计算机网络物理层

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，通常可以分为是指通信中实际传送信息的载体，通常可以分为有线有线和和无线无线两类。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以有形线路作为传输媒体，传输信号的性能较好，以有形线路作为传输媒体，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。较容易的场合。 目前常用的有目前常用的有双绞线双绞线、同轴电缆同轴电缆、光纤光纤。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质 1.1.双绞线双绞线TP(Twist PairTP(Twist Pairwire)wir

3、e) 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。定的密度互相扭绞在一起。传输特性：传输特性：模拟传输每隔模拟传输每隔5-6公里需加公里需加放大器放大器将衰减了的信号放将衰减了的信号放大到合适的量级；大到合适的量级； 数字传输每隔数字传输每隔2-32-3公里需加公里需加中继器（转发器）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100-155

4、100-155MbpsMbps。适用：适用：电话系统、局域网。电话系统、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

5、； 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 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

6、，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

7、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 50 50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

8、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特点：特点：与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数与双绞线相比，成本较高，安装较复

9、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。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）。统和短距离系统连接的通信线路以及局域网中）。u宽带（宽带（broadbandbroadband）：）：指带宽超过一个标准话路指带宽超过一个标准话路4kHz4kHz的频分多的频分多路复用系统。在计算机网络中，路复用系统。在计算机网络中，“宽带系统宽带系统”指任何使用频分多指任何使用频分多路复用技术传输模拟

10、信号的同轴电缆网。路复用技术传输模拟信号的同轴电缆网。 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，由能传导光波简称光纤，由能传导光波的石英玻璃纤维外加低折射率的保护层组成。的石英玻璃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的利用光导纤维传递光脉冲来进行的, ,有光信号为有光信号为1 1，无光信号为无光信号为0 0，光信号在光纤中进行，光信号在光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、

11、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；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光探测器，将检测出的光脉冲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。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光纤的两种基本光纤的两种基本传输模式传输模式： 单模方式：单模方式：当光纤的直径减少到一个光的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

12、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8-10m，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。 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。 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

13、、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。 四芯光缆四芯光缆 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：1.1.将断点接入连接头将断点接入连接头, ,然后插入连接插座然后插入连接插座( (损耗损耗10%-20%10%-20%的光，但的光，但重新配置系统较容易重新配置系统较容易) )；2.2.用机械方法将切割好的光纤钳起来用机械方法将切割好的光纤钳起来( (光的

14、光的损失损失大约为大约为10%)10%)；3.3.使用融合的方法将光纤的断点处融合在一起使用融合的方法将光纤的断点处融合在一起( (光的光的损耗损耗最小，最小，连接好的光纤和单根光纤差不多连接好的光纤和单根光纤差不多) )。 三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互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！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。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质环网环网 是一段段点到点的链路的集合。各主机通过是一段段点到点的链路的集合。各主机通过T T形连接头连接入网，可以发形连接头连接入网，可以发送和接受

15、信息，并且送和接受信息，并且T T形连接头同时也起到各段光纤连接起来的作用，将形连接头同时也起到各段光纤连接起来的作用，将一段光纤中的光脉冲转发到下一段光纤。一段光纤中的光脉冲转发到下一段光纤。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：用自由空间作为传输介质来进行数据通信。用自

16、由空间作为传输介质来进行数据通信。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。领域构成的蜂窝式无线电话网。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微波通信又主要有两种方式：种方式：地面微波接力通信和卫星通信）。地面微波接力通信和卫星通信）。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质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

17、传。 适用：适用：微波接力通信可传输电话、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。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、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。保密性差、中继站的使用与维护问题等。 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

18、的一种高空的人造同步通信卫星作中继器的一种微波接力通信。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。地球地球卫星卫星3586035860KmKm4175641756KmKm1275212752KmKm 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质3.3.红

19、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通信，红外线成为室内无线网的主要选择对象。选择对象。 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

20、数据：数据：能够由计算机处理的能够由计算机处理的数字数字、字母字母和和符号符号等具有一定意义等具有一定意义的实体。的实体。分类：分类：模拟数据模拟数据可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音和图像；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 。 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：在介质上传送的连续变化的电磁波。在介质上传送的连

21、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，在直接用两种不同的电压来表示，在线路上传输。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：信道就是信号所占用频率的范围通道。信道就是信号所占用频率的范围通道。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

22、传送数字信号的数字信数字信道道。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传输的传输方式。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传输的传输方式。式。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.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、计算现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之

23、机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。间的数据信息传递。数据通信数据通信电话、电报电话、电报业务业务通信对象通信对象人人- -机、机机、机- -机之机之间通信间通信人人- -人之间通人之间通信信通信信号通信信号具有一定含义的具有一定含义的二进制形式的字二进制形式的字母、数字和符号母、数字和符号连续的语音连续的语音信号或某种信号或某种意义的报文意义的报文通信可靠通信可靠性性误码率要求较高误码率要求较高误码率要求误码率要求较低较低通信复杂通信复杂性性需要严格的协议，需要严格的协议，控制复杂控制复杂控制简单控制简单数据通信系统：数据通信系统：是通过数据电路将分布在远地的远程终端设备是通过数据电路将

24、分布在远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。数据通信系统的组成：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、中央中央计算机系统计算机系统三部分组成。三部分组成。数据输数据输入输出入输出设备设备传输控传输控制器制器通信控通信控制器制器主主机机数据电数据电路端接路端接设备设备 DCE传输传输信道信道数据电数据电路端接路端接设备设备 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

25、节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输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，属于数据终端设备送和接收数据的能力，属于数据终端设备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由传输信道（传输线路）及两端的数据电路端接设备备DCEDCE组成，位于远程终端设备和中央计算机之间，为数据通组成，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。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

26、央计算机系统：由由通信控制器通信控制器及及主机主机构成构成，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、终端接续控的信号进行差错控制、终端接续控制、传输顺序控制、切断控制等，同时将线路的信号从并行转制、传输顺序控制、切断控制等，同时将线路的信号从并行转成串行或反之。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 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 传统的传统的电

27、话系统电话系统，采用分级交换；长途干线采用频分复用的采用分级交换；长途干线采用频分复用的传输方式，即所谓的载波电话。传输方式，即所谓的载波电话。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！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，选取某一频率的正（余）弦模拟信

28、号作载波信号，运载所要传送的数字信号。运载所要传送的数字信号。 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，到达信道的另一端再将数字率或相位，然后使之在信道上传送，到达信道的另一端再将数字信号从载波上提取出来。信号从载波上提取出来。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输工作站工作站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将数字信号放到载波上去的过程，即将数

29、字信号变换模拟信号的过程，实现设备称为拟信号的过程，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，实现设备称为信号的过程，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实现解调的设备。是既能实现调制又能实现解调的设备。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

30、度随数字信号的值改变，也称为幅移幅移键控法键控法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, , 也称为也称为频移频移键控法键控法FSKFSK。 特点：特点：抗干扰性较高，但所占频带较宽，是常用的一种调制抗干扰性较高，但所占频带较宽，是常用的一种调制方法。方法。调相（调相（PMPM）: :即载波的相位随数字信号的值改变，也称为即载波的相位随数字信号的值改变，也称为相移相移键控法键控法PSKPSK。 特点：特点：抗干扰性较高，数据传输速率高，实现

31、复杂。抗干扰性较高，数据传输速率高，实现复杂。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输基带信号基带信号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；合调制的调制解调器；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）、）、中速调中速调制解调器（制解调器（600600bps-9600bpsbps-9600bps）和高速调制解调

32、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 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数字传输系统数字传输系统1.1.数字数据以数字信号传输数字数据以数字信号传输 数字数据可以数字信号传输，但需对信号进行数字数据可以数字信号传输，但需对信号进行编码编码以提高数以提高数据传输的效率和实现通信双方的信号同步。据传输的效率和实现通信双方的信号同步。 常

33、用编码常用编码：不归零码不归零码、归零码归零码、曼彻斯特码曼彻斯特码和和差分曼彻斯特差分曼彻斯特码码。 不归零码不归零码NRZNRZ是一种最简单和最原始的编码方式，可分为是一种最简单和最原始的编码方式，可分为单极性不归零码单极性不归零码和和双双极性不归零码极性不归零码。 优点：优点：有效利用了带宽，简单，低频相应性能较好。有效利用了带宽，简单，低频相应性能较好。 缺点：缺点：当当连续发送连续发送“1 1”或或“0 0”时时，难以确定每位的开始或结，难以确定每位的开始或结束。束。 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，用正电压正电压代表代表“1 1”，采样时间为

34、每个码元时间的中间点采样时间为每个码元时间的中间点, ,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 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字信号的编码数字信号的编码 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”，采样时间为每个码元时间的中间点，但判决门限，采样时间为每个码元时间的中间点，但判决门限为为零电平零电平。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 归零码特点：归零码特点：每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽度比码每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽度

35、比码元间隔短，其采样时间和判决门限与不归零码类似。元间隔短，其采样时间和判决门限与不归零码类似。 优点：优点：接收端可以从收到的脉冲间隔中得到同步信息。接收端可以从收到的脉冲间隔中得到同步信息。 缺点：缺点：当出现当出现长时间长时间“0”“0”码码时，同步信号将会丢失。时，同步信号将会丢失。 单极性归零码：单极性归零码：发送发送“1”“1”信号时发出一个短于一个码元信号时发出一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，发送时间宽度的正脉冲，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 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传

36、输与数字传输数字信号的编码数字信号的编码 双极性归零码：双极性归零码：发送发送“1 1”信号时发出一个短于一个码元信号时发出一个短于一个码元时间宽度的时间宽度的正脉冲正脉冲，发送，发送“0 0”信号时发出短于一个码元时间信号时发出短于一个码元时间宽度的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 曼彻斯特码：曼彻斯特码：是自带同步信号的编码，常用于局域网的传输。是自带同步信号的编码，常用于局域网的传输。 特点：特点：每一位中间均有一次跳变，每一位中间均有一次跳变，该跳变既作为时钟信号又作该跳变既作为时钟信号又作为数

37、据信号；为数据信号；每位编码的前半位表示数据信号的实际取值，后每位编码的前半位表示数据信号的实际取值，后半位与之相反。半位与之相反。 优点：优点：克服了不归零码和归零码的同步信号丢失问题。克服了不归零码和归零码的同步信号丢失问题。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 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字信号的编码数字信号的编码 差分差分曼彻斯特码：曼彻斯特码：是自带同步信号的编码，常用于局域网是自带同步信号的编码，常用于局域网的传输。的传输。 特点：特点：每一位中间均有一次跳变，边界的开始处存在跳变代每一位中间均有一次跳变，边界的开始处存在跳变代表表“0 0”

38、，不存在跳变代表，不存在跳变代表“1 1” 优点：优点：克服了不归零码和归零码的同步信号丢失问题。克服了不归零码和归零码的同步信号丢失问题。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 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字信号的编码数字信号的编码2.2.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码器（解码器（DecoderDecoder）还原成模拟信号。还原成模

39、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

40、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

41、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 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 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AB信息信息（a）基

42、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 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传输，但同一时刻只限信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限于在一

43、个方向传输。于在一个方向传输。 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. .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B3.3.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，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一传输信道传送。应答信号通常可利用另一传输信道传送。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

44、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技术，将一条线路分成高频和低频两条信道。两条信道。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分和接收发送方发来数据。方能准确地区分和接收发送方发来数据。 同步方式同步方式：同步传输同步传输、异步传输异步传输。第三节第三节 同步与复用同步与复用1.1.

45、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钟信号是各自独立的。发送端和接收端的时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111 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

46、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：从数据信息波形的本身提取同步信号（如曼彻斯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。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。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

47、符串字符串为单位，发送端在发送数据为单位，发送端在发送数据信息前，先向接收端发出一个或多个信息前，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为单位，发送端在要发送的数据块的前后加上据块的前后加上同步位模式同步位模式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

48、 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在一条物理信道上传输，到接收端再用道上传输，到接收端再用多路译码器多路译码器将各路信号将各路信号分离分离开开输出，从输出，从而大大降低通信成本，提高通信线路的利用率。而大大降低通信成本，提高通信线路的利用率。 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，

49、n n个信道个信道第三节第三节 同步与复用同步与复用1.1.频分多路复用频分多路复用FDMA(Frequency Division Multiplexing FDMA(Frequency Division Multiplexing Access)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。 原理：原理：在信道带宽大于各路信号总带宽时，将具有一定带宽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分割成若干个占有较小带宽的子信道，使每个子信道用来的信道分割成若干个

50、占有较小带宽的子信道，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，在复用前需通过传输一路信号；为保证各路信号的频谱不重叠，在复用前需通过频谱搬移频谱搬移技术。技术。第三节第三节 同步与复用同步与复用 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，可充分利用信道原理简单，技术成熟，系统效率较高，可充分利用信道的频带的频带。 缺点：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。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

51、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总和时，可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，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片内独占独占信道进行传输。信道进行传输。 第三节第三节

52、同步与复用同步与复用(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片是分配给每个终端数据源的时间片是固定的固定的，不管该终端，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。是否有数据发送，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分配的时隙随固定但复用同一信道的各个信号源所分配的时隙随固定但可以可以不相等不相等。 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D EMUX输出输出时时隙隙1时时隙隙2时时隙隙6时时

53、隙隙1时时隙隙2第三节第三节 同步与复用同步与复用 典例典例- -T1T1信道：信道：利用利用PCMPCM和和TDMTDM技术，使技术，使2424路话音信号分时复用一个信道。路话音信号分时复用一个信道。 实现：实现： 每路话音信号的每路话音信号的带宽是带宽是34003400HzHz，根据根据采样定理采样定理，在发送端以，在发送端以每秒每秒80008000次次的的 速率依次对每路声音信号进行采样，采样值送入速率依次对每路声音信号进行采样，采样值送入编码解码器编码解码器； 每个采样值被编码成每个采样值被编码成7 7比特数字信号比特数字信号，再加上，再加上1 1比特控制信号比特控制信号，插入信道；，

54、插入信道； 2424路路信号的一次采样值信号的一次采样值组成一帧组成一帧，另外加上便于帧同步的，另外加上便于帧同步的1 1个帧同步比特个帧同步比特； 于是一帧共有于是一帧共有(7+1)(7+1)24+124+1193193比特比特； 每秒传输每秒传输80008000帧，因而总的帧，因而总的数据速率为数据速率为193193800080001.5441.544MbpsMbps。 T1T1信道广泛用于信道广泛用于北美北美和和日本日本的电话系统中。的电话系统中。C1C2 C247个数据位个数据位第第8位是控制信号位是控制信号第第193位是位是帧同步比特帧同步比特193位（位（125s）帧帧第三节第三节

55、 同步与复用同步与复用2.2.异步时分多路复用异步时分多路复用 原理：原理：允许允许动态的动态的按需分配时间片，需要发送数据的终端须提出申请才能按需分配时间片，需要发送数据的终端须提出申请才能获得所需的时间片，否则时间片可以被其它终端占用。获得所需的时间片，否则时间片可以被其它终端占用。 优点：优点：可以充分利用信道。可以充分利用信道。 缺点：缺点：控制较为复杂。控制较为复杂。 适用：适用：主要用于主要用于计算机网络计算机网络中。中。 A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2第第1帧帧第第2帧帧（A）同步同步TDM数据数据第第2帧帧（B）异步异步TDMA1 B1 B2 C1第第1帧帧地址

56、地址 t0 t1 t2 t3复用链路复用链路用户终端用户终端A用户终端用户终端B用户终端用户终端C用户终端用户终端D第三节第三节 同步与复用同步与复用 典例典例- -E1E1信道：信道：利用利用PCMPCM和和TDMTDM技术，使技术，使3030路话音信号分时复用一个信道。路话音信号分时复用一个信道。 实现：实现： 将信道的使用时间划分为将信道的使用时间划分为3232个时隙，其中个时隙，其中3030个时隙用于传用户的话个时隙用于传用户的话 音信号，音信号，1 1个时隙用作帧同步，还有个时隙用作帧同步，还有1 1个用于传输信令；个用于传输信令； 每个时隙传送每个时隙传送8 8比特比特二进制位，二

57、进制位，采样频率采样频率也是也是80008000次秒次秒； 总的总的数据速率数据速率是是8 832328000=8000=2.0482.048MbpsMbps。 E1E1信道用于信道用于欧洲欧洲和和我国我国的电话系统中。的电话系统中。 CH0 CH1 CH2 CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH0 CH30 CH31 CH08 8 bitbit125125s s帧同步字段帧同步字段 15 15个话路个话路 信令字段信令字段 15 15个话路个话路第三节第三节 同步与复用同步与复用3.3.波分多路复用波分多路复用WDMA(W

58、avelength Division Multiplexing WDMA(Wavelength Division Multiplexing Access)Access) 是计算机网络今后的主要通信传输复用技术之一是计算机网络今后的主要通信传输复用技术之一 原理：原理：类似于类似于FDMAFDMA，为了能同时进行多路传输，需要将信道的带宽划分多为了能同时进行多路传输，需要将信道的带宽划分多个波段，是将个波段，是将FDMAFDMA应用于应用于全光纤网全光纤网组成的通信系统中。组成的通信系统中。 实现：实现：不同的信源使用不同波长不同的信源使用不同波长( (频率频率) )的光波来传送数据，各路的光波

59、来传送数据，各路光波经过一个棱镜光波经过一个棱镜( (或衍射光栅或衍射光栅) )合成一个光束在光纤干道上传输，合成一个光束在光纤干道上传输，在接收端利用相同的设备将各路在接收端利用相同的设备将各路光波分开光波分开。能能量量光光 纤纤 1 1光光 谱谱光光 纤纤 2 光光 谱谱共共 享享 光光 纤纤 上上 的的 光光 谱谱能能量量能能量量棱棱 柱柱 或或 衍衍 射射 光光 栅栅光纤光纤1光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤4共共 享享光光 纤纤第三节第三节 同步与复用同步与复用4.4.码分多路复用码分多路复用CDMA(Coding Division Multiplexing Access)CDMA(Co

60、ding Division Multiplexing Access) 特点：特点：允许所有站在同一时间使用整个信道进行数据传送。允许所有站在同一时间使用整个信道进行数据传送。 原理：原理：每个比特时间再分成每个比特时间再分成m m个码片个码片；每个站分配一个每个站分配一个唯一的唯一的m m比特码序列比特码序列；当某个站欲发送当某个站欲发送“1 1”时，就在信道中发送它的时，就在信道中发送它的码序列；码序列； 当欲发送当欲发送“0 0”时，就发送它的时，就发送它的码序列的反码；码序列的反码； 当两个或多个站当两个或多个站同时发送时同时发送时，各路数据在信道中被，各路数据在信道中被线性相加线性相加