第二章物理层

1、第二章第二章 物理层物理层n物理层下的传输介质物理层下的传输介质n模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输n同步与复用同步与复用n交换技术交换技术n信道的极限容量信道的极限容量n物理层的功能、模型与特性物理层的功能、模型与特性n物理层标准举例物理层标准举例 物理层是开放系统互联参考模型物理层是开放系统互联参考模型OSI/RMOSI/RM中的最底中的最底层，其作用是尽可能地屏蔽掉计算机网络中的物理设层，其作用是尽可能地屏蔽掉计算机网络中的物理设备、传输媒体和通信手段等的差异。备、传输媒体和通信手段等的差异。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质 传输介质传输介质是指通信中实际传送信息的

2、载体，通常可以分为有线和无线两类。是指通信中实际传送信息的载体，通常可以分为有线和无线两类。 2.1.1 2.1.1 有线传输介质有线传输介质有线传输介质有线传输介质传输信号的性能较好，成本低，易安装和维护，主要适用于短传输信号的性能较好，成本低，易安装和维护，主要适用于短距离通信和架设电缆比较容易的场合。距离通信和架设电缆比较容易的场合。1.1.双绞线双绞线TP(Twist PairTP(Twist Pairwire)wire) 组成：组成：为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相扭绞在一起。扭绞在一起。传输特性

3、：传输特性：模拟传输模拟传输每隔每隔5-65-6公里需加放大器将衰减了的信号放大到合适的量公里需加放大器将衰减了的信号放大到合适的量级；级；数字传输数字传输每隔每隔2-32-3公里需加中继器（转发器）公里需加中继器（转发器）对失真了的信号进行整形。对失真了的信号进行整形。特点：特点：成本低、易维护和安装，带宽较宽，通成本低、易维护和安装，带宽较宽，通信距离通常为几到几十公里，速率达信距离通常为几到几十公里，速率达100-155100-155MbpsMbps。适用：适用：电话系统、微机局域网。电话系统、微机局域网。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线1 1

4、类类含含两两个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传输速率仅达到几十输速率仅达到几十KbpsKbps； 具有易具有易弯曲、弯曲、易安装、易安装、重量轻重量轻等优点，等优点，且更加且更加独立和独立和灵活，灵活，适用于适用于综合布综合布线，线， 2 2类类含含四四个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中；个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中； 3 3类类含含四四个电线对，数据传输速率相对个电线对，数据传输速率相对2 2类线要高，可以用于类线要高，可以用于1010MbpsMbps的的以太网和以太网和4

5、 4MbpsMbps的令牌环网；的令牌环网； 4 4类类含含四四个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于1010MbpsMbps的以太网和的以太网和1616MbpsMbps的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰；的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰； 5 5类类含含四四个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传输特性，可以支持输特性，可以支持100100MbpsMbps数据传输速率和如数据传输速率和如ATMATM等快速连网技术；等快速连网技术； 双绞线双绞线 屏蔽屏蔽3 3类类具有较高的数据

6、传输速率和较好的耐腐蚀能力；但由于其费用相对较高，不具有较高的数据传输速率和较好的耐腐蚀能力；但由于其费用相对较高，不易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术，易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术，所以并未真正得到流行。所以并未真正得到流行。 5 5类类 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质2.2.同轴电缆（同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）组成：组成：按同轴形式的一个线对构成。按同轴形式的一个线对构成。分类：分类：按照同轴电缆的按照同轴电缆的直径大小直径大小可将其分为可将其分为 粗缆粗缆适用于较大

7、型的局域网，标准距离长，适用于较大型的局域网，标准距离长， 可靠性高，总体造价高，安装难度大，可靠性高，总体造价高，安装难度大， 但不必切断电缆。但不必切断电缆。 细缆细缆造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。传输特性：传输特性：按照按照特性阻抗数值特性阻抗数值的不同可以分为的不同可以分为 5050基带同轴电缆基带同轴电缆，传输，传输离散离散的数字信号，可以将的数字信号，可以将1010MbpsMbps速率的基带数字速率的基带数字 信号传送信号传送1 1Km-1.2KmKm-1.2Km，广泛应用于局域网中。广泛应用于局域网中。 7575宽带同轴电缆宽带同轴电

8、缆，用于，用于模拟模拟传输系统（也可以传输数字信号，传输时需传输系统（也可以传输数字信号，传输时需 进行进行数模数模- -模数模数的转换），可用的转换），可用FDMFDM技术传输多路信号，覆盖范围广泛，技术传输多路信号，覆盖范围广泛， 远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆。远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质顶端器顶端器顶端器顶端器出电缆出电缆进电缆进电缆因放大器只能单向工作，因此模拟传输系统又可分为因放大器只能单向工作，因此模拟传输系统又可分为双缆系统双缆系统和和单缆系统单缆系统特点：特点：与双绞线相比，成

9、本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率较高，与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率较高， 传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。适用：适用：高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统和短距离高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统和短距离系统连接的通信线路以及局域网中）。系统连接的通信线路以及局域网中）。 3.3.光纤光纤( (fiber)fiber)组成：组成：光导纤维（光导纤维（Optical FiberOptical Fiber）简称光纤，由能传导光波的石英玻璃简称光纤，由能传导光波的石英

10、玻璃 纤维外加低折射率的保护层组成。纤维外加低折射率的保护层组成。传输特性：传输特性：利用光导纤维传递光脉冲来进行利用光导纤维传递光脉冲来进行 的的, ,有光信号为有光信号为1 1，无光信号为，无光信号为0 0，光信号在光，光信号在光 纤中进行纤中进行全反射全反射。 光传输系统光传输系统一般由一般由光源光源、光纤线路光纤线路和和光探测器光探测器组成。组成。光源：光源：采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生出光脉冲；采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生出光脉冲；光纤线路：光纤线路：光脉冲在光纤线路上传送；光脉冲在光纤线路上传送；光探测器：光探测器：利用光电二极管做成

11、光探测器，将检测出的光脉冲还原成电脉冲信号。利用光电二极管做成光探测器，将检测出的光脉冲还原成电脉冲信号。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质光纤的两种基本光纤的两种基本传输模式传输模式： 多模方式：多模方式：可以存在多条满足全反射的入射角不同可以存在多条满足全反射的入射角不同的光线在同一条光纤中传输；的光线在同一条光纤中传输；芯的直径芯的直径约为约为50-10050-100mm，光源可以使用普通的光源可以使用普通的发光二极管发光二极管，数据传输速率受限制。，数据传输速率受限制。 单模方式：单模方式：当光纤的直径减少到一个光的

12、波长左右当光纤的直径减少到一个光的波长左右时，光纤像波导那样使光线一直向前传播而没有折射；时，光纤像波导那样使光线一直向前传播而没有折射；芯的直径芯的直径约为约为8-108-10mm，用价格较贵的用价格较贵的半导体激光器半导体激光器做做光源，衰耗小，效率高，传输距离长。光源，衰耗小，效率高，传输距离长。 特点：特点：传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且质量轻、体积小。质量轻、体积小。 适用：适用：光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。

13、 光缆光缆 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质光纤的连接方法有三种：光纤的连接方法有三种：将断点接入将断点接入连接头连接头, ,然后插入然后插入连接插座连接插座( (损耗损耗10%-20%10%-20%的光，但重新配置系统较容易的光，但重新配置系统较容易) )；用用机械方法机械方法将切割好的光纤将切割好的光纤钳钳起来起来( (光的损失大约为光的损失大约为10%)10%)；使用使用融合融合的方法将光纤的断点处融合在一起的方法将光纤的断点处融合在一起( (光的损耗最小，连接好的光纤和单根光纤光的损耗最小，连接好的光纤和单根光纤差不多差不多) )。 三种方法的结合处都有反射，且反射的

14、能量会和信号交互作用！三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互作用！ 绕过这种问题的方法是采用环网。绕过这种问题的方法是采用环网。 接口的结构接口的结构计算机计算机光纤光纤光纤光纤与计算机相连与计算机相连 光发送器光发送器（发光二极管）（发光二极管）信号再生器信号再生器（电信号）（电信号） 光接收器光接收器（光电二极管）（光电二极管）铜线铜线光传播的方向光传播的方向 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质2.1.2 2.1.2 无线传输介质无线传输介质无线传输介质无线传输介质（又称为视线媒体）用自由空间作为传输介质来进行数据通信。（又称为视线媒体）用自由空间作为传输介质来

15、进行数据通信。特点：特点：信号沿直线传播。信号沿直线传播。适用：适用：架设或铺埋电缆或光缆较困难的地方，广泛应用于电话领域构成的蜂架设或铺埋电缆或光缆较困难的地方，广泛应用于电话领域构成的蜂窝式无线电话网。窝式无线电话网。分类：分类：红外通信红外通信、激光通信激光通信和和微波通信微波通信（微波通信又主要有两种方式：微波通信又主要有两种方式：地面地面微波接力通信微波接力通信和和卫星通信卫星通信）。）。1.1.地面微波接力通信地面微波接力通信原理：原理：长距离传输时每隔一段距离就需架中继站，长距离传输时每隔一段距离就需架中继站， 将前一信号放大向后传。将前一信号放大向后传。 适用：适用：微波接力通

16、信可传输电话、电报、图像、数据等信息。微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。优点：优点：频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、见效快、灵活等。频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、见效快、灵活等。缺点：缺点：相邻站间必须直视，不能有障碍物；受气候干扰较大、保密性差、中继站的使相邻站间必须直视，不能有障碍物；受气候干扰较大、保密性差、中继站的使用与维护问题等。用与维护问题等。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质2.2.卫星通信卫星通信原理：原理：用位于用位于3600036000KmKm高空的人造同步通信卫星作中继器的一种微波接力通信。高空的人

17、造同步通信卫星作中继器的一种微波接力通信。特点：特点：通信距离远、费用与距离远近无关；具通信距离远、费用与距离远近无关；具 有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。优点：优点：频带很宽，通信容量大，信号受干扰小，频带很宽，通信容量大，信号受干扰小， 通信比较稳定。通信比较稳定。缺点：缺点：保密性较差，造价较高。保密性较差，造价较高。适用：适用：广播电视通信。广播电视通信。3.3.红外线与毫米波红外线与毫米波特点：特点：具有一定的方向性。具有一定的方向性。优点：优点：价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被窃听或截取。价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被窃

18、听或截取。缺点：缺点：不能穿透坚硬的物体。不能穿透坚硬的物体。适用：适用：被广泛应用于被广泛应用于短距离短距离通信，红外线成为室内无线网的主要选择对象。通信，红外线成为室内无线网的主要选择对象。地球地球卫星卫星3586035860KmKm4175641756KmKm1275212752KmKm 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 2.2.1 基本概念、基本术语和数据通信系统基本概念、基本术语和数据通信系统1.1.基本概念和基本术语基本概念和基本术语数据：数据：能够由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。能够由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。分类：分

19、类：模拟数据模拟数据可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音和图像；可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音和图像； 数字数据数字数据只能取离散的数值，如整数、二进制序列只能取离散的数值，如整数、二进制序列 。信号：信号：是数据的具体表现形式。是数据的具体表现形式。分类：分类： 从通信的发送端所产生的信号形式来看从通信的发送端所产生的信号形式来看 模拟信号：模拟信号：在各种介质上传送的连续变化的电磁波。在各种介质上传送的连续变化的电磁波。 数字信号：数字信号：在介质上传送的电压脉冲序列。在介质上传送的电压脉冲序列。 从通信线路上传送的信号来看从通信线路上传送的信号来看 基带信号：基带信号：将数

20、字信号将数字信号1 1或或0 0直接用两种不同的电压来表示，在线路上传输。直接用两种不同的电压来表示，在线路上传输。 宽带信号：宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输信道：信道：一般用来表示某一个方向上传送信息的媒体。一般用来表示某一个方向上传送信息的媒体。分类：分类：传送模拟信号的传送模拟信号的模拟信道模拟信道和传送数字信号的和传送数字信号的数字信道数字信道。信号的传输方式信号的传输方式： 模拟传输模拟传输：将信息在传输介质中以将信息在传输介质中以模拟信号模拟信号传输的传输方式。传

21、输的传输方式。 数字传输数字传输：将信息在传输介质中以：将信息在传输介质中以数字信号数字信号传输的传输方式。传输的传输方式。2.2.数据通信系统数据通信系统数据通信：数据通信：依据通信协依据通信协议，利用数据传输技术在议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数两个功能单元之间传递数据信息的技术，它可以实据信息的技术，它可以实现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。数据通信数据通信电话、电报业务电话、电报业务通信对象通信对象人人- -机、机机、机- -机之间通信机之间通信人人- -人之间通信人之间通信通信信号通

22、信信号具有一定含义的二进制形式具有一定含义的二进制形式的字母、数字和符号的字母、数字和符号连续的语音信号或连续的语音信号或某种意义的报文某种意义的报文通信可靠性通信可靠性误码率要求较高误码率要求较高误码率要求较低误码率要求较低通信复杂性通信复杂性需要严格的协议，控制复杂需要严格的协议，控制复杂控制简单控制简单 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输数据通信系统：数据通信系统：是通过数据电路将分布在原地的远程终端设备如计算机系是通过数据电路将分布在原地的远程终端设备如计算机系 统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。数据通信

23、系统的组成：数据通信系统的组成：主要由主要由远程终端设备远程终端设备、数据电路数据电路、中央计算机系统中央计算机系统三部分组成。三部分组成。数据数据输入输入输出输出设备设备传输传输控制控制器器通信通信控制控制器器主主机机数据数据电路电路端接端接设备设备DCE传输传输信道信道数据数据电路电路端接端接设备设备DCE (DTE)远程终端设备远程终端设备(DTE)中央计算机系统中央计算机系统接口接口接口接口数据电路数据电路数据链路数据链路 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输数据终端设备数据终端设备DTEDTE：由数据输入设备（数据源）、数据输出设备（数据宿）由数据输入设备（数据源）、数

24、据输出设备（数据宿）和传输控制器组成。和传输控制器组成。 数据电路端接设备数据电路端接设备DCEDCE：是是DTEDTE与传输信道的接口设备，在与传输信道的接口设备，在DTEDTE和传输线路之和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接。间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接。 常用的常用的DCEDCE有有调制解调器调制解调器和和数据服务单元数据服务单元。 1.1.远程终端设备：远程终端设备：使用一般终端，具有一定的数据处理能力及发送和接收数使用一般终端，具有一定的数据处理能力及发送和接收数据的能力，属于数据终端设备据的能力，属于数据终端设

25、备DTEDTE。2.2.数据电路：数据电路：由传输信道（传输线路）及两端的数据电路端接设备由传输信道（传输线路）及两端的数据电路端接设备DCEDCE组成，组成，位于远程终端设备和中央计算机之间，为数据通信提供数字传输信道。位于远程终端设备和中央计算机之间，为数据通信提供数字传输信道。 传输信道传输信道包括包括通信线路通信线路和和通信设备通信设备。3.3.中央计算机系统：中央计算机系统：由通信控制器及主机构成由通信控制器及主机构成，也属于，也属于DTEDTE。 通信控制器：通信控制器：是对是对DTEDTE的信号进行差错控制、终端接续控制、传输顺序的信号进行差错控制、终端接续控制、传输顺序控制、切

26、断控制等，同时将线路的信号从并行转成串行或反之。控制、切断控制等，同时将线路的信号从并行转成串行或反之。 主机主机则主要进行数据处理。则主要进行数据处理。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.2.2 2.2.2 模拟传输系统模拟传输系统1.1.模拟数据以模拟信号传输模拟数据以模拟信号传输 传统的电话系统，采用传统的电话系统，采用分级交换分级交换；长途干线采用；长途干线采用频分复用频分复用的传输方式，即所谓的的传输方式，即所谓的载波电话载波电话。2.2.数字数据以模拟信号传输数字数据以模拟信号传输 在模拟信道中进行数字传输，必须先将数字信号转换为模拟信号！在模拟信道中进行数字传

27、输，必须先将数字信号转换为模拟信号！发送的发送的基带信号基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0t接收到的接收到的失真信号失真信号tt取样时刻取样时刻0 1 0 0 1 0 1 0 0还原后还原后的数据的数据出现差错出现差错 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输解决办法：解决办法：选取某一频率的正（余）弦模拟信号作载波信号，运载所要传送的数字选取某一频率的正（余）弦模拟信号作载波信号，运载所要传送的数字信号。信号。 实现的具体方法：实现的具体方法：用要传送的数字信号改变载波的幅值、频率或相位，然后使用要传送的数字信号改变载波的幅值、频率或相位，然后使之在信道上传送，到达信道的

28、另一端再将数字信号从载波上提取出来。之在信道上传送，到达信道的另一端再将数字信号从载波上提取出来。调制：调制：将数字信号放到载波上去的过程，即将数字信号变换模拟信号的过程，将数字信号放到载波上去的过程，即将数字信号变换模拟信号的过程，实现设备称为实现设备称为调制器调制器（ModulatorModulator）；）；解调：解调：是从载波上提取信号的过程，即将模拟信号变换为数字信号的过程，是从载波上提取信号的过程，即将模拟信号变换为数字信号的过程，实现设备称为实现设备称为解调器解调器（DEModulatorDEModulator）。）。调制解调器调制解调器（MODEMMODEM）是既能实现调制又能

29、实现解调的设备。是既能实现调制又能实现解调的设备。工作站工作站A AModemModem工作站工作站B B 数字信号数字信号 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 公用电话网公用电话网 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输1.1.调制方法调制方法调幅（调幅（AMAM）：）：即载波的幅度随数字信号的值改变，也称为即载波的幅度随数字信号的值改变，也称为幅移键控法幅移键控法ASKASK。 特点：特点：技术简单，抗干扰性较差，适合光缆使用。技术简单，抗干扰性较差，适合光缆使用。 调频（调频（FMFM）：）：即载波的频率随数字信号的值改变即载波的频率随数字信号的值改变, , 也称为也称为频移

30、键控法频移键控法FSKFSK。 特点：特点：抗干扰性较高，但抗干扰性较高，但所占频带较宽，是常用的一种所占频带较宽，是常用的一种调制方法。调制方法。调相（调相（PMPM）: :即载波的相位即载波的相位随数字信号的值改变，也称为随数字信号的值改变，也称为相移键控法相移键控法PSKPSK。 特点：特点：抗干扰性较高，抗干扰性较高，数据传输速率高，实现复杂。数据传输速率高，实现复杂。基带信号基带信号010 01 1 10 0调幅调幅调频调频调相调相 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输调相又可以分为：调相又可以分为： 绝对调相：绝对调相：用固定的不同相位分别代表数字信号用固定的不同相位

31、分别代表数字信号1 1和和0 0。 相对（差分）调相：相对（差分）调相：用相对最近前一组位相位的变化来代表数字信号。用相对最近前一组位相位的变化来代表数字信号。 相对调相比绝对调相更易实现，且具有更好的抗干扰性和更高的数据传输速率相对调相比绝对调相更易实现，且具有更好的抗干扰性和更高的数据传输速率。2.2.调制解调器调制解调器按按调制方法调制方法分可分为：分可分为：调频调制解调器、调相调制解调器和复合调制的调制调频调制解调器、调相调制解调器和复合调制的调制解调器；解调器；按按数据率数据率分可分为：分可分为：低速调制解调器（低于低速调制解调器（低于600600bpsbps）、）、中速调制解调器中

32、速调制解调器（600600bps-9600bpsbps-9600bps）和高速调制解调器（高于和高速调制解调器（高于96009600bpsbps）；）；按按拨号方式拨号方式分可分为：分可分为：手动拨号和自动拨号手动拨号和自动拨号；此外此外，还可分为内插和外接式调制解调器等等。还可分为内插和外接式调制解调器等等。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输3.3.数字数据以数数字数据以数字信号传输字信号传输 数字数据可以数字数据可以数字信号传输，数字信号传输，但需对信号进行但需对信号进行编码以编码以提高数据提高数据传输的效率传输的效率和和实实现通信双方的信现通信双方的信号同步号同步。 常

33、用编码常用编码：不不归零码归零码、归零码归零码、曼彻斯特码曼彻斯特码和和差差分曼彻斯特码分曼彻斯特码。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -

34、5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 不归零码不归零码NRZNRZ是一种最简单和是一种最简单和最原始的编码方最原始的编码方式，可分为单极式，可分为单极性不归零码和双性不归零码和双极性不归零码。极性不归零码。 优点：优点：有效利有效利用了带宽，简单，用了带宽，简单，低频相应性能较低频相应性能较好。好。 缺点：缺点：当当连续连续发送发送“1”“1”或或“0”“0”时时，难以确定每，难以确定每位的开始或结束。位的开始或结束。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点判决门限判决门限 位值位值

35、5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 单极性不归零码：单极性不归零码：用用零电压零电压代表代表“0”“0”，用用正电

36、压正电压代表代表“1”“1”，采样时间为每个码，采样时间为每个码元时间的中间点元时间的中间点, ,判决门限为判决门限为半幅度电平半幅度电平。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单

37、极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 双极性不归零码双极性不归零码用用负电压负电压代表代表“0”“0”，用正电压代表用正电压代表“1”“1”，采样时间为每个，采样时间为每个码元时间的中间点，但判决门限为码元时间的中间点，但判决门限为零电平零电平。 不归零码不归零码NRZNRZ是一种最简单和是一种最简单和最原始的编码方最原始的编码方式，可分为单极式，可分为单极性不归零码和双性不归零码和双极性不归零码。极性不归零码。 优点：优点：有效利有效利用了带宽，简单，用了带宽，简单，低频相应性能较低频相应

38、性能较好。好。 缺点：缺点：当当连续连续发送发送“1”“1”或或“0”“0”时时，难以确定每，难以确定每位的开始或结束。位的开始或结束。单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 归零码特点：归零码特点：每一个码元脉冲间每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，度比码元间隔短，其采样时间和判决其采样时间和判决门限与不归零码类门限与不归零码类似。似。 归零码优点：归零码优点：接收端可以从收到接收端可以从收到的脉冲间隔中得到的脉冲间隔中得到同步信息同步信息。 归零码缺点：归零码缺点：当出现当出现长时间长时间“0”“0”码码时，

39、同步信号将时，同步信号将会丢失。会丢失。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0

40、1 1 0 0 1 1时钟时钟 单极性归零码：单极性归零码：发送发送“1”“1”信号时发出信号时发出一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，发送发送“0”“0”信号时，则完全不发出任何电信号时，则完全不发出任何电流。流。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决

41、门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 归零码特点：归零码特点：每一个码元脉冲间每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，度比码元间隔短，其采样时间和判决其采样时间和判决门限与不归零码类门限与不归零码类似。似。 归零码优点：归零码优点：接收端可以从收到接收端可以从收到的脉冲间隔中得到的脉冲间隔中得到同步信息同步信息。 归零码缺点：归零码缺点：当出现当出现长时间长时间

42、“0”“0”码码时，同步信号将时，同步信号将会丢失。会丢失。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点 双极性归零码：双极性归零码：发送发送“1”“1”信号时信号时发出一个短于一个码元时间宽度发出一个短于一个码元时间宽度的的正脉冲正脉冲，发送，发送“0”“0”信号时发出短信号时发出短于一个码元时间宽度的于一个码元时间宽度的负脉冲负脉冲，其余时间则不发出任何电流。，其余时间则不发出任何电流。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼

43、彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 曼彻斯特码：曼彻斯特码：是是自带同步信号的编自带同步信号的编码，常用于局域网码，常用于局域网的传输。的传输。 特点：特点：每一位中每一位中间均有一次跳变，间均有一次跳变，该跳变既作为时钟该跳变既作为时钟信号

44、又作为数据信信号又作为数据信号；号；每位编码的前每位编码的前半位表示数据信号半位表示数据信号的实际取值，后半的实际取值，后半位与之相反。位与之相反。 优点：优点：克服了不克服了不归零码和归零码的归零码和归零码的同步信号丢失问题。同步信号丢失问题。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输4.4.模拟数据以数字信号传输模拟数据以数字信号传输 数字传输的过程数字传输的过程: : 发送端：发送端：将模拟信号通过将模拟信号通过编码器（编码器（CoderCoder）变换为数字信号。变换为数字信号。 接收端：接收端：将收到的数字信号用将收到的数字信号用解

45、码器（解码器（DecoderDecoder）还原成模拟信号。还原成模拟信号。 编码解码器编码解码器( (Codec):Codec):既有编码功能又有解码功能的装置。既有编码功能又有解码功能的装置。 脉码调制技术脉码调制技术( (Pulse Code Modulation-Pulse Code Modulation-PCMPCM) )：将模拟信号转变成数字信号将模拟信号转变成数字信号的技术，常用于对声音信号进行处理。的技术，常用于对声音信号进行处理。 脉码调制过程的三个脉码调制过程的三个步骤步骤：采样采样、量化量化和和编码编码。工作站工作站A编码编码解码器解码器工作站工作站B数字信号数字信号模拟

46、信号模拟信号公用数据网公用数据网模拟信号模拟信号编码编码解码器解码器 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输1.1.采样：采样：按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。 采样定理采样定理：只要采样频率不低于模拟信号最高频率的：只要采样频率不低于模拟信号最高频率的2 2倍，就可以从采样倍，就可以从采样脉冲信号无失真的恢复出原来的模拟信号。脉冲信号无失真的恢复出原来的模拟信号。2.2.量化：量化：将采样点测得的信号幅值分级取整的过程。将采样点测得的信号幅值分级取整的过程。 经过量化后的样本经过量化后的样本幅度为离散的整数值，幅度为离散的整数值，而

47、不是连续的值。而不是连续的值。3.3.编码：编码：用相应位数的用相应位数的二进制码表示已经量化二进制码表示已经量化的采样样本的量级。的采样样本的量级。 如果有如果有N N个量化级，个量化级，则二进制位的位数为则二进制位的位数为loglog2 2N N。 3.01.46.21.32.85.94T( (B)B)抽样抽样( (A)A)原来信号原来信号( (C)C)量化及编码量化及编码31613640 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 第三节第三节 同步与复用同步与复用（b）带应答信号的形式带应答信号的形式发送设备发送设备传输信道传输信道接收设备接收设备A

48、B信息信息（a）基本形式基本形式AB信息信息监测信号监测信号发送设备发送设备传输信道传输信道接收设备接收设备2.3.1 2.3.1 数据通信方式数据通信方式按照信号在信道或传输介质中的传输方向分为：按照信号在信道或传输介质中的传输方向分为：1.1.单工通信单工通信( (simplex)simplex)：数据总是沿信道的一个固定方向传送数据总是沿信道的一个固定方向传送( (如如广播、电视广播、电视) )。 数据是单工的，信号是双工的数据是单工的，信号是双工的 单击此处显示信息传输过程单击此处显示信息传输过程 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.2.半双工通信：半双工通信：信息流可以在两个方向上

49、传输，但同一时刻只限于在一个方信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限于在一个方向传输。向传输。 通信的双方通信的双方轮流轮流使用使用共享信道共享信道发送发送信息信息或或应答信号应答信号。单击此处显示信息传递过程单击此处显示信息传递过程信息信息传输信道传输信道AA发送设备发送设备接收设备接收设备接收设备接收设备B发送设备发送设备B 第三节第三节 同步与复用同步与复用3.3.全双工通信：全双工通信：数据能数据能同时同时沿信道的两个方向传输，即通信的一方在发送信沿信道的两个方向传输，即通信的一方在发送信息的同时也能接收信息，其收、发信道分开设置，应答信号通常可利用另息的同时也能接收信息，其收、发

50、信道分开设置，应答信号通常可利用另一传输信道传送。一传输信道传送。四线制：四线制：采用采用两个单工两个单工通信设备完成全双工通信；通信设备完成全双工通信；二线制：二线制：采用采用频分多路复用频分多路复用技术，将一条线路分成高频和低频两条信道。技术，将一条线路分成高频和低频两条信道。单击此处显示信息传递过程单击此处显示信息传递过程信息信息传输信道传输信道发送设备发送设备A接收设备接收设备A接收设备接收设备B发送设备发送设备B传输信道传输信道 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.3.2 2.3.2 同步技术同步技术 同步：同步：通信双方的收发数据序列必须在时间上一致，以使接收方能准确地区通信双方

51、的收发数据序列必须在时间上一致，以使接收方能准确地区分和接收发送方发来数据。分和接收发送方发来数据。 同步方式同步方式：同步传输、异步传输。：同步传输、异步传输。1.1.异步传输（起异步传输（起止式同步方式）止式同步方式） 异步传输：异步传输：发送端和接收端的时发送端和接收端的时钟信号是各自独立的。钟信号是各自独立的。 特点：特点：信息以信息以字符字符为单位传输。为单位传输。 字符组成：字符组成： 1 1位起始位位起始位 5-85-8位数据位位数据位 0-10-1位奇位奇/ /偶校验位偶校验位 1-21-2位停止位位停止位 优点：优点：无需统一的时钟信号，出错只需重发该字符即可，且控制简单。无

52、需统一的时钟信号，出错只需重发该字符即可，且控制简单。 缺点：缺点：传输效率低、速度慢。传输效率低、速度慢。 适合：适合：终端误码率要求高或数据率低的线路中。终端误码率要求高或数据率低的线路中。1 1 1 1 0 0 0 10 0 1 0 0 1 1 0停止位停止位 线路空闲线路空闲停止位停止位起始位起始位校验位校验位起始位起始位校验位校验位 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.2.同步传输同步传输 同步传输：同步传输：发送端和接收端的时钟是一致（同步）的。发送端和接收端的时钟是一致（同步）的。 实现方法：实现方法：自同步法、外同步法。自同步法、外同步法。 自同步法：自同步法：从数据信息波形

53、的本身提取同步信号（如曼彻斯特码、差分曼从数据信息波形的本身提取同步信号（如曼彻斯特码、差分曼 彻斯特码）。彻斯特码）。 外同步法：外同步法：不是在每个字符进行同步，而是在一组数据信息前后进行同步。不是在每个字符进行同步，而是在一组数据信息前后进行同步。 又可分为又可分为面向字符的同步方式面向字符的同步方式和和面向位的同步方式面向位的同步方式。 特点：特点：接收端靠提取其中的时钟信号来和发送方保持同步；每帧的控制信息接收端靠提取其中的时钟信号来和发送方保持同步；每帧的控制信息 常少于常少于100100比特。比特。 优点：优点：对于大块的数据，可获得更高的效率和速率。对于大块的数据，可获得更高的

54、效率和速率。 缺点：缺点：若数据有一位出错，必须重发整块数据，且控制比较复杂。若数据有一位出错，必须重发整块数据，且控制比较复杂。 第三节第三节 同步与复用同步与复用 面向字符的同步方式：面向字符的同步方式：数据传输以数据传输以字符串字符串为单位，发送端在发送数据信息前，为单位，发送端在发送数据信息前，先向接收端发出一个或多个先向接收端发出一个或多个同步字符同步字符SYNSYN( (编码为编码为00101000) 00101000) 。 面向位的同步方式：面向位的同步方式：数据传输以数据传输以数据块数据块为单位，发送端在要发送的数据块的为单位，发送端在要发送的数据块的前后加上前后加上同步位模式

55、同步位模式F F标志标志( (编码为编码为0111111001111110）。）。 插插0 0删删0 0技术技术SYN SYN 一个或多个一个或多个SYNSYN字符字符 控制字符控制字符 数据字符数据字符 控制字符控制字符 F 8 8比特标志比特标志 控制字符控制字符 数据字符数据字符 控制字符控制字符 8 8比特标志比特标志F 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.3.3 2.3.3 多路复用技术多路复用技术 多路复用技术：多路复用技术：通过通过多路复用器多路复用器将多路信号将多路信号组合组合在一条物理信道上传输，在一条物理信道上传输，到接收端再用到接收端再用多路译码器多路译码器将各路信号将

56、各路信号分离分离开输出，从而大大降低通信成本，开输出，从而大大降低通信成本，提高通信线路的利用率。提高通信线路的利用率。1.1.频分多路复用频分多路复用FDMA(Frequency Division Multiplexing Access)FDMA(Frequency Division Multiplexing Access) 信号的频谱信号的频谱：信号的能量随频率的分布规律。：信号的能量随频率的分布规律。 信号的带宽信号的带宽：信号频谱中能量集中的区域。：信号频谱中能量集中的区域。 多多 路路 复用器复用器 多多 路路 译码器译码器n n个输入个输入n n个输出个输出 1 1条链路，条链路，

57、n n个信道个信道 第三节第三节 同步与复用同步与复用 原理：原理：在信道带宽大于各路信号在信道带宽大于各路信号总带宽时，将具有一定带宽的信道总带宽时，将具有一定带宽的信道分割成若干个占有较小带宽的子信分割成若干个占有较小带宽的子信道，使每个子信道用来传输一路信道，使每个子信道用来传输一路信号；为保证各路信号的频谱不重叠，号；为保证各路信号的频谱不重叠，在复用前需通过在复用前需通过频谱搬移频谱搬移技术。技术。 适合：适合：较适用于传输较适用于传输模拟信号模拟信号。 优点：优点：原理简单，技术成熟，系统效率较高，可充分利用信道的频带原理简单，技术成熟，系统效率较高，可充分利用信道的频带。 缺点：

58、缺点：各路信号之间容易产生串扰。各路信号之间容易产生串扰。 使用使用要求：要求：一、复用频谱之间有足够大的保护间隔；一、复用频谱之间有足够大的保护间隔； 二、调制系统具有很高的线性滤波功能。二、调制系统具有很高的线性滤波功能。 CCITTCCITT标准是将标准是将1212条条4 4KHzKHz的话音信道复用在的话音信道复用在60-10860-108KHzKHz的频带上（的频带上（1212条话路构成一个条话路构成一个基群基群，5 5个基群组成一个个基群组成一个超群超群，5 5个超群组成一个个超群组成一个主群）主群）。 MUXDEMUX 1号信道号信道 1 1 2号信道号信道 2 2 6号信道号信

59、道 6 6126126输入输入输出输出保护频带保护频带 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.2.时分多路复用时分多路复用TDMA(Time Division Multiplexing Access)TDMA(Time Division Multiplexing Access) 原理：原理：当信道能达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可当信道能达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的以将使用信道的时间分成一个个的时间片时间片，按一定规则将这些时间片分配给，按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内各路信号，每一路信号

60、只能在自己的时间片内独占独占信道进行传输。信道进行传输。 (1).(1).同步时分多路复用同步时分多路复用 原理：原理：分配给每个终端数据源的时间分配给每个终端数据源的时间片是片是固定的固定的，不管该终端是否有数据发，不管该终端是否有数据发送，其时间片都不能被其它终端占用。送，其时间片都不能被其它终端占用。 特点：特点：复用同一信道的各个信号源所复用同一信道的各个信号源所分配的时隙随固定但分配的时隙随固定但可以不相等可以不相等。 优点：优点：控制简单。控制简单。 缺点：缺点：不能充分利用信道。不能充分利用信道。 适用：适用：主要用于主要用于电话系统电话系统中。中。MUX输入输入DEMUX输出输