計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程高傳善第二章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程高傳善第二章第1頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論通信系統(tǒng)模型

帶寬與傅里葉分析

信道的最大數(shù)據(jù)速率

第2頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1通信系統(tǒng)模型信源噪聲信道

反變換器信宿變換器Modem(Modulator和Demodulator)調(diào)制解調(diào)器Codec(Coder和Decoder)編碼解碼器源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)第3頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1通信系統(tǒng)模型(續(xù))單工(simplex)通信 一端只發(fā)送，而另一端只接收。雙工(duplex)通信 此時(shí)信源與信宿合為一體，變換器與反變換器也合為一體。 又分全雙工(fullduplex)和半雙工(halfduplex)第4頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1通信系統(tǒng)模型(續(xù))模擬信號(hào) 例電話線（信道）上傳送的按照話音強(qiáng)弱幅度連續(xù)變化的電波就是一種連續(xù)變化的電信號(hào)。數(shù)字信號(hào)

計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)則是電脈沖序列串，每一瞬間的電壓取值只可能是離散的有限個(gè)，比如說(shuō)是+3v或0v兩種不同的值。

按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可以相應(yīng)地把信道分為兩類：模擬信道和數(shù)字信道

第5頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2帶寬與傅立葉分析將數(shù)字信號(hào)不經(jīng)調(diào)制直接放到模擬信道上進(jìn)行傳輸，會(huì)引起信號(hào)的失真（distortion，又譯為畸變）任何實(shí)際的模擬信道所能傳輸?shù)男盘?hào)的頻率都有一定的范圍，稱之為該信道通頻帶的寬度或稱為帶寬（bandwidth）。注意：這一術(shù)語(yǔ)也可以用來(lái)表示容量，這時(shí)單位是比特每秒。第6頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2帶寬與傅立葉分析(續(xù))信道的帶寬是由傳輸媒體和有關(guān)的附加設(shè)備與電路的頻率特性綜合決定的。一個(gè)低通信道，若對(duì)于從0到某個(gè)截止頻率fc的信號(hào)通過(guò)時(shí)振幅不會(huì)衰減或衰減很小，而超過(guò)此截止頻率的信號(hào)通過(guò)時(shí)就會(huì)大大衰減，則此信道的帶寬為fcHz。第7頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2帶寬與傅立葉分析(續(xù))有失真，但可識(shí)別失真大，無(wú)法識(shí)別實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號(hào)波形接收信號(hào)波形發(fā)送信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號(hào)波形第8頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2帶寬與傅立葉分析(續(xù))傅立葉分析基波頻率f=1/T第9頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2帶寬與傅立葉分析(續(xù))以傳輸ASCII字符“b”為例,被傳輸?shù)奈荒Ｊ绞恰?1100010”,則g(t)可表示為:第10頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2帶寬與傅立葉分析(續(xù))An(振幅)的平方與對(duì)應(yīng)頻率處傳輸?shù)哪芰砍烧?。?1頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2帶寬與傅立葉分析(續(xù))信道帶寬和數(shù)字信號(hào)失真的關(guān)系信道的帶寬越寬，則它傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)失真越小。反之，若信道的帶寬是固定的，則用它來(lái)直接傳輸數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)速率越高則失真越大。

第12頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3信道的最大數(shù)據(jù)速率

1.奈奎斯特定理

1924年奈奎斯(H.Nyquist)特推導(dǎo)出一個(gè)有限帶寬無(wú)噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率公式：

C=2Hlog2L(b/s)

其中：H-信道帶寬，

L-該信號(hào)包含的狀態(tài)數(shù)

C-最大數(shù)據(jù)傳輸速率給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。第13頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3信道的最大數(shù)據(jù)速率(續(xù))C=2Hlog2L=2*6kHz*log24=24kb/s例：如果一個(gè)理想低通信道帶寬為6kHz，并通過(guò)4個(gè)電平的數(shù)字信號(hào)，則在無(wú)噪聲的情況下，信道的容量為：第14頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3信道的最大數(shù)據(jù)速率(續(xù))

2.香農(nóng)定理1948年香農(nóng)(C.Shannon)進(jìn)一步研究了受噪聲（服從高斯分布）干擾的信道的情況，給出了香農(nóng)公式：

C=Hlog2(1+S/N)(b/s)

其中：H-信道帶寬， C-最大數(shù)據(jù)傳輸速率

S/N——信號(hào)功率和噪聲功率的比值

由于S/N比較大，故用10lg(S/N)分貝(dB)來(lái)計(jì)量第15頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3信道的最大數(shù)據(jù)速率(續(xù))C=4000*log2(1+1030/10)=4k*log21001≈40kb/s例：信噪比為30dB，帶寬為4000Hz的隨機(jī)噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為：第16頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3信道的最大數(shù)據(jù)速率(續(xù))波特率(又稱調(diào)制速率或碼元速率)是單位時(shí)間內(nèi)調(diào)制信號(hào)波形的變換次數(shù)。B=1/T單位是波特(Baud)比特率(又稱數(shù)據(jù)傳輸速率或信道容量)是指單位時(shí)間傳送的比特?cái)?shù)，表示單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道的信息量。單位是比特/秒(b/s或bps)

如果一個(gè)信號(hào)有L個(gè)狀態(tài)，每個(gè)波形持續(xù)時(shí)間為T(s)，比特率C為：

3.波特率和比特率第17頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.2傳輸技術(shù)模擬傳輸與數(shù)字傳輸數(shù)字調(diào)制技術(shù)脈碼調(diào)制技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)字信號(hào)編碼技術(shù)第18頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1模擬傳輸與數(shù)字傳輸模擬傳輸是一種不考慮其內(nèi)容的模擬信號(hào)傳輸方式。在傳輸過(guò)程中，信號(hào)由于噪聲的干擾和能量的損失總會(huì)發(fā)生畸變和衰減。放大器多級(jí)放大器數(shù)字傳輸則不一樣，關(guān)心的是信號(hào)的內(nèi)容0和1變化模式的數(shù)據(jù)就可以采用。方波脈沖式的數(shù)字信號(hào)會(huì)衰減,也會(huì)更容易發(fā)生畸變轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)：再生器(regenerator)

第19頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1模擬傳輸與數(shù)字傳輸(續(xù))在長(zhǎng)距離通信中，數(shù)字傳輸技術(shù)逐步取代模擬傳輸技術(shù)已是一種必然的趨勢(shì)。但是，在如局域網(wǎng)這種近距離的通信中，由于衰減和畸變不太嚴(yán)重，甚至于不必經(jīng)過(guò)放大器中繼，模擬傳輸技術(shù)仍有一席之地。第20頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)通信系統(tǒng)中基帶信號(hào)：由信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)在調(diào)制過(guò)程中基帶信號(hào)又稱調(diào)制信號(hào)調(diào)制的過(guò)程就是按調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過(guò)程

第21頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù))調(diào)制的方法分兩大類正弦型高頻信號(hào)作為載波的正弦波調(diào)制

模擬調(diào)制：調(diào)制信號(hào)為連續(xù)型的正弦波調(diào)制數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號(hào)為數(shù)字型的正弦波調(diào)制用脈沖串作為載波的脈沖調(diào)制

第22頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù))正弦振蕩的載波可用Asin(2nft+Φ)來(lái)表示，使其幅度A、頻率f或相位Φ隨基帶信號(hào)變化而變化，就可在載波上進(jìn)行調(diào)制了。幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制混合調(diào)制

第23頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù))1.幅度調(diào)制(AmplitudeModulation)

101110幅度調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，但抗干擾能力差，傳輸速率低。第24頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù))2.頻率調(diào)制(FrequencyModulation)

101110頻率調(diào)制抗干擾能力優(yōu)于調(diào)幅，但頻帶利用率不高，也只在傳輸較低速率的數(shù)字信號(hào)時(shí)得到廣泛應(yīng)用。第25頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù))在音頻300～3000Hz的范圍內(nèi)一分為二。圖中每對(duì)頻率周圍的陰影區(qū)表示每個(gè)方向已調(diào)信號(hào)的實(shí)際帶寬。陰影部分重疊極少，也就意味著相互干擾很小貝爾公司的108系列調(diào)頻方式的調(diào)制解調(diào)器第26頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù))3.相位調(diào)制(PhaseModulation)相位調(diào)制技術(shù)具有較優(yōu)的抗噪聲性能和頻率利用率，在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中廣泛應(yīng)用。1011100多相調(diào)制

二相

四相

八相

第27頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù))4.混合調(diào)制8相2電平

各種調(diào)制方式可適當(dāng)?shù)亟M合使用。最常用的有調(diào)相與調(diào)幅的結(jié)合，正交調(diào)制QAM(QuadratureAmplitudeModulation)就是調(diào)相和調(diào)幅組合第28頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù))(b)V.32for9600bps.(c)V.32bisfor14,400bps.第29頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù))在數(shù)據(jù)通信中調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相常相應(yīng)地稱為：幅移鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying)頻移鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)相移鍵控PSK(PhaseShiftKeying)第30頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3脈碼調(diào)制技術(shù)在發(fā)送端將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的裝置稱為編碼器（Coder），而在接收端將收到的數(shù)字信號(hào)復(fù)原成模擬信號(hào)的裝置則稱為解碼器(Decoder)。既能編碼又能解碼的裝置，即編碼解碼器（Codec）。將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的常用方法是脈碼調(diào)制PCM(PulseCodeModulation)。脈碼調(diào)制的過(guò)程由取樣、量化和編碼三步構(gòu)成。第31頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3脈碼調(diào)制技術(shù)

(續(xù))脈碼調(diào)制PCM體制最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話。由于歷史上的原因，PCM有兩個(gè)互不兼容的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的24路PCM（簡(jiǎn)稱為T1）和歐洲的30路PCM（簡(jiǎn)稱為E1）。我國(guó)采用的是歐洲的E1標(biāo)準(zhǔn)。E1的速率是2.048Mb/s，而T1的速率是1.544Mb/s。當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時(shí)，可采用復(fù)用的方法。第32頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3脈碼調(diào)制技術(shù)

(續(xù))取樣按一定的時(shí)間間隔采樣測(cè)量模擬信號(hào)幅值若模擬信號(hào)的帶寬是HHz,則取樣頻率達(dá)到2H就足以捕獲可恢復(fù)原有模擬信號(hào)的信息量化將取樣點(diǎn)處測(cè)得的信號(hào)幅值分級(jí)取整的過(guò)程將信號(hào)的最大可能幅值等分為若干級(jí)(2n級(jí))，把測(cè)得的幅值按此分級(jí)舍入取整到一個(gè)正整數(shù)。編碼將量化后的整數(shù)值用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示第33頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3脈碼調(diào)制技術(shù)

(續(xù))左圖是4kHz的音頻模擬信號(hào)，故125μs取樣一次。量化時(shí)按最大幅值等分為16級(jí)來(lái)進(jìn)行，其量化誤差小于等于最大幅值的1/32。量化后的整數(shù)用4位二進(jìn)制來(lái)編碼，故得到的脈碼為：00101000111111000101001101000101第34頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3脈碼調(diào)制技術(shù)

(續(xù))差分脈碼調(diào)制DPCM(DifferentialPulseCodeModulation)輸出不是數(shù)字化的幅度本身，而是當(dāng)前值和前一個(gè)值之差。這種壓縮方法的一種變形只考慮每個(gè)取樣值是大于或是小于前一個(gè)值。第35頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3脈碼調(diào)制技術(shù)

(續(xù))增量調(diào)制(DeltaModulation)用0或1就可以分別表示新的取樣值是大于或是小于前一個(gè)取樣值，這樣只需傳送一個(gè)比特。這個(gè)技術(shù)假設(shè)兩個(gè)相鄰取樣值間的變化是小的，如果信號(hào)變化太快，增量編碼將遇到麻煩。第36頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3脈碼調(diào)制技術(shù)

(續(xù))預(yù)測(cè)性編碼(PredictiveEncoding)改進(jìn)是從前面的幾個(gè)值預(yù)測(cè)將要到來(lái)的下一個(gè)值，然后對(duì)實(shí)際信號(hào)值和預(yù)測(cè)值間的差進(jìn)行量化和編碼。發(fā)送器和接收器必須使用同樣的預(yù)測(cè)算法。它縮短了編碼數(shù)字的長(zhǎng)度，因而減少了需要發(fā)送的比特?cái)?shù)。一般說(shuō)來(lái)，越是復(fù)雜的編碼方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)也就更困難，編碼解碼器的價(jià)格也就更貴第37頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用

時(shí)分多路復(fù)用波分多路復(fù)用

把多路信號(hào)在單一的傳輸線路和用單一的傳輸設(shè)備來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。第38頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))1.

頻分多路復(fù)用

（FDM——FrequencyDivisionMultiplexing）

在物理信道能提供比單個(gè)原始信號(hào)寬得多的帶寬的情況下，我們就可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)和傳輸?shù)膯蝹€(gè)信號(hào)帶寬相同（或略為寬一點(diǎn)）的子信道傳輸一路信號(hào)。多路的原始信號(hào)在頻分復(fù)用前，首先要通過(guò)頻譜搬移技術(shù)，將各路信號(hào)的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，這可以通過(guò)頻率調(diào)制時(shí)采用不同的載波來(lái)實(shí)現(xiàn)。第39頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))第40頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))交換機(jī)交換機(jī)群(group)：12個(gè)4kHz音頻通道復(fù)用在帶寬為48KHz的線路上。超群(supergroup)：5個(gè)群復(fù)用在帶寬為240KHz的線路上。主群(mastergroup)：5個(gè)或10個(gè)超群復(fù)用。第41頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))2.時(shí)分多路復(fù)用

（TDM——TimeDivisionMultiplexing）將一條物理的傳輸線路按時(shí)間分成若干時(shí)間片輪換地為多路信號(hào)所使用。與FDM區(qū)別：每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用，而FDM是同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送各路信號(hào)。性質(zhì)上：特別適合于數(shù)字信號(hào)的場(chǎng)合，可用一組定時(shí)的時(shí)間選通門來(lái)執(zhí)行信號(hào)的復(fù)合與分離。第42頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))交換機(jī)交換機(jī)頻分多路復(fù)用中各路信號(hào)在微觀上是并行傳輸?shù)?。時(shí)分多路復(fù)用在微觀上是串行傳輸，而在宏觀上是并行的。第43頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))T1載波（北美）和E1載波（歐洲）T1載波：每125us產(chǎn)生193比特，構(gòu)成一幀。每樣本每信道7個(gè)數(shù)據(jù)位,1位信令信息總帶寬=[(7+1)*24+1]*8000=1544000bps=1.544Mbps第44頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))T1線路：數(shù)據(jù)速率為1.544Mb/s。T2線路：4條T1線路復(fù)用，速率為6.312Mb/s。T3線路：7條T2線路構(gòu)成44.736Mb/s的T3線路。E1載波：每125us產(chǎn)生256比特(32個(gè)子信道)，總的數(shù)據(jù)速率為2.048Mb/s。第45頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))3.波分多路復(fù)用

（WDM——Wave-lengthDivisionMultiplexing） 波長(zhǎng)與頻率有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，實(shí)質(zhì)上波分多路復(fù)用就是在光信道上采用的一種頻分多路復(fù)用的變種。區(qū)別： 光復(fù)用采用的技術(shù)與設(shè)備不同于電復(fù)用。第46頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))第47頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))4.碼分多路復(fù)用

（CDM——CodeDivisionMultiplexing）通常被稱為碼分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，又譯為碼分多路訪問(wèn)特點(diǎn)：有很強(qiáng)的抗干擾能力且隱蔽性好，主要用于軍事通信，但現(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展己成為第三代民用移動(dòng)通信的首選原型技術(shù)第48頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

(續(xù))CDMA原理：給每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的m位代碼，稱為碼片序列(chipsequence)傳輸位“1”時(shí)就把碼片序列發(fā)送出去，傳輸位“0”時(shí)就把碼片序列的補(bǔ)碼發(fā)送出去特殊挑選：碼片應(yīng)相互具有正交性，從而使得不同的用戶可以在同一時(shí)間同一頻帶的公共信道上傳輸不同的信息知道某一用戶的碼片序列的接收器可以從所有收到的信號(hào)中檢測(cè)到該用戶信息，并將其分離出來(lái)第49頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.5數(shù)字信號(hào)編碼技術(shù)1.曼徹斯特編碼（ManchesterEncoding）為了自帶位同步（或稱比特同步）信號(hào)而采用的一種編碼方法。在曼徹斯特編碼中每個(gè)比特持續(xù)時(shí)間分為兩半，在發(fā)送比特1時(shí)，前一半時(shí)間電平為高，而后一半時(shí)間電平為低；在發(fā)送比特0時(shí)則正好相反。這樣，在每個(gè)比特持續(xù)時(shí)間的中間肯定有一次電平的跳變，接收方可以通過(guò)檢測(cè)該跳變來(lái)保持與發(fā)送方的比特同步。第50頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.5數(shù)字信號(hào)編碼技術(shù)(續(xù))2.差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterEncoding）是基本曼徹斯特編碼的變形。每位持續(xù)時(shí)間的中間仍然有電平跳變；用位持續(xù)時(shí)間的開始處有無(wú)電平跳變來(lái)分別表示0或1。第51頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.5數(shù)字信號(hào)編碼技術(shù)(續(xù))10101010101011曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼已被某些局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)采用。缺點(diǎn)是在每比特的持續(xù)時(shí)間內(nèi)將可能出現(xiàn)多達(dá)兩次跳變，編碼效率只有50%。差分方法具有更好的抗干擾性，但設(shè)備更復(fù)雜。第52頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.5數(shù)字信號(hào)編碼技術(shù)(續(xù))3.

4B/5B編碼：實(shí)際上是用5比特的碼組來(lái)編碼4比特的輸入數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：每個(gè)5比特碼組中不含多于3個(gè)“0”，或者不會(huì)少于2個(gè)“1”。具體將5比特碼組轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的波形采用了NRZI（NonReturntoZero,Invertonones）方式，即不歸零制。4B/5B的編碼效率已經(jīng)提高到80%。已廣泛使用于100Mb/s以太網(wǎng)和光纖分布式數(shù)據(jù)接口環(huán)網(wǎng)FDDI(FiberDistributedDataInterface)中第53頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.5數(shù)字信號(hào)編碼技術(shù)(續(xù))第54頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.3物理傳輸媒體medium，在這里指的是通信中實(shí)際傳送信息的物理載體，早期有的書中也譯為介質(zhì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的物理傳輸媒體可分為導(dǎo)向(guided)和非導(dǎo)向(unguided)兩大類，俗稱有線和無(wú)線雙絞線、同軸電纜和光纖是常用的三種導(dǎo)向媒體無(wú)線電通信、微波通信、紅外通信、激光通信以及衛(wèi)星傳送信息的載體都是屬于非導(dǎo)向媒體（無(wú)形的，不占用空間，統(tǒng)稱為spacefree的媒體）第55頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.3物理傳輸媒體(續(xù))雙絞線同軸電纜光纖無(wú)線電傳輸媒體衛(wèi)星通信第56頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1雙絞線雙絞線(twistedpair)特點(diǎn)：最經(jīng)常使用的物理媒體相對(duì)于其它有線物理媒體（同軸電纜和光纖）來(lái)說(shuō)，價(jià)格便宜也易于安裝與使用其性能一般也較差（指它的傳輸距離、抗干擾性能和帶寬或數(shù)據(jù)速率而言）第57頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1雙絞線(續(xù))屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)非屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

第58頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1雙絞線(續(xù))雙絞線的連接器也已標(biāo)準(zhǔn)化，最常用的是RJ11（RegisteredJack）

和RJ45(4pairs)第59頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1雙絞線(續(xù))雙絞線是分類(category)的:Category3：支持10Mbps，普通以太網(wǎng)Category5：支持100Mbps，快速以太網(wǎng)Category5e(350MHz)：即超5類線，數(shù)據(jù)速率可達(dá)1000Mbps，用于千兆以太網(wǎng)(GigabitEthernet)現(xiàn)在已有更高性能的6類非屏蔽雙絞線(UTP6)，可用來(lái)支持千兆以太網(wǎng)第60頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1雙絞線(續(xù))雙絞線連接方式:直通方式

1：白橙

2：橙

3：白綠

4：藍(lán)

5：白藍(lán)

6：綠

7：白棕

8：棕交叉方式第61頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2同軸電纜同軸電纜(coaxialcable)

基帶(baseband)同軸電纜

用于數(shù)字信號(hào)的傳送

(50Ω)寬帶(broadband)同軸電纜

用于模擬信號(hào)的傳送(75Ω)(CATV)第62頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2同軸電纜(續(xù))同軸電纜連接器

同軸電纜與雙絞線比較，價(jià)格貴，但帶寬、數(shù)據(jù)速率高、傳輸距離長(zhǎng)和抗干擾能力強(qiáng)。目前為高性能雙絞線所代替。

第63頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.3光纖光纖是一根很細(xì)的可傳導(dǎo)光線的纖維媒體，其半徑僅幾微米至一、二百微米。制造光纖的材料可以是超純硅、合成玻璃或塑料第64頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.3光纖(續(xù))光纖中光線從光源進(jìn)入光導(dǎo)體后有兩種傳輸方式:多模（multimode）光纖：光線沿著光纖以多種角度不斷被包層反射而向前傳播。單模（singlemode）光纖：光線主要沿著光纖的軸心向前傳播。 單模光纖中由于減少了反射過(guò)程中光能量被包層材料的吸收，損耗小，通常能傳輸更長(zhǎng)的距離和達(dá)到更高的數(shù)據(jù)速率。 單模光纖較多模光纖更細(xì)。

第65頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.3光纖(續(xù))光纖相對(duì)于雙絞線和同軸電纜等導(dǎo)媒體的優(yōu)點(diǎn)：輕便低衰減和大容量電磁隔離光纖本身化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定適合于在遠(yuǎn)距離的通信連接不易，抽頭分支困難。對(duì)于距離不太大、配置又經(jīng)常變動(dòng)的局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)光纖還不會(huì)完全取代金屬傳導(dǎo)媒體。第66頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.3光纖(續(xù)) 從雙絞線開始，基帶同軸電纜、寬帶同軸電纜、多模光纖直至單模光纖，性能是由低至高、價(jià)格也從廉到貴。第67頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.4無(wú)線傳輸媒體1.無(wú)線電通信(a)在VLF,LF和MF波段里，無(wú)線電波沿地表傳播(b)在HF波段，電波被電離層反射在HF和VHF波段可以進(jìn)行長(zhǎng)距離通信，發(fā)射功率不需太大，但抗干擾能力差。

第68頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.4無(wú)線傳輸媒體蜂窩式的無(wú)線電話網(wǎng)第二代：2G全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM(GlobalSystemforMobilcommunication)二代半：2.5G碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)或通用分組無(wú)線電業(yè)務(wù)GPRS(GeneralPacketRadioService)第三代：3G寬帶碼分多址W-CDMA第69頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.4無(wú)線傳輸媒體(續(xù))2.微波通信微波指利用1GHz左右的電磁波來(lái)進(jìn)行通信。通信容量大，受外界干擾小，靈活性好，投資相對(duì)省，保密性差。

第70頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.4無(wú)線傳輸媒體(續(xù))3.紅外線4.激光傳輸 無(wú)需申請(qǐng)頻率，具有定向的特點(diǎn)，但對(duì)天氣比較敏感。

價(jià)格便宜且制造容易，無(wú)需申請(qǐng)頻率，安全性較好，不宜用于室外。第71頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5衛(wèi)星通信1.衛(wèi)星通信一種特殊的微波通信，與一般地面微波通信的不同在于使用地球同步衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)。第72頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5衛(wèi)星通信(續(xù))通信衛(wèi)星和它們的一些特性，包括離地球的高度、上下往返的延時(shí)間、為覆蓋整個(gè)地球所需的衛(wèi)星數(shù)。(GeostationaryEarthOrbit)地球同步軌道(Medium-EarthOrbit)中間地球軌道(Low-EarthOrbit)低地球軌道第73頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5衛(wèi)星通信(續(xù))主要的衛(wèi)星波段C波段最早被用于商用通信衛(wèi)星，目前已相當(dāng)擁擠Ku波段相對(duì)來(lái)說(shuō)還不太擁擠，但這個(gè)波段的微波易被雨水吸收Ka波段也有類似Ku波段問(wèn)題，且設(shè)備造價(jià)昂貴，政府和軍用的通信衛(wèi)星一般使用這個(gè)波段第74頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5衛(wèi)星通信(續(xù))衛(wèi)星通信特點(diǎn)：頻帶寬，容量大覆蓋范圍廣通信機(jī)動(dòng)靈活傳播損耗大，延遲時(shí)間長(zhǎng)(270ms)保密性差第75頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5衛(wèi)星通信(續(xù))衛(wèi)星通信的新發(fā)展：低成本的微型地面站的出現(xiàn)，又稱甚小口徑終端VSAT（VerySmallApertureTerminal）系統(tǒng)第76頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5衛(wèi)星通信(續(xù))低軌道衛(wèi)星的銥（Iridium）計(jì)劃采用發(fā)射數(shù)十顆低軌道衛(wèi)星的辦法，當(dāng)某一顆衛(wèi)星移動(dòng)超出地面某一固定點(diǎn)的視野時(shí)，保證有另一顆衛(wèi)星進(jìn)入來(lái)代替它。(77->66)利用了蜂窩式無(wú)線網(wǎng)思想。第77頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5衛(wèi)星通信(續(xù))(a)空間中繼 (b)地面中繼 第78頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5衛(wèi)星通信(續(xù))2.電磁波的頻譜電磁波的頻譜及在通信中的作用第79頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5衛(wèi)星通信(續(xù))頻率、波長(zhǎng)和光速的基本關(guān)系：用有限差分代替微分，且僅取絕對(duì)值：

對(duì)λ求微分：c-光速，λ-波長(zhǎng)，Δλ-

波段的寬度,Δ?–帶寬第80頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.4物理層接口標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA-RS-232C

RS-422、RS-423和RS-449

第81頁(yè)，課件共88頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.4物理層接口標(biāo)準(zhǔn)舉例

物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特