計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第三章

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層1本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求：掌握：物理層與物理層協(xié)議的基本概念掌握：物理層與物理層協(xié)議的基本概念掌握掌握：數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念了解：傳輸介質(zhì)類(lèi)型及主要特性了解：傳輸介質(zhì)類(lèi)型及主要特性了解：了解：無(wú)線與衛(wèi)星通信技術(shù)的基本概念無(wú)線與衛(wèi)星通信技術(shù)的基本概念掌握：數(shù)據(jù)編碼的類(lèi)型和基本方法掌握：數(shù)據(jù)編碼的類(lèi)型和基本方法掌握：基帶傳輸?shù)幕靖拍钫莆眨夯鶐鬏數(shù)幕靖拍罾斫猓侯l帶傳輸?shù)幕靖拍罾斫猓侯l帶傳輸?shù)幕靖拍钫莆眨憾嗦窂?fù)用的分類(lèi)與特點(diǎn)掌握：多路復(fù)用的分類(lèi)與特點(diǎn)理解：同步數(shù)字體系理解：同步數(shù)字體系SDHSDH的基本概念的基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

2、第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層23.1 物理層與物理層協(xié)議的基本概念 3.1.1 3.1.1 物理層的基本概念物理層的基本概念 通信子網(wǎng)分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路的通信子網(wǎng)與廣通信子網(wǎng)分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路的通信子網(wǎng)與廣播信道的通信子網(wǎng)播信道的通信子網(wǎng); ;廣域網(wǎng)主要采用點(diǎn)到點(diǎn)通信線路，局域網(wǎng)與城廣域網(wǎng)主要采用點(diǎn)到點(diǎn)通信線路，局域網(wǎng)與城域網(wǎng)一般采用廣播信道域網(wǎng)一般采用廣播信道; ;由于技術(shù)上存在較大的差異，因此在物理層和由于技術(shù)上存在較大的差異，因此在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議上出現(xiàn)了兩個(gè)分支，一類(lèi)是基數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議上出現(xiàn)了兩個(gè)分支，一類(lèi)是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路，另一類(lèi)是基于廣播信道。于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路，另

3、一類(lèi)是基于廣播信道。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層33.1.2 物理層基本服務(wù)功能物理層設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的是如何在連接開(kāi)放系物理層設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的是如何在連接開(kāi)放系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流比特流；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以利用的物理傳輸介質(zhì)與傳輸設(shè)計(jì)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(jì)物理層的主要目的備存在著很大的差異，設(shè)計(jì)物理層的主要目的是向數(shù)據(jù)鏈路層是向數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽通信技術(shù)的差異性屏蔽通信技術(shù)的差異性；數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體通過(guò)與物理層的接口，將數(shù)據(jù)傳數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體通過(guò)與物理層的接口，將數(shù)據(jù)傳送給物理層，通過(guò)物理層按比特流的順序，將

4、送給物理層，通過(guò)物理層按比特流的順序，將信號(hào)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體。信號(hào)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層43.1.3 物理層向數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù) 物理連接的建立、維護(hù)與釋放物理連接的建立、維護(hù)與釋放 ；物理連接分為點(diǎn)物理連接分為點(diǎn)- -點(diǎn)連接與多點(diǎn)連接點(diǎn)連接與多點(diǎn)連接 ；數(shù)據(jù)傳輸分為數(shù)據(jù)傳輸分為全雙工、半雙工與單工方式全雙工、半雙工與單工方式 ；數(shù)據(jù)傳輸分為數(shù)據(jù)傳輸分為串行傳輸方式與并行傳輸方式串行傳輸方式與并行傳輸方式 ；串行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是串行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是位位(bit)(bit)； 并行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是

5、并行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是N N位，位，N N為并行連接的物理通道數(shù)。為并行連接的物理通道數(shù)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層53.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念 3.2.1 3.2.1 信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)1. 1. 信息的基本概念信息的基本概念通信的目的是交換信息，通信的目的是交換信息， 信息的信息的載體載體可以是數(shù)字、文可以是數(shù)字、文字、語(yǔ)音、圖形或圖像，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息一般是字字、語(yǔ)音、圖形或圖像，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、語(yǔ)音、圖形或圖像的組合；母、數(shù)字、語(yǔ)音、圖形或圖像的組合； 為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語(yǔ)音、圖為了傳送這些信息，首先

6、要將字母、數(shù)字、語(yǔ)音、圖形或圖像用形或圖像用二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)來(lái)表示；的數(shù)據(jù)來(lái)表示； 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)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(hào)字信號(hào)編碼編碼的方式表示；的方式表示；數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符號(hào)的二進(jìn)制代碼符號(hào)的二進(jìn)制代碼0 0、1 1比特序列的模擬或數(shù)字信號(hào)的比特序列的模擬或數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。過(guò)程。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層6信息編碼標(biāo)準(zhǔn)目前保留下來(lái)的目前保留下來(lái)的3 3種主要編碼：種主要編碼：CCITTCCITT的國(guó)際的國(guó)際5 5單位

7、字符編碼；單位字符編碼；擴(kuò)充的二擴(kuò)充的二十進(jìn)制交換碼（十進(jìn)制交換碼（EBCDICEBCDIC碼）；碼）；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（ASCIIASCII碼）。碼）。ASCII ASCII 碼被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織碼被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOISO接受，成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接受，成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 646ISO 646，又稱為國(guó)際又稱為國(guó)際5 5號(hào)碼；號(hào)碼；它用于計(jì)算機(jī)內(nèi)碼，也用做數(shù)據(jù)通信中的編碼標(biāo)準(zhǔn)；它用于計(jì)算機(jī)內(nèi)碼，也用做數(shù)據(jù)通信中的編碼標(biāo)準(zhǔn)；ASCIIASCII碼采用碼采用7 7位二進(jìn)制比特編碼位二進(jìn)制比特編碼，可以表示，可以表示128128個(gè)字符；個(gè)字符；字符分為圖形字符與控制字符兩類(lèi)。圖形字

8、符包括數(shù)字符分為圖形字符與控制字符兩類(lèi)。圖形字符包括數(shù)字、字母、運(yùn)算符號(hào)、商用符號(hào)等。控制字符用于數(shù)字、字母、運(yùn)算符號(hào)、商用符號(hào)等?？刂谱址糜跀?shù)據(jù)通信收發(fā)雙方動(dòng)作的協(xié)調(diào)與信息格式的表示。據(jù)通信收發(fā)雙方動(dòng)作的協(xié)調(diào)與信息格式的表示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層7多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用利用數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)多媒體信息的傳輸是通信技利用數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)多媒體信息的傳輸是通信技術(shù)研究的重要內(nèi)容之一；術(shù)研究的重要內(nèi)容之一；與文本、圖形信息傳輸相比較，語(yǔ)音、圖像信息傳輸與文本、圖形信息傳輸相比較，語(yǔ)音、圖像信息傳輸要求數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有高速率與低延時(shí)的特性；要求數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有高速率與低延時(shí)的

9、特性；多媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，將對(duì)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提出多媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，將對(duì)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提出更高的要求。更高的要求。多媒體數(shù)據(jù)的壓縮編碼與解碼：多媒體數(shù)據(jù)的壓縮編碼與解碼：JPEGJPEG：靜態(tài)圖像；：靜態(tài)圖像；MPEGMPEG：運(yùn)動(dòng)圖像；：運(yùn)動(dòng)圖像；H.26XH.26X：視頻。：視頻。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層8數(shù)據(jù)與信息的主要區(qū)別數(shù)據(jù)與信息的主要區(qū)別數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是用二進(jìn)制比特序列表示的文本、數(shù)字、語(yǔ)是用二進(jìn)制比特序列表示的文本、數(shù)字、語(yǔ)音、圖形、圖像與視頻，它是傳遞信息的載體；音、圖形、圖像與視頻，它是傳遞信息的載體；信息信息是對(duì)數(shù)據(jù)的二進(jìn)制比特序列所表示意義的解是

10、對(duì)數(shù)據(jù)的二進(jìn)制比特序列所表示意義的解釋。釋。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所關(guān)心的是信息用什么樣的編碼體制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所關(guān)心的是信息用什么樣的編碼體制表示出來(lái)；表示出來(lái)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信所研究的是如何將表示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信所研究的是如何將表示各類(lèi)信息的二進(jìn)制比特序列通過(guò)傳輸介質(zhì)，在不各類(lèi)信息的二進(jìn)制比特序列通過(guò)傳輸介質(zhì)，在不同的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行正確傳送。同的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行正確傳送。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3章章 物理層物理層92. 信號(hào)的概念 信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中電信號(hào)的表示形式；是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中電信號(hào)的表示形式；模擬信號(hào)模擬信號(hào)（analog signalanalog signal）的信號(hào)電平是

11、連續(xù)的信號(hào)電平是連續(xù)變化的；變化的；數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)（digital signaldigital signal）是用兩種不同的是用兩種不同的電平表示電平表示0 0、1 1比特序列的電壓脈沖信號(hào)；比特序列的電壓脈沖信號(hào)；按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)類(lèi)型，通信系統(tǒng)按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)類(lèi)型，通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層10模擬信號(hào)波型模擬信號(hào)波型數(shù)字信號(hào)波型數(shù)字信號(hào)波型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層110V(t)V(t)t t0V(t)V(t)t t3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型與通

12、信方式 網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通信的過(guò)程網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通信的過(guò)程 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層12網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要解決的幾個(gè)基本問(wèn)題：數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型：數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型：取決于通信信道所允許傳輸?shù)男盘?hào)類(lèi)型。取決于通信信道所允許傳輸?shù)男盘?hào)類(lèi)型。 模擬通信模擬通信 數(shù)字通信數(shù)字通信 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式 按照數(shù)據(jù)通信使用的信道數(shù)：按照數(shù)據(jù)通信使用的信道數(shù)：串行通信、并行通信串行通信、并行通信 按照信號(hào)傳送方向與時(shí)間的關(guān)系：按照信號(hào)傳送方向與時(shí)間的關(guān)系：?jiǎn)喂ねㄐ拧腚p工或單工通信、半雙工或全雙工通信全雙工通信同步方式：同步方式：同步是指要求通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致。同步是指

13、要求通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致。 同步通信：同步通信：將字符組織成組，以組為單位連續(xù)傳送。將字符組織成組，以組為單位連續(xù)傳送。 異步通信：異步通信：每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層13串行通信與并行通信 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層14發(fā)送端接收端串行通信信道(a)發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道(b)單工、半雙工與全雙工通信 計(jì)

14、算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層15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)送字符同步：同步通信與異步通信同步通信與異步通信計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層16SYNSYN.一個(gè)或多個(gè)SYN字符控制字符數(shù)據(jù)字符控制字符終止位(邏輯“0”)起始位(邏輯“1”)tb0b1b2b3b4b5b6字節(jié)5字節(jié)4字節(jié)3 字節(jié)2字節(jié)1b73.2.3 傳輸介質(zhì)的主要類(lèi)型雙絞線雙絞線同軸電纜同軸電纜光纖電纜光纖電纜無(wú)線與衛(wèi)星通信信道無(wú)線與衛(wèi)星通信信道計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層171. 1. 雙絞線的主要特性雙絞線的主要特性

15、 屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線 STPSTP 非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線UTPUTP計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層18銅線絕緣層外屏蔽層外部保護(hù)層（a）屏蔽雙絞線（a）屏蔽雙絞線銅線絕緣層外部保護(hù)層（b）非屏蔽雙絞線（b）非屏蔽雙絞線雙絞線是為了使雙絞線是為了使線對(duì)之間的電磁干線對(duì)之間的電磁干擾最小。擾最小。典型的以太局域典型的以太局域網(wǎng)中常用五類(lèi)非屏網(wǎng)中常用五類(lèi)非屏蔽雙絞線，帶寬為蔽雙絞線，帶寬為100MHz。網(wǎng)線制作T568B 1 2 3 4 5 6 7 8白桔 桔 白綠 蘭 白蘭 綠 白棕 棕T568A 1 2 3 4 5 6 7 8白綠 綠 白桔 蘭 白蘭 桔 白棕 棕平行接法

16、T568A-T568A/ T568B-T568B用于計(jì)算機(jī)與Hub/Switch的連接串接接法T568A-T568B/ T568B-T568A用于兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或Hub/Switch之間的連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3章章 物理層物理層192. 同軸電纜的主要特性抗干擾能力強(qiáng)；基帶同軸電纜一般僅用于數(shù)字信號(hào)的傳輸；寬帶同軸電纜可以使用頻分多路復(fù)用，將一條電纜的頻帶分成多條通信信道。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層20內(nèi)導(dǎo)體絕緣層外屏蔽層外部保護(hù)層3. 光纜的主要特性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層21光纖芯包層外部保護(hù)層(a)(a)保護(hù)層包層光纖芯(b)(b)發(fā)送

17、端光源：發(fā)光二極管或激光；發(fā)送端光源：發(fā)光二極管或激光；接收端使用：光電二極管接收端使用：光電二極管PIN檢波檢波器或器或APD檢波器；檢波器；單模光纖：纖芯很細(xì)，直徑只有幾單模光纖：纖芯很細(xì)，直徑只有幾個(gè)微米，制造成本很高，數(shù)十公里傳個(gè)微米，制造成本很高，數(shù)十公里傳輸不需中繼；輸不需中繼；特點(diǎn)：低損耗、寬頻帶、高速率、特點(diǎn)：低損耗、寬頻帶、高速率、低誤碼率、安全性好，不受外界電磁低誤碼率、安全性好，不受外界電磁干擾與噪聲的影響。干擾與噪聲的影響。單模光纖與多模光纖的比較 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層22輸入脈沖輸出脈沖（a）多模光纖（a）多模光纖（b）單模光纖（b）單模光

18、纖輸入脈沖輸出脈沖4 . 無(wú)線與衛(wèi)星通信技術(shù)電磁波的傳播有兩種方式：電磁波的傳播有兩種方式： 以無(wú)線方式在自由空間中傳播以無(wú)線方式在自由空間中傳播 以有線方式在同軸電纜、雙絞線、光纖中傳輸以有線方式在同軸電纜、雙絞線、光纖中傳輸目前目前以無(wú)線方式進(jìn)行以無(wú)線方式進(jìn)行通信的電磁波主要有（按頻率分）：通信的電磁波主要有（按頻率分）： 無(wú)線電（無(wú)線電（radioradio） 微波（微波（microwavemicrowave） 紅外線（紅外線（infraredinfrared） 可見(jiàn)光（可見(jiàn)光（visible lightvisible light）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層23電信

19、領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3章章 物理層物理層24無(wú)線電無(wú)線電微波微波紅外線紅外線可見(jiàn)光可見(jiàn)光紫外線紫外線X射線射線 射線射線雙絞線雙絞線同軸電纜同軸電纜衛(wèi)星衛(wèi)星地面微波地面微波 調(diào)幅調(diào)幅無(wú)線電無(wú)線電 調(diào)頻調(diào)頻無(wú)線電無(wú)線電 海事海事無(wú)線電無(wú)線電光纖光纖電視電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)移動(dòng)

20、無(wú)線電無(wú)線電 （1）微波通信 頻率在頻率在100MHz100MHz10GHz10GHz之之間的信號(hào)；間的信號(hào)；視距傳播，適合于衛(wèi)星通視距傳播，適合于衛(wèi)星通 信與城市建筑物之間的通信與城市建筑物之間的通 信信( (地面一般采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地面一般采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式方式) )，保密性差；，保密性差；大氣對(duì)微波信號(hào)的吸收與大氣對(duì)微波信號(hào)的吸收與 散射影響較大。散射影響較大。短波短波(10(106 610107 7Hz)Hz)通信主通信主 要是靠電離層的反射，但要是靠電離層的反射，但 短波信道的通信質(zhì)量較差。短波信道的通信質(zhì)量較差。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層25地球表面地球表面電離層（2）

21、蜂窩無(wú)線通信 小區(qū)制：小區(qū)制：每個(gè)小區(qū)設(shè)立一個(gè)基站每個(gè)小區(qū)設(shè)立一個(gè)基站( (覆蓋半徑覆蓋半徑1 120km20km) )?；尽；局g通過(guò)電纜、光纜或微波與移動(dòng)交換中心連接。之間通過(guò)電纜、光纜或微波與移動(dòng)交換中心連接。第一代蜂窩移動(dòng)通信（第一代蜂窩移動(dòng)通信（1 1G G）系統(tǒng)屬于系統(tǒng)屬于模擬模擬移動(dòng)通信。移動(dòng)通信。第二代蜂窩移動(dòng)通信（第二代蜂窩移動(dòng)通信（2 2G G，8080年代中期）系統(tǒng)為年代中期）系統(tǒng)為數(shù)字?jǐn)?shù)字移動(dòng)通信。移動(dòng)通信。第三代蜂窩移動(dòng)通信（第三代蜂窩移動(dòng)通信（3 3G G，9090年代中期）系統(tǒng)將地面、衛(wèi)星移動(dòng)通信年代中期）系統(tǒng)將地面、衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)互連。網(wǎng)和固定通

22、信網(wǎng)互連。蜂窩移動(dòng)通信涉及到：蜂窩移動(dòng)通信涉及到： 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層。物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層。多址接入方法：多址接入方法：( (識(shí)別用戶地址的方法識(shí)別用戶地址的方法) )頻分多址接入（頻分多址接入（FDMAFDMA）：1G1G時(shí)分多址接入（時(shí)分多址接入（TDMATDMA）：2G2G碼分多址接入（碼分多址接入（CDMACDMA）：3G3G計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層26（3）衛(wèi)星通信 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層27優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：通信距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、通信帶寬寬、費(fèi)用與通信距通信距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、通信帶寬寬、費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)、不受地理?xiàng)l件

23、限制、可進(jìn)行多址通信與移動(dòng)通信等。離無(wú)關(guān)、不受地理?xiàng)l件限制、可進(jìn)行多址通信與移動(dòng)通信等。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：傳輸延時(shí)大，傳輸延時(shí)大，250300ms。3.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù)3.3.1 3.3.1 數(shù)據(jù)編碼類(lèi)型數(shù)據(jù)編碼類(lèi)型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層28數(shù)據(jù)編碼方法模擬數(shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼振幅鍵控ASK移頻鍵控FSK移相鍵控PSK非歸零碼NRZ曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語(yǔ)音信號(hào)設(shè)計(jì)的，只適傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語(yǔ)音信號(hào)設(shè)計(jì)的，只適用于傳輸音頻范圍（用于傳輸音頻范圍（300300HzHz3400Hz3400Hz）的模擬信號(hào)，無(wú)的模擬信號(hào)，無(wú)法直接傳輸計(jì)算機(jī)

24、的數(shù)字信號(hào)；法直接傳輸計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)；為了利用模擬語(yǔ)音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)為了利用模擬語(yǔ)音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；信號(hào)；將發(fā)送端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱將發(fā)送端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱為調(diào)制為調(diào)制，將調(diào)制設(shè)備稱為將調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器調(diào)制器（modulatormodulator）；）；將接收端模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱將接收端模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)為解調(diào)，將解調(diào)設(shè)備稱為將解調(diào)設(shè)備稱為解調(diào)器解調(diào)器（demodulatord

25、emodulator）；）；同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器（modemmodem）。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層293.3.2 模擬數(shù)據(jù)編碼方法 在調(diào)制過(guò)程中，選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率在調(diào)制過(guò)程中，選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率的正的正（余）弦信號(hào)作為載波，該正（余）弦信號(hào)可以寫(xiě)為：（余）弦信號(hào)作為載波，該正（余）弦信號(hào)可以寫(xiě)為： u u（t t）= u= um msinsin（t+t+0 0）3 3個(gè)可以改變的電參量：個(gè)可以改變的電參量： 振振 幅幅 u um m 角頻率角頻率 相相 位位 可以通過(guò)變化可以通過(guò)變化3 3

26、個(gè)電參量，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)編碼的個(gè)電參量，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)編碼的目的。目的。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層3001001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對(duì))(d)PSK(相對(duì))121 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層312121. 振幅鍵控（amplitude shift keying , ASK） 用載波幅度為用載波幅度為u um m表示數(shù)字表示數(shù)字1 1，用載波幅度為，用載波幅度為0 0表表示數(shù)字示數(shù)字0 0。 u um msinsin（1 1t+t+0 0） 數(shù)字?jǐn)?shù)字1 1 u u（t t）= = 0 0

27、數(shù)字?jǐn)?shù)字0 0振幅鍵控振幅鍵控ASKASK信號(hào)信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，但抗實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力較差。干擾能力較差。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層322.移頻鍵控（ frequency-shift keying ，F(xiàn)SK ） 通過(guò)改變載波信號(hào)角頻率來(lái)表示數(shù)字信號(hào)通過(guò)改變載波信號(hào)角頻率來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1 1、0 0。 u um msinsin（1 1t+t+0 0） 數(shù)字?jǐn)?shù)字1 1 u u（t t）= = u um msinsin（2 2t+t+0 0） 數(shù)字?jǐn)?shù)字0 0移頻鍵控移頻鍵控FSKFSK信號(hào)信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力較強(qiáng)能力

28、較強(qiáng)，是目前最常用的調(diào)制方法之一。，是目前最常用的調(diào)制方法之一。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層333.移相鍵控（phase-shift keying，PSK） 通過(guò)改變載波信號(hào)的相位值來(lái)表示數(shù)字信號(hào)通過(guò)改變載波信號(hào)的相位值來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1 1、0 0。絕對(duì)調(diào)相絕對(duì)調(diào)相 u um msinsin（t+0t+0） 數(shù)字?jǐn)?shù)字1 1 u u（t t）= = u um msinsin（t+t+） 數(shù)字?jǐn)?shù)字0 0相對(duì)調(diào)相相對(duì)調(diào)相兩比特信號(hào)交接處遇兩比特信號(hào)交接處遇0 0，載波信號(hào)相位不變；兩比，載波信號(hào)相位不變；兩比特信號(hào)交接處遇特信號(hào)交接處遇1 1，載波信號(hào)相位偏移，載波信號(hào)相位偏移

29、。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層34移相鍵控移相鍵控可以分為移相鍵控可以分為： 絕對(duì)調(diào)相絕對(duì)調(diào)相 相對(duì)調(diào)相相對(duì)調(diào)相 二相調(diào)制二相調(diào)制 多相調(diào)制多相調(diào)制 多相調(diào)制：多相調(diào)制：2 2個(gè)比特碼元傳送的四相調(diào)制，個(gè)比特碼元傳送的四相調(diào)制，3 3個(gè)比個(gè)比特碼元傳送的八相調(diào)制等。特碼元傳送的八相調(diào)制等。移相鍵控方法的移相鍵控方法的抗干擾能力強(qiáng)、但實(shí)現(xiàn)技術(shù)比較抗干擾能力強(qiáng)、但實(shí)現(xiàn)技術(shù)比較復(fù)雜復(fù)雜。采用多相調(diào)制或振幅相位混合調(diào)制，可以提高數(shù)采用多相調(diào)制或振幅相位混合調(diào)制，可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。據(jù)傳輸速率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3章章 物理層物理層353.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法基帶傳輸在基

30、本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)頻帶（即波形）基帶傳輸在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)頻帶（即波形） 的情況下直接傳輸數(shù)字信號(hào)，可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳的情況下直接傳輸數(shù)字信號(hào)，可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳 輸速率與系統(tǒng)效率輸速率與系統(tǒng)效率; ;在基帶傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼方式主要有：在基帶傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼方式主要有： 非歸零碼非歸零碼NRZNRZ 曼徹斯特（曼徹斯特（manchestermanchester）編碼編碼 差分曼徹斯特差分曼徹斯特（difference manchesterdifference manchester）編碼編碼計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層361. 非歸零碼NRZNRZNR

31、Z碼規(guī)定用低電平表示邏輯碼規(guī)定用低電平表示邏輯“0 0”，用高電平，用高電平表示邏輯表示邏輯“1 1”；也可以有其他表示方法；也可以有其他表示方法；NRZNRZ碼的缺點(diǎn)是無(wú)法判斷一位的開(kāi)始與結(jié)束，碼的缺點(diǎn)是無(wú)法判斷一位的開(kāi)始與結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步；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)送為保證收發(fā)雙方的同步，必須在發(fā)送NRZNRZ碼的碼的同時(shí)，用另一個(gè)信道同時(shí)傳送同步信號(hào)；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)中如果信號(hào)中“1 1”與與“0 0”的個(gè)數(shù)不相等時(shí)，存的個(gè)數(shù)不相等時(shí)，存在直流分量在直流分量。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層372. 曼徹斯

32、特（manchester）編碼曼徹斯特編碼的規(guī)則曼徹斯特編碼的規(guī)則：每比特的周期每比特的周期T T分為前分為前T/2T/2與后與后T/2T/2兩部分；兩部分；通過(guò)前通過(guò)前T/2T/2傳送該比特的反碼，通過(guò)后傳送該比特的反碼，通過(guò)后T/2T/2傳送該比特傳送該比特的原碼；的原碼；曼徹斯特編碼的優(yōu)點(diǎn)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)每個(gè)比特的中間有一次電平跳變，兩次電平跳變的時(shí)間間隔可以是間間隔可以是T/2T/2或或T;T;利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號(hào)利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號(hào); ;曼徹斯特編碼信號(hào)又稱做曼徹斯特編碼信號(hào)又稱做“自含時(shí)鐘編碼自含

33、時(shí)鐘編碼”信號(hào)，發(fā)信號(hào)，發(fā)送曼徹斯特編碼信號(hào)時(shí)無(wú)需另發(fā)同步信號(hào)；送曼徹斯特編碼信號(hào)時(shí)無(wú)需另發(fā)同步信號(hào)； 曼徹斯特編碼信號(hào)不含直流分量。曼徹斯特編碼信號(hào)不含直流分量。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：效率較低。效率較低。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層38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；每比特的中間跳變僅做同步之用；每比特的值根據(jù)其開(kāi)始邊界是否發(fā)生跳變來(lái)決每比特的值根據(jù)其開(kāi)始邊

34、界是否發(fā)生跳變來(lái)決 定定; ;一個(gè)比特開(kāi)始處出現(xiàn)電平跳變表示傳輸二進(jìn)制一個(gè)比特開(kāi)始處出現(xiàn)電平跳變表示傳輸二進(jìn)制0,0,不發(fā)生跳變表示傳輸二進(jìn)制不發(fā)生跳變表示傳輸二進(jìn)制1 1。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層39數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼信號(hào)的波形計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層403.3.4 脈沖編碼調(diào)制方法 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制PCMPCM是是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法。主要方法。它包括三部分內(nèi)容：它包括三部分內(nèi)容：采樣采樣量化量化編碼編碼計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層41D8D7D6D5D4D3D2D100.51.01.5At0.27

35、0.30.620.61.281.31.521.51.261.30.730.70.410.40.120.1(a)樣本量化級(jí)二進(jìn)制編碼編碼信號(hào)0001010001111101111111010110001136131513741D1D2D3D4D5D6D7D8(b)PCMPCM用于數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)用于數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)：每個(gè)量化級(jí)采用每個(gè)量化級(jí)采用7 7位二進(jìn)制編碼表示，將聲音分位二進(jìn)制編碼表示，將聲音分為為128128個(gè)量化級(jí)；個(gè)量化級(jí)；采樣速率為采樣速率為80008000樣本樣本/ /秒；秒；數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達(dá)到7 7位位8000/8000/秒秒 =56 =56kb/skb/s；如果每個(gè)

36、量化級(jí)采用如果每個(gè)量化級(jí)采用7+1=87+1=8位二進(jìn)制編碼表示；位二進(jìn)制編碼表示；數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達(dá)到8 8位位8000/8000/秒秒 = 64 = 64kb/skb/s。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層423.4 基帶傳輸技術(shù) 3.4.1 3.4.1 基帶傳輸?shù)亩x基帶傳輸?shù)亩x 在數(shù)據(jù)通信中表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的比特序列的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在數(shù)據(jù)通信中表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的比特序列的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)是典型的矩形脈沖信號(hào)信號(hào)是典型的矩形脈沖信號(hào); ;矩形脈沖信號(hào)就叫做矩形脈沖信號(hào)就叫做基帶信號(hào)基帶信號(hào); ;矩形脈沖信號(hào)的固有頻帶稱做基本頻帶矩形脈沖信號(hào)的固有頻帶稱做基本頻帶,

37、,簡(jiǎn)稱為簡(jiǎn)稱為基帶基帶；在數(shù)字信道上直接傳送基帶信號(hào)的方法稱為在數(shù)字信道上直接傳送基帶信號(hào)的方法稱為基帶傳輸基帶傳輸; ;在發(fā)送端基帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼器變換變?yōu)橹苯觽鬏斣诎l(fā)送端基帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼器變換變?yōu)橹苯觽鬏數(shù)幕鶐盘?hào)，如曼徹斯特編碼或差分曼徹斯特編碼信號(hào)的基帶信號(hào)，如曼徹斯特編碼或差分曼徹斯特編碼信號(hào); ;在接收端由解碼器恢復(fù)成與發(fā)送端相同的矩形脈沖信號(hào)在接收端由解碼器恢復(fù)成與發(fā)送端相同的矩形脈沖信號(hào); ;基帶傳輸是一種最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。基帶傳輸是一種最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層433.4.2 通信信道帶寬對(duì)基帶傳輸?shù)挠绊?通信信道帶寬

38、對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸中失真的影響很大；通信信道帶寬對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸中失真的影響很大；信道帶寬越寬，信號(hào)傳輸?shù)氖д嬖叫　Ｐ诺缼捲綄?，信?hào)傳輸?shù)氖д嬖叫　?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層44* *利用傅里葉級(jí)數(shù)進(jìn)利用傅里葉級(jí)數(shù)進(jìn)行頻譜分析行頻譜分析 發(fā)送數(shù)據(jù)的脈沖信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)的脈沖信號(hào)與頻譜與頻譜 允許發(fā)送信號(hào)的直流允許發(fā)送信號(hào)的直流分量與基波分量通過(guò)分量與基波分量通過(guò) 允許發(fā)送信號(hào)的直流允許發(fā)送信號(hào)的直流分量、基波分量與二分量、基波分量與二次諧波分量通過(guò)次諧波分量通過(guò) 允許發(fā)送信號(hào)的直流允許發(fā)送信號(hào)的直流分量、基波分量、二分量、基波分量、二與四次諧波分量通過(guò)與四次諧波分量通過(guò)(a)(

39、a)允許發(fā)送信號(hào)的直流允許發(fā)送信號(hào)的直流分量、基波分量、二分量、基波分量、二至八次諧波分量通過(guò)至八次諧波分量通過(guò)3.4.3 數(shù)據(jù)傳輸速率的定義與信道速率的極限 數(shù)據(jù)傳輸速率的定義數(shù)據(jù)傳輸速率的定義 數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一；數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一；數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上，等于每秒鐘傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼的數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上，等于每秒鐘傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼的二進(jìn)制比特?cái)?shù)，單位為比特二進(jìn)制比特?cái)?shù)，單位為比特/ /秒，記做秒，記做b/sb/s或或bpsbps；常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：Kb/sKb/s、Mb/sMb/s、Gb/sGb/

40、s與與Tb/sTb/s，其中：其中： 1 1Kb/s = 1Kb/s = 110103 3 b/sb/s 1Mb/s = 1 1Mb/s = 110106 6 b/sb/s 1Gb/s = 1 1Gb/s = 110109 9 b/sb/s 1Tb/s = 1 1Tb/s = 1101012 12 b/sb/s計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層45信道速率的極限值奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)準(zhǔn)則準(zhǔn)則：理想低通信道的最高碼元傳輸速率 = 2W Baud =2W*log2V(bit/s)W是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz)V是每個(gè)信號(hào)所取的離散電平數(shù)理想帶

41、通特性信道的最高碼元傳輸速率 = W Baud W 是理想帶通信道的帶寬，單位為赫(Hz) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層46信道速率的極限值香農(nóng)定理香農(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)，數(shù)在有隨機(jī)熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率據(jù)傳輸速率R Rmaxmax與信道帶寬與信道帶寬B B，信噪比信噪比S/NS/N的關(guān)的關(guān)系為：系為：R Rmaxmax = Blog = Blog2 2（1+S/N1+S/N）S/NS/N為信噪比，為信噪比，R Rmaxmax 的單位為的單位為b/sb/s，B B的單位為的單位為HzHz；以分貝表示信噪比時(shí)：以分貝表示信噪比時(shí)：S

42、/N(dB)=10lg(S/N)S/N(dB)=10lg(S/N)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3章章 物理層物理層473.5 頻帶傳輸技術(shù)：利用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)利用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層483.6 多路復(fù)用(multiplexing)技術(shù) 多路復(fù)用的基本概多路復(fù)用的基本概念念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層49* *發(fā)送方發(fā)送方將多個(gè)用戶的將多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)通過(guò)復(fù)用器進(jìn)行數(shù)據(jù)通過(guò)復(fù)用器進(jìn)行匯集，并將匯集后的匯集，并將匯集后的數(shù)據(jù)通過(guò)一條物理線數(shù)據(jù)通過(guò)一條物理線路傳輸?shù)浇邮辗剑宦穫鬏數(shù)浇邮辗剑? *接收方接收方通過(guò)分用器將通過(guò)分用器將數(shù)

43、據(jù)分離成各個(gè)單獨(dú)數(shù)據(jù)分離成各個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)，然后分發(fā)給的數(shù)據(jù)，然后分發(fā)給接收方的多個(gè)用戶。接收方的多個(gè)用戶。3.6.1 多路復(fù)用技術(shù)的分類(lèi)頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用FDMFDM波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用WDMWDM時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用TDMTDM在一條物理線路上建立多條通信信道，充分利用傳輸介質(zhì)的帶寬。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層503.6.2 頻分多路復(fù)用在一條通信線路上設(shè)計(jì)多路通信信道在一條通信線路上設(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各個(gè)載波頻率是不重疊的, ,那么一條通信線路就可

44、以同時(shí)獨(dú)立地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)。傳輸多路信號(hào)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層511Channel 330031001Channel 21Channel 16064687260646872Channel 1Channel 3Channel 2頻率(KHz)(c)頻率(KHz)(b)頻率(Hz)(a) 3.6.3 波分多路復(fù)用 光纖通道（光纖通道（fiber optic channelfiber optic channel）技術(shù)采用了波長(zhǎng)分隔多路復(fù)用方技術(shù)采用了波長(zhǎng)分隔多路復(fù)用方法，簡(jiǎn)稱為波分復(fù)用法，簡(jiǎn)稱為波分復(fù)用WDMWDM。在一根光纖上復(fù)用多路光載

45、波信號(hào)，是光。在一根光纖上復(fù)用多路光載波信號(hào)，是光的頻分多路復(fù)用；的頻分多路復(fù)用；在一根光纖上復(fù)用在一根光纖上復(fù)用8080路或更多路的光載波信號(hào)稱為密集波分復(fù)用路或更多路的光載波信號(hào)稱為密集波分復(fù)用DWDMDWDM；目前一根單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到目前一根單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到2020Gb/sGb/s 。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層52共享光纖光柵光柵功率波長(zhǎng)共享光纖的波譜功率波長(zhǎng)光纖1的波譜功率波長(zhǎng)光纖2的波譜光纖1光纖2光纖3光纖4功率波長(zhǎng)光纖3的波譜功率波長(zhǎng)光纖4的波譜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)分多

46、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)間片；時(shí)間片；每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)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。在其占有的時(shí)間片內(nèi)，用戶使用通信信道的全部帶寬。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層53信道24信道1信道2信道3信道401193比特幀(125微秒）幀開(kāi)始位7位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位貝爾系統(tǒng)的T1載波2424路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上；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(guò)一每路音頻模擬信號(hào)在送到多路復(fù)用器之前，要通過(guò)一個(gè)個(gè)PCMPCM編碼器；編碼器；編碼器每秒取樣編碼器每秒取樣80008000次

47、；次；2424路路PCMPCM信號(hào)的每一路輪流將一個(gè)字節(jié)插入到幀中；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)度為每個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度為8 8位，其中位，其中7 7位是數(shù)據(jù)位，位是數(shù)據(jù)位，1 1位用于信位用于信道控制；道控制；每幀由每幀由24248=1928=192位組成，附加一位作為幀開(kāi)始標(biāo)志位，位組成，附加一位作為幀開(kāi)始標(biāo)志位，所以每幀共有所以每幀共有193193位；位；發(fā)送一幀需要發(fā)送一幀需要125125微秒；微秒；T1T1載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為：載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為：193 193 8000=1.544Mb/s 8000=1.544Mb/s。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層

48、物理層54E1載波PCMPCM的兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：的兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：北美的北美的T1T1載波載波歐洲的歐洲的E1E1載波（載波（3030路語(yǔ)音信道和路語(yǔ)音信道和2 2路控制信道路控制信道）E1E1載波的速率：載波的速率：3232 8 8 8000=2.048Mbps8000=2.048Mbps計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3章章 物理層物理層55時(shí)分多路復(fù)用的分類(lèi) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層563.7 同步數(shù)字體系SDH SDHSDH發(fā)展的背景發(fā)展的背景 早期的數(shù)字傳輸系統(tǒng)與設(shè)備暴露出固有的弱點(diǎn)早期的數(shù)字傳輸系統(tǒng)與設(shè)備暴露出固有的弱點(diǎn): : 數(shù)據(jù)傳輸速率不標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸速率不標(biāo)準(zhǔn) ,

49、,存在著存在著T1 T1 與與E1E1兩個(gè)互兩個(gè)互不兼容的標(biāo)準(zhǔn)，在高次群的速率方面，日本又不兼容的標(biāo)準(zhǔn)，在高次群的速率方面，日本又使用了第三種不兼容的標(biāo)準(zhǔn)；使用了第三種不兼容的標(biāo)準(zhǔn)；光設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范，光設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范，沒(méi)有國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，沒(méi)有國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各個(gè)廠家使用自己標(biāo)準(zhǔn)各個(gè)廠家使用自己標(biāo)準(zhǔn) ；數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高，解決復(fù)用系統(tǒng)中的同數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高，解決復(fù)用系統(tǒng)中的同步問(wèn)題困難較大。步問(wèn)題困難較大。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層57同步光纖網(wǎng)SONET同步光纖網(wǎng)的概念由美國(guó)貝爾通信研究所首先提出來(lái)；同步光纖網(wǎng)的概念由美國(guó)貝爾通信研究所首先提出來(lái)；設(shè)計(jì)同步光

50、纖網(wǎng)的設(shè)計(jì)同步光纖網(wǎng)的目的是解決光接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范問(wèn)題目的是解決光接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范問(wèn)題，定定義同步傳輸?shù)木€路速率的等級(jí)體系義同步傳輸?shù)木€路速率的等級(jí)體系，以使不同的廠家的，以使不同的廠家的產(chǎn)品可以互連，從而能夠建立大型的光纖網(wǎng)絡(luò)；產(chǎn)品可以互連，從而能夠建立大型的光纖網(wǎng)絡(luò)；19881988年年ITU-TITU-T接受了接受了SONETSONET的概念，并重新命名為同步數(shù)的概念，并重新命名為同步數(shù)字體系字體系SDHSDH，使之不僅僅適用于光纖，也適用于微波和使之不僅僅適用于光纖，也適用于微波和衛(wèi)星傳輸，成為通用性技術(shù)體制；衛(wèi)星傳輸，成為通用性技術(shù)體制；ITU-TITU-T對(duì)對(duì)SDHSDH的的速率、復(fù)用幀結(jié)

51、構(gòu)、復(fù)用設(shè)備、線路系統(tǒng)、速率、復(fù)用幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用設(shè)備、線路系統(tǒng)、光接口、網(wǎng)絡(luò)管理和信息模型光接口、網(wǎng)絡(luò)管理和信息模型等進(jìn)行了定義，確立了作等進(jìn)行了定義，確立了作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的同步數(shù)字體系為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的同步數(shù)字體系SDHSDH；目前各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把目前各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把SDHSDH作為新一代的傳輸體系，加作為新一代的傳輸體系，加緊對(duì)緊對(duì)SDHSDH的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工作。的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工作。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層58SDH速率體系STS-1STS-1幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) 每秒發(fā)送8000幀。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層59STS-1參數(shù)總的傳輸速率：總的傳輸速率： 8 89 990908000 = 51.8408000 = 51.840（MbpsMbps）線路管理消耗帶寬線路管理消耗帶寬: : 8 83 39 98000 = 1.7288000 = 1.728（MbpsMbps）SPESPE速率速率: : 8 89 987878000 = 50.1128000 = 50.112（MbpsMbps）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第3 3章章 物理層物理層60SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)