數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第二章NEW教材

第2章物理層教學(xué)內(nèi)容

2.1物理層基本概念（了解）

2.2

通信系統(tǒng)的基本模型及構(gòu)成元素（重點(diǎn)、掌握）

2.3

傳輸媒體（掌握）

2.4信道復(fù)用技術(shù)（難點(diǎn)、掌握）

2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)（了解）

2.6寬帶接入技術(shù)（重點(diǎn)、掌握)12.1物理層基本概念物理層是OSI/RM模型的最底層，主要為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信提供源源不斷的數(shù)據(jù)比特流。物理層主要任務(wù)表現(xiàn)在：

機(jī)械特性；形狀、尺寸等。電氣特性；電壓范圍等。功能特性；電壓表示的含義。過程特性；事件可能出現(xiàn)的順序。

P36。

22.2

通信系統(tǒng)基本模型及構(gòu)成元素2.2.1

簡單的通信模型

信源轉(zhuǎn)換器信道反轉(zhuǎn)換信宿源系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)無論哪種類型的通信（固話、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信等）都可以歸納成上述的5個(gè)基本元件構(gòu)成的模型。該模型具有將消息從一點(diǎn)傳輸?shù)搅硗庖稽c(diǎn)的公共特征（P37）。教材P37圖2-1與本圖一樣，不過名稱不同而已。32.2

通信系統(tǒng)基本模型及構(gòu)成元素2.2.1

簡單的通信模型的組成

1.信源；源點(diǎn)

2.轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換適合于傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)脑O(shè)備。發(fā)送設(shè)備

3.信道；信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ馈鬏斚到y(tǒng)

4.反轉(zhuǎn)換器；與轉(zhuǎn)換器作用相反。接收器

5.信宿；接收信號(hào)的元件。終端此外，需要注意幾個(gè)概念，如：消息；數(shù)據(jù)；信號(hào)（模擬、數(shù)字）。P37。

能否結(jié)合實(shí)例，理解以上的通信模型組成？請(qǐng)討論！42.2

通信系統(tǒng)基本模型及構(gòu)成元素2.2.1

消息與信號(hào)

1.消息；由信源發(fā)送給信宿的通信內(nèi)容。在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，也被稱為信息、數(shù)據(jù)。如：話音、文字、圖像等。

數(shù)據(jù)：是記錄在介質(zhì)或以某實(shí)體形式出現(xiàn)的信息（消息）。

2.信號(hào)；是數(shù)據(jù)的電氣或電磁的表現(xiàn)。表現(xiàn)為電壓、磁場(chǎng)等。信號(hào)也被分為：離散信號(hào)（數(shù)字信號(hào)）和連續(xù)信號(hào)（模擬信號(hào)）。連續(xù)信號(hào)表現(xiàn)為連續(xù)變化的電壓；而離散信號(hào)表現(xiàn)為脈沖。

5模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)62.2

通信系統(tǒng)基本模型及構(gòu)成元素2.2.2

信道

1.信道；信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?。?xí)慣上稱為線路。信道可被分為：有線信道和無線信道。舉例說明。通信的三種基本方式：單向；雙向交替；雙向同時(shí)。P38

2.一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)：信道容量（無差錯(cuò)條件下信道傳輸信息的最大信息速率

）（1）無噪聲離散信道的信道，尼奎斯特定理

Cmax=2F?log2L;L是離散信號(hào)可能的取值（2）連續(xù)信道的信道容量，仙農(nóng)（Shannon）定理

Cmax=W?log2（1+S/N）bps;W是信道帶寬，S/N信噪比。

-------奠定了數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)。72.2

通信系統(tǒng)基本模型及構(gòu)成元素2.2.2

信道3.注意：誤碼率的概念。誤碼率是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo)。

信道在傳輸信息（符號(hào)）時(shí)，出錯(cuò)的符號(hào)所占整個(gè)信息的比例。表達(dá)式：誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%

誤碼率是檢驗(yàn)信道質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)為1000Base-T網(wǎng)絡(luò)制定的可接受的最高限度誤碼率為10-10。廣域網(wǎng)的誤碼率一般不低于10-6

誤碼率通常需要借助專門的工具。應(yīng)用舉例。82.2

通信系統(tǒng)基本模型及構(gòu)成元素誤碼率測(cè)試儀舉例。92.3

常用的傳輸介質(zhì)（媒體）

常用的傳輸介質(zhì)分為：有線（導(dǎo)向傳輸媒體）和無線（非導(dǎo)向傳輸媒體）。P401、有線（導(dǎo)向傳輸媒體）：雙絞線；同軸電纜；光纜；傳輸?shù)慕橘|(zhì)在選擇時(shí)一定要考慮相關(guān)的特性：吞吐量（也稱為容量、傳輸速率等）、成本、抗噪音、可擴(kuò)展性（如：線路的長度等）以及連接的方便程度（便于維護(hù)）等。10組建網(wǎng)絡(luò)所用的雙絞線是一種由4對(duì)線（即8根線）組成的，其中每根線的材質(zhì)有銅線和銅包的鋼線兩類。一般來說，雙絞線電纜中的8根線是成對(duì)使用的，而且每一對(duì)都相互絞合在一起，絞合的目的是為了減少對(duì)相鄰線的電磁干擾。雙絞線分為屏蔽雙絞線（STP）和非屏蔽雙絞線（UTP）。STP比UTP具有更強(qiáng)的抗干擾性。目前，常用到的雙絞線是非屏蔽雙絞線（UTP），它又分：3類、4類、5類、超5類、6類等。雙絞線的這8根線的引腳定義如下：線路線號(hào)12345678線路色標(biāo)白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白褐褐引腳定義Tx+Tx-Rx+

Rx-

2.3

常用的傳輸介質(zhì)—雙絞線11雙絞線是目前局域網(wǎng)最常用的一種傳輸介質(zhì)。其結(jié)構(gòu)如圖(a)所示。從圖中我們可以看出雙絞線中的每一對(duì)都是由兩根絕緣銅導(dǎo)線相互纏繞而成的，這是為了降低信號(hào)的干擾程度而采取的措施。雙絞線一般用于星型網(wǎng)絡(luò)的布線連接，兩端安裝有RJ-45頭(接口)，如圖(b)所示。

雙絞線常用于連接網(wǎng)卡與集線器，網(wǎng)線的最大長度為100米。2.3

常用的傳輸介質(zhì)—雙絞線圖(a)雙絞線的結(jié)構(gòu)圖(b)RJ-45的示意12在局域網(wǎng)，雙絞線主要是用來連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡到集線器或通過集線器之間級(jí)聯(lián)口的級(jí)聯(lián)，有時(shí)也可直接用于兩個(gè)網(wǎng)卡之間的連接或不通過集線器級(jí)聯(lián)口之間的級(jí)聯(lián)，但它們的接線方式各有不同。

正常網(wǎng)線的連接法反接網(wǎng)線的連接法2.3

常用的傳輸介質(zhì)—雙絞線13同軸電纜的結(jié)構(gòu)，它的中央是銅質(zhì)的芯線（單股的實(shí)心線或多股絞合線），銅質(zhì)的芯線外包著一層絕緣層，絕緣層外是一層網(wǎng)狀編織的金屬絲作外導(dǎo)體屏蔽層（可以是單股的），屏蔽層把電線很好地包起來，再往外就是外包皮的保護(hù)塑料外層。見P48的圖。

目前經(jīng)常用于局域網(wǎng)的同軸電纜有二種：一種是專門用在符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)環(huán)境中阻抗為50Ω的電纜，只用于數(shù)字信號(hào)發(fā)送，稱為基帶同軸電纜；另一種是用于頻分多路復(fù)用FDM的模擬信號(hào)發(fā)送，阻抗為75Ω的電纜，稱為寬帶同軸電纜。2.3

常用的傳輸介質(zhì)—同軸電纜14光纖是一種細(xì)小、柔韌并能傳輸光信號(hào)的介質(zhì)，一根光纜中包含有多條光纖。光纖上是利用有光脈沖信號(hào)表示1，沒有光脈沖來表示0。光纖通信系統(tǒng)是由光端機(jī)、光纖（光纜）和光纖中繼器組成。光端機(jī)又分成光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)。而光中繼器用來延伸光纖或光纜的長度，防止光信號(hào)衰減。光發(fā)送機(jī)將電信號(hào)調(diào)制成光信號(hào)，利用光發(fā)送機(jī)內(nèi)的光源將調(diào)制好的光波導(dǎo)入光纖，經(jīng)光纖傳送到光接收機(jī)。光接收機(jī)將光信號(hào)變換為電信號(hào)，經(jīng)放大、均衡判決等處理后送給接收方。光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。光纖分為單模光纖和多模光纖兩類（所謂“模”是指以一定的角度進(jìn)入光纖的一束光）。P43如圖2-7,2-7、2-8。2.3

常用的傳輸介質(zhì)—光纖152.3

常用的傳輸介質(zhì)—光纖光纖外觀光纖外觀162.3

常用的傳輸介質(zhì)—光纖光纖收發(fā)器光纖接頭17光纖不僅具有通信容量非常大的特點(diǎn)，而且還具有其他的一些特點(diǎn)：抗電磁干擾性能好；保密性好，無串音干擾；信號(hào)衰減小，傳輸距離長；抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)。正是由于光纖的數(shù)據(jù)傳輸率高（目前已達(dá)到1Gb/s），傳輸距離遠(yuǎn)（無中繼傳輸距離達(dá)幾十至上百公里）的特點(diǎn)，所以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線中得到了廣泛地應(yīng)用。目前光纜主要是用于交換機(jī)之間、集線器之間的連接，但隨著千兆位局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷普及和光纖產(chǎn)品及其設(shè)備價(jià)格的不斷下降，光纖連接到桌面也將成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。但是光纖也存在一些缺點(diǎn)。這就是光纖的切斷和將兩根光纖精確地連接所需要的技術(shù)要求較高。2.3

常用的傳輸介質(zhì)—光纖18

2、無線討論為什么需要采用無線進(jìn)行通信？當(dāng)前應(yīng)用比較多的無線方式有：無線電：無方向性；目前常用的有（1）窄帶；（2）廣譜。安全性能好。微波：頻率100M以上，視距傳播紅外線：短距離，傳輸速率較高，方向性強(qiáng)。如目前應(yīng)用廣泛的藍(lán)牙技術(shù)。衛(wèi)星通信等。P45-46。2.3

常用的傳輸介質(zhì)—無線傳輸19實(shí)驗(yàn)一網(wǎng)線制作實(shí)驗(yàn)

1.網(wǎng)線制作標(biāo)準(zhǔn)介紹

；

2.百兆雙絞線制作（普通線、反接線）

3.千兆雙絞線制作

4.實(shí)驗(yàn)要求

5.實(shí)驗(yàn)思考題

6.實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫

20實(shí)驗(yàn)一網(wǎng)線制作實(shí)驗(yàn)1、直通線的制作。將雙絞線按照如下排列順序展開（T568A）：綠白，綠，橙白，蘭，蘭白，橙，棕白，棕。依次插入RJ45頭的1~8號(hào)槽位中，如圖1。按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的步驟依次完成。2、反接線的制作。一端按照T568A標(biāo)準(zhǔn)將雙絞線按照如下排列順序展開：綠白，綠，橙白，蘭，蘭白，橙，棕白，棕；并依次插入RJ45頭的1~8號(hào)槽位中。另外一端按照如圖2的秩序?qū)⒌?、3線和第2、6線的位置互調(diào)，其余線序不變。再按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的步驟依次完成。3、測(cè)試。利用測(cè)試儀；利用二臺(tái)電腦聯(lián)網(wǎng)或其他方式。圖1圖221實(shí)驗(yàn)一網(wǎng)線制作實(shí)驗(yàn)

4、實(shí)驗(yàn)演示（1）雙絞線電纜；水晶頭；夾線鉗；測(cè)試儀等；（2）介紹線纜的色標(biāo)是什么含義？（３）介紹雙絞線制作的步驟。

22實(shí)驗(yàn)一網(wǎng)線制作實(shí)驗(yàn)５、實(shí)驗(yàn)要求（1）記錄實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，參加人員，實(shí)驗(yàn)時(shí)間。（2）將每實(shí)驗(yàn)步驟中的內(nèi)容及現(xiàn)象作詳細(xì)記錄。６、實(shí)驗(yàn)分析思考題：（1）直通線與反接線在連接設(shè)備時(shí)有什么區(qū)別？為什么？（2）有直通線與反接線各一條，線上沒有任何標(biāo)記，通過什么方法能將它們區(qū)分開來？７、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

232.4

信道復(fù)用技術(shù)1．復(fù)用技術(shù)的概念將一個(gè)信道同時(shí)傳輸多個(gè)信號(hào)被稱為復(fù)用,也稱為多路復(fù)用。

多路復(fù)用的原理如下圖所示。P48。多路復(fù)用技術(shù)通常包含信號(hào)的復(fù)合、傳輸以及信號(hào)的分離三個(gè)部分（多路復(fù)用技術(shù)模型）。目前多路復(fù)用的常用形式：頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用。

信號(hào)源復(fù)用器復(fù)用器信號(hào)被復(fù)用到一個(gè)信道信宿242.4

信道復(fù)用技術(shù)的形式（1）.頻分復(fù)用FDM

多路信號(hào)在同一個(gè)信道傳輸時(shí)將不同信號(hào)的頻率在位置上互相分開。如圖2-13（a),P48

特點(diǎn)：多路復(fù)用信號(hào)，充分利用信道頻帶的寬度。適用于模擬信號(hào)的傳輸,有線通信、微波接力通信和衛(wèi)星通信中得到廣泛應(yīng)用。

252.4

信道復(fù)用技術(shù)的形式（2）.時(shí)分多路復(fù)用TDM

將信道的傳輸時(shí)間劃分為若干個(gè)很小的時(shí)間段，這些很小的時(shí)間段輪流分配給不同的通信雙方，在某個(gè)時(shí)刻只能傳送某一個(gè)通信方的信息。如圖2-13（b),P48。特點(diǎn)：可使用不同速率和同步方式的終端，有利于復(fù)用技術(shù)的推廣。適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸，在寬帶局域網(wǎng)絡(luò)中可以使用這種混合技術(shù)

。262.4

信道復(fù)用技術(shù)的形式（3）.補(bǔ)充:波分多路復(fù)用WDM

類似于FDM，在一根光纖上使用不同的波長同時(shí)傳送多路光波信號(hào)的一種技術(shù)，成為現(xiàn)代光通訊網(wǎng)絡(luò)的基本核心技術(shù)。P50。如：目前比較熱門的IPoverWDM解決方案。國外：愛立信；國內(nèi)：中興通信，以滿足迅速增長的帶寬需求。

272.6

寬帶接入技術(shù)

近幾年，為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)高速化的要求，接入網(wǎng)的帶寬要求越來越高，為此，誕生了寬帶技術(shù)。下面，首先介紹幾個(gè)與寬帶技術(shù)相關(guān)的概念。寬帶：沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和定義。一般將56K以下的稱為窄帶通信，而大于56K或更高以上的則稱為寬帶（有的以128K為限）。與此相對(duì)應(yīng)的聯(lián)（Internet）網(wǎng)方式稱為寬帶接入。常用的寬帶接入技術(shù)。寬帶接入技術(shù)分為有線接入和無線接入兩種。有線接入技術(shù)的主流是基于電話線的數(shù)字用戶線DSL技術(shù)、基于光纖的寬帶光網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)、基于銅線的混合光纖同軸電纜網(wǎng)HFC和基于五類線的LAN技術(shù)等。近年來，市場(chǎng)上寬帶接入技術(shù)應(yīng)用的主流是有線接入，其中最普及的是DSL。隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的迅速普及，無線寬帶接入技術(shù)的發(fā)展也駛?cè)肟燔嚨?，其中基于IEEE802.11a/b/g的Wi-Fi、WiMAX等技術(shù)已經(jīng)風(fēng)靡全球。

282.6

寬帶接入技術(shù)-xDSL技術(shù)

數(shù)字用戶線DSL是一種新的傳輸技術(shù)。其工作原理是利用現(xiàn)有的電話線路（是一種典型的信道復(fù)用技術(shù)），采用較高的頻率以及相應(yīng)的調(diào)制技術(shù)來獲得比較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。DSL有時(shí)候被稱為xDSL（x的含義是指任意字符或字符串），有多種的變體，包括：HDSL（對(duì)稱DSL）、ADSL（不對(duì)稱DSL）、VDSL（甚高比特率DSL）、SDSL（單線制DSL）等等，它們的最大區(qū)別體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速率以及傳輸?shù)木嚯x不一方面。P57，表2-5xDSL的特征：（1）與話音工作在不同頻段；（2）在一定距離范圍內(nèi)提供比較高的數(shù)據(jù)速率；（3）性能可能受環(huán)境影響。xDSL的優(yōu)點(diǎn)：花費(fèi)少；速率高；可靈活提供多種類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

292.6

寬帶接入技術(shù)-ADSL技術(shù)

什么是ADSLADSL是英文AsymmetricalDigitalSubscriberLoop（非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路）的英文縮寫，ADSL技術(shù)是運(yùn)行在原有普通電話線上的一種新的高速寬帶技術(shù)，它利用現(xiàn)有的一對(duì)電話銅線，為用戶提供上、下行非對(duì)稱的傳輸速率（帶寬）。P57。ADSL的非對(duì)稱主要體現(xiàn)在上行速率（32K-最高640Kbps）和下行速率（32K-最高6.4Mdps）的非對(duì)稱性上（有的資料對(duì)速率傳輸說法不一樣）。ADSL的結(jié)構(gòu)：DSL接入復(fù)用器、用戶線和用戶家中的設(shè)施。

302.6

寬帶接入技術(shù)-ADSL技術(shù)

客戶端ADSL的配置示意圖（參考教材P58圖2-20）

注意上圖中濾波器的作用，主要為了分離語音和數(shù)據(jù)通信用。

312.6

寬帶接入技術(shù)-ADSL技術(shù)

ADSL實(shí)物設(shè)備

322.6

寬帶接入技術(shù)-ADSL技術(shù)

ADSL實(shí)物設(shè)備

332.6

寬帶接入技術(shù)-ADSL技術(shù)