計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2-1課件

1、第第 2 章章 物物 理理 層層1第第2章章 物理層物理層（1）第第 2 章章 物物 理理 層層2第第2 2章章 物理層物理層 2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ) 2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 2.3 無線傳輸無線傳輸 2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口 2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 2.6 廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)交換技術(shù)廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 2.7 電話系統(tǒng)電話系統(tǒng) 2.8 窄帶窄帶ISDNISDN 2.9 蜂窩無線通信蜂窩無線通信第第 2 章章 物物 理理 層層3數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分類數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分類數(shù)據(jù)傳輸類型與通信方式數(shù)據(jù)傳輸類型與通信方式傅立葉

2、分析傅立葉分析波特率（波特率（baudbaud）和比特率（和比特率（bitbit）的關(guān)系的關(guān)系信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層4一、數(shù)據(jù)通信的基本概念一、數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)通信：是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示數(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、符號(hào)的二進(jìn)制代碼字母、數(shù)字、符號(hào)的二進(jìn)制代碼0、1比特序列的比特序列的過程。過程。2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層5二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分類二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分類按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)類型分類：按照在傳輸介質(zhì)

3、上傳輸?shù)男盘?hào)類型分類：模擬通信系統(tǒng)：模擬通信系統(tǒng)：用幅度連續(xù)變化的電信號(hào)表示聲用幅度連續(xù)變化的電信號(hào)表示聲音的強(qiáng)弱。傳輸模擬信號(hào)的通信線路叫模擬信道。音的強(qiáng)弱。傳輸模擬信號(hào)的通信線路叫模擬信道。數(shù)字通信系統(tǒng)：數(shù)字通信系統(tǒng)：用兩種不同電平表示用兩種不同電平表示0、1序列的序列的電壓脈沖信號(hào)。傳輸數(shù)字信號(hào)的通信線路叫數(shù)字電壓脈沖信號(hào)。傳輸數(shù)字信號(hào)的通信線路叫數(shù)字信道。信道。2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層6ty0ty0(a)(b)圖圖2.1 2.1 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)波形模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)波形2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物

4、物 理理 層層7三、數(shù)據(jù)傳輸類型與通信方式三、數(shù)據(jù)傳輸類型與通信方式串行通信：串行通信： 發(fā)送端發(fā)送端 接收端接收端 串行通信信道串行通信信道并行通信：并行通信：發(fā)送端接收端2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)a. 按字節(jié)使用的信道數(shù)：按字節(jié)使用的信道數(shù)：第第 2 章章 物物 理理 層層8b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b0b1b2b3b4b5b6b7串行信道并行信道(a)并行數(shù)據(jù)傳輸(b)串行數(shù)據(jù)傳輸圖圖 2-2 串行和并行數(shù)據(jù)傳輸示意圖串行和并行數(shù)據(jù)傳輸示意圖2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)

5、據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層9 b. 按信號(hào)傳送的方向與時(shí)間的關(guān)系按信號(hào)傳送的方向與時(shí)間的關(guān)系單工通信：信號(hào)只向一個(gè)方向傳輸。類似廣播。單工通信：信號(hào)只向一個(gè)方向傳輸。類似廣播。 半雙工通信：信號(hào)可以雙向傳遞，但必須是交半雙工通信：信號(hào)可以雙向傳遞，但必須是交替進(jìn)行，一個(gè)時(shí)間只能向一個(gè)方向傳送。類似替進(jìn)行，一個(gè)時(shí)間只能向一個(gè)方向傳送。類似對(duì)講機(jī)。對(duì)講機(jī)。全雙工通信：信號(hào)可以同時(shí)雙向傳送。類似電全雙工通信：信號(hào)可以同時(shí)雙向傳送。類似電話。話。2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層10發(fā)送發(fā)送單向通道發(fā)送接收雙向通道接收發(fā)送發(fā)送接收接收發(fā)送

6、雙向通道圖圖 2-3 單工、半雙工和全雙工通信示意圖單工、半雙工和全雙工通信示意圖2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層11c. 同步技術(shù)（通信雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致）同步技術(shù)（通信雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致） 位同步位同步：接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率來校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率。間和時(shí)鐘頻率來校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率。 實(shí)現(xiàn)方法：外同步法、內(nèi)同步法。實(shí)現(xiàn)方法：外同步法、內(nèi)同步法。 外同步法外同步法：在發(fā)送端發(fā)送一路數(shù)據(jù)信號(hào)的同：在發(fā)送端發(fā)送一路數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，另外發(fā)送一路同步時(shí)鐘信號(hào)，接收端根據(jù)接時(shí)

7、，另外發(fā)送一路同步時(shí)鐘信號(hào)，接收端根據(jù)接收到的同步時(shí)鐘信號(hào)來校正時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，收到的同步時(shí)鐘信號(hào)來校正時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的位同步。實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的位同步。內(nèi)同步法內(nèi)同步法：從自含時(shí)鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提：從自含時(shí)鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時(shí)鐘的方法。取同步時(shí)鐘的方法。2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層12 字符同步字符同步：保證收發(fā)雙方正確傳輸字符的過程。保證收發(fā)雙方正確傳輸字符的過程。有起止式（異步式）、同步式。有起止式（異步式）、同步式。 起止式起止式：每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)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)

8、間間隔可以是任意的。在字符送，字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。在字符的前后分別加上的前后分別加上“0”“”“1”。2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)0 1 0 1 0 11 00 1起始位起始位字符編碼字符編碼奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)終止位終止位圖圖2-4 起止式示意圖起止式示意圖第第 2 章章 物物 理理 層層13SYN SYN 信 息 SYN SYN一個(gè)或多個(gè)字符圖圖2-5 同步式示意圖同步式示意圖2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)同步式同步式：將字符組織成組，以組為單位連續(xù)將字符組織成組，以組為單位連續(xù)發(fā)送。每組字符前加上一個(gè)或多個(gè)用于同步發(fā)送。每組字符前加上一個(gè)或多個(gè)用于同

9、步控制的同步字符控制的同步字符SYN。第第 2 章章 物物 理理 層層14四、四、 傅立葉分析傅立葉分析 任何一個(gè)周期為任何一個(gè)周期為T的有理周期性函數(shù)的有理周期性函數(shù) g(t) 可分解為若干項(xiàng)（可能無限多項(xiàng)）正弦和余弦函可分解為若干項(xiàng)（可能無限多項(xiàng)）正弦和余弦函數(shù)之和：數(shù)之和： g(t) = c + + f = 1/T基本頻率基本頻率(基頻基頻)an n次諧波項(xiàng)的正弦振幅值次諧波項(xiàng)的正弦振幅值 bn n次諧波項(xiàng)的余弦振幅值次諧波項(xiàng)的余弦振幅值21)2sin(1nftann)2cos(1nftbnn2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層15對(duì)于二進(jìn)制編碼，

10、其輸出電壓波對(duì)于二進(jìn)制編碼，其輸出電壓波形為：形為： g(t) = 01010TtTTtTTtTTtTTt8787868683838802.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層16其傅立葉分析的系數(shù)為：其傅立葉分析的系數(shù)為：an = cos( n/4) - cos(3 n/4) + cos(6 n/4) - cos(7 n/4)bn = sin(3 n/4) - sin( n/4) + sin(7 n/4) - sin(6 n/4)c = 3/8 信號(hào)在信道上傳輸時(shí)的特性：信號(hào)在信道上傳輸時(shí)的特性： 對(duì)不同傅立葉分量（不同頻率信號(hào)）的衰對(duì)不同傅立葉分量（不同

11、頻率信號(hào)）的衰減不同，因此引起輸出失真；減不同，因此引起輸出失真；n1n12.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層17圖圖 2-6 (a) 一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)和它的平方根傅立葉振幅一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)和它的平方根傅立葉振幅 (b) (e)幾個(gè)連續(xù)的接近于原始信號(hào)的諧波幾個(gè)連續(xù)的接近于原始信號(hào)的諧波第第 2 章章 物物 理理 層層18結(jié)論：結(jié)論：1、信道有截止頻率、信道有截止頻率fc； 0 fc的振幅不衰減的振幅不衰減， fc以上的振幅衰減厲害，這主要由信道的物理以上的振幅衰減厲害，這主要由信道的物理特性決定特性決定， 0 fc稱為信道的稱為信道的有效帶寬有效帶寬；2、

12、通過信道的諧波次數(shù)越多，信號(hào)越逼真。、通過信道的諧波次數(shù)越多，信號(hào)越逼真。反之，信道帶寬越寬，信號(hào)失真越小。反之，信道帶寬越寬，信號(hào)失真越小。2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層19五、波特率五、波特率（baud）和比特率和比特率（bit）的關(guān)系：的關(guān)系： 碼元：碼元：一個(gè)離散信號(hào)（電平）狀態(tài)或信號(hào)事件。一個(gè)離散信號(hào)（電平）狀態(tài)或信號(hào)事件。 比特：比特：二進(jìn)制位。二進(jìn)制位。波特率：波特率：信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)，也稱調(diào)制速率。信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)，也稱調(diào)制速率。 即每秒鐘傳輸碼元數(shù)。（即每秒鐘傳輸碼元數(shù)。（baud）比特率：比特率：每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。

13、每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。(b/s, bps)波特率與比特率的關(guān)系取決于信號(hào)值與比特位的關(guān)波特率與比特率的關(guān)系取決于信號(hào)值與比特位的關(guān)系（系（v是電平的級(jí)數(shù)；是電平的級(jí)數(shù)；b是單個(gè)碼元代表的比特是單個(gè)碼元代表的比特?cái)?shù)）。數(shù)）。 比特率比特率=波特率波特率*log2v；比特率比特率=波特率波特率*b2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層20例：每個(gè)信號(hào)值表示位，則比特率是波特率例：每個(gè)信號(hào)值表示位，則比特率是波特率的倍；的倍； 每個(gè)信號(hào)值表示位，則比特率和波特率每個(gè)信號(hào)值表示位，則比特率和波特率相同。相同。1110010001 00 11 10100 1 0

14、0 1 1 1 02.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層21六、信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率六、信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 1924年，尼奎斯特年，尼奎斯特（H. Nyquist）推導(dǎo)出無推導(dǎo)出無噪聲有限帶寬信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率公式：噪聲有限帶寬信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率公式：最大比特傳輸率最大比特傳輸率 = 2Hlog2V (bps) 最大碼元傳輸率最大碼元傳輸率 = 2H (baud) 任意信號(hào)通過一個(gè)帶寬為的低通濾波器，任意信號(hào)通過一個(gè)帶寬為的低通濾波器，則每秒采樣次就能完整地重現(xiàn)該信號(hào)，信則每秒采樣次就能完整地重現(xiàn)該信號(hào)，信號(hào)電平分為號(hào)電平分為級(jí)。級(jí)。2.1 數(shù)據(jù)

15、通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層22 1948年，香農(nóng)年，香農(nóng)（C. Shannon）把尼奎斯特的把尼奎斯特的工作擴(kuò)大到信道受到隨機(jī)（熱）噪聲干擾的情工作擴(kuò)大到信道受到隨機(jī)（熱）噪聲干擾的情況。況。 熱噪聲出現(xiàn)的大小用信噪比（信號(hào)功率與噪熱噪聲出現(xiàn)的大小用信噪比（信號(hào)功率與噪聲功率之比）來衡量。聲功率之比）來衡量。：信號(hào)功率，：信號(hào)功率，：噪聲功率：噪聲功率 S/N-信噪比信噪比10log10S/N單位：分貝單位：分貝（dB）2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層23香農(nóng)的主要結(jié)論是：香農(nóng)的主要結(jié)論是： 帶寬為帶寬為 H 赫

16、茲，信噪比為赫茲，信噪比為S/N的任意信道的任意信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率為的最大數(shù)據(jù)傳輸率為最大數(shù)據(jù)傳輸率最大數(shù)據(jù)傳輸率 = Hlog2(1 + S/N) (bps)電話系統(tǒng)的典型信噪比為電話系統(tǒng)的典型信噪比為30db;此式是利用信息論得出的，具有普遍意義；此式是利用信息論得出的，具有普遍意義；與信號(hào)電平級(jí)數(shù)、采樣速度無關(guān)；與信號(hào)電平級(jí)數(shù)、采樣速度無關(guān)；此式僅是上限，難以達(dá)到。此式僅是上限，難以達(dá)到。2.1 數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)第第 2 章章 物物 理理 層層242.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 雙絞線雙絞線 同軸電纜同軸電纜光纖光纖第第 2 章章 物物 理理 層層25 傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中連

17、接收發(fā)雙方的物理通路。傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通路。網(wǎng)絡(luò)中常見的傳輸介質(zhì)有：網(wǎng)絡(luò)中常見的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖、無線與衛(wèi)星通信信道。雙絞線、同軸電纜、光纖、無線與衛(wèi)星通信信道。一、雙絞線一、雙絞線 常用于電話系統(tǒng)。在局域網(wǎng)中，也可用來傳常用于電話系統(tǒng)。在局域網(wǎng)中，也可用來傳輸數(shù)字信號(hào)。輸數(shù)字信號(hào)。特點(diǎn)特點(diǎn)：價(jià)格便宜，安裝維護(hù)方便：價(jià)格便宜，安裝維護(hù)方便。2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層26-既可用于模擬傳輸，也可用于數(shù)據(jù)傳輸；既可用于模擬傳輸，也可用于數(shù)據(jù)傳輸；-帶寬依賴于線的粗細(xì)和傳輸距離；帶寬依賴于線的粗細(xì)和傳輸距離；-3類線，類線， 4類線，

18、類線，5類線類線-雙絞線分為非屏蔽雙絞線雙絞線分為非屏蔽雙絞線UTP(Unshielded Twisted Pair）和屏蔽雙絞線。和屏蔽雙絞線。 以太網(wǎng)中，常用第三、五類非屏蔽線以太網(wǎng)中，常用第三、五類非屏蔽線。三類：三類： 帶寬帶寬10MHZ 語音及語音及10Mbps以下以下 五類：帶寬五類：帶寬100MHZ 語音及語音及100Mbps以下以下屏蔽雙絞線：屏蔽雙絞線：IBM 80年代引入。年代引入。2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層27二、同軸電纜二、同軸電纜 特點(diǎn)：比雙絞線的屏蔽性更好，其傳輸?shù)挠行攸c(diǎn)：比雙絞線的屏蔽性更好，其傳輸?shù)挠行Ь嚯x更遠(yuǎn)。距離更遠(yuǎn)。結(jié)構(gòu)如下

19、：結(jié)構(gòu)如下：銅芯銅芯隔離材料隔離材料網(wǎng)狀網(wǎng)狀導(dǎo)體導(dǎo)體保護(hù)性保護(hù)性塑料外塑料外層層2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層28分類：分類：基帶同軸電纜基帶同軸電纜：一般用于局域網(wǎng)的數(shù)字傳輸。安一般用于局域網(wǎng)的數(shù)字傳輸。安裝簡單價(jià)格便宜，由于在傳輸過程中信號(hào)易發(fā)生裝簡單價(jià)格便宜，由于在傳輸過程中信號(hào)易發(fā)生畸變和衰減，所以傳輸距離近，一般在畸變和衰減，所以傳輸距離近，一般在1km以內(nèi)，以內(nèi)，最大距離限制在幾公里范圍內(nèi)。最大距離限制在幾公里范圍內(nèi)。寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜：用于模擬傳輸。即有線電視電纜。用于模擬傳輸。即有線電視電纜。這里的這里的“寬帶寬帶”指比指比4kHz寬的頻帶。帶寬

20、為寬的頻帶。帶寬為300450MHz，可傳輸可傳輸100km。 寬帶系統(tǒng)可以通過多路復(fù)用技術(shù)讓電視和數(shù)據(jù)寬帶系統(tǒng)可以通過多路復(fù)用技術(shù)讓電視和數(shù)據(jù)在一條電纜上混合傳輸。在一條電纜上混合傳輸。2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層29三、三、 光纖光纖特點(diǎn)：低損耗、寬頻帶、高數(shù)據(jù)傳輸速率、低誤特點(diǎn)：低損耗、寬頻帶、高數(shù)據(jù)傳輸速率、低誤碼率、安全保密性好。碼率、安全保密性好。外殼外殼外套外套封套封套2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層30 我們常用的光纖傳輸介質(zhì)有我們常用的光纖傳輸介質(zhì)有室外光纜和室內(nèi)室外光纜和室內(nèi)光纖光纖之分。之分。室外光纜：室外光纜：主要用于

21、室外環(huán)境，可以架空或走地主要用于室外環(huán)境，可以架空或走地下管道。由于室外光纜所處環(huán)境比較惡劣，需要下管道。由于室外光纜所處環(huán)境比較惡劣，需要防水、防曬、防壓、防化學(xué)侵蝕等，所以需要有防水、防曬、防壓、防化學(xué)侵蝕等，所以需要有很好保護(hù)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。很好保護(hù)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。填充物填充物光纖(多根)鋼鎧外鎧(塑料)外鎧(塑料)鋼鎧2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層31室內(nèi)光纜室內(nèi)光纜 室內(nèi)光纖主要用于室內(nèi)，單根光纖加上稍許室內(nèi)光纖主要用于室內(nèi)，單根光纖加上稍許保護(hù)材料。光波在纖芯上傳播。纖芯是一種直徑保護(hù)材料。光波在纖芯上傳播。纖芯是一種直徑5050到到100100微米的

22、柔軟的光導(dǎo)介質(zhì)，成分主要是二氧微米的柔軟的光導(dǎo)介質(zhì)，成分主要是二氧化硅。在折射率較高的纖芯外面，由折射率較低化硅。在折射率較高的纖芯外面，由折射率較低的包層包裹著，以保證在界面上光波可以發(fā)生全的包層包裹著，以保證在界面上光波可以發(fā)生全反射。反射。填充物填充物纖芯(50100微米)保護(hù)層(塑料)保護(hù)層(塑料)2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層32光纖分類：單模光纖和多模光纖光纖分類：單模光纖和多模光纖多模光纖多模光纖：多條光波與光纖內(nèi)芯成不同可分辨：多條光波與光纖內(nèi)芯成不同可分辨角度的傳播。角度的傳播。單模光纖單模光纖：若光纖的直徑被減小到一個(gè)光波波：若光纖的直徑被減小到一

23、個(gè)光波波長大小的時(shí)候，光纖就如同一個(gè)波導(dǎo)，光在其長大小的時(shí)候，光纖就如同一個(gè)波導(dǎo)，光在其中沒有反射，而沿直線傳播。中沒有反射，而沿直線傳播。模式模式（mode）：是一個(gè)與很多參數(shù)有關(guān)的量，是一個(gè)與很多參數(shù)有關(guān)的量，可以簡單地理解為偏振方向，單模光纖可以傳可以簡單地理解為偏振方向，單模光纖可以傳輸多種波長，但每個(gè)波長只能有一種模式。輸多種波長，但每個(gè)波長只能有一種模式。2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層33利用光纖傳輸數(shù)據(jù)的基本過程：利用光纖傳輸數(shù)據(jù)的基本過程： 在發(fā)送端用光源在發(fā)送端用光源-發(fā)光二極管發(fā)光二極管LED或注入型激或注入型激光二極管將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，光信號(hào)

24、通過光光二極管將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，光信號(hào)通過光纖傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端使用光電二極管纖傳輸?shù)浇邮斩耍诮邮斩耸褂霉怆姸O管PIN檢檢波器或波器或APD檢波器將光信號(hào)再還原為電信號(hào)。檢波器將光信號(hào)再還原為電信號(hào)。 光纖可以采用環(huán)網(wǎng)接入光纖可以采用環(huán)網(wǎng)接入LAN。接口分為無源接接口分為無源接口和有源中繼器?？诤陀性粗欣^器。如下圖所示：如下圖所示：2.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層342.2 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第 2 章章 物物 理理 層層35電磁波譜電磁波譜 無線電傳輸無線電傳輸 微波通信微波通信 激光激光 紅外線紅外線2.3 無線傳輸無線傳輸?shù)诘?2 章章 物物 理理 層

25、層362.3 無線傳輸無線傳輸一、電磁波譜一、電磁波譜 1862年，英國科學(xué)家麥克斯韋爾預(yù)言存在。年，英國科學(xué)家麥克斯韋爾預(yù)言存在。并斷言光波就是一種電磁波。并斷言光波就是一種電磁波。 1887年，德國物理學(xué)家赫茲首次發(fā)現(xiàn)。年，德國物理學(xué)家赫茲首次發(fā)現(xiàn)。 c=f * 其基本傳播方式：其基本傳播方式： 無線傳播方式、有線傳播方式。無線傳播方式、有線傳播方式。第第 2 章章 物物 理理 層層3710 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16頻率(Hz)無線電微波紅外紫外線雙絞線衛(wèi)星通信光纖同軸電纜無線電

26、AM無線電FM地面微波通信電視各通信類型使用的電磁波譜范圍各通信類型使用的電磁波譜范圍2.3 無線傳輸無線傳輸?shù)诘?2 章章 物物 理理 層層38普通雙絞線傳播低頻與中頻信號(hào)。普通雙絞線傳播低頻與中頻信號(hào)。同軸電纜傳播低頻到特高頻信號(hào)。同軸電纜傳播低頻到特高頻信號(hào)。光纖傳播可見光。光纖傳播可見光。二、無線電傳輸二、無線電傳輸調(diào)幅無線電廣播使用調(diào)幅無線電廣播使用 中波中波MF。調(diào)頻無線電廣播使用調(diào)頻無線電廣播使用 甚高頻。甚高頻。調(diào)頻電視廣播使用調(diào)頻電視廣播使用 甚高頻到特高頻甚高頻到特高頻2.3 無線傳輸無線傳輸?shù)诘?2 章章 物物 理理 層層39三、三、 微波通信微波通信 在電磁波譜中，頻率

27、在在電磁波譜中，頻率在100MHZ10GHZ 的的信號(hào)叫做微波信號(hào)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)波長為信號(hào)叫做微波信號(hào)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)波長為3m3cm.特點(diǎn)特點(diǎn)： 無繞射功能，波長較短無繞射功能，波長較短 可用很小的發(fā)射功率來進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信?？捎煤苄〉陌l(fā)射功率來進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。適用于衛(wèi)星通信與城市建筑物之間的通信。適用于衛(wèi)星通信與城市建筑物之間的通信。2.3 無線傳輸無線傳輸?shù)诘?2 章章 物物 理理 層層40四、四、 激光激光 頻率更高，帶寬更寬，方向性更好，但不能穿頻率更高，帶寬更寬，方向性更好，但不能穿透雨和濃霧，只適用于短距離通信。透雨和濃霧，只適用于短距離通信。五、五、 紅外線紅外線 特性象可見光，有方向

28、性，沿直線傳播，不能特性象可見光，有方向性，沿直線傳播，不能穿透堅(jiān)固的物體。多用于遙控裝置穿透堅(jiān)固的物體。多用于遙控裝置。2.3 無線傳輸無線傳輸?shù)诘?2 章章 物物 理理 層層41 EIA RS-232-C EIA RS-449/422-A/423-A CCITT X.212.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層42物理層標(biāo)準(zhǔn)：物理層標(biāo)準(zhǔn)：機(jī)械特性：接線器的形狀、引腳數(shù)等；機(jī)械特性：接線器的形狀、引腳數(shù)等；電氣特性：信號(hào)電平（電流）的范圍；電氣特性：信號(hào)電平（電流）的范圍；功能特性：信號(hào)電平（電流）的含義；功能特性：信號(hào)電平（電流）的含義；規(guī)程特性：信

29、號(hào)的時(shí)序。規(guī)程特性：信號(hào)的時(shí)序。2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層43一、一、 EIA RS-232-C EIA RS-232-C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 它最初是為了連接它最初是為了連接DTE和和DCE，即連接計(jì)算機(jī)主即連接計(jì)算機(jī)主機(jī)或機(jī)或CRT終端和調(diào)制解調(diào)器而制定的，目前廣泛應(yīng)終端和調(diào)制解調(diào)器而制定的，目前廣泛應(yīng)用于主機(jī)和用于主機(jī)和CRT終端間的近地連接。還可用于計(jì)算終端間的近地連接。還可用于計(jì)算機(jī)與打印機(jī)和機(jī)與打印機(jī)和CRT顯示器的連接。顯示器的連接。其中，其中，

30、“RS”RS”是是推薦標(biāo)準(zhǔn)的縮寫，推薦標(biāo)準(zhǔn)的縮寫，“232”“232”是標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，是標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，“C”C”是版本是版本號(hào)。號(hào)。 1960年美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)年美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA提出提出RS-232，1963年提出年提出RS-232-A，1965年提出年提出RS-232-B，1969年提出年提出RS-232-C。2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層44DTEDTEDCEDCEEIA RS-232-CEIA RS-232-C電話網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)絡(luò)在通信電路中使用的在通信電路中使用的DTE和和DCE2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物

31、 理理 層層45第第 2 章章 物物 理理 層層46圖圖 RS-232C示意圖示意圖2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層47第第 2 章章 物物 理理 層層48圖3-1-7 RS-232接口6 7 8 9第第 2 章章 物物 理理 層層49w機(jī)械特性機(jī)械特性n25芯或芯或9芯連接器，芯連接器，DTE為插頭，為插頭，DCE為插座。為插座。w電氣特性電氣特性n采用非平衡型電氣特性，低于采用非平衡型電氣特性，低于-3V為為“1”，高于高于+3V為為 “0”，最大，最大 20Kbps，最長最長30m。n非平衡傳輸（非平衡傳輸（unbalanced trans

32、mission）：）：所所有電路共享一個(gè)公用的地線。有電路共享一個(gè)公用的地線。n平衡傳輸（平衡傳輸（balanced transmission）：）：每個(gè)主每個(gè)主要電路需要兩根線，沒有公用的地線要電路需要兩根線，沒有公用的地線。2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層50w功能特性功能特性n定義了定義了21條線，許多子集，基本與條線，許多子集，基本與CCITT V.24兼容。兼容。w規(guī)程特性規(guī)程特性n對(duì)不同的功能子集，有不同的規(guī)程。對(duì)不同的功能子集，有不同的規(guī)程。nRS-232-C 有有14種不同的接口類型，適合于：單工，種不同的接口類型，適合于：單工，

33、半雙工，全雙工，同步，異步半雙工，全雙工，同步，異步w RS-232-C的不足與改進(jìn)的不足與改進(jìn)n不足不足w傳輸性能低，距離短，速率低傳輸性能低，距離短，速率低。n改進(jìn)改進(jìn)w重新設(shè)計(jì)，重新設(shè)計(jì)，X.21；w以以RS-232-C為基礎(chǔ)改進(jìn)，為基礎(chǔ)改進(jìn)，1977年提出年提出RS-449。2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層512.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層52二、二、 EIA RS-449/422-A/423-A EIA RS-449 是為替代是為替代RS-232-C而提出的物理層而提出的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口。

34、實(shí)際上是一體化的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它的標(biāo)準(zhǔn)接口。實(shí)際上是一體化的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它的機(jī)械、功能和過程性接口由機(jī)械、功能和過程性接口由RS-449定義，而電定義，而電氣接口由兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)定義。氣接口由兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)定義。 主要改進(jìn)主要改進(jìn)n改善了性能，加長了接口電纜距離，加大了數(shù)據(jù)傳輸改善了性能，加長了接口電纜距離，加大了數(shù)據(jù)傳輸率；率；n增加了新的接口功能，例如，回送檢查；增加了新的接口功能，例如，回送檢查；n解決了機(jī)械接口問題。解決了機(jī)械接口問題。 機(jī)械特性機(jī)械特性n37芯或芯或9芯連接器。芯連接器。2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層53 電氣特性電氣特性n

35、與與RS-232-C相連，采用非平衡型電氣特性相連，采用非平衡型電氣特性 RS-423-A，20Kbps以下以下n其他情況，采用平衡型電氣特性其他情況，采用平衡型電氣特性 RS-422-A 和和RS-423-A，20Kbps 2Mbps 功能特性功能特性-定義了定義了30條功能線。條功能線。 規(guī)程特性規(guī)程特性-基本上以基本上以RS-232-C為基礎(chǔ)。為基礎(chǔ)。2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層54三、三、CCITT X.21X.21：在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN中進(jìn)行同步操作的中進(jìn)行同步操作的DTE/DCE之間的通用接口。之間的通用接口。1980年

36、的年的X.21由兩部分組成：由兩部分組成：-“通用接口通用接口”：真正的物理層部分；：真正的物理層部分；-用于電路交換網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制規(guī)程，用于用于電路交換網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制規(guī)程，用于DTE之間的連接，涉及到許多數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層之間的連接，涉及到許多數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的功能。的功能。 機(jī)械特性機(jī)械特性-15針連接器，針連接器，ISO 4903。2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層55 電氣特性電氣特性-采用非平衡型電氣特性和平衡型電氣特性。采用非平衡型電氣特性和平衡型電氣特性。-傳輸速率：傳輸速率：600，2400，4800，9600，48000bps-

37、DTE使用非平衡型電氣特性和平衡型電氣特性；使用非平衡型電氣特性和平衡型電氣特性；DCE使用平衡型電氣特性使用平衡型電氣特性 功能特性功能特性-定義了定義了8條功能線。條功能線。規(guī)程特性規(guī)程特性-分成四個(gè)工作階段：空閑，呼叫控制，數(shù)據(jù)分成四個(gè)工作階段：空閑，呼叫控制，數(shù)據(jù)傳送，清除傳送，清除2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口第第 2 章章 物物 理理 層層56USB接口接口：通用串行總線接口通用串行總線接口接口類型：接口類型：4針、針、可支持可支持127個(gè)裝置個(gè)裝置 電氣標(biāo)準(zhǔn)電氣標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離：傳輸距離： 5米米最高傳輸頻率：最高傳輸頻率： 12Mbps 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：周邊設(shè)備連接標(biāo)準(zhǔn)

38、化、單一化周邊設(shè)備連接標(biāo)準(zhǔn)化、單一化 支持熱插拔支持熱插拔缺點(diǎn)缺點(diǎn)：支持的傳輸距離有限支持的傳輸距離有限 應(yīng)用例：應(yīng)用例：調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、掃描儀、相機(jī)調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、掃描儀、相機(jī) 2.4 典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口四、四、USB接口接口第第 2 章章 物物 理理 層層572.5 2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制第第 2 章章 物物 理理 層層58一、數(shù)據(jù)編碼技術(shù)一、數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)模擬數(shù)據(jù)編碼模擬數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼方式數(shù)據(jù)編碼方式振幅鍵控振幅鍵控ASK移頻鍵控移頻鍵控F

39、SK移相鍵控移相鍵控PSK數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼非歸零碼非歸零碼NRZ曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼第第 2 章章 物物 理理 層層591 . 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸（頻帶傳輸）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸（頻帶傳輸）n頻帶傳輸：頻帶傳輸：指在一定頻率范圍內(nèi)的線路上，指在一定頻率范圍內(nèi)的線路上，進(jìn)行載波傳輸。用基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)行載波傳輸。用基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，使其變?yōu)檫m合于線路傳送的信號(hào)。使其變?yōu)檫m合于線路傳送的信號(hào)。n調(diào)制（調(diào)制（Modulation）：）：用基帶脈沖對(duì)載波信用基帶脈沖對(duì)載波信號(hào)的某些參量進(jìn)行控制，使這些參量隨基帶號(hào)的某些參量進(jìn)行控制，使這些參量隨

40、基帶脈沖變化。即把數(shù)字信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信脈沖變化。即把數(shù)字信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過程。號(hào)的過程。n解調(diào)（解調(diào)（Demodulation）：）：調(diào)制的反變換。調(diào)制的反變換。 2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)第第 2 章章 物物 理理 層層60調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器MODEM（modulation-demodulation) 根據(jù)載波根據(jù)載波 Asin( t + )的三個(gè)特性：幅度、頻的三個(gè)特性：幅度、頻率、相位，產(chǎn)生常用的三種調(diào)制技術(shù)：率、相位，產(chǎn)生常用的三種調(diào)制技術(shù)：n振幅鍵控法振幅鍵控法 Amplitude-shift keying (ASK)n移頻鍵控法移頻鍵控法 Frequency-s

41、hift keying (FSK)n移相鍵控法移相鍵控法 Phase-shift keying (PSK) n三種或兩種方式的組合三種或兩種方式的組合2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)第第 2 章章 物物 理理 層層61振幅鍵控振幅鍵控ASK通過改變載波信號(hào)振幅來表示數(shù)字信號(hào)通過改變載波信號(hào)振幅來表示數(shù)字信號(hào)1、0 0 數(shù)字?jǐn)?shù)字0u(t)= um *sin( 1t+ ) 數(shù)字?jǐn)?shù)字1此方法實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，但抗干擾能力差。此方法實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，但抗干擾能力差。ASK 0 1 0 0 1 0 1 02.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)第第 2 章章 物物 理理 層層62移頻鍵控移頻鍵控PSK通過改

42、變載波信號(hào)角頻率來表示數(shù)字信號(hào)通過改變載波信號(hào)角頻率來表示數(shù)字信號(hào)0、1 um sin( 1t+ ) 數(shù)字?jǐn)?shù)字1 u(t)= um sin( 2t+ ) 數(shù)字?jǐn)?shù)字0實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)第第 2 章章 物物 理理 層層63移相鍵控移相鍵控PSK（絕對(duì)調(diào)相）（絕對(duì)調(diào)相）通過改變載波信號(hào)的相位值來表示數(shù)字信號(hào)通過改變載波信號(hào)的相位值來表示數(shù)字信號(hào)0、1 um sin( 1t+0） =0 表示數(shù)字表示數(shù)字1 u(t)= um sin( 2t+ ） = 表示數(shù)字表示數(shù)字0實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，

43、抗干擾能力強(qiáng)。2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)第第 2 章章 物物 理理 層層64（相對(duì)調(diào)相）（相對(duì)調(diào)相）用載波在兩位數(shù)字信號(hào)的交接處產(chǎn)生的相對(duì)偏移用載波在兩位數(shù)字信號(hào)的交接處產(chǎn)生的相對(duì)偏移來表示載波所表示的數(shù)字信號(hào)。來表示載波所表示的數(shù)字信號(hào)。抗干擾能力強(qiáng)，但實(shí)現(xiàn)技術(shù)較復(fù)雜?？垢蓴_能力強(qiáng)，但實(shí)現(xiàn)技術(shù)較復(fù)雜。（多相調(diào)制）（多相調(diào)制）例：兩位二進(jìn)制位可以有例：兩位二進(jìn)制位可以有4種組合，即種組合，即00、01、10、11，可用，可用4個(gè)不同的相位值表示。個(gè)不同的相位值表示。00： 0 =0； 01： 1 = /2；10： 2 = ； 11： 3=3 /2；2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)第第 2 章章 物物 理理 層層65 0 1 1 0 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK絕對(duì)調(diào)相(d)PSK相對(duì)調(diào)相0+00+002.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)第第 2 章章 物物 理理 層層66振幅與相位的組合：振幅與相位的組合：2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)第第 2 章章 物物 理理 層層67 2 . 數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸（基帶傳輸）數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸（基帶傳輸） 研究數(shù)據(jù)在信號(hào)傳輸過程中如何進(jìn)行編碼變換。研究數(shù)據(jù)在信號(hào)