計算機網(wǎng)絡第二章課件

1、 計算機網(wǎng)絡1授課教師 馬常霞03-04學年二學期第1頁，共97頁。第二章 物理層學習要點： 數(shù)據(jù)傳輸基礎 數(shù)據(jù)編碼多路復用主要傳輸媒體交換2授課教師 馬常霞03-04學年二學期第2頁，共97頁。第二章 物理層2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 （選學） 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號 2.1.2 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率 2.2 傳輸媒體 2.2.1 雙絞線2.2.2 同軸電纜2.2.3 光纜 3授課教師 馬常霞03-04學年二學期第3頁，共97頁。第二章 物理層2.2.4 無線傳輸2.3 數(shù)據(jù)編碼技術2.4.1 模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 2.4.2 模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)2.4.3 數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)

2、據(jù)2.4.4 數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)2.4 多路復用技術2.4.1 頻分多路復用 2.4.2 時分多路復用2.4.3 波分多路復用2.5 電話線路及相關的數(shù)字化技術2.5.1 電話線路2.5.2 在電話系統(tǒng)干線上采用的數(shù)字化技術4授課教師 馬常霞03-04學年二學期第4頁，共97頁。第二章 物理層2.6 物理層標準舉例2.6.1 EIA-232 接口標準2.6.2 RS-449標準5授課教師 馬常霞03-04學年二學期第5頁，共97頁。第二章 物理層物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)的比特流，而不是指連接計算機的具體的物理設備或具體的傳輸媒體?，F(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡中的物理設備

3、和傳輸媒體的種類非常繁多，而通信手段也有許多不同的方式。物理層的作用正是要盡可能地屏蔽掉這些差異，使其上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺不到這些差異。在物理連接上的傳輸方式一般都是串行傳輸，即一個一個比特按照時間順序傳輸。當然在某些情況下也可以采用多個比特的并行傳輸方式。出于經濟上的考慮，遠距離的傳輸通常都是串行傳輸。6授課教師 馬常霞03-04學年二學期第6頁，共97頁。第二章 物理層物理層是OSI 模型的最低層，涉及網(wǎng)絡物理設備之間的接口，其目的是向高層提供透明的二進制位流傳輸。 物理接口的設計涉及信號電平、信號寬度、傳送方式（半雙工或全雙工）、物理連接的建立和拆除、接插件引腳的規(guī)格和作用等?？傊?，物理

4、層提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需的機械、電氣、功能和過程特征。 7授課教師 馬常霞03-04學年二學期第7頁，共97頁。2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識數(shù)據(jù)傳輸總是通過某種傳輸媒體在發(fā)送設備和接收設備之間進行。傳輸媒體可以劃分為導線的或無導線的兩類。無論屬于哪一種類別，通信都以電磁波的形式發(fā)生。使用導線媒體，波的傳播被限制到一條物理通路；導線媒體的例子有雙絞線、同軸電纜和光導纖維。無導線媒體提供發(fā)射電磁波的手段，但不約束傳播的通路；無導線傳播的例子有通過空氣、真空和海水的通信。 術語直達鏈路用以指稱在兩個設備之間這樣的一種通路，信號直接地從發(fā)送設備傳播到接收設備，在它們之間沒有中介設備。如果一個

5、傳輸媒體被說成是點到點的，那就意味著，第一，僅僅有兩個設備共享媒體；第二，媒體在兩個設備之間提供了一條直達鏈路。在多點導線配置中，有多于兩個以上的設備共享同一個媒體。 8授課教師 馬常霞03-04學年二學期第8頁，共97頁。2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識傳輸可以是單工、半雙工或全雙工的。在單工傳輸中，信號僅在一個方向上傳輸；一個站是發(fā)送設備，另一個站是接收設備。在半雙工操作中，兩個站都可發(fā)送，但在任一特定的時刻都只允許一個站發(fā)送，另一個站則是在接收。在全雙工操作中，兩個站可以同時發(fā)送。在后一種情況下，媒體同時在兩個方向上運載信號。表示成時間的函數(shù)，電磁信號可以是連續(xù)的，也可以是離散的。連續(xù)信號的強

6、度隨時間平滑變化，也就是說，在信號中無斷裂或不連續(xù)。離散信號的強度在某個時間周期內維持一個常量級，然后改變到另一個常量級。連續(xù)信號可以表示語音，離散信號可以表示二進制的1和0。最簡單的信號種類是周期信號，同樣的信號模式隨時間反復出現(xiàn)。 9授課教師 馬常霞03-04學年二學期第9頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號19世紀初葉，法國數(shù)學家吉傅里葉證明：任何正常的周期為T的函數(shù)g(t)都可以由無限個正弦和余弦函數(shù)合成： (2-1) 這里f=1/T，T是g(t)的周期，an和bn是正弦和余弦函數(shù)n次諧波的振幅。這種分解叫做傅里葉分析，等式右方的級數(shù)稱為傅里

7、葉級數(shù)。g(t)應是一個正常的周期函數(shù)，是指它滿足在每個周期的積分和不連續(xù)點的數(shù)目都為有限這樣一個不太嚴格的限制條件。通過傅氏級數(shù)可以重新合成原函數(shù)，即已知周期T和振幅，通過式(2-1)求和能夠得到時間函數(shù)g(t)。一個持續(xù)時間有限的數(shù)據(jù)信號可以想象成它一遍又一遍地無限重復整個模式，即假定從T到2T的區(qū)間模式等同于區(qū)間0到T，從2T到3T的區(qū)間模式又等同于區(qū)間T到2T，如此等等。10授課教師 馬常霞03-04學年二學期第10頁，共97頁。2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號將式(2-1)兩邊同乘sin(2kft)，然后從0到T積分，可得振幅an，因為：和式中，除an

8、外，bn消失。類似地，用cos(2kft)乘式(2-1)兩邊，然后從0到T積分，可得振幅bn。另外，直接對式(2-1)兩邊從0到T積分，即可得到C。執(zhí)行上述運算的結果如下：11授課教師 馬常霞03-04學年二學期第11頁，共97頁。2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號 現(xiàn)在我們再回到一個持續(xù)時間有限的數(shù)據(jù)信號的條件。假定傳送一個8比特字節(jié)編碼的ASCII字符“b“，待傳的位模式是01100010。圖2-4(a)左邊示出了計算機發(fā)送該字符時的輸出電壓，對此信號對應的周期函數(shù)g(t)進行傅氏變換可得到下列系數(shù)： 12授課教師 馬常霞03-04學年二學期第12頁，共97頁

9、。2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號若干個低次諧波幅度的方均根值示于圖2-1(a)的右部。計算這些方均根值是因為它們的平方與相應頻率的諧波所傳送的能量成正比。計算振幅的方均根值公式是： 例如，圖示中的一次諧波振幅的方均根值為0.244，2次諧波振幅的方均根值為0.503，3至8次諧波振幅的方均根值分別為0.197，0.160，0.118，0.168，0.035和0。 13授課教師 馬常霞03-04學年二學期第13頁，共97頁。2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號 14授課教師 馬常霞03-04學年二學期第14頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)

10、傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號所有傳輸設施在傳輸信號過程中都將損失一些能量。如果所有傅里葉分量被等量衰減，那么結果信號雖在振幅上有所衰減，但沒有畸變，在我們的示例中即可在接收端得到與圖2-1(a)完全相同的標準方波。然而，實際的傳輸設施對不同的傅里葉分量衰減程度不同，因而輸出信號發(fā)生畸變，通常頻率0到fc(截止頻率，以赫茲即HZ為單位)范圍內的諧波在傳輸過程中無衰減，而截止頻率以上的所有諧波在傳輸過程中衰減極大。這種現(xiàn)象既可由傳輸媒體的物理特性引起，也可能是由于人們有意在線路中安裝了一個濾波器來限制每個用戶使用的帶寬。 現(xiàn)在讓我們看一看如果帶寬低到僅允許最低幾次諧波通過，

11、亦即式(2-1)只取前幾項近似值，圖2-1(a)中的信號將是什么樣子。圖2-1(b)畫出了信道僅允許1次諧波通過時的情形。類似地，圖2-1(c)-(e)為信道帶寬較寬時得到的頻譜及合成函數(shù)。15授課教師 馬常霞03-04學年二學期第15頁，共97頁。2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號發(fā)送字符所需的時間T取決于編碼方法和信號頻率(每秒信號值，比如電壓, 改變的次數(shù))。每秒信號變化的次數(shù)以波特(baud)度量。一個以b波特傳送信號的線路，其傳送二進制數(shù)據(jù)的速率不一定是b比特/s，因為每個信號可以運載幾個比特。例如，若使用0、1、2、3、4、5、6和7共8個電平級，則每

12、個信號值可代表3個比特，因而這種條件下比特率將是波特數(shù)的3倍。 16授課教師 馬常霞03-04學年二學期第16頁，共97頁。2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號讓我們再回到以傳送1個字符8位組時間長度為周期T的傅氏分析。假定比特率為b比特/s，發(fā)送8比特信息所需的時間就是(8/b)秒，故單值函數(shù)g(t)的1次諧波的頻率即f=1/T是(b/8)周期/秒(周期/秒也稱赫茲即HZ)。普通的電話線路常稱話音級線路，截止頻率大約為3000HZ，這就意味著允許通過的最高簡單正弦或余弦周期信號的頻率是3000HZ，根據(jù)(2-1)，角頻率=2nf，現(xiàn)在nf=3000，f=b/8，因

13、此，允許通過最高次諧波的次數(shù)大約是(因為不是銳截止) 對于一些常用的數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋忍芈?、基本周期?次諧波頻率和最高諧波次數(shù)之間的關系如表2-1所示。 17授課教師 馬常霞03-04學年二學期第17頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號 18授課教師 馬常霞03-04學年二學期第18頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.1 傅里葉分析和有限帶寬信號從這些數(shù)字可以清楚地看出：如果在一條話音級線路上以9600bit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)，最高次諧波的次數(shù)僅為2，圖2-1(a)所示的波形將變?yōu)閳D2-1(c)所示波形，故不可能精確地收到原位串，顯然，即

14、使傳輸設備完全沒有噪聲，數(shù)據(jù)傳輸高于38.4Kbit/s時也不可能得到二進制信號。限制帶寬就是限制數(shù)據(jù)傳輸率，即使對理想的信道也是如此。不過，存在多電平的復雜編碼法，用它可得到較高的數(shù)據(jù)傳輸率。 19授課教師 馬常霞03-04學年二學期第19頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.2 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率 早在1924年，奈魁斯特(Nyguist, H)就認識到信道對于數(shù)據(jù)傳輸率的限制，并推導出了一個有限帶寬無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率表達式。奈魁斯特證明，如果一個任意的信號通過帶寬為H的低通濾波器，那么每秒采樣2H次就能完整地重現(xiàn)通過這個濾波器的信號。以每秒高于2H次的速度對此線路

15、采樣是無意義的，因為高頻的分量已被濾波器濾掉，無法再恢復了。如果被傳信號電平分為V級，奈氏定理表明：最大數(shù)據(jù)傳輸率=2HlbV(bit/s)。例如，一個無噪聲的3KHZ信道不能以高于6000bit/s的速率傳輸二元(即兩級)電平信號。 20授課教師 馬常霞03-04學年二學期第20頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.2 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率 到目前為止，我們僅考慮了無噪聲信道。如果有噪聲存在，情形會急劇變壞。噪聲通常以信號功率和噪聲功率之比來度量，這個比值叫做信噪比。如果用S表示信號功率，N表示噪聲功率，則信噪比為S/N。通常，我們并不使用信噪比本身，而是使用10lg S/N，

16、其單位為分貝(dB)，如果S/N為10，則是10dB，S/N為100則是20dB，S/N為1000是30dB，依此類推。立體聲放大器生產廠家常用兩端的3dB點來定義帶寬(頻率范圍)，在這兩點之間的頻率范圍內，其產品是線性的；在3dB點以外，放大系數(shù)減半（ 10lg 2 3） 。21授課教師 馬常霞03-04學年二學期第21頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.2 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率 通信系統(tǒng)中所遇到的噪聲可以分為兩類： 系統(tǒng)外的噪聲； 系統(tǒng)內部產生的噪聲。第類噪聲還可進一步分為人為和非人為干擾。人為干擾可由電機的點火系統(tǒng)、換流器、開關接觸不良、熒光燈等引入。非人為干擾包括各種形

17、式的大氣噪聲。雷電或來自銀河系的宇宙輻射是主要的大氣噪聲，后者又是射電天文學所研究的信號源。限制通信系統(tǒng)性能的基本因素是系統(tǒng)本身內部的噪聲。這類噪聲基本上有兩種成因，即任何溫度在絕對零度以上的物體中的電子均有隨機的熱運動。真空器件中的電流或半導體器件內的越結電流中均有統(tǒng)計起伏的變化。22授課教師 馬常霞03-04學年二學期第22頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.2 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率 1948年，仙農(Shannon, C. E)把奈魁斯特的結論進一步擴展到受隨機(熱)噪聲影響的信號。他的關于噪音信道的主要結論是：對任何帶寬為H Hz、信噪比為S/N的信道： 最大數(shù)據(jù)傳輸速

18、率（b/s)=Hlog2(1+S/N) 仙農公式表明，信道的帶寬越大或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。從仙農公式可看出，若信道帶寬H或信噪比S/N沒有上限（實際的信道當然不可能是這樣的），那么信道的極限信息傳輸速率也就沒有上限。仙農的結論是應用信息論原理推導出來的，適用范圍很廣。要想超越這一結論可以認為想要發(fā)明永動機。應該注意的是，這是一個上限。實際上要接近仙農極限也是很困難的。23授課教師 馬常霞03-04學年二學期第23頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.2 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率 自從仙農公式發(fā)表以后，各種新的信號處理和調制的方法不斷出現(xiàn)，其目的都是為了接近

19、仙農公式所給出的傳輸速率極限。在實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比仙農的極限傳輸速率低不少。這是因為在實際的信道中，信號還要受到其他的一些損傷，如各種系統(tǒng)外的噪聲干擾以及在傳輸和處理中產生的其他失真等。這些因素在仙農公式的推導過程中并未考慮。 24授課教師 馬常霞03-04學年二學期第24頁，共97頁。 2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A知識 2.1.2 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率 由于波特率受奈氏準則的制約，所以要提高信息的傳輸速率，就必須設法使每一個信號碼元能攜帶更多個比特的信息量。這就需要采用多元制的調制方法。例如，當采用16元制時，一個碼元可攜帶4個比特的信息。一個標準電話話路的頻帶為3003400H

20、z，即帶寬為3100Hz。在這頻帶中接近理想信道的也就是靠中間的一段，其帶寬約為2400Hz左右。如使信號的傳輸速率為2400波特，通過4位/波特調制，則信息的傳輸速率可達到9600bit/s。從仙農公式可以很容易地計算出在這種情況下所需信噪比的最低值。但應注意，對于實際的信道所需的信噪比要比這個最低值還要高不少。對于3.1kHz帶寬的標準電話信道，如果信噪比S/N=2500，那么由仙農公式可以知道，無論采用何種先進的編碼技術，信息的傳輸速率一定不可能超過由仙農公式算出的極限數(shù)值，即35000bit/s左右。目前的編碼技術水平與此極限數(shù)值相比，差距已經很小了。25授課教師 馬常霞03-04學年

21、二學期第25頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體傳輸介質是在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中位于發(fā)送設備和接收設備之間的物理通路。數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶卣骱唾|量是由介質的特征和信號的特征兩個方面決定的。在導線介質的情況下，介質本身在確定傳輸限制方面起更重要的作用。對于非導線介質，由發(fā)射天線產生的信號帶寬在確定傳輸特征方面比介質更為重要。由天線發(fā)射的信號的一個關鍵特性是方向性。一般說來，低頻信號是全向的，亦即從天線發(fā)出的信號在所有的方向上傳播。在高頻的發(fā)射中，信號可以被集中到一個定向的射束。在現(xiàn)實的世界中，有多種物理介質可用于實際的傳輸，每一種物理介質在帶寬、延遲、成本和安裝維護難度上都不相同。 26授課教師 馬常霞03-04

22、學年二學期第26頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.1 雙絞線無論是傳輸模擬數(shù)據(jù)還是傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)，最普通的傳輸介質是雙絞線。雙絞線由兩條互相絕緣的銅線組成，其典型粗細為直徑1mm，這兩條線像螺紋一樣擰在一起，這樣可以減少鄰近線路的電氣干擾。雙絞線最常見的應用是電話系統(tǒng)。幾乎所有的電話都通過雙絞線連接到電話局。雙絞線傳輸信號可以幾公里不需要放大，更遠的距離就要使用中繼設備了。當有許多雙絞線并行走線太長時，例如在一座公寓里連往電話局的所有導線應扎成束，并包封在護套中。在電話線架設在地面電線桿子上的地區(qū)，常?？梢钥吹街睆綖閹桌迕椎木€束。 27授課教師 馬常霞03-04學年二學期第27頁，共97

23、頁。2.2 傳輸媒體2.2.1 雙絞線雙絞線的帶寬取決于銅線的粗細和傳輸距離，但在許多情況下，幾公里范圍內的傳輸速率可以達到幾兆bps，由于其性能較好又價格便宜，雙絞線很有可能還要被持續(xù)使用多年。雙絞線可以分為兩種：非屏蔽和屏蔽。非屏蔽雙絞線電纜由多對雙絞線和一個塑料外皮構成。如圖2-2所示。非屏蔽雙絞線(UTP)易受外部干擾，包括來自環(huán)境噪音與附近的雙絞線；但由于其價格低廉且易于安裝和使用，所以應用非常廣泛。在建筑物內部，作為局域網(wǎng)傳輸介質而被普遍使用的UTP電纜的最大長度一般限制在100米之內。 28授課教師 馬常霞03-04學年二學期第28頁，共97頁。2.2 傳輸媒體2.2.1 雙絞線

24、 29授課教師 馬常霞03-04學年二學期第29頁，共97頁。2.2 傳輸媒體2.2.1 雙絞線屏蔽雙絞線電纜的內部與非屏蔽雙絞線電纜一樣是雙絞銅線，外層由鋁箔包著，如圖2-3所示。屏蔽雙絞線(STP)在抗干擾方面優(yōu)于UTP，但它相對來講要貴一些，并且需要配有支持屏蔽功能的特殊連接器和相應的安裝技術。屏蔽雙絞線在低速時提供良好的性能。屏蔽雙絞線除了用于IBM網(wǎng)絡產品安裝(當今主要采用16Mbps速率)外，并未普遍流行起來。 30授課教師 馬常霞03-04學年二學期第30頁，共97頁。2.2 傳輸媒體2.2.1 雙絞線 31授課教師 馬常霞03-04學年二學期第31頁，共97頁。2.2 傳輸媒體

25、2.2.1 雙絞線1991年，美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)頒布了EIA-568標準，即商業(yè)大樓的通信布線標準。EIA-568-A有三種UTP電纜。3類：UTP電纜及其端接設備的傳輸特性定義為16MHZ。4類：UTP電纜及其端接設備的傳輸特性定義為20MHZ。5類：UTP電纜及其端接設備的傳輸特性定義為100MHZ。 3類UTP電纜對應于在大多數(shù)辦公樓里大量使用的話音級電纜；在有限的距離內，經過適當?shù)脑O計，數(shù)據(jù)速率可以達到16Mbps。 5類是數(shù)字級電纜，現(xiàn)正成為新建大樓的預裝設施；在一定的范圍內，經過適當?shù)脑O計，5類電纜可以達到100Mbps速率。 3類和5類UTP的關鍵差別在于單位距離上的螺旋

26、的數(shù)目。5類旋得較緊，一般為每英寸3-4轉，而3類則一般是每英尺3-4轉；旋得越緊，價格越貴，但性能也好得多。 32授課教師 馬常霞03-04學年二學期第32頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.2 同軸電纜同軸電纜由繞同一軸線的兩個導體所組成。如圖2-4所示，它以硬銅線為芯，外裹一層絕緣材料，這層絕緣體外面又被密集的網(wǎng)狀導體所環(huán)繞，網(wǎng)外又覆蓋一個保護性塑料層。 33授課教師 馬常霞03-04學年二學期第33頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.2 同軸電纜同軸電纜的這種結構，使它具有比雙絞線更好的抗干擾性能。它可以傳輸比雙絞線更長的距離，連接更多的工作站。同軸電纜的帶寬取決于電纜長度

27、，1km的電纜可以達到1Gb/s至2Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。同軸電纜曾在電路系統(tǒng)中廣泛使用，現(xiàn)在已大量被光纖所代替。但是，現(xiàn)在同軸電纜仍被廣泛地用于有線電視和某些局域網(wǎng)。有兩種廣泛使用的同軸電纜。一種是50電纜，用于基帶數(shù)字傳輸，另一種是75電纜，用于寬帶模擬傳輸?！皩拵А边@個詞來源于電話業(yè)，指比4KHZ寬的頻帶；然而在計算機網(wǎng)絡中，“寬帶電纜”是指使用模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的較寬頻帶的電纜。 34授課教師 馬常霞03-04學年二學期第34頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.2 同軸電纜基帶電纜使用數(shù)字信號，在這種情況下，信號占據(jù)整個頻寬，電纜上只有一個信道?；鶐щ娎|主要用于局域以太網(wǎng)，并

28、使用曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)速率一般是10Mbps。寬帶電纜使用標準的有線電視技術，頻帶可高達300450MHZ。由于使用模擬信號，傳輸距離可以達到100公里。為了在模擬網(wǎng)上傳輸數(shù)字信號，需要在接口處安放一個電子設備，用以把進入網(wǎng)絡的比特流轉換為模擬信號，并把網(wǎng)絡輸出的信號再轉換成比特流。取決于這些電子設備的類型，1bps占據(jù)大約1HZ的帶寬。使用先進的調制技術，可以達到每赫茲多個比特。寬帶系統(tǒng)又分為多個信道，電視廣播通常占用6MHZ信道。每個信道可用于模擬電視、CD質量聲音(1.4Mb/s)或3Mb/s的數(shù)字比特流。電視和數(shù)據(jù)可在一條電纜上混合傳輸。 35授課教師 馬常霞03-04學年二學期第35

29、頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.2 同軸電纜寬帶系統(tǒng)有很多種使用方式。在一對計算機之間可以分配專用的永久性信道；另一些計算機可以通過控制信道申請建立一個臨時連接，然后切換到申請得到的信道；還可以讓所有的計算機競爭訪問單個信道或一組信道。從技術上講，寬帶電纜在傳送數(shù)字數(shù)據(jù)方面要比基帶(即單一信道)電纜差，但它的優(yōu)點是已被廣泛安裝。面對電話公司和有線電視公司激烈競爭的形勢，我們可以預期有線電視系統(tǒng)會作為計算機城域網(wǎng)運行，并會越來越多地在它上面提供電話和其它服務。 36授課教師 馬常霞03-04學年二學期第36頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜 由于光技術的發(fā)展，我們已經可

30、以利用光脈沖來傳輸數(shù)據(jù)。光脈沖的出現(xiàn)表示其位為1，不出現(xiàn)表示為0?？梢姽獾念l率大約是1014HZ，因而光傳輸系統(tǒng)可使用的帶寬范圍極大。光導纖維是一種能夠傳導光信號的極細而柔軟的通信介質，有許多種玻璃和塑料可用來制造光導纖維。光導纖維的橫截面為圓形，由纖芯和包層兩部分構成。二者由兩種光學性能不同的介質構成。其中，纖芯為光通路；包層由多層反射玻璃纖維構成，用來將光線反射到纖芯上。實用的光纜外部還須有一個保護層，每一芯及包層或緊或松地被外殼包裹著。在緊型結構中，光纖被外層塑料殼完全包??；在松型結構中，光纖與保護殼之間有一層液體膠或其他材料。無論哪一種結構，外殼都是起著提供必要的光纜強度的作用，以防止

31、光纖受外界溫度、彎曲、外拉、折斷等影響?？蓪⒍喙晒饫w捆在一起放在光纜中心。光纖要比銅導線細得多，也輕得多，所以大型光纜能夠比同尺寸的銅電纜具有更高的吞吐率。這一特點使光纖在空間有限的環(huán)境下使用更理想。 37授課教師 馬常霞03-04學年二學期第37頁，共97頁。2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜光通過一種介質而進入另一種介質時，就會發(fā)生折射(彎曲)。例如，在二氧化硅/空氣界面上，光線以21射入(見圖2A1)，以31射出。折射量取決于兩種介質的特性(折射率)。如果入射角大于某一臨界值，光線將完全反射回二氧化硅，而不會漏射入空氣中。因此，光的入射角等于或大于臨界值時，如圖2-9(b)所示，光線將完

32、全被限制在光纖中，而無損耗地傳播若干Km。38授課教師 馬常霞03-04學年二學期第38頁，共97頁。2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜 圖2-A1 光通過硅纖維傳輸?shù)墓鈱W效應39授課教師 馬常霞03-04學年二學期第39頁，共97頁。2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜光纖正是利用全內反射來傳輸經信號編碼的光束。全內反射可出現(xiàn)在折射率大于周圍媒體的折射率的任意透明媒體中。圖2-A2進一步示出了光導纖維傳輸?shù)哪Ｊ?。來自光源的光進入圓柱形玻璃或塑料纖芯。大角度的入射光線被反射并沿光纖傳播，其余光線被周圍媒體所吸收。這種傳播方式因有多個反射角而被稱為多模方式(參見圖2-A2a)。當纖芯半徑減小時，被

33、反射的角度亦加大。當將纖芯半徑降低到波長的量級時，只有單個角度即只有軸向光束能通過，此時光纖如同一個波導，稱為單模光纖(參見圖2-A2c)。 。40授課教師 馬常霞03-04學年二學期第40頁，共97頁。2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜 圖2-A2 光纖傳輸模式41授課教師 馬常霞03-04學年二學期第41頁，共97頁。2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜在多模傳輸時，存在多個傳輸路徑，每一路徑的長度不同，因此越過光纖的時間不同。這使信號碼元在時間上出現(xiàn)擴散，限制了能準確接收的數(shù)據(jù)速率。由于單模傳輸時只存在單個傳輸途徑，因此不會出現(xiàn)這種失真。最后，通過改變纖芯的折射率，還可以形成第三傳輸方式，

34、稱作梯度折射率多模方式(參見圖2-A2b)。這種方式的特性介于普通多模與單模之間。42授課教師 馬常霞03-04學年二學期第42頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜 單模光纖具有更大的容量，但是它的生產要比多模光纖昂貴。光纖的類型由模、材料(玻璃或塑料纖維)及芯和外層尺寸所決定，芯的尺寸及純度決定了光的傳輸量。當前最常使用的是62.5m芯 /125m外層的多模光纖，其次是的8.3m芯 /125m外層的單模光纖。光纜在普通計算機網(wǎng)絡上的安裝是從用戶設備開始的。由于每根光纖在任何時候都只能單向傳輸，因此，要實行雙向通信，它必須成對出現(xiàn)，一個用于輸入，一個用于輸出，光纖兩端接到光學接口

35、上。每一條光纖線纜的連接都需要小心地磨光端頭，通過電燒烤或化學環(huán)氯工藝與光學接口連在一起。 43授課教師 馬常霞03-04學年二學期第43頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜 光纖的傳輸距離僅受波長的影響，它的衰減率極低。同時為了更有效地增大傳輸距離，一般都采用1.55m波長的光纖，同時利用摻餌光纖放大器做為接收機的前置放大器或在光纖線路中作為中繼器，可使光纖的傳輸距離為幾十公里，甚至上百公里。由于光纖采用的是光譜技術，它沒有泄漏信號的現(xiàn)象，也不受電磁波和高頻失真的影響，這些特點使它更適合有危險的、高壓的或者泄漏信號、干擾信號很強的環(huán)境。 44授課教師 馬常霞03-04學年二學期

36、第44頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜 實際的光傳輸系統(tǒng)應有個組成部分，除了作為傳輸介質的光導纖維，還有光源和檢測器，目前，在光纖系統(tǒng)中使用兩種不同類型的光源：發(fā)光二極管(Light Emitting Diode)和注入式激光二極管ILD(Injection Laser Diode)。LED是在加電流后能發(fā)光的固態(tài)器件。ILD是根據(jù)被激發(fā)的量子電子效應能產生窄帶超發(fā)光束這一激光原理工作的固態(tài)器件。LED較為便宜，能工作在較寬的溫度范圍，并具有較長的工作壽命。ILD則更為有效，并能支持較高的數(shù)據(jù)速率。單模光纖不能使用廉價的LED，需要用昂貴的激光二極管驅動，但單模效率高，能傳輸

37、更遠的距離。在接收端用來將光變換成電能的檢測器是光電二極管。已使用的有兩種固態(tài)器件：PIN檢測器和APD檢測器。PIN(Positive-Intrinsic-Negative,即P型區(qū)本征耗盡層N型區(qū)半導體)是光電二極管，在二極管的P層和N層之間有一段無雜質硅。APD(Avalanche Photo Diode)是雪崩光電二極管，外形與PIN光電二極管類似，但使用強電場。這兩種器件基本上都是光電子計數(shù)器。PIN比APD便宜，但靈敏度較低。 45授課教師 馬常霞03-04學年二學期第45頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜 光載波的調制是一種稱為光強度調制的ASK(Amplitud

38、e Shift Keying)。一般，二進制數(shù)字“0”和“1”是用一給定頻率光的有無來表示的。LED和ILD兩種器件都能用這種方式來調制，而PIN和APD檢測器可直接響應光強度調制。高達每秒數(shù)千兆比特的數(shù)據(jù)速率正在實驗室里得到驗證。無論單模和多模都可支持幾種不同的光波長。在玻璃合成光纖中，光的傳播有3種最佳的以850、1300和1500nm為中心的波長“窗口”。在較長的波長下，損耗較低，可允許較長的距離內有較高的數(shù)據(jù)率。目前，在大量的局域網(wǎng)中使用850nm LED光源。雖然這較便宜，但一般限于100Mbit/s以下的數(shù)據(jù)速率和數(shù)公里的距離內使用。為獲得更高的數(shù)據(jù)速率和更長的距離，需采用1300

39、nm LED或激光源。當今，如要達到最高的傳輸能力和最長的距離，則需要1500nm光源。這些都要求采用激光器光源，用于某些長距離的應用中。但目前對局域網(wǎng)來說，它們是較為昂貴的。46授課教師 馬常霞03-04學年二學期第46頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.3 光纜 與同軸電纜相比較，光纖可以提供極寬的頻帶而功率損失很小，所以在兩個中繼器之間可以有很長的距離。光纖不受電源線波動、電磁干擾及空氣中腐蝕性化學物質的影響，因而可以在不適于同軸電纜的條件苛刻的工廠環(huán)境中使用。另外，光纖非常細，使得擁有數(shù)千條電纜需要將電纜管道鋪設得很大的公司獲得很大的益處。事實上，在電話系統(tǒng)上使用光纖的主要動機之

40、一是因為沒有合適的房間為許多路由安放很多同軸電纜。 對于高性能、高吞吐率的局域網(wǎng)，使用光纖是十分合適的。目前采用一種分光技術，可以在一條光纖上復用、發(fā)送、傳輸多個位，一般按一個字節(jié)八位并行傳輸，對每個位流使用不同的波長，這種波分復用技術WDM(Wavelength Division Multiplexing)所需的支持電路可在低速率下運行。WDM的光纖鏈路適合于字節(jié)寬度的計算機接口，是一種新的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。 47授課教師 馬常霞03-04學年二學期第47頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.4 無線傳輸無線傳輸介質都不需要架設或鋪埋電纜或光纖，而通過大氣傳輸,人們現(xiàn)在已經利用了無線電、微波

41、、紅外線和激光進行通信。無線通信已廣泛應用于電話的領域，構成蜂窩式無線電話網(wǎng)，由于便攜式計算機的出現(xiàn)以及在軍事、野外等特殊場合下，移動式通信連網(wǎng)的需要促進了數(shù)字化無線移動通信的發(fā)展?，F(xiàn)在已開始出現(xiàn)無線局域網(wǎng)產品，能在一幢樓內提供快速、高性能的計算機連網(wǎng)技術。 微波通信的載波頻率為2 40 GHZ范圍，因為頻率很高，可同時傳送大量信息，如一個帶寬為2MHZ的頻段可容納500條話音線路，用來傳輸數(shù)字信號，可達若干M bps。微波通信的工作頻率很高，與通常的無線電波不一樣，是沿直線傳播的，由于地球表面是曲面，微波在地面的傳播距離有限。直線傳播的距離與天線的高度有關，天線越高距離越遠，但超過一定的距離

42、后就要用中繼站來接力。另外兩種無線通信技術，紅外通信和激光通信也像微波通信一樣，有很強的方向性，都是沿直線傳播的。 48授課教師 馬常霞03-04學年二學期第48頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.4 無線傳輸目前高帶寬的計算機通信主要使用三種技術：微波，紅外線和激光。這三種技術都需要在發(fā)送方和接收方之間有一條視線(line-of-sight)通路，有時統(tǒng)稱這三者為視線介質。所不同的是紅外通信和激光通信把要傳輸?shù)男盘柗謩e轉換為紅外光信號和激光信號，再直接在空間傳播。這三種視線介質由于都不需要鋪設電纜，對于連接不同建筑物內的局域網(wǎng)特別有用。這是因為很難在建筑物之間架設電纜，不論在地下或用電

43、線桿，特別是要穿越屬于公共場所，例如要跨越公路時，會更加困難。而使用無線技術只需在每個建筑物頂上安裝設備。這三種技術對環(huán)境氣候較為敏感，例如，雨、霧和雷電。相對來說，微波對一般雨和霧的敏感度較低。 49授課教師 馬常霞03-04學年二學期第49頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.4 無線傳輸最后對微波通信中的一種特殊形式衛(wèi)星通信作一介紹。衛(wèi)星通信利用地球同步衛(wèi)星作中繼來轉發(fā)微波信號，衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制。一個同步衛(wèi)星可以覆蓋地球的三分之一以上表面，三個這樣的衛(wèi)星可以覆蓋地球上全部通信區(qū)域，這樣，地球上的各個地面站之間都可以互相通信了。由于衛(wèi)星信道頻帶寬，也可采用頻分多路

44、復用技術分為若干子信道，參見圖2-5，有些用于地面站向衛(wèi)星發(fā)送(稱為上行信道)，有些用于由衛(wèi)星向地面轉發(fā)(稱為下行信道)。衛(wèi)星通信的優(yōu)點是容量大，距離遠；缺點是傳播延遲時間長。從發(fā)送站通過衛(wèi)星轉發(fā)到接收站的傳播延遲時間為270ms，且這個傳播延遲時間是和兩站點間的距離無關的。這相對于地面電纜傳播延遲時間約6s/km來說，特別對于近距離的站點，要相差幾個數(shù)量級。50授課教師 馬常霞03-04學年二學期第50頁，共97頁。 2.2 傳輸媒體 2.2.4 無線傳輸 51授課教師 馬常霞03-04學年二學期第51頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術數(shù)據(jù)和傳送數(shù)據(jù)所采用的信號是兩個完全不同的概念。信號是數(shù)

45、據(jù)的具體表示形式，它和數(shù)據(jù)有一定關系，但又和數(shù)據(jù)不同。模擬數(shù)據(jù)可以用模擬信號傳輸，也可以用數(shù)字信號傳輸；同樣，數(shù)字數(shù)據(jù)可以用數(shù)字信號傳輸，也可以用模擬信號傳輸。這樣就構成了四種方式。在每一種方式中，數(shù)據(jù)信息所對應的具體傳輸信號狀態(tài)稱為數(shù)據(jù)信息編碼。 52授課教師 馬常霞03-04學年二學期第52頁，共97頁。 2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.1 模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)在電話機和本地局交換機之間所傳輸?shù)男盘柧褪遣捎眠@種編碼方式。模擬的聲音數(shù)據(jù)是加載到模擬的載波信號中傳輸?shù)?。無線語音廣播是模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)的另一個例子。有效的傳輸需要比較高的頻率。對于無導線傳播，傳送基帶信號幾乎是不可能的，因為那將

46、需要直徑為好幾公里長的天線。另外，調制有助于頻分復用。我們把結合輸入信號m(t)和頻率為fc的載波產生傳輸信號S(t)的過程稱為調制。結果所得到的信號S(t)的帶寬通常是在以fc為中心的一個有限范圍內。圖2-6示出了一個以低頻正弦調制波加載到高頻正弦載波的振幅調制例子。 53授課教師 馬常霞03-04學年二學期第53頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.1 模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 54授課教師 馬常霞03-04學年二學期第54頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.2 模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)我們在使用調制解調器通過電話線路傳輸計算機數(shù)據(jù)時，所采用的就是這種編碼方式。兩端的計算機（數(shù)字設備

47、）只能輸出和接收數(shù)字信號，而所連接的電話系統(tǒng)只能傳輸模擬信號。模擬信號傳輸?shù)幕A是載波，是一個連續(xù)變化的信號。用于遠距離計算機通信的模擬線路一般為頻帶傳輸線路，適于傳輸模擬信號而不能傳輸基帶信號(原始的電脈沖信號)，即不能傳輸近似于零頻率的分量(直流分量)。因此必須將數(shù)字數(shù)據(jù)變換(調制過程)成模擬信號后才能發(fā)送；在接收端須進行逆變換，從而恢復數(shù)字數(shù)據(jù)的原形(解調過程)。 55授課教師 馬常霞03-04學年二學期第55頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.2 模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)正弦交流信號作為載波可用Acos(t+)來表示。其中A為振幅，為角頻率，為相位。三者的任何變化都將影響波形，故它

48、們被稱為正弦波的控制參數(shù)。我們可以改變正弦波的三個控制參數(shù)，使其出現(xiàn)不同的波形，即可區(qū)別開“0”和“1”，故這三個參數(shù)又稱為調制參數(shù)。依信號調制的參數(shù)不同，可將調制分為基本的三種：幅度調制，頻率調制和相位調制。三種調制方式的波形如圖2-7所示。由于通信是雙向的，故兩端均有調制與解調的問題，完成這一任務的硬件稱為調制解調器(MODEM)。56授課教師 馬常霞03-04學年二學期第56頁，共97頁。2.3.2 模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 圖2-7（a） 對于數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號調制 57授課教師 馬常霞03-04學年二學期第57頁，共97頁。2.3.2 模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 圖2-7（b） 對于數(shù)字數(shù)據(jù)的

49、模擬信號調制 58授課教師 馬常霞03-04學年二學期第58頁，共97頁。2.3.2 模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 圖2-7 （c）對于數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號調制 59授課教師 馬常霞03-04學年二學期第59頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.3 數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字信號是一個離散的不連續(xù)的脈沖序列。每個脈沖都是一個信號元素。二進制數(shù)據(jù)的傳輸是通過將每個數(shù)據(jù)位編碼到信號元素中而得以實現(xiàn)的。在最簡單的情況下，在比特和信號元素之間有一一對應的關系。在數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方式中，通信的源端和目的端所發(fā)出和接收的以及中間媒體所傳輸?shù)亩际翘兊臄?shù)字信號。具體用什么樣的數(shù)字信號表示0以及用什么樣的

50、數(shù)字信號表示1就是所謂的編碼。編碼的規(guī)則可以有多種，原則上只要能有效地把1和0區(qū)分開就行。圖2-8示出了不歸零制、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼等常用的數(shù)字信號編碼方案。 60授課教師 馬常霞03-04學年二學期第60頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.3 數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 61授課教師 馬常霞03-04學年二學期第61頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.3 數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)不歸零(NRZ)碼是發(fā)送數(shù)字信號最常用和最簡單的方法，它用負電壓表示一種二進制值，正電壓表示另一種二進制值(圖2-8(a)，又稱不歸零電平(NRZ-L)編碼。NRZ碼的一種變形是NRZI碼，即“1”

51、反相的不歸零碼。與NRZ-L相同，NRZI在比特時間內為一恒定電壓脈沖。數(shù)據(jù)本身按1個比特時間的開始有無信號變遷來編碼。有變遷(低到高或高到低)表示該1比特時間為二進制“1”，無變遷表示二進制“0”(參見圖2-8(b)。 62授課教師 馬常霞03-04學年二學期第62頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.3 數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)在曼徹斯特編碼中，每比特期間中央有一變遷。這一比特中間的變遷可用作時鐘，也可用于表示數(shù)據(jù)：高到低的變遷表示“1”，低到高的變遷表示“0”(見圖2-8(c)。在差分曼徹斯特編碼中(見圖2-8(d)，這種比特中間的變遷僅用來提供時鐘，“0”和“1”的編碼則由比特開始有

52、、無變遷來表示。差分曼徹斯特編碼除具有上述編碼的優(yōu)點外，還具有差分編碼的優(yōu)點。 63授課教師 馬常霞03-04學年二學期第63頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.3 數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 4B/5B編碼 用5比特的碼組來編碼4比特的輸入數(shù)據(jù)。這種編碼方式要求每個5比特碼組中不含多于3個“0”，或者不會少于2個“1”。將5比特碼組轉換成電信號的波形采用了NRZI，即不歸零制，且在每個比特“1”的持續(xù)期間的開始處都有電平跳變。由于NRZI實際上也是一種差分方式，所以4B/5B編碼具有較好的抗干擾性，增加了接收的可靠性；由于5比特碼組中至少有兩個“1”，這就又保證在5比特碼組的持續(xù)期間內至少

53、有兩次電平跳變，可供接收端用來檢測出位同步信號。4B/5B編碼效率比較高，若要達到100Mbps的數(shù)據(jù)速率，只須在線路上有125M的波特率。作為例子，該編碼方法已廣泛用于100Mbps以太網(wǎng)和FDDI環(huán)形網(wǎng)。64授課教師 馬常霞03-04學年二學期第64頁，共97頁。2.3 模擬傳輸與數(shù)字傳輸 2.3.4 數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)使用數(shù)字信號編碼模擬數(shù)據(jù)最常見的例子是用于音頻信號的脈碼調制(PCM)。它主要包括三個步驟，即抽樣、量化和編碼。抽樣是指在每隔固定長度的時間點上抽取模擬數(shù)據(jù)的瞬時值，作為從這一次抽樣到下一次抽樣之間該模擬數(shù)據(jù)的代表值。根據(jù)抽樣定理，當抽樣的頻率大于或等于模擬數(shù)據(jù)的頻帶寬度

54、(最高變化頻率)的兩倍時，所得的離散信號可以無失真地代表被抽樣的模擬數(shù)據(jù)。量化則是把抽樣取得的電平幅值按照一定的分級標度轉換為對應的數(shù)字值，并取整數(shù)。這樣，把連續(xù)的電平幅值轉換為離散的數(shù)字量。編碼把量化的結果轉換為對應的二進制編碼。圖2-9畫出了將一個模擬數(shù)據(jù)轉換為具有16個量化級的數(shù)字信號的步驟。在網(wǎng)絡系統(tǒng)中，把模擬數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號發(fā)送；或者反過來，把接收到的數(shù)字信號解碼，還原成模擬數(shù)據(jù)的裝置稱為編碼解碼器(CODEC)。 65授課教師 馬常霞03-04學年二學期第65頁，共97頁。2.3 數(shù)據(jù)編碼技術 2.3.4 數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 66授課教師 馬常霞03-04學年二學期第66頁，共

55、97頁。 2.4 多路復用技術在實際的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中，傳輸媒體的能力往往超過來自單一信息源的需求，為了有效地利用通信線路，希望一個信道能夠同時傳輸多路信號。多路復用技術就是把許多信號在單一的傳輸線路上用單一的傳輸設備進行傳輸?shù)募夹g。采用多路復用技術把多個信號組合在一條物理線纜上傳輸，在遠距離傳輸時可大大節(jié)省線纜的安裝和維護費用。兩種最常使用的多路復用技術是頻分多路復用和時分多路復用。其中時分多路復用又可分為同步時分和異步時分兩種。 67授課教師 馬常霞03-04學年二學期第67頁，共97頁。 2.4.1 頻分多路復用 在物理信道能提供比單路原始信號寬得多的帶寬的情況下，我們就可以把該物理信道

56、的總帶寬分割成若干個和傳輸?shù)膯温沸盘枎捪嗤?或稍微寬一點)的子信道，每個子信道傳輸一路信號。這就是頻分多路復用。多路的原始信號在頻分復用前，首先要通過頻譜搬移把各路信號的頻譜搬移到物理信道的不同頻譜段上，這可以通過在頻率調制時采用不同的載波來實現(xiàn)。圖2-10給出了三路音頻原始信號頻分多路復用一個帶寬為12KHZ(從60KHZ至72KHZ)的物理信道的示例。 68授課教師 馬常霞03-04學年二學期第68頁，共97頁。 2.4.1 頻分多路復用 69授課教師 馬常霞03-04學年二學期第69頁，共97頁。 2.4.2 時分多路復用 若媒體能達到的位傳輸速率超過單一信號源所要求的數(shù)據(jù)傳輸率，就可

57、采用時分多路復用(TDM)技術，就是將一條物理信道按時間分成若干時間片輪流地給多個信號源使用，每一時間片由復用的一個信號源占用，而不象頻分多路復用(FDM)那樣同一時間同時發(fā)送多路信號。同步時分多路復用是指時分方案中的時間片是分配好的，而且是固定不變的，輪流占用，而不管某個信息源是否真有信息要發(fā)送。這樣，時間片與信息源是固定對應的，或者說，各種信息源的傳輸定時是同步的，故稱為同步TDM。在接收端，根據(jù)時間片序號便可判斷是哪一路信息，因而便可送往相應的目的地。 70授課教師 馬常霞03-04學年二學期第70頁，共97頁。 2.4.2 時分多路復用 異步時分多路復用允許動態(tài)地分配傳輸媒體的時間片。

58、這樣便可大大減少時間片的浪費。當然，實現(xiàn)起來要比同步TDM困難一些。在接收端無法根據(jù)時間片的序號來斷定接收的是哪一路信息源的信息，因此，需要在所傳輸?shù)男畔⒅袔в邢鄳男畔?。圖2-11(a)和(b)分別給出了同步時分和異步時分的示例。71授課教師 馬常霞03-04學年二學期第71頁，共97頁。 2.4.2 時分多路復用 72授課教師 馬常霞03-04學年二學期第72頁，共97頁。 2.4.2 時分多路復用 時分多路復用TDM并不局限于傳輸數(shù)字信號，也可以用來分時傳輸模擬信號。另外對于模擬信號，有時可把TDM和FDM結合起來一起使用，即：一個傳輸系統(tǒng)中，可以頻分成許多子信道，每個子信道再利用時分多

59、路復用來細分。在寬帶局域網(wǎng)中可以用此技術，而對于數(shù)字信號，一般不用FDM，因為數(shù)字信號占用的頻帶很寬。73授課教師 馬常霞03-04學年二學期第73頁，共97頁。2.4.3 波分多路復用波分多路復用 實質上是在光信道上采用的一種頻分多路復用的變種，只不過光復用采用的技術與設備不同于電復用。不同光纖上的光波信號通過無源的棱柱或衍射光柵復用到一根長距離傳輸?shù)墓饫w上。無源的設備通常運行得更可靠。由于光波處于頻譜的高頻段，有很高的帶寬，因而可以實現(xiàn)非常多路的波分復用。此外，利用光耦合器和可調的光濾波器還可以實現(xiàn)光交換，或將在一根光纖上輸入的光信號向多根輸出光纖上轉發(fā)。目前的技術已可使輸出光纖的條數(shù)達到

60、上百的數(shù)量級。74授課教師 馬常霞03-04學年二學期第74頁，共97頁。 2.5 電話線路及相關的數(shù)字化技術 通常，每部電話都有兩條銅線直接連接到電話公司最近的端局，這段距離通常為1-10km，這種用戶電話和端局的雙線連接在電話話務術語中稱為本地回路。當接到某個端局的電話用戶呼叫同一端局的另一用戶時，端局內的交換機在兩個本地回路間建立起一個直接的電氣連接，在整個通話過程中這個連接保持不變。如果受呼電話在別的端局，建立連接的過程就不同了。每個端局有大量的外線引到附近的一個或多個交換中心，即長途局(toll office)，也稱匯接局(tandem office)；連接端局和長途局的線路叫做長途