計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理層

1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào) 正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC 機(jī)t1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0連續(xù)變化連續(xù)變化-是是關(guān)于時(shí)間的連關(guān)于時(shí)間的連續(xù)函數(shù)續(xù)函數(shù)離散的脈沖信號(hào)離散的脈沖信號(hào)，關(guān)于時(shí)間的非，關(guān)于時(shí)間的非連續(xù)函數(shù)連續(xù)函數(shù)數(shù)據(jù)通信：數(shù)據(jù)通信： 發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信號(hào)通過物發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信號(hào)通過物理信道傳送到數(shù)據(jù)接收方的過程理信道傳送到數(shù)據(jù)接收

2、方的過程。模擬數(shù)據(jù)通信：模擬數(shù)據(jù)通信： 在模擬信道上以模擬信號(hào)形式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)在模擬信道上以模擬信號(hào)形式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信： 利用數(shù)字信道以數(shù)字信號(hào)方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)利用數(shù)字信道以數(shù)字信號(hào)方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信。 模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號(hào)模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號(hào) 模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)放大器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào) PCM編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào) 數(shù)字發(fā)送器信源與信宿：信源與信宿： 通常將數(shù)據(jù)的發(fā)送方稱為信源，而將數(shù)據(jù)的接收通常將數(shù)據(jù)的發(fā)送方稱為信源，而將數(shù)據(jù)的接收方稱為信宿。方稱為信宿。信源和信宿一般是計(jì)算機(jī)或其它一些數(shù)據(jù)終端設(shè)信源和信宿一般是計(jì)算機(jī)或其

3、它一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備。備。信道：信道： 在信源和信宿之間所建立的用于傳送信號(hào)的物理在信源和信宿之間所建立的用于傳送信號(hào)的物理通道，被稱為物理信道，簡(jiǎn)稱信道。通道，被稱為物理信道，簡(jiǎn)稱信道。 按傳輸介質(zhì)的類型來(lái)劃分，信道被分為有線信道按傳輸介質(zhì)的類型來(lái)劃分，信道被分為有線信道和無(wú)線信道；和無(wú)線信道； 按信道中所傳輸?shù)男盘?hào)類型來(lái)劃分，信道可被分按信道中所傳輸?shù)男盘?hào)類型來(lái)劃分，信道可被分為模擬信道和數(shù)字信道為模擬信道和數(shù)字信道。傳輸介質(zhì)：傳輸介質(zhì)： 泛指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于連接各個(gè)計(jì)算機(jī)的泛指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于連接各個(gè)計(jì)算機(jī)的物理媒體，特指用來(lái)連接各個(gè)通信處理設(shè)備的物理媒體，特指用來(lái)連接各個(gè)通信處理設(shè)備的物

4、理介質(zhì)。物理介質(zhì)。包括無(wú)線與有線兩大類。包括無(wú)線與有線兩大類。通信信道：通信信道： 信道建立在傳輸介質(zhì)之上，但包括了傳輸信道建立在傳輸介質(zhì)之上，但包括了傳輸介質(zhì)和附屬的通信設(shè)備。介質(zhì)和附屬的通信設(shè)備。 通常，同一傳輸介質(zhì)上可提供多條信道，通常，同一傳輸介質(zhì)上可提供多條信道，一條信道允許一路信號(hào)通過。一條信道允許一路信號(hào)通過。信道帶寬信道帶寬 指信道的頻率寬度，即信道所能傳輸信號(hào)的頻率指信道的頻率寬度，即信道所能傳輸信號(hào)的頻率范圍。范圍。數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率 指單位時(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量?；径戎竼挝粫r(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。基本度量單位為比特每秒（量單位為比特每秒（bit per

5、 secondbit per second，簡(jiǎn)寫為簡(jiǎn)寫為bpsbps），當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率較大時(shí)，可以采用，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率較大時(shí)，可以采用KbpsKbps、MbpsMbps和和GbpsGbps來(lái)描述。來(lái)描述。信道帶寬數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系信道帶寬數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系 信道帶寬越大，則數(shù)據(jù)傳輸速率就可以越高。信道帶寬越大，則數(shù)據(jù)傳輸速率就可以越高。今后在使用時(shí)不加以區(qū)分。今后在使用時(shí)不加以區(qū)分。 ( (注：注：據(jù)據(jù)ShannonShannon定理，最大數(shù)據(jù)傳輸速率定理，最大數(shù)據(jù)傳輸速率= =Wlog2(1+S/N)Wlog2(1+S/N)，其其中中W W為信道帶寬，為信道帶寬， S/NS/N為信噪比為信噪

6、比) ) 。基帶基帶(baseband)信號(hào)和信號(hào)和寬帶寬帶(broadband)信號(hào)信號(hào) 基帶信號(hào)基帶信號(hào)就是將數(shù)字信號(hào) 1 或 0 直接用兩種不同的電壓來(lái)表示，然后送到線路上去傳輸。 寬帶信號(hào)寬帶信號(hào)則是將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號(hào)。 信道的最高碼元傳輸速率信道的最高碼元傳輸速率 任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來(lái)多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。 數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道 失真不嚴(yán)重失真不嚴(yán)重 失真嚴(yán)重失真嚴(yán)重 實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號(hào)波形輸出信

7、號(hào)波形(失真不嚴(yán)重)輸入信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號(hào)波形(失真嚴(yán)重)奈氏(Nyquist)準(zhǔn)則 每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒 2 個(gè)碼元。 Baud 是波特，是碼元傳輸速率的單位，1 波特為每秒傳送 1 個(gè)碼元。 理想低通信道的最高碼元傳輸速率 = 2W Baud W 是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz) 不能通過能通過0頻率(Hz)W (Hz) 要強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn) 實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出上限數(shù)值。 波特(Baud)和比特(bit)是兩個(gè)不同的概念。 波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€(gè)碼元）。碼元傳輸速率也稱

8、為調(diào)制速率、波形速率或符號(hào)速率。 比特是信息量的單位。 要注意要注意 信息的傳輸速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“波特”在數(shù)量上卻有一定的關(guān)系。 若 1 個(gè)碼元只攜帶 1 bit 的信息量，則“比特/秒”和“波特”在數(shù)值上相等。 若 1 個(gè)碼元攜帶 n bit 的信息量，則 M Baud 的碼元傳輸速率所對(duì)應(yīng)的信息傳輸速率為 M n b/s。 信道的極限信息傳輸速率信道的極限信息傳輸速率 香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無(wú)差錯(cuò)的信息傳輸速率。 信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（

9、以 Hz 為單位）； S 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率； N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。 香農(nóng)公式表明香農(nóng)公式表明 信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。 若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。 實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。 奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的作用范圍在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的作用范圍 源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器輸入信息輸出

10、信息輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制信號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器通信信道通信信道發(fā)送信號(hào)發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)接收信號(hào)信道帶寬信道帶寬系統(tǒng)噪聲系統(tǒng)噪聲信源信源信號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器信宿信宿計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)模擬信道模擬信道計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)送模擬信號(hào)發(fā)送模擬信號(hào)接收模擬信號(hào)接收模擬信號(hào)信道帶寬信道帶寬D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)數(shù)字信道數(shù)字信道計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)字信號(hào)發(fā)送數(shù)字信號(hào)接收數(shù)字信號(hào)接收數(shù)字信號(hào)信道帶寬信道帶寬編編/解碼器解碼器編編/解碼器解碼器信道的選擇信道的選擇數(shù)據(jù)和信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換信道的構(gòu)建：傳輸介質(zhì)信道的構(gòu)建：傳輸

11、介質(zhì)信號(hào)傳輸方式信號(hào)傳輸方式信號(hào)傳輸質(zhì)量。信號(hào)傳輸質(zhì)量。 信道的選擇及相應(yīng)的數(shù)據(jù)編碼信道的選擇及相應(yīng)的數(shù)據(jù)編碼1) 基帶傳輸與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼基帶傳輸與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼2) 頻帶傳輸與模擬數(shù)據(jù)編碼頻帶傳輸與模擬數(shù)據(jù)編碼在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常用二進(jìn)制比特來(lái)表示各在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常用二進(jìn)制比特來(lái)表示各類數(shù)據(jù)。類數(shù)據(jù)。矩形脈沖信號(hào)是二進(jìn)制比特的典型表達(dá)方式矩形脈沖信號(hào)是二進(jìn)制比特的典型表達(dá)方式按傅利葉分析，矩形脈沖信號(hào)由直流、低頻、按傅利葉分析，矩形脈沖信號(hào)由直流、低頻、高頻的多個(gè)成分組成。高頻的多個(gè)成分組成。在其頻譜中在其頻譜中 ，從零開始的能量集中的一段頻，從零開始的能量集中的一段頻率范圍稱為基本頻帶，

12、簡(jiǎn)稱基帶?；l等于脈率范圍稱為基本頻帶，簡(jiǎn)稱基帶?；l等于脈沖信號(hào)的固有頻率。沖信號(hào)的固有頻率。與基帶對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)稱為基帶信號(hào)。與基帶對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)稱為基帶信號(hào)?；鶐鬏敾鶐鬏?在數(shù)字信道上使用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，若將與脈在數(shù)字信道上使用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，若將與脈沖信號(hào)有關(guān)的所有直流、基頻、低頻和高頻分量全部放沖信號(hào)有關(guān)的所有直流、基頻、低頻和高頻分量全部放在數(shù)字信道上傳輸，要占據(jù)很大的信道帶寬。在數(shù)字信道上傳輸，要占據(jù)很大的信道帶寬。更合適的作法是將占據(jù)脈沖信號(hào)大部分能量的基帶更合適的作法是將占據(jù)脈沖信號(hào)大部分能量的基帶信號(hào)傳送出去。信號(hào)傳送出去。 這種在數(shù)字信道中利用基帶信號(hào)直接傳輸

13、的方式被這種在數(shù)字信道中利用基帶信號(hào)直接傳輸?shù)姆绞奖环Q為基帶傳輸。稱為基帶傳輸。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 抗噪聲能力強(qiáng)，成本低，傳輸速率高抗噪聲能力強(qiáng)，成本低，傳輸速率高 信號(hào)衰減嚴(yán)重，只能利用有線介質(zhì)近距離傳輸信號(hào)衰減嚴(yán)重，只能利用有線介質(zhì)近距離傳輸 基帶信號(hào)頻帶寬，傳輸時(shí)要占用整個(gè)傳輸介質(zhì)的帶寬基帶信號(hào)頻帶寬，傳輸時(shí)要占用整個(gè)傳輸介質(zhì)的帶寬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼采用基帶信號(hào)進(jìn)行傳輸適用的是數(shù)字通信系統(tǒng)采用基帶信號(hào)進(jìn)行傳輸適用的是數(shù)字通信系統(tǒng)的模型。的模型。該系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵問題是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼和該系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵問題是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼和解碼問題解碼問題 在發(fā)送端，要解決如何將二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列通過某種編碼

14、（在發(fā)送端，要解決如何將二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列通過某種編碼（encodingencoding）方式轉(zhuǎn)化為可直接傳送的數(shù)字信號(hào)；方式轉(zhuǎn)化為可直接傳送的數(shù)字信號(hào)； 在接收端，則要解決如何將收到的數(shù)字信號(hào)通過解碼在接收端，則要解決如何將收到的數(shù)字信號(hào)通過解碼( (Decoding)Decoding)恢復(fù)為與發(fā)送端相同的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列。恢復(fù)為與發(fā)送端相同的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列。三種常見的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼三種常見的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼 不歸零（不歸零（NRZNRZ，Non-Return to ZeroNon-Return to Zero）編碼編碼 ManchesterManchester編碼編碼 差分差分ManchesterMa

15、nchester編碼編碼頻帶傳輸頻帶傳輸 由于基帶傳輸?shù)慕嚯x限制，在遠(yuǎn)距離傳輸中通常由于基帶傳輸?shù)慕嚯x限制，在遠(yuǎn)距離傳輸中通常采用模擬信道。利用模擬信道，傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方采用模擬信道。利用模擬信道，傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方法稱為頻帶傳輸。其適用于模擬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型。法稱為頻帶傳輸。其適用于模擬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型。關(guān)鍵技術(shù)問題：關(guān)鍵技術(shù)問題： 如何將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合模擬信道傳如何將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合模擬信道傳輸?shù)哪M信號(hào)。輸?shù)哪M信號(hào)。解決方案解決方案 將要傳送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)將要傳送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)“寄載寄載”在載波上，利用數(shù)字在載波上，利用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)載波的某些特性（振幅、頻率、相位

16、）進(jìn)行控?cái)?shù)據(jù)對(duì)載波的某些特性（振幅、頻率、相位）進(jìn)行控制，使載波特性發(fā)生了變化，然后將變化了的載波送制，使載波特性發(fā)生了變化，然后將變化了的載波送往線路進(jìn)行傳輸。往線路進(jìn)行傳輸。調(diào)制調(diào)制(modulation) ： 在數(shù)據(jù)發(fā)送端，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)寄載在載波上的在數(shù)據(jù)發(fā)送端，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)寄載在載波上的過程稱為調(diào)制過程稱為調(diào)制。其目的在于將二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換成能在電話線其目的在于將二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換成能在電話線或其他傳輸線路上傳輸?shù)哪M信號(hào)。或其他傳輸線路上傳輸?shù)哪M信號(hào)。 解調(diào)解調(diào)(demodulation)： 在接收端，當(dāng)攜帶數(shù)據(jù)信號(hào)的載波到達(dá)時(shí)，在接收端，當(dāng)攜帶數(shù)據(jù)信號(hào)的載波到達(dá)時(shí)，將收到的模擬信號(hào)重新還原

17、成原來(lái)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)將收到的模擬信號(hào)重新還原成原來(lái)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的過程稱為解調(diào)的過程稱為解調(diào)。Modem= modulation+demodulation根據(jù)調(diào)制過程中所采用的載波的特性不根據(jù)調(diào)制過程中所采用的載波的特性不同，分為三種基本調(diào)制方法：同，分為三種基本調(diào)制方法： y=A sin( t+) ) 幅移鍵控幅移鍵控（ASK, Amplitude-Shift KeyingASK, Amplitude-Shift Keying）頻移鍵控頻移鍵控（FSK ,Frequency-Shift KeyingFSK ,Frequency-Shift Keying） 相移鍵控相移鍵控（PSK ,Phase-

18、Shift KeyingPSK ,Phase-Shift Keying）幅移鍵控幅移鍵控ASKASK ： 通過載波信號(hào)的振幅變化來(lái)表示二進(jìn)制通過載波信號(hào)的振幅變化來(lái)表示二進(jìn)制 “0” “0”與與“1”“1”；又稱調(diào)幅又稱調(diào)幅( (amplitude modulationamplitude modulation) )幅移鍵控幅移鍵控FSK 改變載波信號(hào)的頻率來(lái)表示二進(jìn)制改變載波信號(hào)的頻率來(lái)表示二進(jìn)制 “0” “0”與與“1” “1” ；又稱調(diào)頻又稱調(diào)頻(frequency modulation(frequency modulation) ) 相移鍵控相移鍵控PSK 通過改變載波信號(hào)的相位值表示二

19、進(jìn)制通過改變載波信號(hào)的相位值表示二進(jìn)制 “0” “0”和和“1”“1”。，又稱調(diào)相又稱調(diào)相(phase modulation(phase modulation) )按照使用相位的絕對(duì)值或相位的相對(duì)偏移兩大表示分按照使用相位的絕對(duì)值或相位的相對(duì)偏移兩大表示分為絕對(duì)調(diào)相和相對(duì)調(diào)相；為絕對(duì)調(diào)相和相對(duì)調(diào)相；按對(duì)一個(gè)完整周期的相位的劃分方式分為二相制、四按對(duì)一個(gè)完整周期的相位的劃分方式分為二相制、四相制、八相制等。相制、八相制等。 0100101101000100110010111011001101二相制二相制八相制八相制四相制四相制幅移鍵控幅移鍵控 ： 技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力差技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力差 頻

20、移鍵控：頻移鍵控： 技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng) 相移鍵控：相移鍵控： 技術(shù)較復(fù)雜技術(shù)較復(fù)雜，抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) ，編碼效率，編碼效率高高目前在網(wǎng)絡(luò)中廣為使用的調(diào)制方式是上述三目前在網(wǎng)絡(luò)中廣為使用的調(diào)制方式是上述三種基本方式的變種。種基本方式的變種。 信道的構(gòu)建信道的構(gòu)建1) 傳輸介質(zhì)的類型傳輸介質(zhì)的類型2) 傳輸介質(zhì)的性能傳輸介質(zhì)的性能傳輸介質(zhì)：傳輸介質(zhì)： 泛指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于連接各個(gè)計(jì)算機(jī)的物理媒泛指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于連接各個(gè)計(jì)算機(jī)的物理媒體，主要指用來(lái)連接各個(gè)通信處理設(shè)備的物理介質(zhì)。體，主要指用來(lái)連接各個(gè)通信處理設(shè)備的物理介質(zhì)。 類型：類型： 有線介質(zhì)將信號(hào)約束在一個(gè)

21、物理導(dǎo)體之內(nèi)，如雙有線介質(zhì)將信號(hào)約束在一個(gè)物理導(dǎo)體之內(nèi)，如雙絞線、同軸電纜和光纖等，故又被稱作有界介質(zhì)；絞線、同軸電纜和光纖等，故又被稱作有界介質(zhì)； 無(wú)線介質(zhì)如無(wú)線電波、紅外線、激光等由于不能無(wú)線介質(zhì)如無(wú)線電波、紅外線、激光等由于不能將信號(hào)約束在某個(gè)空間范圍之內(nèi)，故又被稱為無(wú)界介將信號(hào)約束在某個(gè)空間范圍之內(nèi)，故又被稱為無(wú)界介質(zhì)。質(zhì)。性能指標(biāo)：性能指標(biāo)： 物理特性、傳輸特性、地理范圍、抗干擾性、價(jià)物理特性、傳輸特性、地理范圍、抗干擾性、價(jià)格（包括安裝與維護(hù)費(fèi)用）格（包括安裝與維護(hù)費(fèi)用） 外觀特點(diǎn)：外觀特點(diǎn)： 由四對(duì)直徑由四對(duì)直徑在在0.4 0.4 mmmm至至1.4 1.4 mmmm之間之間的銅

22、纜組成。每?jī)蓷l線互絞成的銅纜組成。每?jī)蓷l線互絞成一對(duì)以一對(duì)以抵消相鄰線對(duì)之間的電磁干擾和減少近端串?dāng)_抵消相鄰線對(duì)之間的電磁干擾和減少近端串?dāng)_ 。 阻抗阻抗 : 100 ohms. 外徑外徑 : 0.43 cm 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 信號(hào)的最大傳輸距離：信號(hào)的最大傳輸距離：100M 傳輸速率傳輸速率: 10M-1000Mbps 基于銅介質(zhì)提供了最快的數(shù)據(jù)傳輸速率。基于銅介質(zhì)提供了最快的數(shù)據(jù)傳輸速率。 易于安裝，價(jià)格低廉易于安裝，價(jià)格低廉 信號(hào)衰減大，抗干擾和噪聲差。信號(hào)衰減大，抗干擾和噪聲差。與無(wú)屏蔽雙絞線有較多的相同點(diǎn)。如銅與無(wú)屏蔽雙絞線有較多的相同點(diǎn)。如銅纜組成、絞線方式與外觀等。纜組成、絞

23、線方式與外觀等。阻抗：阻抗： 150 Ohm集成了屏蔽與抵消技術(shù)，抗干擾性強(qiáng)。集成了屏蔽與抵消技術(shù)，抗干擾性強(qiáng)。價(jià)格較無(wú)屏蔽雙絞線高，安裝也較無(wú)屏價(jià)格較無(wú)屏蔽雙絞線高，安裝也較無(wú)屏蔽雙絞線復(fù)雜。蔽雙絞線復(fù)雜。EIA/TIAEIA/TIA已頒布了六類已頒布了六類( (Category,Category,簡(jiǎn)寫為簡(jiǎn)寫為Cat)Cat)線纜的標(biāo)準(zhǔn)。其中：線纜的標(biāo)準(zhǔn)。其中：Cat1Cat1：適用于電話和低速數(shù)據(jù)通信；適用于電話和低速數(shù)據(jù)通信；Cat2Cat2：適用于適用于ISDNISDN及及T1/E1T1/E1，支持支持1616MHzMHz的數(shù)據(jù)通信；的數(shù)據(jù)通信；Cat3Cat3：適用于適用于1010B

24、ase-TBase-T或或100100MbpsMbps的的100100Base-T4Base-T4，支支持達(dá)持達(dá)2020MHzMHz的數(shù)據(jù)通信；的數(shù)據(jù)通信；Cat5Cat5：適用于適用于100100MbpsMbps的的100100Base-TXBase-TX和和100100Base-T4Base-T4，支持高達(dá)支持高達(dá)100100MHzMHz的數(shù)據(jù)通信。的數(shù)據(jù)通信。Cat6Cat6：適用于適用于10001000MbpsMbps的的10001000Base-TXBase-TX，支持高達(dá)支持高達(dá)10001000MHzMHz的數(shù)據(jù)通信。的數(shù)據(jù)通信。按傳輸特性分為兩大類：基帶同軸電纜按傳輸特性分為兩大

25、類：基帶同軸電纜(僅用于僅用于數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字信號(hào)傳輸)和寬帶同軸電纜和寬帶同軸電纜(既可以傳輸模擬既可以傳輸模擬信號(hào)，又可以傳輸數(shù)字信號(hào)信號(hào)，又可以傳輸數(shù)字信號(hào) )阻抗：阻抗： 基帶同軸電纜基帶同軸電纜50 Ohm / 寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜75 Ohm基帶同軸電纜又分為粗纜和細(xì)纜：基帶同軸電纜又分為粗纜和細(xì)纜： 粗纜傳輸距離：粗纜傳輸距離：500m / 細(xì)纜傳輸距離：細(xì)纜傳輸距離：185m具有較高的噪聲抑制特性，抗干擾能力強(qiáng)。具有較高的噪聲抑制特性，抗干擾能力強(qiáng)。價(jià)格居中，安裝難度居中價(jià)格居中，安裝難度居中(需要接地需要接地 和端頭連接和端頭連接終端匹配負(fù)載終端匹配負(fù)載 )。目前已不再推

26、薦使用。目前已不再推薦使用?；诠獾娜瓷湓碇圃斓墓鈧鬏斀橘|(zhì)。在折射率較高基于光的全反射原理制造的光傳輸介質(zhì)。在折射率較高的光傳輸層之外加上折射率較低的包裹層。的光傳輸層之外加上折射率較低的包裹層。根據(jù)使用的光源和傳輸模式，分為根據(jù)使用的光源和傳輸模式，分為單模單模光纖光纖（采用（采用注入注入式激光二極管式激光二極管ILEDILED為光源）與多模光纖（采用發(fā)光二極為光源）與多模光纖（采用發(fā)光二極管管LEDLED作為光源）作為光源）直徑：直徑：mm 數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí)衰減極低，傳輸距離遠(yuǎn)衰減極低，傳輸距離遠(yuǎn)( (單模：?jiǎn)文＃? 3km km ，多模：多模：2 2kmkm ）不受外界電磁波和噪聲的干擾

27、，傳輸質(zhì)量高，不受外界電磁波和噪聲的干擾，傳輸質(zhì)量高，抗干擾能抗干擾能力和保密性能強(qiáng)力和保密性能強(qiáng);數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)Gbps數(shù)量級(jí)；數(shù)量級(jí)；主要用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)的主干線，或被用于主要用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)的主干線，或被用于有危險(xiǎn)的、高壓的或容易泄漏信號(hào)的惡劣環(huán)境。有危險(xiǎn)的、高壓的或容易泄漏信號(hào)的惡劣環(huán)境。 無(wú)線傳輸?shù)男盘?hào)可以是電磁波的任意形無(wú)線傳輸?shù)男盘?hào)可以是電磁波的任意形式：式： 無(wú)線電波，微波，紅外線等無(wú)線電波，微波，紅外線等不存在有形的物理介質(zhì)，如線纜；不存在有形的物理介質(zhì)，如線纜； 常見形式：常見形式：無(wú)線通信無(wú)線通信 微波通信微波通信 紅外通信紅外通信用

28、途用途: -移動(dòng)通信移動(dòng)通信 -無(wú)線局域網(wǎng)無(wú)線局域網(wǎng) (WLANs)傳輸介質(zhì)的選擇要考慮多種技術(shù)和非傳輸介質(zhì)的選擇要考慮多種技術(shù)和非技術(shù)的因素：技術(shù)的因素：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（拓樸結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（拓樸結(jié)構(gòu)/連接方式）連接方式）網(wǎng)絡(luò)的通信流量（傳輸容量）網(wǎng)絡(luò)的通信流量（傳輸容量）可靠性和安全性可靠性和安全性地理和環(huán)境因素（介質(zhì)形式和傳輸距離）地理和環(huán)境因素（介質(zhì)形式和傳輸距離）價(jià)格（建設(shè)與維護(hù)成本）價(jià)格（建設(shè)與維護(hù)成本）信號(hào)傳輸方式信號(hào)傳輸方式1) 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)2) 串行通信與并行通信串行通信與并行通信3) 單工通信、半雙工通信、全雙工通單工通信、半雙工通信、全雙工通信信多路復(fù)用：多路復(fù)用： 在

29、一條物理線路上建立多條通信信道的技術(shù)。在一條物理線路上建立多條通信信道的技術(shù)。意義：意義： 多路復(fù)用使得在同一傳輸介質(zhì)上可傳輸多個(gè)不同信源多路復(fù)用使得在同一傳輸介質(zhì)上可傳輸多個(gè)不同信源發(fā)出的信號(hào)。可發(fā)出的信號(hào)?？沙浞掷猛ㄐ啪€路的傳輸容量，提高傳輸充分利用通信線路的傳輸容量，提高傳輸介質(zhì)的利用率。介質(zhì)的利用率。 常用多路復(fù)用技術(shù)：常用多路復(fù)用技術(shù)： 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用（ Frequency Division Multiplexing ） 時(shí)分多路復(fù)用（時(shí)分多路復(fù)用（Time Division Multiplexing） 波分多路復(fù)用（波分多路復(fù)用（Wave-length Division

30、 Multiplexing） 多多路路復(fù)復(fù)用用器器高速通信線路高速通信線路多多路路復(fù)復(fù)用用器器工作原理：工作原理： 將線路的帶寬劃分成若干段較小的帶寬來(lái)達(dá)到多路將線路的帶寬劃分成若干段較小的帶寬來(lái)達(dá)到多路復(fù)用的目的。復(fù)用的目的。 其前提是任何信號(hào)只占據(jù)一個(gè)寬度有限的頻率，而其前提是任何信號(hào)只占據(jù)一個(gè)寬度有限的頻率，而信道可以被利用的頻率比一個(gè)信號(hào)的頻率寬得多。信道可以被利用的頻率比一個(gè)信號(hào)的頻率寬得多。 當(dāng)有多路信號(hào)輸入時(shí)，發(fā)送端分別將各路信號(hào)調(diào)制當(dāng)有多路信號(hào)輸入時(shí)，發(fā)送端分別將各路信號(hào)調(diào)制到各自所分配的頻帶范圍內(nèi)的載波上，傳輸?shù)浇邮斩艘缘礁髯运峙涞念l帶范圍內(nèi)的載波上，傳輸?shù)浇邮斩艘院?，利?/p>

31、接收濾波器再把各路信號(hào)區(qū)分開來(lái)并恢復(fù)成原后，利用接收濾波器再把各路信號(hào)區(qū)分開來(lái)并恢復(fù)成原來(lái)信號(hào)的波形。來(lái)信號(hào)的波形。 為了防止相鄰兩個(gè)信號(hào)頻率覆蓋造成干擾，在相鄰為了防止相鄰兩個(gè)信號(hào)頻率覆蓋造成干擾，在相鄰兩個(gè)信號(hào)的頻率段之間通常要留有一定的頻率間隔。兩個(gè)信號(hào)的頻率段之間通常要留有一定的頻率間隔。用途：用途： 主要用于傳送模擬信號(hào)。主要用于傳送模擬信號(hào)。工作原理：工作原理： 將一條將一條物理線路物理線路的工作時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片（的工作時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片（time slot），），按一定規(guī)則將這些時(shí)間片分配給多路信號(hào)按一定規(guī)則將這些時(shí)間片分配給多路信號(hào)，每一路信號(hào)在分配給自己的時(shí)間片內(nèi)獨(dú)

32、占信道進(jìn)行傳，每一路信號(hào)在分配給自己的時(shí)間片內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行傳輸。輸。 用途：用途： 既可用于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可用于傳輸模擬信號(hào)。既可用于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可用于傳輸模擬信號(hào)。典型應(yīng)用：典型應(yīng)用： T1載波載波(Carrier)或或E1載波載波(Carrier) 固定時(shí)隙的固定時(shí)隙的TDM系統(tǒng)又被稱作同步系統(tǒng)又被稱作同步TDM。所謂固定時(shí)隙指多路復(fù)用器將線路的傳輸時(shí)間分為若干個(gè)等長(zhǎng)的所謂固定時(shí)隙指多路復(fù)用器將線路的傳輸時(shí)間分為若干個(gè)等長(zhǎng)的時(shí)間隙時(shí)間隙，多路信號(hào)采用輪轉(zhuǎn)方式使用這些時(shí)隙，即使在某個(gè)時(shí)隙多路信號(hào)采用輪轉(zhuǎn)方式使用這些時(shí)隙，即使在某個(gè)時(shí)隙內(nèi)某個(gè)信源沒有信號(hào)發(fā)送，該時(shí)隙也不能被其他信源所使用

33、。內(nèi)某個(gè)信源沒有信號(hào)發(fā)送，該時(shí)隙也不能被其他信源所使用。當(dāng)時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中的某些信源沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送或發(fā)送的數(shù)據(jù)量太當(dāng)時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中的某些信源沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送或發(fā)送的數(shù)據(jù)量太少時(shí)，這種固定時(shí)隙的方式會(huì)造成很大的帶寬浪費(fèi)。少時(shí)，這種固定時(shí)隙的方式會(huì)造成很大的帶寬浪費(fèi)。 工作原理：工作原理： 將普通時(shí)分復(fù)用中時(shí)間片的固定分配方式為動(dòng)態(tài)分將普通時(shí)分復(fù)用中時(shí)間片的固定分配方式為動(dòng)態(tài)分配方式，即若規(guī)定時(shí)間片內(nèi)相應(yīng)的信道無(wú)信號(hào)發(fā)送或信配方式，即若規(guī)定時(shí)間片內(nèi)相應(yīng)的信道無(wú)信號(hào)發(fā)送或信號(hào)提前發(fā)送完畢，則后續(xù)的信道可提前使用自己的時(shí)間號(hào)提前發(fā)送完畢，則后續(xù)的信道可提前使用自己的時(shí)間片。片。用途：用途： 解決帶寬的浪費(fèi)

34、問題，提高信道帶寬的利用率。解決帶寬的浪費(fèi)問題，提高信道帶寬的利用率。典型應(yīng)用舉例：典型應(yīng)用舉例： ATM（異步傳輸模式）異步傳輸模式） 光纖上進(jìn)行信道復(fù)用的技術(shù)；光纖上進(jìn)行信道復(fù)用的技術(shù)；頻分多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用技術(shù)在光纖上使用在光纖上使用的變種的變種； 通常一路光信號(hào)的帶寬只有幾通常一路光信號(hào)的帶寬只有幾GHZ，而一而一根光纖的帶寬可達(dá)根光纖的帶寬可達(dá)25000GHZ；如何復(fù)用？如何復(fù)用？ 不同頻率或波長(zhǎng)的光在經(jīng)過相同的光折射介不同頻率或波長(zhǎng)的光在經(jīng)過相同的光折射介質(zhì)后，其光路將會(huì)不同質(zhì)后，其光路將會(huì)不同(注：折射率與光的頻率注：折射率與光的頻率或波長(zhǎng)有關(guān)或波長(zhǎng)有關(guān))。對(duì)于帶寬可達(dá)對(duì)于

35、帶寬可達(dá)2500025000GHzGHz的的光纖來(lái)說(shuō)，目前可以利用光纖來(lái)說(shuō)，目前可以利用的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)1 0 1 0 G G b p sb p s以上；以上；若采用密集波分多路復(fù)用若采用密集波分多路復(fù)用技術(shù)，在一根光纖上可以技術(shù)，在一根光纖上可以發(fā)送發(fā)送8 8個(gè)波長(zhǎng)的光波，假個(gè)波長(zhǎng)的光波，假設(shè)每個(gè)波長(zhǎng)可以支持設(shè)每個(gè)波長(zhǎng)可以支持1 0 1 0 G b p sG b p s的數(shù)據(jù)傳輸率，的數(shù)據(jù)傳輸率，則一根光纖所能支持的最則一根光纖所能支持的最大數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到大數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到8 0 8 0 G b p sG b p s以上。以上。三棱鏡或衍射光柵三棱鏡或衍射光柵 1550 n

36、m 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 波分復(fù)用波分復(fù)用 WDM 波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 km碼分復(fù)用碼分復(fù)用 CDM 常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。 各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因

37、此彼此不會(huì)造成干擾。 這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)。 碼片序列碼片序列(chip sequence) 每個(gè)站被指派一個(gè)惟一的 m bit 碼片序列。 如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。 如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。 例如，S 站的 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 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) CDMA 的重要特點(diǎn)

38、 每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。 在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。 數(shù)據(jù)傳送只能在一個(gè)固定的方向上進(jìn)行，數(shù)據(jù)傳送只能在一個(gè)固定的方向上進(jìn)行，任何時(shí)候都不能改變方向。任何時(shí)候都不能改變方向。例子：例子：發(fā)送發(fā)送單向通道單向通道接收接收信號(hào)可以雙向進(jìn)行，但不可同時(shí)進(jìn)行，信號(hào)可以雙向進(jìn)行，但不可同時(shí)進(jìn)行，一個(gè)時(shí)間只能有一個(gè)方向的傳送一個(gè)時(shí)間只能有一個(gè)方向的傳送例子：例子： 對(duì)講機(jī)、計(jì)算機(jī)對(duì)講機(jī)、計(jì)算機(jī)終端終端發(fā)送發(fā)送接收接收雙向通道雙向通道接收接收發(fā)送發(fā)送信號(hào)可以同時(shí)進(jìn)行雙向發(fā)送信號(hào)可以同時(shí)進(jìn)行雙向發(fā)送例子：例子： 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)送發(fā)

39、送接收接收雙向通道雙向通道接收接收發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸。數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸。 存在字符同步問題。存在字符同步問題。 例子：例子：發(fā)送端發(fā)送端b b0 0 b b1 1 b b2 2 b b3 3 b b4 4 b b5 5 b b6 6 b b7 7 接收端接收端串行通信信道串行通信信道數(shù)據(jù)以成組方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)傳輸。數(shù)據(jù)以成組方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)傳輸。在并行傳輸中，一次傳送一個(gè)字符，所以不存在字在并行傳輸中，一次傳送一個(gè)字符，所以不存在字符同步問題。符同步問題。例子：計(jì)算機(jī)中的總線例子：計(jì)算機(jī)中的總線并并行行通通信信信信道道b b0 0 b b1

40、 1 b b2 2 b b3 3 b b4 4 b b5 5 b b6 6 b b7 7 發(fā)送端發(fā)送端b b0 0 b b1 1 b b2 2 b b3 3 b b4 4 b b5 5 b b6 6 b b7 7 接收端接收端在相同的發(fā)送時(shí)鐘下，并行通信的數(shù)據(jù)傳在相同的發(fā)送時(shí)鐘下，并行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率將大于串行通信。輸速率將大于串行通信。并行通信需要多個(gè)并行信道，實(shí)現(xiàn)昂貴。并行通信需要多個(gè)并行信道，實(shí)現(xiàn)昂貴。并行通信方式適合于近距離通信（如計(jì)算并行通信方式適合于近距離通信（如計(jì)算機(jī)中）而在遠(yuǎn)程通信中一般采用串行通信機(jī)中）而在遠(yuǎn)程通信中一般采用串行通信方式。方式。當(dāng)計(jì)算機(jī)通過串行信道相互通信時(shí)

41、，在發(fā)送方要進(jìn)行當(dāng)計(jì)算機(jī)通過串行信道相互通信時(shí)，在發(fā)送方要進(jìn)行并并/串轉(zhuǎn)換，而在接收端要進(jìn)行串串轉(zhuǎn)換，而在接收端要進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)串行信道串行信道計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)并行傳輸并行傳輸并行傳輸并行傳輸串行傳輸串行傳輸并并/串轉(zhuǎn)換串轉(zhuǎn)換串串/并轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換3.3 信號(hào)傳輸過程中的問題信號(hào)傳輸過程中的問題本章中，我們已經(jīng)討論了物理層為了實(shí)本章中，我們已經(jīng)討論了物理層為了實(shí)現(xiàn)原始比特流傳送相關(guān)的一系列問題，現(xiàn)原始比特流傳送相關(guān)的一系列問題，包括物理介質(zhì)、通信信道及通信方式的包括物理介質(zhì)、通信信道及通信方式的選擇、數(shù)據(jù)與信號(hào)的轉(zhuǎn)換等。但我們還選擇、數(shù)據(jù)與信號(hào)的轉(zhuǎn)換等。但我們還是遺漏了一個(gè)與原始比特

42、流傳送直接相是遺漏了一個(gè)與原始比特流傳送直接相關(guān)的重要問題關(guān)的重要問題-那就是信號(hào)在傳輸過程中所發(fā)生的一些那就是信號(hào)在傳輸過程中所發(fā)生的一些問題及其解決方法。問題及其解決方法。 信號(hào)衰減信號(hào)衰減( (attenuation)attenuation)：用以表示原始比特流的信號(hào)：用以表示原始比特流的信號(hào)能量在傳輸過程中越來(lái)越小，以至在超出一定距離后能量在傳輸過程中越來(lái)越小，以至在超出一定距離后信號(hào)能量再也無(wú)法被檢測(cè)。信號(hào)能量再也無(wú)法被檢測(cè)。產(chǎn)生原因包括介質(zhì)吸收、反射或散射等，所以信號(hào)衰產(chǎn)生原因包括介質(zhì)吸收、反射或散射等，所以信號(hào)衰減是不可避免的。減是不可避免的。后果：后果： 信號(hào)衰減限制了信號(hào)的傳

43、輸距離，這也就是所有的信號(hào)衰減限制了信號(hào)的傳輸距離，這也就是所有的傳輸介質(zhì)都存在最大傳輸距離限制的內(nèi)在原因；傳輸介質(zhì)都存在最大傳輸距離限制的內(nèi)在原因； 信號(hào)衰減還常常會(huì)同時(shí)伴隨著信號(hào)的變形。信號(hào)衰減還常常會(huì)同時(shí)伴隨著信號(hào)的變形。解決思路：解決思路： 在物理層采用信號(hào)放大和整形的方法來(lái)解決信號(hào)衰在物理層采用信號(hào)放大和整形的方法來(lái)解決信號(hào)衰減及其變形問題。減及其變形問題。噪聲噪聲( (Noise)Noise)是指附加在原始信號(hào)之上的所有不期望的是指附加在原始信號(hào)之上的所有不期望的信號(hào)，有時(shí)又被稱為干擾。信號(hào)，有時(shí)又被稱為干擾。產(chǎn)生原因是多方面的產(chǎn)生原因是多方面的: : 熱噪聲：熱噪聲： 物理線路上

44、的熱噪聲，由介質(zhì)中的電子熱運(yùn)動(dòng)引起，物理線路上的熱噪聲，由介質(zhì)中的電子熱運(yùn)動(dòng)引起，時(shí)刻存在，幅度較小，強(qiáng)度與頻率無(wú)關(guān)，但頻譜較寬。時(shí)刻存在，幅度較小，強(qiáng)度與頻率無(wú)關(guān)，但頻譜較寬。具有隨機(jī)性。具有隨機(jī)性。 沖擊噪聲：沖擊噪聲： 外界無(wú)線或電磁干擾引起，幅度較大，呈突發(fā)性。外界無(wú)線或電磁干擾引起，幅度較大，呈突發(fā)性。 近端串?dāng)_：近端串?dāng)_：線路端接點(diǎn)產(chǎn)生的干擾線路端接點(diǎn)產(chǎn)生的干擾 接地噪聲：接地噪聲：交流供電電路中的非良好接地引發(fā)的噪聲。交流供電電路中的非良好接地引發(fā)的噪聲。 信號(hào)反射：信號(hào)反射：信號(hào)在傳輸過程中遇到斷點(diǎn)時(shí)的信號(hào)反射。信號(hào)在傳輸過程中遇到斷點(diǎn)時(shí)的信號(hào)反射。帶來(lái)后果：帶來(lái)后果： 一旦噪

45、聲的能量與信號(hào)能量具有一定的可比性時(shí)，一旦噪聲的能量與信號(hào)能量具有一定的可比性時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤，即接收端難以從混雜了較大噪就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤，即接收端難以從混雜了較大噪聲的信號(hào)中提取出正確的數(shù)據(jù)。聲的信號(hào)中提取出正確的數(shù)據(jù)。衡量：衡量： 用信噪比用信噪比( (signal noise ratiosignal noise ratio，簡(jiǎn)寫為簡(jiǎn)寫為S/N)S/N)來(lái)表來(lái)表示噪聲對(duì)信號(hào)的影響程度。信噪比越大，噪聲對(duì)信號(hào)傳示噪聲對(duì)信號(hào)的影響程度。信噪比越大，噪聲對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量的影響就越小，減少干擾的最終目的就是為了提輸質(zhì)量的影響就越小，減少干擾的最終目的就是為了提高信噪比。高信噪比。 解決措

46、施：解決措施： 在物理層采取抵消與屏蔽、良好的端接、接地技術(shù)在物理層采取抵消與屏蔽、良好的端接、接地技術(shù)、阻抗匹配等必要的措施來(lái)減少噪聲。、阻抗匹配等必要的措施來(lái)減少噪聲。除了前面所介紹的物理線纜外，還包括連接除了前面所介紹的物理線纜外，還包括連接頭、連接插座、轉(zhuǎn)換器等頭、連接插座、轉(zhuǎn)換器等 共同特點(diǎn)：共同特點(diǎn)： 無(wú)源無(wú)源( (不需要外電源不需要外電源)，又稱被動(dòng)，又稱被動(dòng)( (passive)passive)用途：用途：1)1)傳輸介質(zhì)：用于提供信號(hào)傳輸通道。傳輸介質(zhì)：用于提供信號(hào)傳輸通道。2)2)連接頭和連接插座是配對(duì)使用的組件，其基本作用是連接頭和連接插座是配對(duì)使用的組件，其基本作用是為

47、網(wǎng)絡(luò)線纜連接提供良好的端接。為網(wǎng)絡(luò)線纜連接提供良好的端接。 3)3)轉(zhuǎn)換器用于在不同的接口或介質(zhì)之間進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換器用于在不同的接口或介質(zhì)之間進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。 RJ-45 是英文 Registered Jack-45的縮寫。用于UTP線纜的連接可減少噪聲，反射和機(jī)械可靠性問題RJ-45 座的組合，常見的有12、24和48 口。接收器和發(fā)送器的組合。用于不同物理接口或傳輸介質(zhì)間的轉(zhuǎn)換背景：背景： 為了解決信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸所產(chǎn)生的衰減和變形問為了解決信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸所產(chǎn)生的衰減和變形問題，我們需要一種能在信號(hào)傳輸過程中對(duì)信號(hào)進(jìn)行放題，我們需要一種能在信號(hào)傳輸過程中對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和整形的設(shè)備，以拓展信

48、號(hào)的傳輸距離、增加網(wǎng)絡(luò)大和整形的設(shè)備，以拓展信號(hào)的傳輸距離、增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。的覆蓋范圍。 這種具備物理上拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍功能的設(shè)備被這種具備物理上拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍功能的設(shè)備被稱為稱為網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。 共同特點(diǎn)：共同特點(diǎn)： 有源有源( (需要外電源需要外電源)，又稱主動(dòng)，又稱主動(dòng)( (Active)Active)在物理層通常提供兩種類型的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備在物理層通常提供兩種類型的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，即中繼器，即中繼器( (repeater)repeater)和集線器和集線器( (hub)hub)。具有對(duì)物理信號(hào)進(jìn)行具有對(duì)物理信號(hào)進(jìn)行放大和再生的功能，放大和再生的功能，其將從輸入接口接收其將從

49、輸入接口接收的物理信號(hào)通過放大的物理信號(hào)通過放大和整形再?gòu)妮敵鼋涌诤驼卧購(gòu)妮敵鼋涌谳敵?。輸出?！皢芜M(jìn)單出單進(jìn)單出”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。集中式的多端口中繼器，其多個(gè)端口可為集中式的多端口中繼器，其多個(gè)端口可為多路信號(hào)提供放大、整形和轉(zhuǎn)發(fā)功能。多路信號(hào)提供放大、整形和轉(zhuǎn)發(fā)功能。典型的端口數(shù)為典型的端口數(shù)為 4, 8, 4, 8, 或或 24 24起到線纜集中器的作用，所以又稱集線器起到線纜集中器的作用，所以又稱集線器。提高了物理連接的可靠性。提高了物理連接的可靠性。 The Cloud只關(guān)注原始比特流的傳送，即物理信號(hào)的傳輸。其不關(guān)心也不認(rèn)識(shí)所傳輸信號(hào)所包含的信息。物理層是網(wǎng)絡(luò)的物理基礎(chǔ)，也是網(wǎng)絡(luò)故障的

50、多發(fā)層，不可被低估或輕視。與物理層的功能與物理層的功能( (提供在物理傳輸介質(zhì)上傳送提供在物理傳輸介質(zhì)上傳送和接收比特流的能力，并且向上對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層和接收比特流的能力，并且向上對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽掉因?yàn)槲锢斫M件以及傳輸介質(zhì)的多樣性所屏蔽掉因?yàn)槲锢斫M件以及傳輸介質(zhì)的多樣性所產(chǎn)生的物理傳輸上的差異產(chǎn)生的物理傳輸上的差異) )相一致。解決好各相一致。解決好各種物理組件或設(shè)備之間的接口問題。種物理組件或設(shè)備之間的接口問題。 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，設(shè)備被分為兩類，即數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，設(shè)備被分為兩類，即數(shù)據(jù)終端設(shè)備終端設(shè)備DTEDTE和數(shù)據(jù)線路端接設(shè)備和數(shù)據(jù)線路端接設(shè)備DCEDCE 物理層標(biāo)準(zhǔn)主要任務(wù)就是要規(guī)

51、定物理層標(biāo)準(zhǔn)主要任務(wù)就是要規(guī)定DCEDCE設(shè)備和設(shè)備和DTEDTE設(shè)設(shè)備的接口。備的接口。包括接口的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和包括接口的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。規(guī)程特性。 機(jī)械特性一般系指硬件機(jī)械特性一般系指硬件連接的接口（連接器）連接的接口（連接器）的大小尺寸和形狀的大小尺寸和形狀 。電氣特性主要考慮確定電氣特性主要考慮確定信號(hào)碼型結(jié)構(gòu)、電壓電信號(hào)碼型結(jié)構(gòu)、電壓電平和電壓變化的規(guī)則以平和電壓變化的規(guī)則以及信號(hào)的同步等。及信號(hào)的同步等。 功能特性定義接口電路功能特性定義接口電路的功能。接口信號(hào)大體的功能。接口信號(hào)大體上可以分為數(shù)據(jù)信號(hào)、上可以分為數(shù)據(jù)信號(hào)、控制信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)

52、?？刂菩盘?hào)和時(shí)鐘信號(hào)。 規(guī)程特性是在功能特性的基規(guī)程特性是在功能特性的基礎(chǔ)上，說(shuō)明利用接口傳送比礎(chǔ)上，說(shuō)明利用接口傳送比特流的過程和順序，它涉及特流的過程和順序，它涉及到到DTEDTE與與DCEDCE雙方在各線路上雙方在各線路上的動(dòng)作規(guī)程以及執(zhí)行的先后的動(dòng)作規(guī)程以及執(zhí)行的先后順序順序。標(biāo)準(zhǔn)是指或官方指定的一系列規(guī)則或規(guī)程，其標(biāo)準(zhǔn)是指或官方指定的一系列規(guī)則或規(guī)程，其通常代表著廣泛使用的優(yōu)秀模型或規(guī)格。通常代表著廣泛使用的優(yōu)秀模型或規(guī)格。與物理層標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)組織有與物理層標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)組織有: IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engi

53、neers UL - Underwriters Laboratories EIA - Electronic Industries Alliance TIA - Telecommunications Industry Association ITU-T- International Telecommunication Union- Telecommunications TIA/EIA 是最具影響力的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是最具影響力的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)：的標(biāo)準(zhǔn)： TIA/EIA-568 TIA/EIA-569 TIA/EIA-570 TIA/EIA-606 TIA/EIA-607給出了結(jié)構(gòu)化布線六

54、大子系統(tǒng)的描述給出了結(jié)構(gòu)化布線六大子系統(tǒng)的描述: - 水平布線（水平布線（horizontal cabling ） -（telecommunications closets） -垂直布線垂直布線backbone cabling -設(shè)備間（設(shè)備間（equipment rooms ） -工作區(qū)（工作區(qū)（work areas ） -entrance facilitiesTIA/EIA-568-A 是關(guān)于水平布線的標(biāo)準(zhǔn)。是關(guān)于水平布線的標(biāo)準(zhǔn)。水平線纜是指從通信插座到水平交叉連接的一水平線纜是指從通信插座到水平交叉連接的一段布線。段布線。通常采用通常采用CAT 5 線纜線纜 UTP(100 ohm),

55、STP(150 ohm), Coaxial(50 ohm) Fiber (62.5/125 multi-mode)Cat 5e, Cat 6, and Cat 7 是是 Cat 5的改進(jìn)。的改進(jìn)。Work Station(Patch Cable)HorizontalCable RunCross-Connect Jumpers(Patch Cable)3m + 90m + 6m = 99mEIA RS-232CEIA RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于CCITTCCITT的的V.24V.24標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)；提供了一個(gè)利用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒體，提供了一個(gè)利用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒體，并通過調(diào)制

56、解調(diào)器將遠(yuǎn)程設(shè)備連接起來(lái)的技術(shù)并通過調(diào)制解調(diào)器將遠(yuǎn)程設(shè)備連接起來(lái)的技術(shù)規(guī)定。規(guī)定。 DTEDTE與與DCEDCE之間通信的標(biāo)準(zhǔn)接口。之間通信的標(biāo)準(zhǔn)接口。只適于短距離使用，一般規(guī)定終端設(shè)備的連接只適于短距離使用，一般規(guī)定終端設(shè)備的連接電線不超過電線不超過1515M M。 接口的電氣特性: 在RS-232-C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏 輯“1”，-5 -15V；邏輯“0” +5 +15V 。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識(shí)別低至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，高到-3V的信號(hào) 作為邏輯“1”,接口的通信速率20KB/S 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的

57、信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。 實(shí)際上RS-232C的25條引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)與終端通訊中一般只使用3-10條引線。RS-232-C最常用的10條引線的信號(hào)內(nèi)容見圖所示。的信號(hào)定義的信號(hào)定義 (1) 保護(hù)地(2) 發(fā)送數(shù)據(jù)(3) 接收數(shù)據(jù)(4) 請(qǐng)求發(fā)送(5) 允許發(fā)送(6) DCE 就緒(7) 信號(hào)地(8) 載波檢測(cè)(20) DTE 就緒(22) 振鈴指示DTEDCE計(jì)算機(jī)或終端調(diào)制解調(diào)器兩個(gè)兩個(gè) DTE 通過通過 DCE進(jìn)行通信的例子進(jìn)行通信的例子 接口調(diào)制解調(diào)器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-B 接口調(diào)制解調(diào)器網(wǎng) 絡(luò)利用虛調(diào)制解調(diào)器利用虛調(diào)制解調(diào)器與

58、兩臺(tái)計(jì)算機(jī)相連與兩臺(tái)計(jì)算機(jī)相連 插頭插頭插座插座計(jì)算機(jī)虛調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)（1）保護(hù)地（2）發(fā)送（3）接收（4）請(qǐng)求發(fā)送（5）允許發(fā)送（6）DCE 就緒（7）信號(hào)地（8）載波檢測(cè)（20）DTE 就緒（22）振鈴指示（1）保護(hù)地（2）發(fā)送（3）接收（4）請(qǐng)求發(fā)送（5）允許發(fā)送（6）DCE 就緒（7）信號(hào)地（8）載波檢測(cè)（20）DTE 就緒（22）振鈴指示 3.4 調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器工作原理調(diào)制解調(diào)器工作原理 計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息是由“0”和“1”組成數(shù)字信號(hào)，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號(hào)。 當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要通過電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就需要一個(gè)設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)模的轉(zhuǎn)換。這個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是我們這

59、里要討論的Modem。調(diào)制解調(diào)器工作原理續(xù)調(diào)制解調(diào)器工作原理續(xù) 計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先由Modem把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)，這個(gè)過程稱為“調(diào)制”。 經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)通過電話載波傳送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)之前，也要經(jīng)由接收方的Modem負(fù)責(zé)把模擬信號(hào)還原為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過程我們稱“解調(diào)”。 正是通過這樣一個(gè)“調(diào)制”與“解調(diào)”的數(shù)模轉(zhuǎn)換過程，從而實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通訊。 調(diào)制解調(diào)器類別調(diào)制解調(diào)器類別 根據(jù)Modem的形態(tài)和安裝方式，可以大致可以分為以下四類： 1、外置式Modem 外置式Modem放置于機(jī)箱外，通過串行通訊口與主機(jī)連接。這種Modem方便靈巧、易于安裝，閃爍的指示

60、燈便于監(jiān)視Modem的工作狀況。但外置式Modem需要使用額外的電源與電纜。 2、內(nèi)置式Modem 內(nèi)置式Modem在安裝時(shí)需要拆開機(jī)箱，并且要對(duì)中斷和COM口進(jìn)行設(shè)置，安裝較為繁瑣。這種Modem要占用主板上的擴(kuò)展槽，但無(wú)需額外的電源與電纜，且價(jià)格比外置式Modem要便宜一些。 調(diào)制解調(diào)器類別續(xù)調(diào)制解調(diào)器類別續(xù) 3、PCMCIA插卡式Modem 插卡式Modem主要用于筆記本電腦，體積纖巧。配合移動(dòng)電話，可方便地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。 4、機(jī)架式Modem 機(jī)架式Modem相當(dāng)于把一組Modem集中于一個(gè)箱體或外殼里，并由統(tǒng)一的電源進(jìn)行供電。機(jī)架式Modem主要用于Internet/Intranet