四網(wǎng)絡(luò)物理層公開(kāi)課一等獎(jiǎng)優(yōu)質(zhì)課大賽微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第 2 章 物理層(2)第1頁(yè)第 2 章 物理層(2) 2.3 物理層下面?zhèn)鬏斆襟w2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體*2.4 信道復(fù)用技術(shù) 2.5.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 2.5.2 波分復(fù)用 2.5.3 碼分復(fù)用*2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)第2頁(yè)2.3 物理層下面?zhèn)鬏斆襟w無(wú)線(xiàn)電微波紅外線(xiàn)可見(jiàn)光紫外線(xiàn)X射線(xiàn)射線(xiàn)雙絞線(xiàn)同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無(wú)線(xiàn)電 調(diào)頻無(wú)線(xiàn)電 海事無(wú)線(xiàn)電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016

2、100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電 電信領(lǐng)域使用電磁波頻譜第3頁(yè)區(qū)分與聯(lián)絡(luò)：帶寬與頻率頻率：物質(zhì)在1秒內(nèi)完成周期性改變次數(shù)叫做頻率 。帶寬（模擬）能夠了解成信號(hào)傳輸頻率上下限之間距離 一條模擬線(xiàn)路可接收500HZ 到HZ頻率，它帶寬就是1500HZ思索：為何基帶信號(hào)不適合用于在信道上傳輸？低頻分量、直流分量帶寬（數(shù)字）能夠了解成通信線(xiàn)路所能傳送數(shù)據(jù)能力，帶寬實(shí)際上就是信道最高數(shù)據(jù)傳輸率第4頁(yè) 傳輸媒體與分類(lèi)傳輸媒體/媒介/介質(zhì)：它是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間物理通路。分類(lèi)導(dǎo)向傳輸媒體：固體媒

3、體非導(dǎo)向傳輸媒體：自由空間第5頁(yè)數(shù)據(jù)傳輸與傳輸媒體數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量除了與傳輸信號(hào)類(lèi)型、收發(fā)器設(shè)備特征相關(guān)，還與傳輸媒體本身特征相關(guān)著：物理特征傳輸特征地理特征抗干擾性?xún)r(jià)格第6頁(yè)2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線(xiàn)屏蔽雙絞線(xiàn) STP (Shielded Twisted Pair)無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn) UTP (Unshielded Twisted Pair) 同軸電纜50 同軸電纜75 同軸電纜光纜 第7頁(yè)1.雙絞線(xiàn)定義由兩根相互絕緣金屬（銅）導(dǎo)線(xiàn)并排放在一起，用規(guī)則方法絞合起來(lái)就組成了雙絞線(xiàn)。用處 可用于傳輸數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)，其通信距離為幾至幾十公里，可用于局域網(wǎng)、城域網(wǎng)構(gòu)建特征金屬越粗，其傳輸距離也越遠(yuǎn)衰減

4、隨頻率升高而增大使用更大和更準(zhǔn)確絞合度，可取得更高帶寬第8頁(yè)局域網(wǎng)慣用是三類(lèi)線(xiàn)和五類(lèi)線(xiàn)依據(jù)雙絞線(xiàn)類(lèi)型，那么在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)時(shí)候，布線(xiàn)方式也不一樣，但一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能采取一個(gè)布線(xiàn)方式。分為UTP和STP兩種第9頁(yè)各種電纜銅線(xiàn)銅線(xiàn)聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn) UTP屏蔽雙絞線(xiàn) STP同軸電纜第10頁(yè)同軸電纜特點(diǎn)：抗干擾、噪聲能力強(qiáng)用處普通用于有限電視網(wǎng)帶寬取決于電纜質(zhì)量分為50歐姆（數(shù)字傳輸）與75歐姆（模擬傳輸）兩種第11頁(yè)光纜光纖通信：利用光導(dǎo)纖維來(lái)傳遞光脈沖進(jìn)行通信。特點(diǎn)：帶寬非常大傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)抗雷電和電磁干擾好無(wú)串音干擾

5、，保密性好體積小重量輕進(jìn)行中繼時(shí)，光纖需要準(zhǔn)確連接，光電接口貴第12頁(yè)光線(xiàn)在光纖中折射 折射角入射角 包層（低折射率媒體） 包層（低折射率媒體） 纖芯（高折射率媒體） 包層纖芯第13頁(yè)光纖工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線(xiàn)在纖芯中傳輸方式是不停地全反射第14頁(yè)光纖分類(lèi)多模光纖：能夠存在許多條不一樣角度入射光線(xiàn)在一條光纖中傳輸單模光纖：光纖直徑只有一個(gè)光波長(zhǎng)，使得光纖就像一根波導(dǎo)那樣，可使光纖一直向前傳輸，不會(huì)產(chǎn)生屢次反射。小思索：二者誰(shuí)性能會(huì)更加好？第15頁(yè)輸入脈沖輸出脈沖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第16頁(yè)2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體 無(wú)線(xiàn)傳輸所使用頻段很廣。短

6、波通信主要是靠電離層反射，但短波信道通信質(zhì)量較差。微波在空間主要是直線(xiàn)傳輸。 地面微波接力通信衛(wèi)星通信 第17頁(yè)（1）地面微波通信微波：頻率在100MHZ10GHz信號(hào)微波通信主要特點(diǎn)是：只能在視距內(nèi)進(jìn)行傳輸。優(yōu)點(diǎn)：波段頻率高、信道容量大、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)備投資小、可跨越山區(qū)等缺點(diǎn)：受氣候印象大，相鄰站必須直視、無(wú)障礙物；隱蔽性和保密性差，中繼站使用和維護(hù)需要花費(fèi)資源第18頁(yè)（2）衛(wèi)星通信原理：在地球站之間人造衛(wèi)星作為中繼器地面微波通信。特點(diǎn)：通信距離遠(yuǎn)、通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)，含有微波通信二分之一特點(diǎn)。缺點(diǎn)：比較大傳輸時(shí)延；衛(wèi)星數(shù)量有限。第19頁(yè)2.4 信道復(fù)用技術(shù)概念復(fù)習(xí)：基本調(diào)制方法調(diào)幅

7、(AM)：載波振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而改變。 調(diào)頻(FM)：載波頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而改變。調(diào)相(PM) ：載波初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而改變。 第20頁(yè)對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)幾個(gè)調(diào)制方法 010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相第21頁(yè)信道復(fù)用技術(shù)為何要研究復(fù)用技術(shù)？復(fù)用技術(shù)原理：發(fā)送方將多個(gè)用戶(hù)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)復(fù)用器進(jìn)行聚集并將聚集后數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一條物理線(xiàn)路傳輸?shù)浇邮辗?，接收方?jīng)過(guò)分離器將數(shù)據(jù)分離成各個(gè)單獨(dú)數(shù)據(jù)，然后分發(fā)給接收方多個(gè)用戶(hù)。慣用信道復(fù)用技術(shù)：頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用和碼分復(fù)用第22頁(yè)2.4.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 (1) 頻分復(fù)用 頻率時(shí)間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻

8、率 5其將信道可用頻帶分成多個(gè)不相交頻段，每個(gè)用戶(hù)占其中一個(gè)頻段，接收時(shí)用適當(dāng)濾波器分別進(jìn)行解調(diào)接收第23頁(yè)第24頁(yè)主要問(wèn)題頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中主要問(wèn)題是各路信號(hào)之間相互串?dāng)_。 處理方法： 1.同時(shí)需要合理地選擇載波頻率 2.并在各路頻帶之間留有一定保護(hù)間隔 3.使用BPF與LPF 第25頁(yè)(2) 時(shí)分復(fù)用 為了有效地利用傳輸線(xiàn)路，可將多個(gè)話(huà)路信號(hào)用時(shí)分復(fù)用 TDM (Time Division Multiplexing)方法裝成時(shí)分復(fù)用幀，然后發(fā)送到線(xiàn)路上。時(shí)分復(fù)用是將信道使用時(shí)間分割成周期性幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙（不論幀或時(shí)隙都是互不重合），再依據(jù)一定時(shí)隙分配標(biāo)準(zhǔn)，使各個(gè)用戶(hù)在每幀內(nèi)只

9、能在指定時(shí)隙使用信道發(fā)送數(shù)據(jù)第26頁(yè)時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAA在 TDM 幀中位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第27頁(yè)時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間CDCDCDAAAABBBBCD在 TDM 幀中位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第28頁(yè)時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BDBDBDAAAABCCCCD在 TDM 幀中位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第29頁(yè)時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BCBCBCAAAABCDDDD在 TDM 幀中位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第30頁(yè)時(shí)分復(fù)用注意問(wèn)題對(duì)比頻分復(fù)用（FDM

10、）：全部用戶(hù)在一樣時(shí)間占用不一樣帶寬資源。時(shí)分復(fù)用(TDM)：全部用戶(hù)在不一樣時(shí)間占用一樣頻帶寬度。存在問(wèn)題同時(shí)問(wèn)題復(fù)用后信道利用率不高 第31頁(yè)時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線(xiàn)路資源浪費(fèi) ABCDaabbcdbcattttt4 個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶(hù)第32頁(yè)統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 STDM是一個(gè)改進(jìn)時(shí)分復(fù)用，能夠提升信道利用率原理：是把公共信道時(shí)隙實(shí)施“按需分配”，即只對(duì)那些需要傳送信息或正在工作終端才分配給時(shí)隙，這么就使全部時(shí)隙都能得到使用，提升了媒質(zhì)利用率，第33頁(yè)統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 STDM 用戶(hù)ABCDabcdttttt3 個(gè) STDM 幀#1acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

11、第34頁(yè) 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 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 2.4.2 波分復(fù)用 WDM 波分復(fù)用就是光頻分復(fù)用。 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 km第35頁(yè)2.4.3 碼分復(fù)用 CDM 慣用名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。各用

12、戶(hù)使用經(jīng)過(guò)特殊挑選不一樣碼型，所以彼此不會(huì)造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)有很強(qiáng)抗干擾能力，其頻譜類(lèi)似于白噪聲，不易被敵人發(fā)覺(jué)。 第36頁(yè)碼片序列(chip sequence) 每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短間隔，稱(chēng)為碼片(chip)。每個(gè)站被指派一個(gè)惟一 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列二進(jìn)制反碼。 比如，S 站 8 bit 碼片序列是 00011011。發(fā)送比特 1 時(shí)，就發(fā)送序列 00011011，發(fā)送比特 0 時(shí)，就發(fā)送序列 11100100。S 站碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) 第37頁(yè)碼片序列正

13、交關(guān)系 CDMA 主要特點(diǎn):每個(gè)站分配碼片序列不但必須各不相同，而且還必須相互正交(orthogonal)。令向量 S 表示站 S 碼片向量，令 T 表示其它任何站碼片向量。兩個(gè)不一樣站碼片序列正交，就是向量 S 和T 規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0： (2-4)第38頁(yè)碼片序列正交關(guān)系舉例 令向量 S 為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量 T 為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 把向量 S 和 T 各分量值代入(2-4)式就可看出這兩個(gè)碼片序列是正交。 第39頁(yè)正交關(guān)系另一個(gè)主要特征 任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己規(guī)格化內(nèi)積都是1 。一個(gè)碼片向量

14、和該碼片反碼向量規(guī)格化內(nèi)積值是 1。 第40頁(yè)CDMA 工作原理 S 站碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片tS 站發(fā)送信號(hào) SxT 站發(fā)送信號(hào) Tx總發(fā)送信號(hào) Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端第41頁(yè)接收方假如要接收S數(shù)據(jù)第42頁(yè)CDMA問(wèn)題S原本數(shù)據(jù)率為b p/s,在CDMA中需要提升到m b p/s，這經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻來(lái)實(shí)現(xiàn)怎樣確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送其碼片序列同時(shí)？GPS第43頁(yè)作業(yè)：2-11，2-12，2-16第44頁(yè)2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 現(xiàn)在數(shù)字傳輸系統(tǒng)均采取脈碼調(diào)制 PCM (Pulse Code Modulation)體制。 采樣周期 Tt信號(hào)t采樣1001001111000010t編碼t解碼t還原第45頁(yè)P(yáng)CM脈沖編碼調(diào)制PCM：是把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)一個(gè)調(diào)制方式，其最大特點(diǎn)是把連續(xù)輸入模擬信號(hào)變換為在時(shí)域和振幅上都離散量，然后將其轉(zhuǎn)化為