計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理層市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第2章 物理層張瑞第1頁第1頁第2章 物理層2.1 基本通信理論2.2 傳播介質(zhì)2.3 同時(shí)光纖網(wǎng)和同時(shí)數(shù)字系列2.4 物理層協(xié)議舉例第2頁第2頁2.1 基本通信理論 2.1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念2.1.2 數(shù)據(jù)通信中幾種指標(biāo)2.1.3 數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.1.4 多路復(fù)用技術(shù)2.1.5 數(shù)字信號(hào)編碼第3頁第3頁2.1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信基本概念通信目的就是傳遞信息。 一次通信中產(chǎn)生和發(fā)送信息一端叫信源, 接受信息一端叫信宿。 信源和信宿之間要有通信線路才干互相通信。 按通信專家行話來說, 通信線路稱為信道, 因此信源和信宿之間信息互換是通過信道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成源系統(tǒng)(發(fā)送端、信源)

2、傳播系統(tǒng)目的系統(tǒng)(接受端、信宿)第4頁第4頁數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 傳播系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào)接受信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接受器調(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) 輸入中文顯示中文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目系統(tǒng)傳播系統(tǒng)輸出信息PC 機(jī)第5頁第5頁幾種術(shù)語數(shù)據(jù)在信道中以電信號(hào)形式傳送，電信號(hào)分為：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：是連續(xù)改變電壓或電流波形數(shù)字信號(hào)：是一系列表示“0”和“1”電脈沖（碼元）數(shù)據(jù)(data)運(yùn)送信息實(shí)體信號(hào)(signal)數(shù)據(jù)電氣或電磁表現(xiàn) “模擬”(analogous)連續(xù)改變“數(shù)字”(digital)取值是離散數(shù)值調(diào)制把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為

3、模擬信號(hào)過程解調(diào)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)過程第6頁第6頁模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào) (a) 模擬信號(hào) (b) 數(shù)字信號(hào) 第7頁第7頁模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、信號(hào)最早電話系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化后，能夠使用先進(jìn)數(shù)字傳播和互換設(shè)備，如當(dāng)代電話系統(tǒng)有些傳播媒體只適合傳播模擬信號(hào)，如光纖和無線信道數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號(hào)設(shè)備，比起數(shù)字到模擬設(shè)備更簡(jiǎn)樸、更廉價(jià)第8頁第8頁2.1 基本通信理論 2.1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念2.1.2 數(shù)據(jù)通信中幾種指標(biāo)2.1.3 數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.1.4 多路復(fù)用技術(shù)2.1.5 數(shù)字信號(hào)編碼第9頁第9頁2.1.2 數(shù)據(jù)通信中幾種指標(biāo)信號(hào)傳播速率數(shù)據(jù)傳播速率信道容量帶寬時(shí)延誤碼率網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)主要性能指標(biāo)

4、信道極限數(shù)據(jù)速率無噪聲有噪聲第10頁第10頁信道最高碼元傳播速率任何實(shí)際信道都不是抱負(fù)，在傳播信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來各種干擾 碼元傳播速率越高，或信號(hào)傳播距離越遠(yuǎn)，在信道輸出端波形失真就越嚴(yán)重 第11頁第11頁數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際信道有失真，但可辨認(rèn)失真大，無法辨認(rèn) 實(shí)際信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號(hào)波形接受信號(hào)波形發(fā)送信號(hào)波形實(shí)際信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接受信號(hào)波形第12頁第12頁每秒鐘發(fā)送碼元數(shù)目，單位為波特（baud），信號(hào)傳播速率又稱為波特率。 1 波特為每秒傳送 1 個(gè)碼元 信道最高碼元傳播速率早在1924年, 貝爾試驗(yàn)室研究員亨利奈奎斯特(Harry N

5、yquist)就推導(dǎo)出了低通信道最高碼元傳播速率抱負(fù)低通信道：信號(hào)所有低頻分量，只要頻率不超出某個(gè)上限，都能夠不失真地通過信道抱負(fù)帶通信道：信號(hào)頻率在某個(gè)范圍F1F2之間頻率分量能夠不失真地通過信道，其它分量不能通過信道帶寬：信道所能傳播電信號(hào)頻率范圍，單位為赫茲信號(hào)傳播速率第13頁第13頁奈氏(Nyquist)準(zhǔn)則 每赫帶寬抱負(fù)低通信道最高碼元傳播速率是每秒 2 個(gè)碼元Baud 是波特，是碼元傳播速率單位，1 波特為每秒傳送 1 個(gè)碼元 抱負(fù)低通信道最高碼元傳播速率 = 2W Baud W 是抱負(fù)低通信道帶寬，單位為赫(Hz) 不能通過能通過0頻率(Hz)W (Hz) 第14頁第14頁另一個(gè)

6、形式奈氏準(zhǔn)則 每赫帶寬抱負(fù)帶通信道最高碼元傳播速率是每秒 1 個(gè)碼元抱負(fù)帶通特性信道最高碼元傳播速率 = W Baud W 是抱負(fù)帶通信道帶寬，單位為赫(Hz) 不能通過能通過0頻率(Hz)W (Hz) 不能通過第15頁第15頁奈氏準(zhǔn)則之結(jié)論在任何信道中，碼元傳播速率是有上限，傳播速率超出此上限，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重碼間串?dāng)_問題，使接受端對(duì)碼元判決（即辨認(rèn)）成為不也許第16頁第16頁數(shù)據(jù)傳播速率數(shù)據(jù)傳播速率：每秒鐘能傳播二進(jìn)制位數(shù)，單位比特/秒（bps），數(shù)據(jù)傳播速率又稱為比特率。若碼元狀態(tài)數(shù)為2時(shí)，可用一個(gè)狀態(tài)表示“1”，另一個(gè)狀態(tài)表示“0”。此時(shí)比特率=波特率（即每秒鐘傳播二進(jìn)制位數(shù)等于每秒鐘傳播

7、碼元數(shù)）。若碼元狀態(tài)數(shù)為4時(shí)，四種狀態(tài)分別表示為“00”，“01”，“10”，“11”。則一個(gè)碼元能夠攜帶兩位二進(jìn)制數(shù)，此時(shí)比特率=2*波特率。普通情況：若碼元狀態(tài)數(shù)為N，則比特率和波特率關(guān)系為：第17頁第17頁要點(diǎn) 數(shù)據(jù)傳播速率“比特/秒”與碼元傳播速率“波特”在數(shù)量上卻有一定關(guān)系。若 1 個(gè)碼元只攜帶 1 bit 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 信息量，則 M Baud 碼元傳播速率所相應(yīng)信息傳播速率為 M n b/s。 第18頁第18頁信道容量(1)信道容量也稱為信道極限信息數(shù)據(jù)傳播速率：表示信道傳播數(shù)字信號(hào)能力，是信道所能支持?jǐn)?shù)據(jù)速率上限。

8、對(duì)于無噪聲低通信道：若信道帶寬為H，碼元狀態(tài)數(shù)為N。依據(jù)奈奎斯特定理：B=2H（baud）信道最大數(shù)據(jù)傳播速率：S=B*Log2N因此有：S=2H*Log2N (bps)無噪聲信道N能夠取任意值，因此無噪聲信道信道容量是無限。第19頁第19頁信道容量(2)對(duì)于有噪聲信道：N不能無限增長(zhǎng)，香農(nóng)(Shannon)用信息論理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾信道極限、無差錯(cuò)信息傳播速率。若帶寬為H有噪聲信道，信道容量為：C = H log2(1+S/N) (bps)其中：S為信號(hào)功率，N為噪聲功率，S/N為信道信噪比信噪比單位為分貝（dB），換算關(guān)系為：信噪比（dB）=10Log10(S/N)第2

9、0頁第20頁香農(nóng)公式之結(jié)論信道帶寬或信道中信噪比越大，信息極限傳播速率就越高香農(nóng)公式指出了信息傳播速率上限只要信息傳播速率低于信道極限信息傳播速率，就一定能夠找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳播第21頁第21頁帶寬“帶寬”(bandwidth)原來是指信號(hào)含有頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。一個(gè)特定信號(hào)常由不同頻率成份組成。信號(hào)帶寬指信號(hào)各種不同頻率成份所占據(jù)頻率范圍。比如：電話信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)帶寬為3.1kHz，頻率范圍從300Hz到3.4kHz?，F(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送“最高數(shù)據(jù)率”同義語，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。第22頁第22頁更慣用帶寬單位是（通信領(lǐng)域）千比每

10、秒，即 kb/s （103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）請(qǐng)注意：在計(jì)算機(jī)界，K = 210 = 1024 M = 220=1048576, G = 230, T = 240。慣用帶寬單位第23頁第23頁在時(shí)間軸上信號(hào)寬度隨帶寬增大而變窄。 每秒 106 個(gè)比特時(shí)間1 0 1 0 1 11 s帶寬為1 Mb/s 時(shí)間每秒 4 106 個(gè)比特0.25 s帶寬為4 Mb/s 數(shù)字信號(hào)流隨時(shí)間改變第24頁第24頁時(shí)延：是指一個(gè)報(bào)文或分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或一條鏈路）一端傳送到另一端所需時(shí)間。時(shí)延分為：發(fā)送時(shí)

11、延傳播時(shí)延處理時(shí)延結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)到傳播媒體電磁波傳播時(shí)延排隊(duì)，處理（存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)）等時(shí)延(delay 或 latency)第25頁第25頁1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊(duì)列在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延結(jié)點(diǎn) B結(jié)點(diǎn) A在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送時(shí)延(即傳播時(shí)延)在隊(duì)列中產(chǎn)生處理時(shí)延數(shù)據(jù)從結(jié)點(diǎn) A 向結(jié)點(diǎn) B 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路三種時(shí)延所產(chǎn)生地方第26頁第26頁發(fā)送時(shí)延（傳播時(shí)延）：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳播媒體所需要時(shí)間。即數(shù)據(jù)塊第一個(gè)比特開始發(fā)送算起，到最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需時(shí)間。信道帶寬：數(shù)據(jù)在信道上發(fā)送速率，常稱為數(shù)據(jù)在信道上傳播速率。 發(fā)送時(shí)延 = 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度（比特）信道帶寬（比特/秒）

12、時(shí)延(delay 或 latency)第27頁第27頁傳輸時(shí)延：電磁波在信道中需要傳輸一定距離而花費(fèi)時(shí)間。 電磁波在自由空間傳輸速率為光速，3.0*105km/s，在銅線中為2.3* 105km/s，光纖中為2.0*105km/s。信號(hào)傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號(hào)在信道上傳輸速率是完全不同概念。 傳播時(shí)延 = 信道長(zhǎng)度（米）信號(hào)在信道上傳播速率（米/秒）時(shí)延(delay 或 latency)第28頁第28頁處理時(shí)延 互換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要處理所花費(fèi)時(shí)間。 結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷時(shí)延是處理時(shí)延中主要構(gòu)成部分。處理時(shí)延長(zhǎng)短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)初通信量。有時(shí)可用排隊(duì)時(shí)延作為處理時(shí)延。

13、時(shí)延(delay 或 latency)第29頁第29頁數(shù)據(jù)經(jīng)歷總時(shí)延就是發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延之和： 總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 處理時(shí)延時(shí)延(delay 或 latency)第30頁第30頁對(duì)于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我們提升僅僅是數(shù)據(jù)發(fā)送速率而不是比特在鏈路上傳播速率。 提升鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)延。例題 注意點(diǎn)第31頁第31頁往返時(shí)延 RTT (Round-Trip Time) 表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接受端確實(shí)認(rèn)（接受端收到數(shù)據(jù)后馬上發(fā)送確認(rèn)），總共經(jīng)歷時(shí)延。 復(fù)雜互聯(lián)網(wǎng)中，RTT要包括各中間節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)延。往返時(shí)延RTT第32頁第32頁誤碼

14、率誤碼率：傳播犯錯(cuò)碼元數(shù)占傳播總碼元數(shù)百分比，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下傳播可靠性指標(biāo)。設(shè)傳播總碼元數(shù)為N，傳播犯錯(cuò)碼元數(shù)為Ne，則誤碼率Pe為：Pe=Ne/N誤碼率應(yīng)用：誤碼率決定傳播數(shù)據(jù)單元大小，信道質(zhì)量較差，誤碼率比較大則采用較小數(shù)據(jù)單元傳播。第33頁第33頁誤碼率例子：假設(shè)誤碼率為10-5(即每傳播100,000比特，發(fā)生1比特錯(cuò)誤)；此時(shí)若數(shù)據(jù)單元為1000比特，則每發(fā)送100數(shù)據(jù)單元，發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤，重傳1000比特即可。此時(shí)若數(shù)據(jù)單元為10000比特，則每發(fā)送10個(gè)單元會(huì)發(fā)生1個(gè)錯(cuò)誤，需要重傳10000比特。但并非數(shù)據(jù)單元越小越好，控制信息增長(zhǎng)，額外開銷增大。第34頁第34

15、頁2.1 基本通信理論 2.1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念2.1.2 數(shù)據(jù)通信中幾種指標(biāo)2.1.3 數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.1.4 多路復(fù)用技術(shù)2.1.5 數(shù)字信號(hào)編碼第35頁第35頁2.1.3 數(shù)字調(diào)制技術(shù)在計(jì)算機(jī)提供二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)與電話網(wǎng)提供模擬信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這類技術(shù)統(tǒng)稱為調(diào)制/解調(diào)技術(shù)。連續(xù)波數(shù)字信號(hào)調(diào)制基帶信號(hào)：將數(shù)字信號(hào) 1 或 0 直接用兩種不同電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。 寬帶信號(hào)：將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成頻分復(fù)用模擬信號(hào)。第36頁第36頁數(shù)字信號(hào)調(diào)制電路中使用兩種電平分別表示“1”和“0”，這種原始電脈沖信號(hào)稱為“基帶信號(hào)”?；鶐盘?hào)僅適合短距離數(shù)據(jù)傳播，在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信中，不能直

16、接傳播原始電脈沖信號(hào)需要Modem，在發(fā)送端將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合傳播音頻信號(hào)（調(diào)制）；在接受端再將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)（解調(diào)）。第37頁第37頁基帶信號(hào)傳播產(chǎn)生誤碼出現(xiàn)差錯(cuò)010010100還原后數(shù)據(jù)t接受到失真信號(hào)010011100t發(fā)送基帶信號(hào)t采樣時(shí)刻數(shù)據(jù)通過模擬傳播系統(tǒng)后也許會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。第38頁第38頁調(diào)制解調(diào)器作用調(diào)制器(MOdulator)：把要發(fā)送數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率范圍在 3003400 Hz 之間模擬信號(hào)，以便在電話用戶線上傳送。解調(diào)器(DEModulator)：把電話用戶線上傳送來模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。調(diào)制器主要作用就是個(gè)波形變換器，它把基帶數(shù)字信號(hào)波形變換成適合于模擬信

17、道傳播波形 解調(diào)器作用就是個(gè)波形辨認(rèn)器，它將通過調(diào)制器變換過模擬信號(hào)恢復(fù)成本來數(shù)字信號(hào)。若辨認(rèn)不正確，則產(chǎn)生誤碼。在調(diào)制解調(diào)器中還要有差錯(cuò)檢測(cè)和糾正設(shè)施。第39頁第39頁連續(xù)波數(shù)字信號(hào)調(diào)制調(diào)制辦法：選取一個(gè)適合于在線路上傳播正弦波作為載波，讓載波一些特性（幅度、頻率、相位）隨基帶信號(hào)改變而改變。基本調(diào)制辦法振幅鍵控(ASK，Amplitude Shift Keying)頻移鍵控(FSK，F(xiàn)requency Shift Keying)相移鍵控(PSK，Phase Shift Keying)第40頁第40頁幾種最基本調(diào)制辦法調(diào)制就是進(jìn)行波形變換（頻譜變換）。 最基本二元制調(diào)制辦法有下列幾種：振幅鍵

18、控：載波振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而改變。 頻移鍵控：載波頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而改變。相移鍵控：載波初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而改變。 第41頁第41頁基帶數(shù)字信號(hào)幾種調(diào)制辦法010011100基帶信號(hào)振幅鍵控頻移鍵控相移鍵控第42頁第42頁振幅鍵控（ASK）用載波不同振幅來表示不同二進(jìn)制值。 比如對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0，載波振幅為0（無載波）；對(duì)應(yīng)二進(jìn)制1，載波振幅取1。 調(diào)幅技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來簡(jiǎn)樸，但抗干擾性能差。第43頁第43頁頻移鍵控(FSK)用載波頻率附近兩個(gè)不同頻率，分別表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)(0或1)。比如對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0載波頻率為f1，而對(duì)應(yīng)二進(jìn)制1載波頻率為f2。 這種調(diào)制技術(shù)抗干擾性能好，但占用帶寬較大。第44頁

19、第44頁相移鍵控(PSK)用載波相位(絕對(duì)值或改變)來表示數(shù)據(jù)。比如：0相應(yīng)相位“0”，1相應(yīng)相位180。比如：發(fā)送信號(hào)與前一個(gè)信號(hào)同相（相位不發(fā)生改變），則表示“0”；發(fā)送信號(hào)與前一個(gè)信號(hào)反相（相位發(fā)生改變），則表示“1”。注意：檢測(cè)相位改變比檢測(cè)相位值要容易。第45頁第45頁三種調(diào)制方式第46頁第46頁脈沖編碼調(diào)制PCM模擬數(shù)據(jù)在時(shí)間上和取值上都是連續(xù)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字信號(hào)編碼，是將其轉(zhuǎn)換成一系列在時(shí)間和取值上都是離散二進(jìn)制數(shù)碼脈沖，最慣用編碼辦法就是“脈沖編碼調(diào)制PCM (Pulse Code Modulation)”現(xiàn)在數(shù)字傳播系統(tǒng)均采用脈碼調(diào)制 PCM 體制。由于歷史上原因，PCM 有兩

20、個(gè)互不兼容國(guó)際原則，即北美 24 路 PCM（簡(jiǎn)稱為 T1）和歐洲 30 路 PCM（簡(jiǎn)稱為 E1）。PCM包括三個(gè)主要環(huán)節(jié)：采樣量化編碼第47頁第47頁采樣采樣：實(shí)現(xiàn)時(shí)間上離散化。每隔一定期間間隔, 取模擬信號(hào)當(dāng)前值作為樣本。該樣本代表了模擬信號(hào)在某一時(shí)刻瞬時(shí)值。采樣依據(jù)：奈奎斯特(Nyquist)采樣定理若對(duì)連續(xù)改變模擬信號(hào)進(jìn)行周期性采樣，假如采樣速率不小于模擬信號(hào)最高頻率二倍, 則能夠用得到樣本空間恢復(fù)本來模擬信號(hào)。 即：原則電話信號(hào)最高頻率3.4KHz，采樣頻率定位8KHz，即采樣周期為125us。采樣周期模擬信號(hào)最高頻率第48頁第48頁量化量化：是使采樣值在取值上離散化。 取樣后得到

21、樣本是連續(xù)值，這些樣本必須量化為離散值。詳細(xì)做法是：將原始信號(hào)取值范圍劃分為若干個(gè)等級(jí)，將每個(gè)采樣值“取整”到離它最近一個(gè)等級(jí)上。離散值個(gè)數(shù)（等級(jí)劃分）決定了量化精度。我國(guó)電話信號(hào)PCM體制中，量化等級(jí)為256，即8位。第49頁第49頁編碼編碼：將量化后采樣值用一定位數(shù)二進(jìn)制數(shù)碼來表示。 編碼位數(shù)和量化級(jí)數(shù)相關(guān)，若量化級(jí)數(shù)為N，則每個(gè)采樣值就能夠編碼成Log2N為二進(jìn)制碼。我國(guó)PCM體制編碼位數(shù)為8，即每個(gè)脈沖信號(hào)編碼為8bit信息，由于每秒8000個(gè)脈沖，話音原則編碼速率為64Kb/s。第50頁第50頁ABCDBACD模擬話音采樣時(shí)鐘PAM 信號(hào)PCM 信號(hào)采樣電路量化和比較數(shù)字化聲音模擬數(shù)

22、字（PCM ）第51頁第51頁P(yáng)CM示意圖采樣周期 Tt信號(hào)t采樣1001001111000010t編碼t解碼t還原第52頁第52頁2.1 基本通信理論 2.1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念2.1.2 數(shù)據(jù)通信中幾種指標(biāo)2.1.3 數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.1.4 多路復(fù)用技術(shù)2.1.5 數(shù)字信號(hào)編碼第53頁第53頁2.1.4 多路復(fù)用技術(shù)一條物理線路上僅傳播一路信號(hào)，資源浪費(fèi)。采用多路復(fù)用，能夠?qū)⒍嗦沸盘?hào)組合在一條物理信道上進(jìn)行傳播，在接受端再將各路信號(hào)分離開來，提升通信線路利用率。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)用碼分多路復(fù)用不使用復(fù)用技術(shù)使用復(fù)用技術(shù)第54頁第54頁頻分多路復(fù)用頻譜：信號(hào)能

23、量隨頻率分布規(guī)律為信號(hào)頻譜。信號(hào)帶寬：能量集中區(qū)域?yàn)樾盘?hào)帶寬。當(dāng)信道帶寬等于或大于信號(hào)帶寬時(shí)，信號(hào)頻譜在傳輸過程中不會(huì)被改變。頻分多路復(fù)用（Frequency Division Multiplexing，F(xiàn)DM）：當(dāng)信道帶寬敞于各路信號(hào)總帶寬時(shí)，能夠?qū)⑿诺婪指畛扇舾蓚€(gè)子信道，每個(gè)子信道用來傳輸一路信號(hào)。要求：各路信號(hào)頻譜在傳輸過程中不相互重合和干擾，采取頻譜搬移技術(shù)。第55頁第55頁FDM示意圖第56頁第56頁FDM頻分復(fù)用全部用戶在一樣時(shí)間占用不同帶寬資源（注意：這里“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)發(fā)送速率）第57頁第57頁時(shí)分多路復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing

24、)將使用信道時(shí)間分成一個(gè)個(gè)時(shí)間片，按一定規(guī)則將這些時(shí)間片分派給各路信號(hào)，每一路信號(hào)在自己時(shí)間片內(nèi)獨(dú)占整個(gè)信道進(jìn)行傳輸。時(shí)間片大小能夠按一次傳送一位, 一個(gè)字節(jié)或一個(gè)固定大小數(shù)據(jù)塊所需時(shí)間來確定。時(shí)分復(fù)用全部用戶是在不同時(shí)間占用一樣頻帶寬度時(shí)隙，slot第58頁第58頁TDM類型同時(shí)TDM（普通TDM）時(shí)間片分派事先約定，且固定不變。優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)樸，接受設(shè)備依據(jù)預(yù)約時(shí)間片分派方案，將收到數(shù)據(jù)分發(fā)到不同輸出線路上。缺點(diǎn)：當(dāng)某個(gè)信號(hào)源沒有數(shù)據(jù)時(shí)，依然占用時(shí)間片，不能充分利用信道。同時(shí)TDM將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)TDM幀，每個(gè)用戶占用時(shí)隙周期性出現(xiàn)。 即：信號(hào)源與時(shí)隙序號(hào)固定，即同時(shí)。第59頁第59頁

25、時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAA在 TDM 幀中位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀信號(hào)頻率第60頁第60頁時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間CDCDCDAAAABBBBCD在 TDM 幀中位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第61頁第61頁時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BDBDBDAAAABCCCCD在 TDM 幀中位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第62頁第62頁時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BCBCBCAAAABCDDDD在 TDM 幀中位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第63頁第63頁時(shí)分復(fù)用也許會(huì)造成線路資源浪費(fèi)

26、ABCDaabbcdbcattttt4 個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶使用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)突發(fā)性質(zhì)，用戶對(duì)分派到子信道利用率普通是不高。 第64頁第64頁TDM類型統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM（異步TDM）時(shí)間片按需分派，需要發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)源提出申請(qǐng)，才干獲得時(shí)間片。即：公共信道時(shí)隙實(shí)行“按需分派”，對(duì)那些需要傳送信息或正在工作終端（信號(hào)源）才分派時(shí)隙，能夠使得所有時(shí)隙都能夠飽滿地得到使用，能夠使得服務(wù)終端數(shù)不小于時(shí)隙個(gè)數(shù)，提升信道利用率。特點(diǎn)：能夠充足利用信道，但控制比較復(fù)雜。比如下圖：4個(gè)低速用戶，每個(gè)TDM幀2個(gè)時(shí)隙，且每個(gè)時(shí)隙有相應(yīng)用戶地址信息。第

27、65頁第65頁統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 STDM 用戶ABCDabcdttttt3 個(gè) STDM 幀#1acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用第66頁第66頁TDM使用舉例電話系統(tǒng)中為了有效地利用傳播線路，可將多個(gè)話路PCM信號(hào)用時(shí)分復(fù)用 TDM (Time Division Multiplexing)辦法裝成時(shí)分復(fù)用幀，然后發(fā)送到線路上。北美體制：用于北美和日本電話系統(tǒng)T1信號(hào)(1.544Mbps)。歐洲體制：我國(guó)電信部門使用E1傳播系統(tǒng)(2.048Mbps)。第67頁第67頁T1電話系統(tǒng)T1電話系統(tǒng)每路電話帶寬為3400Hz，每秒8000次速率對(duì)模擬信號(hào)采樣；每個(gè)采樣值被編碼成7bit數(shù)字信號(hào)，在加

28、上1bit控制信號(hào)；24路信號(hào)構(gòu)成一幀；外加上1個(gè)幀同時(shí)比特；一幀共有：(71)*24+1=193bit；每秒傳送8000幀，總數(shù)據(jù)速率為8000*193=1.544Mbps第68頁第68頁T1信道第69頁第69頁E1信道一個(gè)時(shí)分復(fù)用幀共劃分32個(gè)相等時(shí)隙，即32路信號(hào)分時(shí)復(fù)用一條通道；每個(gè)時(shí)隙8bit；其中CH0作幀同時(shí)，CH16傳送信令，剩余30路傳送話音。采樣頻率為每秒8000次；總數(shù)據(jù)速率為：8*32*8000=2.048Mbps第70頁第70頁E1 時(shí)分復(fù)用幀2.048 Mb/s傳播線路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1時(shí)分復(fù)用幀

29、T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30CH31CH08 bitt時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用幀T = 125 us15 個(gè)話路15 個(gè)話路第71頁第71頁波分多路復(fù)用Wavelength Division Multiplexing，WDM同F(xiàn)DM類似，主要用于光纖通信中；波分復(fù)用就是光頻分復(fù)用。 不同信號(hào)源使用不同頻率（波長(zhǎng)）光波來傳輸數(shù)據(jù)，各路光經(jīng)過一個(gè)棱鏡（或衍射光柵），合成一個(gè)光束在光纖上傳輸；在接受端再將各路光波分開。密集波分復(fù)用DWDM（Dense WDM）：技術(shù)發(fā)展一根光纖上復(fù)用光載波信息路數(shù)越來越多，比如80或更多路數(shù)。第72頁第72頁碼分多路復(fù)用（CDMA）慣

30、用名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。每個(gè)用戶在一樣時(shí)間使用一樣頻帶進(jìn)行通信。各用戶使用經(jīng)過特殊挑選不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)有很強(qiáng)抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)覺。 采取CDMA可提升話音質(zhì)量、數(shù)據(jù)傳輸可靠性、增大通信系統(tǒng)容量（是GSM45倍），降低手機(jī)平均發(fā)射功率。每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短間隔，稱為碼片(chip)。m通常為64或128.第73頁第73頁碼片序列(chip sequence)每個(gè)站被指派一個(gè)惟一 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特

31、0，則發(fā)送該碼片序列二進(jìn)制反碼。 比如，S 站 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 站碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)第74頁第74頁CDMA 主要特點(diǎn)每個(gè)站分派碼片序列不但必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。顯然，假如站發(fā)送信息數(shù)據(jù)速率為B b/s，由于每一個(gè)比特要轉(zhuǎn)換成m比特碼片，因此，站實(shí)際數(shù)據(jù)速率為mB b/s, S站所占用頻帶帶寬提升到本來m倍。這就是擴(kuò)頻通信。第75頁第75頁碼片序列正交關(guān)系令向量 S 表示站 S 碼片向量，令 T 表示

32、其它任何站碼片向量。 兩個(gè)不同站碼片序列正交，就是向量 S 和T 規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0： (2-3)第76頁第76頁碼片序列正交關(guān)系舉例令向量 S 為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量 T 為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 把向量 S 和 T 各分量值代入(2-3)式就可看出這兩個(gè)碼片序列是正交。第77頁第77頁正交關(guān)系另一個(gè)主要特性任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己規(guī)格化內(nèi)積都是1 。一個(gè)碼片向量和該碼片反碼向量規(guī)格化內(nèi)積值是 1。第78頁第78頁CDMA工作原理每個(gè)站各自發(fā)送擴(kuò)頻信號(hào)，在接受端形成疊加信號(hào)。當(dāng)接受站打算接受S站信號(hào)時(shí)，就

33、用S站碼片序列與收到疊加信號(hào)求規(guī)格化內(nèi)積：若S站有信號(hào)發(fā)送，則內(nèi)積結(jié)果為1(發(fā)送數(shù)據(jù)1)或-1（發(fā)送數(shù)據(jù)0）。若S站沒有信號(hào)發(fā)送，則內(nèi)積結(jié)果為0。第79頁第79頁S 站碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片tS 站發(fā)送信號(hào) SxT 站發(fā)送信號(hào) Tx總發(fā)送信號(hào) Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端CDMA 工作原理第80頁第80頁2.1 基本通信理論 2.1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念2.1.2 數(shù)據(jù)通信中幾種指標(biāo)2.1.3 數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.1.4 多路復(fù)用技術(shù)2.1.5 數(shù)字信號(hào)編碼第81頁第81頁2.1.5 數(shù)字信號(hào)編碼單極性碼是指用電壓有或無來表示二進(jìn)

34、制數(shù)。比如,在示意圖中我們用+3 V表示二進(jìn)制數(shù)字0, 而用0 V 表示二進(jìn)制數(shù)字1。單極性碼用在電傳打字機(jī)(TTY)接口中以及PC機(jī)和TTY兼容接口中, 這種代碼需要單獨(dú)時(shí)鐘信號(hào)配合定期, 不然當(dāng)傳送一長(zhǎng)串0或1時(shí), 發(fā)送機(jī)和接受機(jī)時(shí)鐘將無法定期, 單極性碼抗噪聲特性也不好。 第82頁第82頁數(shù)字信號(hào)編碼雙極型編碼用正、負(fù)電壓分別表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)0和1，并且正和負(fù)幅度相同。比如在示意圖中我們用+3 V表示二進(jìn)制數(shù)字0, 而用-3 V表示二進(jìn)制數(shù)字1, 這種代碼電平差比單極碼大, 因而抗干擾特性好, 但仍然需要另外時(shí)鐘信號(hào)。 第83頁第83頁數(shù)字信號(hào)編碼不歸零碼在一個(gè)碼元所有時(shí)間內(nèi)，電壓保持恒

35、定，這種碼又稱為全寬碼。問題：連續(xù)發(fā)送多個(gè)“1”碼或“0”碼時(shí)，碼元之間沒有間隙，不容易區(qū)別。主要用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部通信。第84頁第84頁數(shù)字信號(hào)編碼歸零碼在一個(gè)碼元所有時(shí)間內(nèi)，非零電壓連續(xù)時(shí)間小于一個(gè)碼元時(shí)間。在一個(gè)碼元后半部分時(shí)間內(nèi)，電壓總是歸于零。好處：雙極型歸零碼處理了不歸零碼在連續(xù)發(fā)送“1”碼或“0”碼不容易區(qū)別問題。第85頁第85頁曼徹斯特編碼每位中間有一個(gè)電平跳變，從低到高跳變表示“1”，從高到低跳變表示“0”。曼徹斯特碼用在以太網(wǎng)中。第86頁第86頁差分曼徹斯特編碼每位中間有一個(gè)跳變，但它不是用這個(gè)跳變來表示數(shù)據(jù)，而是利用每個(gè)碼元開始時(shí)有無跳變來表示“0”或“1”。有跳變表示“0”

36、，沒有跳變表示“1”。差分曼徹斯特編碼用在令牌環(huán)網(wǎng)中。 第87頁第87頁曼徹斯特與差分曼徹斯特編碼第88頁第88頁第2章 物理層2.1 基本通信理論2.2 傳播介質(zhì)2.3 同時(shí)光纖網(wǎng)和同時(shí)數(shù)字系列2.4 物理層協(xié)議舉例第89頁第89頁傳播介質(zhì)1. 導(dǎo)向性傳播媒體（電磁波被導(dǎo)向沿著固體媒體傳播）雙絞線屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同軸電纜50 同軸電纜75 同軸電纜光纜 2. 非導(dǎo)向性傳播媒體（自由空間傳播、無線傳播）第90頁第90頁雙絞線由兩根按螺旋狀扭合（減少線對(duì)之間電磁干擾）在一起

37、絕緣銅導(dǎo)線構(gòu)成；既可用于模擬傳播，也可用于數(shù)字傳播；帶寬依賴于線粗細(xì)和傳播距離；非屏蔽雙絞線UTP（Unshielded Twisted Pair），屏蔽雙絞線STPSTP分為3類和5類，5類STP在100米內(nèi)可達(dá)155Mb/s；當(dāng)前用比較多是5類和超5類UTP。6類UTP可達(dá)250Mb/s，7類可達(dá)600Mb/s。第91頁第91頁聚氯乙烯套層銅線屏蔽層絕緣層屏蔽雙絞線 STP銅線聚氯乙烯 套層絕緣層無屏蔽雙絞線 UTP雙絞線示意圖第92頁第92頁慣用雙絞線類別雙絞線類別帶寬典型應(yīng)用316 MHz低速網(wǎng)絡(luò)；模擬電話420 MHz16Mbps令牌環(huán)局域網(wǎng)；短距離10BASE-T以太網(wǎng)5100 M

38、Hz10BASE-T以太網(wǎng)；一些100BASE-T快速以太網(wǎng)5E（超5類）100 MHz100BASE-T快速以太網(wǎng)；一些1000BASE-T千兆以太網(wǎng)6250 MHz1000BASE-T千兆以太網(wǎng)；ATM網(wǎng)絡(luò)7600 MHz屏蔽雙絞線，也許用于此后萬兆以太網(wǎng)第93頁第93頁STP第94頁第94頁雙絞線制作布線原則美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)和電信工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)和公布原則EIA/TIA568A和EIA/TIA568B，但普通使用TIA568B原則。UTP線纜構(gòu)成內(nèi)部4對(duì)線構(gòu)成，一根是純色，另一根是白色上有相應(yīng)色點(diǎn)；如橙和橙白，綠和綠白，藍(lán)和藍(lán)白，棕和棕白色。第95頁第95頁UTP線纜制作線纜類型直通線：連接兩

39、種不同設(shè)備，計(jì)算機(jī)與互換機(jī)、計(jì)算機(jī)與HUB、互換機(jī)與路由器。交叉線：同種設(shè)備連接。計(jì)算機(jī)間、互換機(jī)間、路由器間。但路由器與計(jì)算機(jī)間、計(jì)算機(jī)與光纖收發(fā)器間也用交叉線。反轉(zhuǎn)線：用于互換機(jī)或路由器控制端口與計(jì)算機(jī)連接。計(jì)算機(jī)作為這些被控設(shè)備超級(jí)終端。第96頁第96頁直通線排列方式引腳12345678端A白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕端B白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕引腳排列：水晶頭朝正前方，卡子面朝下，最左邊為第1引腳，最右邊為第8引腳。第97頁第97頁棕白棕白蘭白橙白綠綠蘭橙8765432187654321BrownWhite/BrownGreenWhite/BlueBlueWhite/GreenOrange

40、White/Orange568B:Connection standard: 568A/568B第98頁第98頁交叉線排列方式引腳12345678端A白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕端B白綠綠白橙藍(lán)白藍(lán)橙白棕棕引腳排列：水晶頭朝正前方，卡子面朝下，最左邊為第1引腳，最右邊為第8引腳。第99頁第99頁反轉(zhuǎn)線排列方式引腳12345678端A白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕端B棕白棕綠白藍(lán)藍(lán)白綠橙白橙引腳排列：水晶頭朝正前方，卡子面朝下，最左邊為第1引腳，最右邊為第8引腳。第100頁第100頁第101頁第101頁第102頁第102頁第103頁第103頁同軸電纜同軸電纜：由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線、絕緣層、網(wǎng)狀編織外導(dǎo)體屏蔽層以

41、及保護(hù)塑料外層構(gòu)成。外導(dǎo)體屏蔽層含有較好抗干擾特性。與計(jì)算機(jī)連接要用T型分接頭。內(nèi)導(dǎo)體絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣保護(hù)外層第104頁第104頁第105頁第105頁同軸電纜按照特性阻抗不同，分為：基帶同軸電纜50歐姆，用于數(shù)字傳輸；分粗纜和細(xì)纜兩種；以10Mb/s可將基帶數(shù)字信號(hào)，粗纜傳送500米，細(xì)纜傳送180米。寬帶同軸電纜75歐姆，用于模擬傳輸。Cable TV技術(shù)，300MHz或450MHz，采取FDM技術(shù)將信道分割成多個(gè)子信道，每個(gè)子信道傳送一路電視信號(hào)。用于城域網(wǎng)，如有線通（Cable MODEM）第106頁第106頁光纖由能傳導(dǎo)光波石英玻璃纖維和保護(hù)層組成，纖芯很細(xì)直徑只有8至100um

42、，纖芯和包層含有不同折射系數(shù)光纖特性光線從高折射率媒體射向低折射率媒體時(shí)，其折射角大于入射角。若入射角足夠大，出現(xiàn)全反射；包層較纖芯有較低折射率，入射角足夠大光線碰到包層時(shí)會(huì)折射回纖芯。光纖第107頁第107頁光線在光纖中折射 折射角入射角 包層（低折射率媒體）包層纖芯第108頁第108頁多模光纖只要從纖芯射到纖芯表面入射角大于某一個(gè)臨界角度，就會(huì)產(chǎn)生全反射。這么能夠存在多條不同角度入射光線在一條光纖中傳輸，這種光纖為。傳輸中光脈沖會(huì)逐步展寬，造成失真，適合短距離傳輸。單模光纖若光纖直徑減小到只有一個(gè)光波長(zhǎng)，則光纖像一根波導(dǎo)，使光線一直向前傳輸，不會(huì)多次反射，這種光纖為。使用昂貴半導(dǎo)體激光源，

43、光脈沖衰耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸。多模光纖與單模光纖第109頁第109頁多模光纖與單模光纖第110頁第110頁光纖傳播特點(diǎn)光波長(zhǎng)范圍（依不同波長(zhǎng)光衰減特性）0.85um：適合多模光纖通信；1.30um：適合多模和單模光纖通信；1.55um：用于單模光纖通信。光纖傳輸特點(diǎn)通信損耗低、頻帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率高、抗電磁干擾好，安全性好；體積小、重量輕等，但所需通信部件（發(fā)送器、接受器和連接部件）較昂貴。第111頁第111頁實(shí)際光纖第112頁第112頁慣用電纜特性比較第113頁第113頁電磁波頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無線電 調(diào)頻無線電 海事無線電光纖電視(H

44、z)f (Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)無線電 第114頁第114頁非導(dǎo)向傳播媒體 用自由空間作為傳播介質(zhì)來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 特點(diǎn): 信號(hào)含有較強(qiáng)方向性，沿直線傳播，不能繞開固體障礙物，要求發(fā)送和接受方之間存在視線通路。合用: 架設(shè)或鋪埋電纜或光纜較困難地方，廣泛應(yīng)用于電話領(lǐng)域構(gòu)成蜂窩式無線電話網(wǎng)。分類: 地面微波接力通信、衛(wèi)星通信、紅

45、外線與毫米波通信第115頁第115頁地面微波接力通信原理:長(zhǎng)距離傳播時(shí)每隔一段距離就需架中繼站，將前一信號(hào)放大向后傳。長(zhǎng)處:頻帶寬、通信容量大、傳播質(zhì)量高、可靠性較好、投資少、見效快、靈活等。缺點(diǎn):相鄰站間必須直視，不能有障礙物；受氣候干擾較大、保密性差、中繼站使用與維護(hù)問題等。 第116頁第116頁衛(wèi)星通信原理：用位于36000公里高空人造同時(shí)衛(wèi)星做中繼器一個(gè)微波接力通信。長(zhǎng)處：頻帶很寬,通信容量大，信號(hào)受干擾??；通信比較穩(wěn)定，通信距離遠(yuǎn)。缺點(diǎn)：保密性較差，造價(jià)較高，含有較大傳播延遲合用：廣播電視通信。 第117頁第117頁紅外線與毫米波通信長(zhǎng)處：價(jià)格廉價(jià)，易制造，有良好安全性，不易被竊聽。

46、缺點(diǎn)：不能穿透堅(jiān)硬物體，對(duì)環(huán)境氣候敏感。合用：被廣泛應(yīng)用于短距離通信，紅外線成為室內(nèi)無線局域網(wǎng)主要選擇對(duì)象，如遙控器，防盜警報(bào)等。 第118頁第118頁慣用無線傳播介質(zhì)比較第119頁第119頁第2章 物理層2.1 基本通信理論2.2 傳播介質(zhì)2.3 同時(shí)光纖網(wǎng)和同時(shí)數(shù)字系列2.4 物理層協(xié)議舉例第120頁第120頁2.3 SONET和SDH數(shù)字傳播網(wǎng)上傳播信號(hào)普通都是通過TDM以后形成數(shù)字信號(hào)群路信號(hào)。舊數(shù)字傳播系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn)： 速率原則不統(tǒng)一北美和日本T1及歐洲E1速率，為了提升速率又搞了高次群。假如不對(duì)高次群數(shù)字傳播速率進(jìn)行原則化，國(guó)際范圍高速數(shù)據(jù)傳播就很難實(shí)現(xiàn)。 不是同時(shí)傳播同時(shí)通信

47、要求接受端時(shí)鐘頻率和發(fā)送端時(shí)鐘頻率一致。發(fā)送端發(fā)送連續(xù)比特流。異步通信時(shí)不要求接受端時(shí)鐘和發(fā)送端時(shí)鐘同時(shí)。發(fā)送端發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后，可通過任意長(zhǎng)時(shí)間間隔再發(fā)送下一個(gè)字節(jié)。在過去相稱長(zhǎng)時(shí)間，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，各國(guó)數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同時(shí)方式。 第121頁第121頁多個(gè)T1或E1線路復(fù)用一次群：T1=1.544Mb/s E1=2.048Mb/s二次群：T2=T14+=6.312Mb/s E2=E14+=8.848Mb/s三次群：T3=T27+=44.736Mb/s E3=E24+=34.304Mb/s四次群：T4=T36+=274.176Mb/s E4=E34+=139.264Mb/s第122頁第122頁

48、第123頁第123頁SONET原則1988年，美國(guó)推出同時(shí)光纖網(wǎng)數(shù)字原則，即SONET（Synchronous Optical NETwork）原則。同時(shí)光纖網(wǎng) SONET中，整個(gè)同時(shí)網(wǎng)絡(luò)各級(jí)時(shí)鐘都來自一個(gè)非常準(zhǔn)確主時(shí)鐘。 SONET為光纖傳播系統(tǒng)定義了同時(shí)傳播線路速率等級(jí)結(jié)構(gòu)，其傳播基本速率為51.84Mb/s。對(duì)電信號(hào)，第 1 級(jí)同時(shí)傳送信號(hào) STS-1 (Synchronous Transport Signal)傳播速率是 51.84 Mb/s。光信號(hào)則稱為第 1 級(jí)光載波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。第124頁第124頁SONET基本幀：每秒傳送8000幀，即每

49、125 s內(nèi)傳播810個(gè)字節(jié)，因此數(shù)據(jù)速率= 8 bit 810 Byte 8000 Hz = 51.84 Mbps，這是SONET最基本信道，即STS-1一個(gè)STS-n幀長(zhǎng)是STS-1幀長(zhǎng)n倍，其它不變，因此STS-n數(shù)據(jù)率是STS-1數(shù)據(jù)率n倍多條STS-1支流復(fù)用可構(gòu)成其它SONET干線，如3條STS-1支流被合成為1條3 51.84 Mbps = 155.52 MbpsSTS-3流。相應(yīng)于STS-n光纖線路被稱作OC-n（Optical Carrier Level），因此OC-1速率也是51.84Mb/sOC-n表示由n條單獨(dú)OC-1線路構(gòu)成SONET速率及復(fù)用第125頁第125頁SD

50、H原則ITU-T 以美國(guó)家原則準(zhǔn) SONET 為基礎(chǔ)，制定出國(guó)際原則同時(shí)數(shù)字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。SDH 基本速率為 155.52 Mb/s，稱為第 1 級(jí)同時(shí)傳遞模塊 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相稱于 SONET 體系中 OC-3 速率。第126頁第126頁線路速率(Mb/s)SONET符號(hào)ITU-T符號(hào)表示線路速率慣用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520*OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080*O

51、C-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320*OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/sSONET OC 級(jí)/STS 級(jí)與 SDH STM 級(jí)相應(yīng)關(guān)系 第127頁第127頁SONET/SDH（Synchronous Optical NETwork/ Synchronous Digital Hie

52、rarchy）第128頁第128頁SONET與SDH關(guān)系SDH與SONET之間差別很小。SONET主要用于北美和日本，SDH主要用于歐洲和中國(guó)。SONET基本速率為51.84Mb/s，而 SDH基本速率為155.52Mb/s。SONET/SDH，采用TDM技術(shù)，是同時(shí)系統(tǒng)，由主時(shí)鐘控制，時(shí)鐘精度10-9。SONET和PCM采樣速率同樣，為每秒8000幀；對(duì)于SONET第1級(jí)同時(shí)傳送信號(hào)STS-1每幀長(zhǎng)度為810字節(jié)，共810*8bit。一個(gè)STS-n幀長(zhǎng)度是STS-1幀長(zhǎng)n倍。第129頁第129頁SONET與SDH原則意義SDH/SONET標(biāo)準(zhǔn)制訂，使北美、日本和歐洲等不同數(shù)字傳輸體制在STM

53、-1等級(jí)上取得了統(tǒng)一。并將此基礎(chǔ)上更高數(shù)字傳輸速率作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。SDH/SONET是第一次真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸體制上國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。第130頁第130頁第2章 物理層2.1 基本通信理論2.2 傳播介質(zhì)2.3 同時(shí)光纖網(wǎng)和同時(shí)數(shù)字系列2.4 物理層協(xié)議舉例第131頁第131頁物理層主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體接口一些特性，即： 機(jī)械特性：指明接口所用接線器形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性：指明在接口電纜各條線上出現(xiàn)電壓范圍。功效特性：指明某條線上出現(xiàn)某一電平電壓表示何種意義。規(guī)程特性：指明對(duì)于不同功效各種可能事件出現(xiàn)次序。 物理層特性第132頁第132頁EIA-232-E是美國(guó)電

54、子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定，在1991年修改公布著名物理層異步通信接口原則。它是DTE和DCE間接口原則。DTE (Data Terminal Equipment) 是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，是含有一定數(shù)據(jù)處理能力和發(fā)送、接受數(shù)據(jù)能力設(shè)備。DTE能夠是計(jì)算機(jī)、終端或是一個(gè)I/O設(shè)備。DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備，它在 DTE 和傳播線路之間提供信號(hào)變換和編碼功效，并且負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路連接。 典型DCE是一個(gè)MODEM。物理層原則舉例EIA-232-E接口原則第133頁第133頁DTE通過DCE與通信傳播線路相連第134頁第134頁EIA-232-E接口原則機(jī)械特性使用25芯原則連接器。插頭用于DTE，插座用于DCE側(cè)；電氣特性采用-15V-3V表示邏輯“1”電平；+3V+15V表示邏輯電平“0”；接口傳播速率有50，75，110，150，3004800，9600，19200bps，傳播距離不超出15m；功效特性定義25芯中20根為信號(hào)線，包括地線、數(shù)據(jù)線、控制線和定期信號(hào)線。另外5根為備用，沒有定義。最慣用信號(hào)線為10根，引腳及功效見下圖。第135頁第135頁EIA-232/V.24 信號(hào)定