《计算机网络教程》第2章 数据通信基础-2

《计算机网络教程》电子教案 笫四讲传输技术与物理传输媒体

本讲内容第二章

数据通信基础

2.2传输技术

2.3.4多路复用 2.3.5数字信号的编码方法

2.3物理传输媒体

2.3.1双绞线

2.3.2同轴电缆

2.3.3光纤

2.3.4无线传输媒体* 2.3.5卫星通信 2.4物理层接口标准举例* 2.4.1EIA-RS-232C2.4.2RS-422、RS-423和RS-449*是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。

2.2传输技术

多路复用多路复用(Multiplexing)

把多路信号在单一的传输线路和用单一的传输设备来进行传输的技术最简单的多路复用技术是空分多路复用SDM（SpaceDivisionMultiplexing）

最两种常用的多路复用技术是：频分多路复用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）时分多路复用TDM（TimeDivisionMultiplexing）

2.2传输技术(续)

多路复用频分多路复用：在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可将该物理信道的总带宽分割成若干个和传输的单个信号带宽相同（或略为宽一点）的子信道传输一路信号多路的原始信号在频分复用前，首先要通过频谱搬移技术，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，这可以通过频率调制时采用不同的载波来实现2.2传输技术(续)

多路复用例13路话频原始信号频分多路复用一带宽为12kHz（从60kHz--72kHz）的物理信道的示意图图2.10频分多路复用FDM2.2传输技术(续)

多路复用例2已知一条话频信道的带宽为4kHz（实际用户使用的仅中间的3kHz带宽，并在两边各留有500Hz的隔离频带，以防相邻频带的串扰）已标准化的FDM方案是将12路话音频分多路复用到一条带宽为48kHz的线路上，称之为群（group），可以是12kHz--60kHz或60kHz--108kHz等

5个群又可被频分多路复用为带宽为240kHz的超群（supergroup），亦即一个超群中含有60路话音信道又可由5个或10个超群进一步频分多路复用为带宽更宽的主群（mastergroup），它们分别含有300路或600路话音信道，这两者分别为ITU-T的标准和北美与日本采用的贝尔标准。

2.2传输技术(续)

多路复用时分多路复用： 将一条物理的传输线路按时间分成若干时间片轮换地为多路信号所使用。与FDM区别：每一时间片由复用的一个信号占用，而FDM是同一时间同时发送各路信号举例：990kHz上广新闻台9:00地球嘹望、12:10市民与社会、16:05时事大挑战、19:02法庭内外等就可以看成是一种时分多路复用

性质上：特别适合于数字信号的场合，可用一组定时的时间选通门来执行信号的复合与分离

2.2传输技术(续)

多路复用例1数据速率为48kHz的信道可为5条9600bps速率的信号时分多路复用也可为20条速率为2400bps的信号时分多路复用

2.2传输技术(续)

多路复用例2（北美流行的T1信道）该线路中每125μs传输193位，构成一帧（注意，这里的“帧”并非在OSI模型中数据链路层的帧）。故其数据速率为193bits/125μs=1.544Mb/s。193位可按时分多路复用方式细分为24个信道，每条信道8位。8位中的7位正好用来传输一路话音由上小节介绍的128级量化PCM技术产生的脉冲编码。每个信道中多余的1位用来传输控制信号，控制信号容量为1bit/125μs=8kb/s，8×24位=192位，每帧中还多余一位则用于同步。连续的帧中的该位一直要保持01010101……的模式。

2.2传输技术(续)

多路复用

例2（北美流行的T1信道，续）2.2传输技术(续)

多路复用例3（欧洲的E1标准）与T1类似区别：在E1标准中，每帧时分为32个子信道，每个子信道8位，总共数据速率为这32个子信道中有30个用来传输话音，而另外2个用于传输控制信号及帧同步2.2传输技术(续)

多路复用多路复用的发展同步光纤网SONET(SynchronousOpticalNetwork)的数字传输标准美国在1988年推出，并为ITU-T接受以此为基础制定出称之为同步数字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)的国际标准。2.2传输技术(续)

多路复用SONET与SDH的区别使用了不同的术语，SDH中称之为不同级别的同步传送模块STM(SynchronousTransferModule)；而SONET中则称之为不同级别的同步运输信号STS(SynchronousTransportSignal)或对光传输称之为不同级别的光载波OT(OpticalCarrier)

2.2传输技术(续)

多路复用SONET从51.84Mb/s开始，为STS-1/OC-1；而SDH则从155.52Mb/s开始，为STM-1，它相当于STS-1/OC-1的3倍，即STS-3/OT-3

该两项标准术语“-”后面的阿拉伯数字都代表了其数据速率是开始级别数据速率的倍数，换句话说，它代表了该级别的信道是由多少开始级别信道复用而得到的。2.2传输技术(续)

多路复用波分多路复用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）

波长与频率有着一一对应的关系，实质上波分多路复用就是在光信道上采用的一种频分多路复用的变种区别：光复用采用的技术与设备不同于电复用2.2传输技术(续)

多路复用码分多路复用CDM

（CodeDivisionMultiplexing）通常被称为码分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，又译为码分多路访问特点： 有很强的抗干扰能力且隐蔽性好，主要用于军事通信，但现在随着技术的发展己成为第三代民用移动通信的首选原型技术2.2传输技术(续)

多路复用

码分多路复用CDM（续）原理给每个用户分配一种经过特殊挑选的编码序列，称为码片序列(chipsequence)码片序列：也可看成是给每个用户分配了一特定的地址码，用它来对通信的信号进行编码调制特殊挑选：指这些地址码应相互具有正交性，从而使得不同的用户可以在同一时间同一频带的公共信道上传输不同的信息但知道某一用户的码片序列的接收器仍可以从所有收到的信号中检测到该用户信息，并将其分离出来，以便接收。2.2传输技术

数字信号的编码方法曼彻斯特编码（ManchesterEncoding）为了自带位同步（或称比特同步）信号而采用的一种编码方法在曼彻斯特编码中每个比特持续时间分为两半，在发送比特1时，前一半时间电平为高，而后一半时间电平为低；在发送比特0时则正好相反。这样，在每个比特持续时间的中间肯定有一次电平的跳变，接收方可以通过检测该跳变来保持与发送方的比特同步。2.2传输技术(续)

数字信号的编码方法

差分曼彻斯特编码（DifferentialManchesterEncoding）图2.12曼彻斯特编码2.2传输技术(续)

数字信号的编码方法

曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码已被某些局域网的标准采用缺点是在每比特的持续时间内将可能出现多达两次跳变，编码效率只有50%。4B/5B编码：实际上是用5比特的码组来编码4比特的输入数据。特点：每个5比特码组中不含多于3个“0”，或者不会少于2个“1”。具体将5比特码组转换成电信号的波形采用了NRZI（NonReturntoZero,Invertonones）方式，即不归零制4B/5B的编码效率已经提高到80%。已广泛使用于100Mb/s以太网和光纤分布式数据接口环网FDDI(FiberDistributedDataInterface)中本讲内容第二章

数据通信基础

2.2传输技术

2.3.4多路复用 2.3.5数字信号的编码方法

2.3物理传输媒体

2.3.1双绞线

2.3.2同轴电缆

2.3.3光纤

2.3.4无线传输媒体* 2.3.5卫星通信 2.4物理层接口标准举例* 2.4.1EIA-RS-232C2.4.2RS-422、RS-423和RS-449*是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。

2.3物理传输媒体

物理传输媒体

medium，在这里指的是通信中实际传送信息的物理载体，早期有的书中也译为介质

计算机网络中采用的物理传输媒体可分为导向(guided)和非导向(unguided)两大类，俗称有线和无线双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种导向媒体

无线电通信、微波通信、红外通信、激光通信以及卫星传送信息的载体都是属于非导向媒体（无形的，不占用空间，统称为spacefree的媒体）2.3物理传输媒体

双绞线双绞线(twistedpair)特点：最经常使用的物理媒体相对于其它有线物理媒体（同轴电缆和光纤）来说，价格便宜也易于安装与使用其性能一般也较差（指它的传输距离、抗干扰性能和带宽或数据速率而言）图2.4双绞线2.3物理传输媒体（续）

双绞线图2.14大对数电缆（粗的电缆）2.3物理传输媒体（续）

双绞线双绞线分类：非屏蔽UTP（UnshieldedTwistedPair）普通电话线UTP易受外部的干扰，包括来自环境噪声和附近其它双绞线的干扰。屏蔽STP（ShieldedTwistedPair）抗干扰性能更好，但比UTP昂贵，而且要保证全程屏蔽并且金属包层良好地接地，安装也困难

2.3物理传输媒体（续）

双绞线双绞线实际上是分类(category)的。类越高则性能也越好，也就是说在一定距离内可传输更高数据速率的信号，但价格也越贵。下面是常用的几类双绞线的性能和主要用途：Category3：支持数据速率可达10Mbps，常用于传输话音和普通以太网（Ethernet）Category5(100MHz)：支持数据速率可达100Mbps，常用于快速以太网(FastEthernet)Category5e(350MHz)：数据速率可达1000Mbps，常用于千兆以太网(GigabitEthernet)上面的Category5e就是通常说的超5类线，所有支持的数据速率都是指在一定的距离内，如不超过80米。现在已有更高性能的6类非屏蔽双绞线(UTP6)，可用来支持千兆以太网2.3物理传输媒体（续）

双绞线双绞线的连接器也已标准化，最常用的是RJ（Registered

Jack）11(3pairs)和RJ45(4pairs)，如图2.6所示图2.15 RJ45和RJ112.3物理传输媒体

同轴电缆同轴电缆（coaxialcable）也像双绞线那样由一对导体组成，但它们是按“同轴”的形式构成线对分类：基带（baseband）同轴电缆（阻抗50Ω）宽带（broadband）同轴电缆（阻抗为75Ω）图2.18同轴电缆2.3物理传输媒体（续）

同轴电缆

同轴电缆与双绞线比较，价格贵，但带宽、数据速率高、传输距离长和抗干扰能力强连接器图2.19同轴电缆连接器2.3物理传输媒体

光纤

光纤是一根很细的可传导光线的纤维媒体，其半径仅几微米至一、二百微米。制造光纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃或塑料用超纯硅制成的光纤损耗最小，但制作工艺很难合成玻璃制成的光纤虽然损耗相对较大，但更为经济，性能也不错塑料光纤更便宜，可用于短距离、较大损耗也可接受的场合每根光纤都有自己的包层，而后一根或多根光纤再由外皮包裹构成光缆

图2.20光缆2.3物理传输媒体(续)

光纤2.21光纤传送电信号的过程2.3物理传输媒体(续)

光纤光纤相对于如双绞线和同轴电缆等这类金属传导媒体的优点：轻便低衰减和大容量电磁隔离光纤本身化学性质稳定很有发展前途。在许多场合，特别是远距离的通信中，光纤已逐步称为一种主要的有线物理媒体。但是光纤之间的连接不易，抽头分支困难，对于距离不太大、配置又经常变动的局域网来说光纤还不会完全取代金属传导媒体2.3物理传输媒体(续)

光纤在光纤中光线从光源进入硅或塑料光导体后有两种不同的传输方式多模（multimode）光纤：光线沿着光纤以多种角度不断被包层反射而向前传播单模（singlemode）光纤：光线主要沿着光纤的轴心向前传播单模光纤中由于减少了反射过程中光能量被包层材料的吸收，损耗小，通常能传输更长的距离和达到更高的数据速率单模光纤较多模光纤更细从双绞线开始，基带同轴电缆、宽带同轴电缆、多模光纤直至单模光纤，性能是由低至高、价格也从廉到贵2.3物理传输媒体

卫星通信卫星（satellite）通信：一种特殊的微波通信与一般地面微波通信的不同在于使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号图2.23卫星通信2.3物理传输媒体

卫星通信国际上卫星可使用的频段：C波段使用3.7~4.2GHz的频段作为上行信道，5.925~6.425GHz的频段作为下行信道Ku波段使用11.7~12.2GHz作为上行信道，14~14.5GHz作为下行信道Ka波段使用17.7~21.7GHz作为上行信道，27.5～30.5GHz作为下行信道2.3物理传输媒体(续)

卫星通信几个波段的特点：C波段最早被用于商用通信卫星，目前已相当拥挤Ku波段相对来说还不太拥挤，但这个波段的微波易被雨水吸收Ka波段也有类似Ku波段问题，且设备造价昂贵，政府和军用的通信