第三章物理層

1、1計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院第三章第三章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與物理層數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與物理層課前思考課前思考 什么是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本模型？什么是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本模型？ 信道的基本參數(shù)有哪些？信道的基本參數(shù)有哪些？ 最大數(shù)據(jù)率如何確定？最大數(shù)據(jù)率如何確定？ 什么叫模擬通信、數(shù)字通信？什么叫模擬通信、數(shù)字通信？ 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)如何相互轉(zhuǎn)化？模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)如何相互轉(zhuǎn)化？ 什么叫同步傳輸和異步傳輸？什么叫同步傳輸和異步傳輸？ 何謂復(fù)用技術(shù)？常用的復(fù)用方技術(shù)有哪幾種？何謂復(fù)用技術(shù)？常用的復(fù)用方技術(shù)有哪幾種？2計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院本章內(nèi)容本章內(nèi)容3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l3.1

2、.1通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型l3.1.2 模擬通信與數(shù)字通信模擬通信與數(shù)字通信l3.1.3 信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬l3.1.4 信道信道l3.1.5 物理傳輸媒體物理傳輸媒體l3.1.6 數(shù)字信號(hào)的編碼數(shù)字信號(hào)的編碼l3.1.7 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)l3.1.8 模擬信號(hào)的脈碼調(diào)制模擬信號(hào)的脈碼調(diào)制 l3.1.9 數(shù)據(jù)同步方式數(shù)據(jù)同步方式 l3.1.10 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 3.2 物理層協(xié)議物理層協(xié)議l3.2.1物理層協(xié)議在通物理層協(xié)議在通信系統(tǒng)中的地位信系統(tǒng)中的地位l3.2.2 四類物理層協(xié)議四類物理層協(xié)議3.3 物理層協(xié)議舉例物理層協(xié)議舉例3計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)

3、據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.1.1 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型信源信源變換器變換器信信 道道反變換器反變換器信宿信宿噪聲源噪聲源l信源：信源：將各種信息轉(zhuǎn)換成原始物理信號(hào)，如計(jì)算機(jī)，手機(jī)，電話機(jī)等。l變換器變換器/ /反反變換器：變換器：對(duì)原始物理信號(hào)進(jìn)行變換/反變換，以便適合在給定的信道上傳輸，如MODEM ， TA ，光/電轉(zhuǎn)換器等。l信道：信道：傳輸信號(hào)的一條通路。一條物理線路可構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)信道。l噪聲源：噪聲源：信道自身的噪聲以及周圍環(huán)境對(duì)信道的干擾。如熱噪聲，閃電，強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾等。l信宿：信宿：將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為信息，如計(jì)算機(jī)，手機(jī)，電話機(jī)等。發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端 4計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院

4、計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)模擬信號(hào)模擬信號(hào): 信號(hào)在傳輸過程中連續(xù)變化。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào): 信號(hào)在傳輸過程中離散變化。模擬通信：模擬通信：利用模擬信號(hào)來傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)字通信：數(shù)字通信：通過數(shù)字信號(hào)來傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)vtvt模擬信號(hào)模擬信號(hào)3.1.2 模擬通信與數(shù)字通信模擬通信與數(shù)字通信5計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn) l抗干擾能力強(qiáng)?？垢蓴_能力強(qiáng)。l適合遠(yuǎn)距離傳輸。適合遠(yuǎn)距離傳輸。l有利于安全性。有利于安全性。l適合多媒體信息傳輸。適合多媒體信息傳輸。3.1.3 信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬: 信號(hào)

5、能量所集中的頻率范圍（頻譜）。 例如:語音信號(hào)占用的頻率譜為300-3400Hz,那么帶寬為3400-300=3100Hz對(duì)數(shù)字信號(hào)對(duì)數(shù)字信號(hào),帶寬帶寬 H 可近似表示為：可近似表示為： H =1/ 為脈沖寬度；數(shù)據(jù)率越高，脈寬越窄，數(shù)字信號(hào)的帶寬越大。6計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.1.4 信道信道信道信道l信道是傳輸信號(hào)的一條通路。l信道通常由物理傳輸介質(zhì)和通信設(shè)備（如MODEM，中繼器，均衡器）組成。l一條物理線路可同時(shí)復(fù)用多條信道。衡量信道質(zhì)量的兩個(gè)重要參數(shù)衡量信道質(zhì)量的兩個(gè)重要參數(shù)l信道的帶寬。l信道的誤碼率。信道帶寬信道帶寬l信道帶寬：信道允許

6、傳輸信號(hào)的頻率范圍，單位為Hz。 如普通電話線的帶寬是4KHz。l對(duì)數(shù)字通信，通常用數(shù)據(jù)率來表示帶寬。 數(shù)據(jù)率：信道每秒最多傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，單位為bps。7計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)信道帶寬與數(shù)據(jù)率的關(guān)系信道帶寬與數(shù)據(jù)率的關(guān)系l奈奎斯特定理（無噪聲信道） C=2H log2L( bps) 其中，C為信道的數(shù)據(jù)率（即容量）；H為信道的帶寬；L為 數(shù)字信號(hào)的離散取值數(shù)目。l香農(nóng)定理（有噪聲信道，不受限） C=H log2(1+S/N) ( bps) 其中，S為信號(hào)功率，N為噪音功率，S/N為信噪比。l例：H=4KHz, S/N =1023, L=8； 求C。

7、 解：（）由奈奎斯特定理： C=2H log2L =24000log28=24000 （bps）8計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)（2）由香農(nóng)定理： C = H log2(1+S/N) =4000log2（1+1023） = 40000bps所以，信道最大數(shù)據(jù)率24000bps 波特率波特率l波特率波特率又稱碼元速率，是指每秒傳輸碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud）.l若碼元的離散取值數(shù)目為L(zhǎng)，波特率為B，數(shù)據(jù)率為C，則： C = B log2L9計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)誤碼率誤碼率 誤碼率誤碼率是指數(shù)字信號(hào)比特（二進(jìn)制位）

8、在傳輸過程中出錯(cuò)的概率。 P = Ne/N 其中，P為誤碼率；Ne為出錯(cuò)的比特?cái)?shù)；N為傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)。 信道的通信方向信道的通信方向l 單工信道單工信道 只允許數(shù)據(jù)信號(hào)在信道上的單向傳輸。如：無線電廣播，電視。l 半雙工信道半雙工信道 數(shù)據(jù)信號(hào)可以在信道上雙向傳輸，但同一時(shí)刻只允許單向傳輸。 如：無線對(duì)講機(jī)。l 全雙工信道全雙工信道 允許數(shù)據(jù)同時(shí)雙向傳輸。如：計(jì)算機(jī)通信。 10計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)ABABAB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)答應(yīng)答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)答應(yīng)答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)答應(yīng)答單工信道單工信道半雙工信道半雙工信道全雙工信道全雙工信道11計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.

9、1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.1.5 物理傳輸媒體（通信介質(zhì)）物理傳輸媒體（通信介質(zhì)） 雙絞線雙絞線l 非屏蔽雙絞線（UTP） 三類UTP 100, 100m,10Mbps，用于10BASE-T以太網(wǎng)。五類UTP（目前常用） 100, 100m,100Mbps，用于100BASE-T以太網(wǎng)。超五類UTP 100, 80m,1000Mbps，用于千兆以太網(wǎng)。六類UTP 100, 100m,1000Mbps，用于千兆以太網(wǎng)。銅線聚氯乙烯套層絕緣層12計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l 屏蔽雙絞線（STP）抗干擾性能好。價(jià)格昂貴、安裝麻煩。 同軸電纜同軸電纜銅線聚氯

10、乙烯套層屏蔽層絕緣層13計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 同軸電纜同軸電纜中央是一根銅導(dǎo)線，外包一層絕緣材料（泡沫塑料），這層絕緣材料又被第二層網(wǎng)狀導(dǎo)體裹住，以屏蔽外界電磁干擾。l基帶同軸電纜（基帶同軸電纜（50） 粗纜: 10BASE-5 細(xì)纜: 10BASE-2l寬帶同軸電纜（寬帶同軸電纜（75） 用于閉路電視。l與雙絞線相比，同軸電纜傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，但價(jià)格貴，與雙絞線相比，同軸電纜傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，但價(jià)格貴，布線麻煩。布線麻煩。14計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 光纖的中央是一根直徑幾十微米光導(dǎo)玻璃或塑料

11、芯。外面用一層玻璃體包住，最外層是塑料保護(hù)層。多根光纖由外包層包裹在一起構(gòu)成光纜。 光纖分為單模單模和多模多模兩類。 光纖光纖15計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院l單模光纖單模光纖光線主要沿著光線的軸心向前傳輸單模光纖傳輸距離較長(zhǎng)，但對(duì)光源要求高。3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l多模光纖多模光纖光線沿著光纖以多種角度被包層反射向前傳輸。多模光纖傳輸距離較短，但對(duì)光源要求不高。l光纖優(yōu)點(diǎn)光纖優(yōu)點(diǎn)容量大：可達(dá)幾百Gbps。距離遠(yuǎn)：100km（無需中繼）?？垢蓴_能力強(qiáng)：不受外部電磁場(chǎng)干擾?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。16計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 無線傳輸媒體無線傳輸媒體

12、無線傳輸無線傳輸以自由空間作為傳輸媒體，主要包括無線電波、微波、衛(wèi)星通信、激光、紅外線等。l 無線電波劃分無線電波劃分 國(guó)際電信聯(lián)盟將無線電波劃分為： 低頻：（LF） (30kHz 300KHz) 中頻：（MF）(300kHz 3MHz) 高頻：（HF）(3MHz 30MHz) 甚高頻：（VHF） (30MHz 300MHz) 超高頻：（UHF） (300MHz 3GHz) 特高頻：（SHF） (3GHz 30GHz) 極高頻：（EHF） (30GHz 300GHz)17計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l 無線電波無線電波的傳播特性無線電波無線電波的傳播特性 低

13、中頻 可輕易的通過障礙物（繞射）； 但能量隨距離增加而急劇減少，傳輸距離有限。高頻和甚高頻 能量會(huì)被地表吸收； 但能通過電離層反射。超高頻和特超高頻（微波） 只能直線傳播； 既不能繞射也不能反射。18計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l 微波微波 微波頻率大致為1GHz 100GHz用于無線局域網(wǎng)的微波頻率范圍為： 2.4GHz 2.484GHz 5.725GHz 5.825 GHz 18.825GHz 19.205GHz微波通信必須要有微波中繼站：100m高，相距80km 。l 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信是一種特殊的微波通信，使用同步通信衛(wèi)星作為微波中繼站 與地面

14、中繼站相比，衛(wèi)星的通信距離遠(yuǎn)，從理論上講，三個(gè)同步衛(wèi)星就能覆蓋整個(gè)地球表面。衛(wèi)星通信的特點(diǎn) （1）傳輸延遲長(zhǎng)達(dá)270ms。 （2） 通信費(fèi)用與距離無關(guān)。 （3）抗干擾能力差，甚至雨水也能吸收微波能量 19計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.1.6 數(shù)字信號(hào)的編數(shù)字信號(hào)的編碼碼數(shù)字信號(hào)的編數(shù)字信號(hào)的編碼：碼：用何種物理信號(hào)來表示“0”和“1”。 非非歸零編碼歸零編碼（NRE: Non-Return to Zero） 以高電平表示以高電平表示“0”，低電平表示，低電平表示“1”，反之亦然。，反之亦然。l優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：點(diǎn)：編編/譯碼簡(jiǎn)單。譯碼簡(jiǎn)單。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：內(nèi)部不含時(shí)鐘

15、信號(hào)，收內(nèi)部不含時(shí)鐘信號(hào)，收/發(fā)端同步困難。發(fā)端同步困難。l用途用途：計(jì)算機(jī)內(nèi)部低速數(shù)據(jù)通信0100110001120計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼（Manchester Encoding） 每一位中間有一次跳變，既表示數(shù)據(jù)，又作為同步信號(hào)。從高電平跳變到每一位中間有一次跳變，既表示數(shù)據(jù)，又作為同步信號(hào)。從高電平跳變到低電平表示低電平表示“0”，從低電平跳變到高電平表示，從低電平跳變到高電平表示“1”；反之亦然。；反之亦然。l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部自含時(shí)鐘，收/發(fā)端同步容易。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：編/譯碼較復(fù)雜。占用更多的信道帶寬，在同樣的波特率的

16、情況下，要比非歸零編碼多占用一倍信道帶寬，或者說編碼效率只有50%。0100110001121計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l用途用途：802.3局域網(wǎng)（以太網(wǎng)） 差分曼徹斯特編碼（差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Encoding） 每一位中間也有一次跳變，但這種跳變僅作為同步信號(hào)，不表示每一位中間也有一次跳變，但這種跳變僅作為同步信號(hào)，不表示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)值通過每位開始時(shí)無跳變來表示；有跳變表示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)值通過每位開始時(shí)無跳變來表示；有跳變表示“0”，無跳，無跳變表示變表示“1”；反之亦然。；反之亦然。l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部自含時(shí)鐘

17、，收/發(fā)端同步容易。比曼徹斯特編碼的抗干擾能力更強(qiáng)。0100110001122計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：編/譯碼更復(fù)雜。同樣需要多占用一倍信道帶寬。l用途：用途：802.5局域網(wǎng)（令牌環(huán)網(wǎng)）23計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1.7 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)3.1.7 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù) 數(shù)字信號(hào)的模擬傳輸數(shù)字信號(hào)的模擬傳輸l基帶信號(hào)：基帶信號(hào)：由信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)。l載波：載波：頻率較高的正弦波信號(hào)。l調(diào)制：調(diào)制：將基帶信號(hào)加載到載波上，即按基帶信號(hào)的變化規(guī)律去改變載 波的某些參數(shù)。l解調(diào)：解調(diào)：從載波中提取基帶信號(hào)。 調(diào)制技術(shù)

18、調(diào)制技術(shù)基帶信號(hào)基帶信號(hào)調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)基帶信號(hào)基帶信號(hào)24計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)l調(diào)幅：調(diào)幅：用載波信號(hào)不同振幅表示數(shù)據(jù), 又稱幅移鍵控法ASK。l易受突發(fā)干擾，適合低速數(shù)據(jù)傳輸，典型為易受突發(fā)干擾，適合低速數(shù)據(jù)傳輸，典型為1200bps調(diào)頻調(diào)頻l用載波信號(hào)不同頻率表示數(shù)據(jù)用載波信號(hào)不同頻率表示數(shù)據(jù),頻率高表示頻率高表示“1”，頻率低表示，頻率低表示“0”l又稱頻移鍵控法又稱頻移鍵控法FSK l抗干擾優(yōu)于調(diào)幅方式，但頻帶利用率不高抗干擾優(yōu)于調(diào)幅方式，但頻帶利用率不高調(diào)相調(diào)相l(xiāng)用載波信號(hào)不同相位表示數(shù)據(jù)用載波信號(hào)不同相位表示數(shù)據(jù)l又稱相移鍵控法又稱相移鍵控法PSKl占

19、用頻帶寬，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)率高，可達(dá)占用頻帶寬，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)率高，可達(dá)9600bps通常將調(diào)相和調(diào)幅相結(jié)合通常將調(diào)相和調(diào)幅相結(jié)合 p57 圖圖2.19t25計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院調(diào)制方法舉例調(diào)制方法舉例010011100數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)調(diào)幅調(diào)幅調(diào)頻調(diào)頻調(diào)相調(diào)相26計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1.8 模擬信號(hào)的脈碼調(diào)制模擬信號(hào)的脈碼調(diào)制 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸l信源是模擬信號(hào)可以先轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后再信源是模擬信號(hào)可以先轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后再通過數(shù)字信道傳輸。通過數(shù)字信道傳輸。電話電話codeccodec電話電話數(shù)字信道數(shù)字信道編碼編碼/解碼器解碼器最常

20、用的模最常用的模/數(shù)轉(zhuǎn)化方式是脈碼調(diào)制（數(shù)轉(zhuǎn)化方式是脈碼調(diào)制（PCM：Pulse Code Modullation）27計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制采樣采樣l按照一定的時(shí)間間隔采樣測(cè)量模擬信號(hào)幅值按照一定的時(shí)間間隔采樣測(cè)量模擬信號(hào)幅值 。量化量化l將采樣點(diǎn)測(cè)得的信號(hào)幅值分級(jí)取整。將采樣點(diǎn)測(cè)得的信號(hào)幅值分級(jí)取整。 編碼編碼l將量化后的整數(shù)值用二進(jìn)制數(shù)表示將量化后的整數(shù)值用二進(jìn)制數(shù)表示 28計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院采樣和量化采樣和量化 采樣定理采樣定理l若模擬信號(hào)的帶寬為若模擬信號(hào)的帶寬為H(Hz),則采用頻率則采用頻率B只要大只要大于或等于于或等于2H就可以恢復(fù)原樣模

21、擬信號(hào)。即：就可以恢復(fù)原樣模擬信號(hào)。即： B2H.l語音信號(hào)帶寬為語音信號(hào)帶寬為4kHz,則采樣頻率可取每秒則采樣頻率可取每秒8k次。次。（或每（或每125us采樣一次）。采樣一次）。量化量化設(shè)數(shù)字信號(hào)的離散取值數(shù)目為設(shè)數(shù)字信號(hào)的離散取值數(shù)目為2n，則將采樣值按，則將采樣值按0，1，2，.，2n-1進(jìn)行取整。進(jìn)行取整。量化誤差：量化取整值與實(shí)際幅值之間的誤差。量化誤差：量化取整值與實(shí)際幅值之間的誤差。29計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院編碼編碼 若數(shù)字信號(hào)取值數(shù)若數(shù)字信號(hào)取值數(shù)128，量化值為，量化值為0127，則每個(gè)采樣值要用則每個(gè)采樣值要用7bits來編碼。來編碼。 若數(shù)字信號(hào)取值為若數(shù)字

22、信號(hào)取值為64級(jí)，量化值為級(jí)，量化值為063，則每個(gè)采樣值要用則每個(gè)采樣值要用6bits來編碼。來編碼。分級(jí)越多，誤差越小，但每個(gè)采樣取值點(diǎn)編分級(jí)越多，誤差越小，但每個(gè)采樣取值點(diǎn)編碼所需的比特?cái)?shù)就越多。碼所需的比特?cái)?shù)就越多。30計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院PCM編碼過程舉例編碼過程舉例31計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院差分脈碼調(diào)制差分脈碼調(diào)制差分脈碼調(diào)制差分脈碼調(diào)制l其輸出值不是數(shù)字化采樣值本身，而是當(dāng)前值和其輸出值不是數(shù)字化采樣值本身，而是當(dāng)前值和上一個(gè)值之差。上一個(gè)值之差。l 如果按如果按128級(jí)，對(duì)多數(shù)模擬信號(hào)來講。相鄰采樣級(jí)，對(duì)多數(shù)模擬信號(hào)來講。相鄰采樣點(diǎn)的差值大于點(diǎn)的差值大于1

23、6的可能性非常小。所以主要的可能性非常小。所以主要4個(gè)個(gè)比特就可以編碼了，而不需要比特就可以編碼了，而不需要7個(gè)比特。個(gè)比特。l具有壓縮作用具有壓縮作用 32計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1.9 數(shù)據(jù)同步方式數(shù)據(jù)同步方式 同步：接收端按發(fā)送端發(fā)送代碼的頻率和起同步：接收端按發(fā)送端發(fā)送代碼的頻率和起始時(shí)間來接收數(shù)據(jù)。始時(shí)間來接收數(shù)據(jù)。 同步同步VT33計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院字符同步方式（異步通信）字符同步方式（異步通信） 字符同步：僅針對(duì)一個(gè)字符內(nèi)所含的二進(jìn)制字符同步：僅針對(duì)一個(gè)字符內(nèi)所含的二進(jìn)制位進(jìn)行同步。位進(jìn)行同步。 1 0 1 1 0 1 0 0起始位起始位停止位（停止位（

24、1.5位或位或2位）位）起始位是低電平（起始位是低電平（1位）位）停止位是高電平（停止位是高電平（1.5或或2位）位）停止位后面是起始位或空閑位停止位后面是起始位或空閑位34計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)l時(shí)鐘飄移被限制在一個(gè)字符內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生積累誤時(shí)鐘飄移被限制在一個(gè)字符內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生積累誤差。因此對(duì)同步精度要求不高。差。因此對(duì)同步精度要求不高。缺點(diǎn)缺點(diǎn)l每個(gè)字符均有起始每個(gè)字符均有起始/停止位，因而傳輸效率較低。停止位，因而傳輸效率較低。適用適用l低速通信。低速通信。字符同步方式又稱異步通信。字符同步方式又稱異步通信。35計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院位同步位同步 （同步通信）（同

25、步通信）位同步：針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)的每位進(jìn)行同步。位同步：針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)的每位進(jìn)行同步。實(shí)現(xiàn)位同步的兩種方法：實(shí)現(xiàn)位同步的兩種方法：l內(nèi)同步：不單獨(dú)發(fā)同步位號(hào)，而是將同步位號(hào)嵌內(nèi)同步：不單獨(dú)發(fā)同步位號(hào)，而是將同步位號(hào)嵌入數(shù)據(jù)編碼內(nèi)部。例如曼徹斯特編碼。入數(shù)據(jù)編碼內(nèi)部。例如曼徹斯特編碼。l外同步：在發(fā)送端和接收端之間提供專門的時(shí)鐘外同步：在發(fā)送端和接收端之間提供專門的時(shí)鐘信號(hào)。信號(hào)。 1 0 1 1 0 1 0 0同步位模式同步位模式0 1 1 1 1 1 1 0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)36計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)l傳輸效率高。傳輸效率高。缺點(diǎn)缺點(diǎn)l易產(chǎn)生時(shí)鐘漂移積累誤差而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)，同步易產(chǎn)

26、生時(shí)鐘漂移積累誤差而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)，同步困難。困難。l例設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)塊為例設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)塊為1K字節(jié)，那么每次要連續(xù)發(fā)送字節(jié)，那么每次要連續(xù)發(fā)送1024x8=8192位。位。適用適用l高速通信。高速通信。37計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.1.10 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 多路復(fù)用多路復(fù)用l將多個(gè)信道復(fù)用在一條物理線路上，使一條物將多個(gè)信道復(fù)用在一條物理線路上，使一條物理線路能夠同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)信號(hào)。理線路能夠同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)信號(hào)。分類分類l頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDM）l時(shí)分多路復(fù)用（時(shí)分多路復(fù)用（TDM）l統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（統(tǒng)計(jì)TDM）38計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與

27、信息學(xué)院頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用信道信道1（6064K）頻分多路頻分多路復(fù)用器復(fù)用器頻分多路頻分多路復(fù)用器復(fù)用器電話中繼線（電話中繼線（60108KHz）話機(jī)話機(jī)話機(jī)話機(jī)話機(jī)話機(jī)話機(jī)話機(jī)話機(jī)話機(jī)話機(jī)話機(jī)信道信道2（6468K）信道信道12（104108K）。FDM：將一條物理線路的總帶寬分割成若干個(gè)較：將一條物理線路的總帶寬分割成若干個(gè)較小帶寬的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。小帶寬的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。子信道分割技術(shù)：不同信號(hào)加載到不同載波上，子信道分割技術(shù)：不同信號(hào)加載到不同載波上，實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻移。實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻移。 39計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用 TD

28、M :將一條高速物理線路的傳輸時(shí)間劃分將一條高速物理線路的傳輸時(shí)間劃分成若干相等的時(shí)間片，輪流的為多路信號(hào)使成若干相等的時(shí)間片，輪流的為多路信號(hào)使用用 數(shù)據(jù)不丟失條件：數(shù)據(jù)不丟失條件：CHCi缺點(diǎn)：某些時(shí)間片由于沒有數(shù)據(jù)傳輸而造成缺點(diǎn)：某些時(shí)間片由于沒有數(shù)據(jù)傳輸而造成出于空閑狀態(tài)，浪費(fèi)信道寬度出于空閑狀態(tài)，浪費(fèi)信道寬度高速線路（高速線路（CH）時(shí)分多時(shí)分多路復(fù)用路復(fù)用時(shí)分多時(shí)分多路復(fù)用路復(fù)用A B C A B CC1C2C3C1C2C3ABCABC低速線路低速線路低速線路低速線路40計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用 統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)TDM統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)TDMA B C A C

29、 A C A AC1C2C3C1C2C3ABCABC 統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)TDM :采用動(dòng)態(tài)分配時(shí)間策略，即有數(shù)采用動(dòng)態(tài)分配時(shí)間策略，即有數(shù)據(jù)要傳輸?shù)木€路才分配時(shí)間片。據(jù)要傳輸?shù)木€路才分配時(shí)間片。 41計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.2 物理層協(xié)議物理層協(xié)議物理層協(xié)議實(shí)際上就是指通信接口標(biāo)準(zhǔn)物理層協(xié)議實(shí)際上就是指通信接口標(biāo)準(zhǔn)DCE通信接口通信接口DTEDTE通信接口通信接口DCE通信線路通信線路數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備 數(shù)據(jù)通信設(shè)備數(shù)據(jù)通信設(shè)備3.2.1 物理層協(xié)議在通信系統(tǒng)中的地位物理層協(xié)議在通信系統(tǒng)中的地位42計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院接口的機(jī)械特性。接口的機(jī)械特性。l規(guī)定接口的扦頭（座）的

30、規(guī)格，尺寸，扦腳數(shù)目規(guī)定接口的扦頭（座）的規(guī)格，尺寸，扦腳數(shù)目等。如等。如RS-232C使用使用25腳扦頭（座）。腳扦頭（座）。功能特性。功能特性。l對(duì)接口的各信號(hào)線的作用進(jìn)行定義和說明。對(duì)接口的各信號(hào)線的作用進(jìn)行定義和說明。規(guī)程特性。規(guī)程特性。l規(guī)定各信號(hào)線之間的相互關(guān)系，動(dòng)作發(fā)生的先后規(guī)定各信號(hào)線之間的相互關(guān)系，動(dòng)作發(fā)生的先后次序。次序。電氣特性電氣特性l規(guī)定信號(hào)的傳輸速率，電平關(guān)系，負(fù)載要求和電規(guī)定信號(hào)的傳輸速率，電平關(guān)系，負(fù)載要求和電纜長(zhǎng)度等。纜長(zhǎng)度等。43計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院3.2.2 四類物理層協(xié)議四類物理層協(xié)議美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的制定的RS-2

31、32-C,RS-422A,RS-423A,RS-449,RS-485,RS-530等串行接等串行接口標(biāo)準(zhǔn)。口標(biāo)準(zhǔn)。CCITT(現(xiàn)改為現(xiàn)改為ITU)制定的制定的X系列和系列和V系列接口標(biāo)準(zhǔn)。系列接口標(biāo)準(zhǔn)。lV系列規(guī)定了數(shù)字設(shè)備與模擬信道的接口標(biāo)準(zhǔn)，適用系列規(guī)定了數(shù)字設(shè)備與模擬信道的接口標(biāo)準(zhǔn)，適用于電話信道的數(shù)據(jù)傳輸；于電話信道的數(shù)據(jù)傳輸；lX系列定義了數(shù)據(jù)設(shè)備與數(shù)據(jù)信道的接口標(biāo)準(zhǔn)，適用系列定義了數(shù)據(jù)設(shè)備與數(shù)據(jù)信道的接口標(biāo)準(zhǔn)，適用于公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信。于公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信。ISO制定的制定的ISO2110, ISO4902,ISO4903, ISO1177等接口標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)很少用到。等接口標(biāo)

32、準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)很少用到。IEEE802物理層規(guī)范物理層規(guī)范44計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院DTEMMDTEDTEDTERS232CRS-232電纜電纜 RS-232C是最廣泛使用的物理層協(xié)議（是最廣泛使用的物理層協(xié)議（1969年制定）年制定）. 3.3 物理層協(xié)議舉例物理層協(xié)議舉例 RS232C 電話線電話線DTE通常為通常為PC機(jī)機(jī)45計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院機(jī)械特性機(jī)械特性采用采用DB-25(25腳腳)標(biāo)準(zhǔn)連接口標(biāo)準(zhǔn)連接口113142546計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院電氣特性電氣特性 電壓電壓l低電壓（低電壓（+3V）:“0”l最高電壓可達(dá)到最高電壓可達(dá)到+12V.電纜電纜l

33、RS-232C電纜長(zhǎng)度：不超過電纜長(zhǎng)度：不超過15m速率速率l通信速率：通信速率：20Kbpsl標(biāo)準(zhǔn)速率為：標(biāo)準(zhǔn)速率為：19.2kbps,9600bps,4800bps,2400bps,1200bps.功能特性功能特性 P67. 表表2.547計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)MODEM就緒就緒 載波信號(hào)載波信號(hào) 電話線電話線12345678201234567820遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)本本地地計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)規(guī)程特性規(guī)程特性 保護(hù)地保護(hù)地接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送允許發(fā)送允許發(fā)送信號(hào)地信號(hào)地載波檢測(cè)載波檢測(cè)終端就緒終端就緒遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程MODEM RS232C本地本地MODEMRS232C48計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院RS-232