zhì)上，同時傳輸多個有限帶寬信號的方法，被稱為多路復(fù)用的方法，被稱為多路復(fù)用多路復(fù)用器多路譯碼器N個信源N個輸出1條線路多個信道多路復(fù)用原理多路復(fù)用原理51信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)n常用的幾種方法：常用的幾種方法：n頻分復(fù)用頻分復(fù)用 FDM（Freque

29、ncy Division Multiplexing）n波分復(fù)用波分復(fù)用 WDM（Wavelength Division Multiplexing）n時分復(fù)用時分復(fù)用 TDM（Time Division Multiplexing）n碼分復(fù)用碼分復(fù)用 CDM （Code Division Multiplexing）52頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDM）n頻帶被劃分為若干個邏輯信道頻帶被劃分為若干個邏輯信道n每個信號被調(diào)制到不同的載波頻率每個信號被調(diào)制到不同的載波頻率n載波頻率之間有間隙，保證信號不會重載波頻率之間有間隙，保證信號不會重疊疊53頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDM）92通道通道1 1

30、通道通道2 2通道通道3 3808484888892808488調(diào)頻前調(diào)頻前調(diào)頻后調(diào)頻后多路復(fù)用以后多路復(fù)用以后頻率頻率(Hz)頻率頻率(kHz)頻率頻率Hz300340054波分多路復(fù)用（波分多路復(fù)用（WDM）n在光纖信道上使用的頻分多路復(fù)用的一個變種在光纖信道上使用的頻分多路復(fù)用的一個變種n由于受到目前電由于受到目前電/光和光光和光/電轉(zhuǎn)換的速度的限制，對于帶電轉(zhuǎn)換的速度的限制，對于帶寬可達(dá)寬可達(dá)25000GHz 的光纖來說，目前一般可以利用的的光纖來說，目前一般可以利用的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)10Gbps。如采用波分多路復(fù)用技術(shù)，。如采用波分多路復(fù)用技術(shù)，在一根光纖上發(fā)送在一根光纖

31、上發(fā)送8個波長的光波，假設(shè)每個波長可以個波長的光波，假設(shè)每個波長可以支持支持10Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，則一根光纖所能支持的最的數(shù)據(jù)傳輸率，則一根光纖所能支持的最大數(shù)據(jù)傳輸率將達(dá)到大數(shù)據(jù)傳輸率將達(dá)到80Gbps波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用光纖光纖1 光譜光譜光纖光纖2 光譜光譜共享光纖上的光譜共享光纖上的光譜能量能量能量能量能量能量 55 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1

32、555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 波分多路復(fù)用（波分多路復(fù)用（WDM） 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 kmn波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。 8 2.5 Gb/s1310 nm56時分復(fù)用時分復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing) n時分復(fù)用時分復(fù)用則是將時間劃分為一段段等長的則是將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)時分復(fù)用幀用幀（TDM 幀）。每一個時分復(fù)用的用戶在每幀）。每一個時分復(fù)用的用戶在每一個一個 TDM 幀中占用固定序號的時隙。幀中占用固定序號的時隙。n每一個用戶所占用的時隙是每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)周期性地出現(xiàn)（其周（其周期就是期就是 TDM 幀的長度）。幀的長度）。nTDM 信號也稱為信號也