計算機網(wǎng)絡(luò)教程高傳善第二章

1、第二章第二章 物理層物理層 l數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論 l傳輸技術(shù)傳輸技術(shù) l物理傳輸媒體物理傳輸媒體 l物理層接口標(biāo)準(zhǔn)舉例物理層接口標(biāo)準(zhǔn)舉例 2.1 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論n通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型 n帶寬與傅里葉分析帶寬與傅里葉分析 n信道的最大數(shù)據(jù)速率信道的最大數(shù)據(jù)速率 2.1.12.1.1通信系統(tǒng)模型信源信源噪聲噪聲信道信道 反變換器反變換器信宿信宿變換器變換器Modem (Modulator 和和 Demodulator) 調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器Codec ( Coder 和和 Decoder) 編碼解碼器編碼解碼器源系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)

2、2.1.12.1.1通信系統(tǒng)模型(續(xù))u單工單工(simplex) 通信通信 一端只發(fā)送，而另一端只接收一端只發(fā)送，而另一端只接收 。u雙工雙工(duplex) 通信通信 此時信源與信宿合為一體，變換器與反變換此時信源與信宿合為一體，變換器與反變換器也合為一體器也合為一體 。又分全雙工又分全雙工(full duplex) 和半雙工和半雙工(half duplex) 2.1.12.1.1通信系統(tǒng)模型(續(xù))u模擬信號模擬信號 例電話線（信道）上傳送的按照話音強弱幅例電話線（信道）上傳送的按照話音強弱幅度連續(xù)變化的電波就是一種連續(xù)變化的電信號。度連續(xù)變化的電波就是一種連續(xù)變化的電信號。 u數(shù)字信號數(shù)

3、字信號 計算機產(chǎn)生的電信號則是電脈沖序列串，每計算機產(chǎn)生的電信號則是電脈沖序列串，每一瞬間的電壓取值只可能是離散的有限個，比如一瞬間的電壓取值只可能是離散的有限個，比如說是說是+3v或或0v兩種不同的值兩種不同的值 。按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可以相應(yīng)地把信道分為兩類：字信號，可以相應(yīng)地把信道分為兩類：模擬模擬信道和數(shù)字信道信道和數(shù)字信道 2.1.2 2.1.2 帶寬與傅立葉分析將數(shù)字信號不經(jīng)調(diào)制直接放到模擬信道將數(shù)字信號不經(jīng)調(diào)制直接放到模擬信道上進行傳輸，會引起信號的失真（上進行傳輸，會引起信號的失真（distortion，又譯為畸變）又譯為畸變

4、） 任何實際的模擬信道所能傳輸?shù)男盘柕娜魏螌嶋H的模擬信道所能傳輸?shù)男盘柕念l率都有一定的范圍，稱之為該信道通頻率都有一定的范圍，稱之為該信道通頻帶的寬度或稱為帶寬（頻帶的寬度或稱為帶寬（bandwidth）。注意：注意：這一術(shù)語也可以用來表示容量，這時單這一術(shù)語也可以用來表示容量，這時單位是比特每秒。位是比特每秒。2.1.2 2.1.2 帶寬與傅立葉分析(續(xù))信道的帶寬是由傳輸媒體和有關(guān)的附加信道的帶寬是由傳輸媒體和有關(guān)的附加設(shè)備與電路的頻率特性綜合決定的。設(shè)備與電路的頻率特性綜合決定的。 一個低通信道，若對于從一個低通信道，若對于從0到某個截止頻到某個截止頻率率fc的信號通過時振幅不會衰減或衰

5、減很的信號通過時振幅不會衰減或衰減很小，而超過此截止頻率的信號通過時就會小，而超過此截止頻率的信號通過時就會大大衰減，則此信道的帶寬為大大衰減，則此信道的帶寬為fc Hz。 2.1.2 2.1.2 帶寬與傅立葉分析(續(xù))有失真，但可識別失真大，無法識別 實際的信道實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號波形發(fā)送信號波形接收信號波形接收信號波形發(fā)送信號波形發(fā)送信號波形實際的信道實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號波形接收信號波形2.1.2 2.1.2 帶寬與傅立葉分析(續(xù))傅立葉分析11)2cos()2sin

6、(21)(nnnnnftbnftactgTdttgTc0)(2TndtnfttgTa0)2sin()(2TndtnfttgTb0)2cos()(2nkT/2n k 0 )2sin()2sin( 0當(dāng)當(dāng)Tdtnftkft基波頻率f=1/T2.1.2 2.1.2 帶寬與傅立葉分析(續(xù)) 以傳輸ASCII字符“b”為例,被傳輸?shù)奈荒Ｊ绞恰?1100010”,則g(t)可表示為:)7()6()3()()(tttttg4387868382)()()()(2)7()6()3()(2 )(2)(878683800 TTTTTTTTTdttdttdttdttTdtttttTdttgTcTTTTTTTTTT2.

7、1.2 2.1.2 帶寬與傅立葉分析(續(xù)) )46sin()47sin()4sin()43sin(1)47cos()46cos()43cos()4cos(122nnnnnbaAnnnnnbnnnnnaAn (振幅)的平方與對應(yīng)頻率處傳輸?shù)哪芰砍烧取?.1.2 2.1.2 帶寬與傅立葉分析(續(xù))信道帶寬和數(shù)字信號失真的關(guān)系信道帶寬和數(shù)字信號失真的關(guān)系信道的帶寬越信道的帶寬越寬，則它傳輸寬，則它傳輸數(shù)字信號時失數(shù)字信號時失真越小。反真越小。反之，若信道的之，若信道的帶寬是固定帶寬是固定的，則用它來的，則用它來直接傳輸數(shù)字直接傳輸數(shù)字信號的數(shù)據(jù)速信號的數(shù)據(jù)速率越高則失真率越高則失真越大。越大。 2

8、.1.3 2.1.3 信道的最大數(shù)據(jù)速率信道的最大數(shù)據(jù)速率 1. 奈奎斯特定理奈奎斯特定理 1924年奈奎斯(H.Nyquist)特推導(dǎo)出一個有限帶寬無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率公式： C = 2Hlog2L (b/s) 其中：H-信道帶寬， L-該信號包含的狀態(tài)數(shù) C-最大數(shù)據(jù)傳輸速率給出了在假定的理想條件下，為了避免碼給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。2.1.3 2.1.3 信道的最大數(shù)據(jù)速率信道的最大數(shù)據(jù)速率(續(xù))C=2Hlog2L =2*6kHz*log24 =24kb/s例：如果一個理想低通信道帶寬為例：如果一個理想低

9、通信道帶寬為6kHz，并并通過通過4個電平的數(shù)字信號，則在無噪聲的情個電平的數(shù)字信號，則在無噪聲的情況下，信道的容量為：況下，信道的容量為：2.1.3 2.1.3 信道的最大數(shù)據(jù)速率信道的最大數(shù)據(jù)速率(續(xù)) 2. 香農(nóng)定理香農(nóng)定理 1948年香農(nóng)香農(nóng)(C.Shannon)進一步研究了受噪聲（服進一步研究了受噪聲（服從高斯分布）干擾的信道的情況，給出了香農(nóng)公從高斯分布）干擾的信道的情況，給出了香農(nóng)公式式： C = Hlog2(1+S/N) (b/s) 其中：H-信道帶寬， C-最大數(shù)據(jù)傳輸速率 S/N信號功率和噪聲功率的比值 由于S/N比較大，故用10lg(S/N)分貝(dB)來計量2.1.3

10、2.1.3 信道的最大數(shù)據(jù)速率信道的最大數(shù)據(jù)速率(續(xù))C=4000*log2(1+1030/10) =4k*log2100140kb/s例：信噪比為例：信噪比為30dB，帶寬為帶寬為4000Hz的隨的隨機噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為：機噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為：2.1.3 2.1.3 信道的最大數(shù)據(jù)速率信道的最大數(shù)據(jù)速率(續(xù))波特率波特率( (又稱調(diào)制速率或碼元速率又稱調(diào)制速率或碼元速率)是單位時間內(nèi)調(diào)制信號波形的變換次數(shù)。 B = 1/T B = 1/T 單位是單位是波特波特(BaudBaud)比特率比特率( (又稱數(shù)據(jù)傳輸速率或信道容量又稱數(shù)據(jù)傳輸速率或信道容量) )是指單位時間傳送的

11、比特數(shù)，表示單位時間內(nèi)通過信道的信息量。 單位是單位是比特比特/秒秒( (b/s或或bps) 如果一個信號有如果一個信號有L個狀態(tài)，每個波形持續(xù)時間為個狀態(tài)，每個波形持續(xù)時間為T(s)，比特率比特率C為：為： LBTLC22log/)(log3.3.波特率和比特率波特率和比特率2.2 傳輸技術(shù)n模擬傳輸與數(shù)字傳輸模擬傳輸與數(shù)字傳輸 n數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)n脈碼調(diào)制技術(shù)脈碼調(diào)制技術(shù)n多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)n數(shù)字信號編碼技術(shù)數(shù)字信號編碼技術(shù) 2.2.1 2.2.1 模擬傳輸與數(shù)字傳輸模擬傳輸與數(shù)字傳輸 模擬傳輸是一種不考慮其內(nèi)容的模擬信號模擬傳輸是一種不考慮其內(nèi)容的模擬信號傳輸方式。傳輸方式

12、。在傳輸過程中，信號由于噪聲的干擾和能量的在傳輸過程中，信號由于噪聲的干擾和能量的損失總會發(fā)生畸變和衰減。損失總會發(fā)生畸變和衰減。 放大器放大器 多級放大器多級放大器數(shù)字傳輸則不一樣，關(guān)心的是信號的內(nèi)容數(shù)字傳輸則不一樣，關(guān)心的是信號的內(nèi)容0和和1變化模式的數(shù)據(jù)就可以采用。變化模式的數(shù)據(jù)就可以采用。方波脈沖式的數(shù)字信號會衰減方波脈沖式的數(shù)字信號會衰減,也會更容易發(fā)也會更容易發(fā)生畸變生畸變 轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater) ：再生器：再生器(regenerator) 2.2.1 2.2.1 模擬傳輸與數(shù)字傳輸模擬傳輸與數(shù)字傳輸(續(xù)續(xù))在長距離通信中，數(shù)字傳輸技術(shù)逐步取在長距離通信中，數(shù)字傳輸技術(shù)逐

13、步取代模擬傳輸技術(shù)已是一種必然的趨勢。代模擬傳輸技術(shù)已是一種必然的趨勢。但是，在如局域網(wǎng)這種近距離的通信中，但是，在如局域網(wǎng)這種近距離的通信中，由于衰減和畸變不太嚴重，甚至于不必經(jīng)由于衰減和畸變不太嚴重，甚至于不必經(jīng)過放大器中繼，模擬傳輸技術(shù)仍有一席之過放大器中繼，模擬傳輸技術(shù)仍有一席之地。地。2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)通信系統(tǒng)中通信系統(tǒng)中基帶信號基帶信號：由信源產(chǎn)生的原始電信號：由信源產(chǎn)生的原始電信號基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因

14、此必須對基帶信號進頻分量或直流分量。因此必須對基帶信號進行行調(diào)制調(diào)制(modulation)在調(diào)制過程中基帶信號又稱在調(diào)制過程中基帶信號又稱調(diào)制信號調(diào)制信號調(diào)制的過程就是按調(diào)制信號（基帶信號）的調(diào)制的過程就是按調(diào)制信號（基帶信號）的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程 2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù)續(xù))調(diào)制的方法分兩大類調(diào)制的方法分兩大類正弦型高頻信號作為載波的正弦型高頻信號作為載波的正弦波調(diào)制正弦波調(diào)制 *模擬調(diào)制：調(diào)制信號為連續(xù)型的正弦波調(diào)制模擬調(diào)制：調(diào)制信號為連續(xù)型的正弦波調(diào)制 *數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制 ：調(diào)制信號為數(shù)字型的正弦波調(diào)制：調(diào)制信號

15、為數(shù)字型的正弦波調(diào)制 用脈沖串作為載波的用脈沖串作為載波的脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制 2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù)續(xù)) 正弦振蕩的載波可用正弦振蕩的載波可用A sin(2nft+)來表示，來表示，使其幅度使其幅度A、頻率、頻率f或相位或相位隨基帶信號變化隨基帶信號變化而變化，就可在載波上進行調(diào)制了。而變化，就可在載波上進行調(diào)制了。幅度調(diào)制幅度調(diào)制 頻率調(diào)制頻率調(diào)制 相位調(diào)制相位調(diào)制 混合調(diào)制混合調(diào)制 2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù)續(xù))1.1.幅度調(diào)制幅度調(diào)制( (Amplitude Modulation)Amplitude Modulation) 10111

16、0幅度調(diào)制技術(shù)簡單，實現(xiàn)容易，但抗干擾能幅度調(diào)制技術(shù)簡單，實現(xiàn)容易，但抗干擾能力差，傳輸速率低。力差，傳輸速率低。 0binary 01binary )2sin()(ftAts2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù)續(xù))2.2.頻率調(diào)制頻率調(diào)制( (Frequency Modulation)Frequency Modulation) 101110頻率調(diào)制頻率調(diào)制抗干擾能力優(yōu)于調(diào)幅抗干擾能力優(yōu)于調(diào)幅，但頻帶利用率，但頻帶利用率不高，不高，也只在傳輸較低速率的數(shù)字信號時得也只在傳輸較低速率的數(shù)字信號時得到廣泛應(yīng)用到廣泛應(yīng)用。0binary )2sin(1binary )2sin()(2

17、1tfAtfAts2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù)續(xù))在音頻在音頻3003000 Hz的范圍內(nèi)一分為二。的范圍內(nèi)一分為二。圖中每對頻率周圍的陰圖中每對頻率周圍的陰影區(qū)表示每個方向已調(diào)影區(qū)表示每個方向已調(diào)信號的實際帶寬。陰影信號的實際帶寬。陰影部分重疊極少，也就意部分重疊極少，也就意味著相互干擾很小味著相互干擾很小貝爾公司的貝爾公司的108系列調(diào)系列調(diào)頻方式的調(diào)制解調(diào)器頻方式的調(diào)制解調(diào)器2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù)續(xù))3.3.相位調(diào)制相位調(diào)制(Phase Modulation)相位調(diào)制技術(shù)具有較優(yōu)的抗噪聲性能和頻率利相位調(diào)制技術(shù)具有較優(yōu)的抗噪聲性能和頻

18、率利用率，在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中廣泛應(yīng)用。用率，在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中廣泛應(yīng)用。 1011100多相調(diào)制多相調(diào)制 二相二相 四相四相 八相八相 0binary )2sin(1binary )2sin()(ftAftAts2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù)續(xù))4.混合調(diào)制混合調(diào)制8相相2電平電平 各種調(diào)制方式可適當(dāng)?shù)亟M合使用。最常用的各種調(diào)制方式可適當(dāng)?shù)亟M合使用。最常用的有調(diào)相與調(diào)幅的結(jié)合，正交調(diào)制有調(diào)相與調(diào)幅的結(jié)合，正交調(diào)制QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 就是調(diào)相和調(diào)幅組合就是調(diào)相和調(diào)幅組合2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技

19、術(shù)(續(xù)續(xù))(b) V.32 for 9600 bps.(c) V.32 bis for 14,400 bps.2.2.2 2.2.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)(續(xù)續(xù))在數(shù)據(jù)通信中調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相常相應(yīng)地在數(shù)據(jù)通信中調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相常相應(yīng)地稱為：稱為：幅移鍵控幅移鍵控ASK(Amplitude Shift Keying)頻移鍵控頻移鍵控FSK(Frequency Shift Keying)相移鍵控相移鍵控PSK(Phase Shift Keying) 2.2.3 2.2.3 脈碼調(diào)制技術(shù)脈碼調(diào)制技術(shù) 在發(fā)送端將模擬信號變換為數(shù)字信號的在發(fā)送端將模擬信號變換為數(shù)字信號的裝置稱為編碼器（裝置稱為編碼

20、器（Coder），而在接收端），而在接收端將收到的數(shù)字信號復(fù)原成模擬信號的裝置將收到的數(shù)字信號復(fù)原成模擬信號的裝置則稱為解碼器則稱為解碼器(Decoder)。既能編碼又能解。既能編碼又能解碼的裝置，即編碼解碼器（碼的裝置，即編碼解碼器（Codec）。）。將模擬信號變換為數(shù)字信號的常用方法將模擬信號變換為數(shù)字信號的常用方法是脈碼調(diào)制是脈碼調(diào)制PCM(Pulse Code Modulation)。脈碼調(diào)制的過程由取樣、量化和編碼三步脈碼調(diào)制的過程由取樣、量化和編碼三步構(gòu)成。構(gòu)成。 2.2.3 2.2.3 脈碼調(diào)制技術(shù)脈碼調(diào)制技術(shù) (續(xù)續(xù))n脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制 PCM 體制最初是為了在電話局之間的中體

21、制最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話。繼線上傳送多路的電話。n由于歷史上的原因，由于歷史上的原因，PCM 有兩個互不兼容的國際有兩個互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的標(biāo)準(zhǔn)，即北美的 24 路路 PCM（簡稱為（簡稱為 T1）和歐洲）和歐洲的的 30 路路 PCM（簡稱為（簡稱為 E1）。我國采用的是歐洲）。我國采用的是歐洲的的 E1 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。nE1 的速率是的速率是 2.048 Mb/s，而，而 T1 的速率是的速率是 1.544 Mb/s。n當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時，可采用復(fù)用的方法。當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時，可采用復(fù)用的方法。 2.2.3 2.2.3 脈碼調(diào)制技術(shù)脈碼調(diào)制技術(shù) (續(xù)續(xù)

22、)取樣取樣按一定的時間間隔采樣測量模擬信號幅值按一定的時間間隔采樣測量模擬信號幅值若模擬信號的帶寬是若模擬信號的帶寬是H Hz,則取樣頻率達到則取樣頻率達到2H就足以捕獲可恢復(fù)原有模擬信號的信息就足以捕獲可恢復(fù)原有模擬信號的信息量化量化將取樣點處測得的信號幅值分級取整的過程將取樣點處測得的信號幅值分級取整的過程將信號的最大可能幅值等分為若干級將信號的最大可能幅值等分為若干級(2n級級)，把測得的幅值按此分級舍入取整到一個正整數(shù)。把測得的幅值按此分級舍入取整到一個正整數(shù)。編碼編碼將量化后的整數(shù)值用二進制數(shù)來表示將量化后的整數(shù)值用二進制數(shù)來表示2.2.3 2.2.3 脈碼調(diào)制技術(shù)脈碼調(diào)制技術(shù) (續(xù)

23、續(xù))左圖是左圖是4 kHz的音頻模的音頻模擬信號，故擬信號，故125 s取樣取樣一次。一次。量化時按最大幅值等量化時按最大幅值等分為分為16級來進行，其級來進行，其量化誤差小于等于最量化誤差小于等于最大幅值的大幅值的1/32。量化后的整數(shù)用量化后的整數(shù)用4位二位二進制來編碼，故得到進制來編碼，故得到的脈碼為：的脈碼為：0010 1000 1111 1100 0101 0011 0100 01012.2.3 2.2.3 脈碼調(diào)制技術(shù)脈碼調(diào)制技術(shù) (續(xù)續(xù))差分脈碼調(diào)制差分脈碼調(diào)制DPCM(Differential Pulse DPCM(Differential Pulse Code Modulat

24、ion)Code Modulation)輸出不是數(shù)字化的幅度本身，而是當(dāng)前值輸出不是數(shù)字化的幅度本身，而是當(dāng)前值和前一個值之差。和前一個值之差。這種壓縮方法的一種變形只考慮每個取樣這種壓縮方法的一種變形只考慮每個取樣值是大于或是小于前一個值。值是大于或是小于前一個值。2.2.3 2.2.3 脈碼調(diào)制技術(shù)脈碼調(diào)制技術(shù) (續(xù)續(xù))增量調(diào)制增量調(diào)制( (Delta Modulation)Delta Modulation)用用0或或1就可以分別表示新的取樣值是大于或是就可以分別表示新的取樣值是大于或是小于前一個取樣值，這樣只需傳送一個比特。小于前一個取樣值，這樣只需傳送一個比特。這個技術(shù)假設(shè)兩個相鄰取樣

25、值間的變化是小的，這個技術(shù)假設(shè)兩個相鄰取樣值間的變化是小的，如果信號變化太快，增量編碼將遇到麻煩。如果信號變化太快，增量編碼將遇到麻煩。2.2.3 2.2.3 脈碼調(diào)制技術(shù)脈碼調(diào)制技術(shù) (續(xù)續(xù))預(yù)測性編碼預(yù)測性編碼( (Predictive Encoding)Predictive Encoding)改進是從前面的幾個值預(yù)測將要到來的下一個改進是從前面的幾個值預(yù)測將要到來的下一個值，然后對實際信號值和預(yù)測值間的差進行量值，然后對實際信號值和預(yù)測值間的差進行量化和編碼?；途幋a。發(fā)送器和接收器必須使用同樣的預(yù)測算法。發(fā)送器和接收器必須使用同樣的預(yù)測算法。它縮短了編碼數(shù)字的長度，因而減少了需要發(fā)它縮

26、短了編碼數(shù)字的長度，因而減少了需要發(fā)送的比特數(shù)。送的比特數(shù)。一般說來，越是復(fù)雜的編碼方法實現(xiàn)起來一般說來，越是復(fù)雜的編碼方法實現(xiàn)起來也就更困難，編碼解碼器的價格也就更貴也就更困難，編碼解碼器的價格也就更貴 2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù)頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用 把多路信號在單一的傳輸線路和用單把多路信號在單一的傳輸線路和用單一的傳輸設(shè)備來進行傳輸?shù)募夹g(shù)。一的傳輸設(shè)備來進行傳輸?shù)募夹g(shù)。2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))1.1. 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 （FDMFDMFrequency Frequency Divisio

27、n MultiplexingDivision Multiplexing） 在物理信道能提供比單個原始信號寬得多的帶在物理信道能提供比單個原始信號寬得多的帶寬的情況下，我們就可將該物理信道的總帶寬寬的情況下，我們就可將該物理信道的總帶寬分割成若干個和傳輸?shù)膯蝹€信號帶寬相同（或分割成若干個和傳輸?shù)膯蝹€信號帶寬相同（或略為寬一點）的子信道傳輸一路信號略為寬一點）的子信道傳輸一路信號 。多路的原始信號在頻分復(fù)用前，首先要通過頻多路的原始信號在頻分復(fù)用前，首先要通過頻譜搬移技術(shù)，將各路信號的頻譜搬移到物理信譜搬移技術(shù)，將各路信號的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，這可以通過頻率調(diào)制時采道頻譜的不同段上，

28、這可以通過頻率調(diào)制時采用不同的載波來實現(xiàn)用不同的載波來實現(xiàn) 。2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))交換機交換機群群( (group) )：1212個個4 4kHzkHz音頻通道復(fù)用在帶寬為音頻通道復(fù)用在帶寬為4848KHzKHz的線路上。的線路上。超群超群( (super group) )：5 5個群復(fù)用在帶寬為個群復(fù)用在帶寬為240240KHzKHz的的線路上。線路上。主群主群( (master group) )：5 5個或個或1010個超群復(fù)用。個超群復(fù)用。2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))2.時分多路復(fù)用時分

29、多路復(fù)用 （TDMTDMTime Division Time Division MultiplexingMultiplexing）將一條物理的傳輸線路按時間分成若干時間片將一條物理的傳輸線路按時間分成若干時間片輪換地為多路信號所使用。輪換地為多路信號所使用。與與FDM區(qū)別：每一時間片由復(fù)用的一個信號區(qū)別：每一時間片由復(fù)用的一個信號占用，而占用，而FDM是同一時間同時發(fā)送各路信號。是同一時間同時發(fā)送各路信號。 性質(zhì)上：特別適合于數(shù)字信號的場合，可用一性質(zhì)上：特別適合于數(shù)字信號的場合，可用一組定時的時間選通門來執(zhí)行信號的復(fù)合與分離。組定時的時間選通門來執(zhí)行信號的復(fù)合與分離。2.2.4 2.2.4

30、多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))交換機交換機頻分多路復(fù)用中各路信號在微觀上是頻分多路復(fù)用中各路信號在微觀上是并行傳輸?shù)摹２⑿袀鬏數(shù)?。時分多路復(fù)用在微觀上是串行傳輸，時分多路復(fù)用在微觀上是串行傳輸，而在宏觀上是并行的。而在宏觀上是并行的。 2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))T1載波載波（北美）和（北美）和E1載波載波（歐洲）（歐洲）T1T1載波載波 ：每：每125125usus產(chǎn)生產(chǎn)生193193比特，構(gòu)成一幀。比特，構(gòu)成一幀。每樣本每信道7個數(shù)據(jù)位,1位信令信息總帶寬 = (7+1)*24+1 * 8000 = 1544000bps = 1.544Mbps2.2.4 2.2.4 多路

31、復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))T1T1線路線路 ：數(shù)據(jù)速率為：數(shù)據(jù)速率為1.5441.544Mb/sMb/s。T2T2線路線路 ：4 4條條T1T1線路復(fù)用，速率為線路復(fù)用，速率為6.3126.312Mb/sMb/s 。T3T3線路線路 ：7 7條條T2T2線路構(gòu)成線路構(gòu)成44.73644.736Mb/sMb/s的的T3T3線路。線路。E1E1載波載波 ：每：每125125usus產(chǎn)生產(chǎn)生256256比特比特(32(32個子信個子信道道) )，總的數(shù)據(jù)速率為，總的數(shù)據(jù)速率為2.0482.048Mb/sMb/s。2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))3.波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用 （WDMWD

32、MWave-length Wave-length Division MultiplexingDivision Multiplexing）波長與頻率有著一一對應(yīng)的關(guān)系，實質(zhì)上波長與頻率有著一一對應(yīng)的關(guān)系，實質(zhì)上波分多路復(fù)用就是在光信道上采用的一種頻分波分多路復(fù)用就是在光信道上采用的一種頻分多路復(fù)用的變種。多路復(fù)用的變種。 區(qū)別：區(qū)別：光復(fù)用采用的技術(shù)與設(shè)備不同于電復(fù)用。光復(fù)用采用的技術(shù)與設(shè)備不同于電復(fù)用。2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))4.碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用 （CDMCDMCode Code Division Multip

33、lexingDivision Multiplexing）通常被稱為碼分多址通常被稱為碼分多址CDMA（Code Division Multiple Access，又譯為碼分多路訪問，又譯為碼分多路訪問特點：有很強的抗干擾能力且隱蔽性好，主要特點：有很強的抗干擾能力且隱蔽性好，主要用于軍事通信，但現(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展己成為用于軍事通信，但現(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展己成為第三代民用移動通信的首選原型技術(shù)第三代民用移動通信的首選原型技術(shù) 2.2.4 2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) (續(xù)續(xù))CDMA原理：原理：給每個用戶分配一個唯一的給每個用戶分配一個唯一的m位代碼，稱為碼片序位代碼，稱為碼片序列列(chip s

34、equence) 傳輸位傳輸位“1”時就把碼片序列發(fā)送出去，傳輸位時就把碼片序列發(fā)送出去，傳輸位“0”時就把碼片序列的補碼發(fā)送出去時就把碼片序列的補碼發(fā)送出去特殊挑選：碼片應(yīng)相互具有正交性，從而使得不同特殊挑選：碼片應(yīng)相互具有正交性，從而使得不同的用戶可以在同一時間同一頻帶的公共信道上傳輸?shù)挠脩艨梢栽谕粫r間同一頻帶的公共信道上傳輸不同的信息不同的信息知道某一用戶的碼片序列的接收器可以從所有收到知道某一用戶的碼片序列的接收器可以從所有收到的信號中檢測到該用戶信息，并將其分離出來的信號中檢測到該用戶信息，并將其分離出來2.2.5 2.2.5 數(shù)字信號編碼技術(shù)1.曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼（Manc

35、hester Encoding）為了自帶位同步（或稱比特同步）信號而采用為了自帶位同步（或稱比特同步）信號而采用的一種編碼方法的一種編碼方法 。在曼徹斯特編碼中每個比特持續(xù)時間分為兩半，在曼徹斯特編碼中每個比特持續(xù)時間分為兩半，在發(fā)送比特在發(fā)送比特1時，前一半時間電平為高，而后時，前一半時間電平為高，而后一半時間電平為低；在發(fā)送比特一半時間電平為低；在發(fā)送比特0時則正好相時則正好相反。這樣，在每個比特持續(xù)時間的中間肯定有反。這樣，在每個比特持續(xù)時間的中間肯定有一次電平的跳變，接收方可以通過檢測該跳變一次電平的跳變，接收方可以通過檢測該跳變來保持與發(fā)送方的比特同步。來保持與發(fā)送方的比特同步。2.

36、2.5 2.2.5 數(shù)字信號編碼技術(shù)(續(xù))2.差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Encoding）是基本是基本曼徹斯特編碼的變形曼徹斯特編碼的變形。每位持續(xù)時間的中間仍然有電平跳變；用每位持續(xù)時間的中間仍然有電平跳變；用位持續(xù)時間的位持續(xù)時間的開始處開始處有無電平跳變來分別有無電平跳變來分別表示表示0或或1。2.2.5 2.2.5 數(shù)字信號編碼技術(shù)(續(xù))10101 01 0101011曼徹斯曼徹斯特碼特碼 差分曼徹差分曼徹斯特碼斯特碼 曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼已被曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼已被某些局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)采用某些局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)采用 。

37、缺點是在每比特的持續(xù)時間內(nèi)將可能出缺點是在每比特的持續(xù)時間內(nèi)將可能出現(xiàn)多達兩次跳變，編碼效率只有現(xiàn)多達兩次跳變，編碼效率只有50%。差分方法具有更好的抗干擾性，但設(shè)備差分方法具有更好的抗干擾性，但設(shè)備更復(fù)雜。更復(fù)雜。2.2.5 2.2.5 數(shù)字信號編碼技術(shù)(續(xù))3. 4B/5B編碼編碼： 實際上是用實際上是用5比特的碼組來編碼比特的碼組來編碼4比特的輸入數(shù)據(jù)。比特的輸入數(shù)據(jù)。特點：每個特點：每個5比特碼組中不含多于比特碼組中不含多于3個個“0”，或者，或者不會少于不會少于2個個“1”。具體將。具體將5比特碼組轉(zhuǎn)換成電信比特碼組轉(zhuǎn)換成電信號的波形采用了號的波形采用了NRZI（Non Return

38、 to Zero, Invert on ones）方式，即不歸零制。方式，即不歸零制。4B/5B的編碼效率已經(jīng)提高到的編碼效率已經(jīng)提高到80%。已廣泛使用于。已廣泛使用于100M b/s以太網(wǎng)和光纖分布式數(shù)據(jù)接口環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)和光纖分布式數(shù)據(jù)接口環(huán)網(wǎng)FDDI(Fiber Distributed Data Interface)中中2.2.5 2.2.5 數(shù)字信號編碼技術(shù)(續(xù))2.3 物理傳輸媒體物理傳輸媒體medium，在這里指的是通信中實際傳送信息，在這里指的是通信中實際傳送信息的物理載體，早期有的書中也譯為介質(zhì)的物理載體，早期有的書中也譯為介質(zhì) 計算機網(wǎng)絡(luò)中采用的物理傳輸媒體可分為導(dǎo)計算機網(wǎng)絡(luò)中

39、采用的物理傳輸媒體可分為導(dǎo)向向(guided) 和非導(dǎo)向和非導(dǎo)向(unguided)兩大類，俗稱兩大類，俗稱有線和無線有線和無線 雙絞線、同軸電纜和光纖是常用的三種導(dǎo)向媒體雙絞線、同軸電纜和光纖是常用的三種導(dǎo)向媒體 無線電通信、微波通信、紅外通信、激光通信以無線電通信、微波通信、紅外通信、激光通信以及衛(wèi)星傳送信息的載體都是屬于非導(dǎo)向媒體及衛(wèi)星傳送信息的載體都是屬于非導(dǎo)向媒體 （無（無形的，不占用空間形的，不占用空間 ，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為space free的媒體的媒體 ）2.3 物理傳輸媒體物理傳輸媒體( (續(xù)續(xù)) )n雙絞線雙絞線n同軸電纜同軸電纜n光纖光纖n無線電傳輸媒體無線電傳輸媒體n衛(wèi)星通

40、信2.3.1 2.3.1 雙絞線雙絞線雙絞線雙絞線(twisted pair)特點：特點：最經(jīng)常使用的物理媒體最經(jīng)常使用的物理媒體 相對于其它有線物理媒體（同軸電纜和光纖）相對于其它有線物理媒體（同軸電纜和光纖）來說，價格便宜也易于安裝與使用來說，價格便宜也易于安裝與使用 其性能一般也較差其性能一般也較差 （指它的傳輸距離、抗干（指它的傳輸距離、抗干擾性能和帶寬或數(shù)據(jù)速率而言擾性能和帶寬或數(shù)據(jù)速率而言 ）2.3.1 2.3.1 雙絞線雙絞線(續(xù)續(xù))屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線UTP (Unshielded Twisted

41、Pair) 2.3.1 2.3.1 雙絞線雙絞線(續(xù)續(xù))雙絞線的連接器也已標(biāo)準(zhǔn)化，最常用的雙絞線的連接器也已標(biāo)準(zhǔn)化，最常用的是是RJ11（Registered Jack） 和和RJ45(4 pairs)2.3.1 2.3.1 雙絞線雙絞線(續(xù)續(xù))雙絞線是分類雙絞線是分類(category) 的的:Category 3：支持：支持10Mbps，普通以太網(wǎng)，普通以太網(wǎng)Category 5 ：支持：支持100Mbps，快速以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)Category 5e(350 MHz)：即超：即超5類線，數(shù)據(jù)速率可類線，數(shù)據(jù)速率可達達1000 Mbps ，用于千兆以太網(wǎng)，用于千兆以太網(wǎng)(Gigabit E

42、thernet)現(xiàn)在已有更高性能的現(xiàn)在已有更高性能的6類非屏蔽雙絞線類非屏蔽雙絞線(UTP6) ，可用來支持千兆以太網(wǎng)可用來支持千兆以太網(wǎng)2.3.1 2.3.1 雙絞線雙絞線(續(xù)續(xù))雙絞線連接方式雙絞線連接方式:直通方式直通方式1：白橙：白橙2：橙：橙3：白綠：白綠4：藍：藍5：白藍：白藍6：綠：綠7：白棕：白棕8：棕：棕交叉方式交叉方式2.3.2 2.3.2 同軸電纜同軸電纜同軸電纜(coaxial cable) 基帶基帶(baseband)同軸電纜同軸電纜 用于數(shù)字信號的傳送用于數(shù)字信號的傳送 (50) 寬帶寬帶(broadband)同軸電纜同軸電纜 用于模擬信號的傳送用于模擬信號的傳送

43、(75) (CATV)2.3.2 2.3.2 同軸電纜(續(xù)續(xù))同軸電纜連接器同軸電纜連接器 同軸電纜與雙絞線比較，價格貴，但帶同軸電纜與雙絞線比較，價格貴，但帶寬、數(shù)據(jù)速率高、傳輸距離長和抗干寬、數(shù)據(jù)速率高、傳輸距離長和抗干擾能力強擾能力強。目前為高性能雙絞線所代替。目前為高性能雙絞線所代替。 2.3.3 2.3.3 光纖光纖是一根很細的可傳導(dǎo)光線的纖維媒體，其半光纖是一根很細的可傳導(dǎo)光線的纖維媒體，其半徑僅幾微米至一、二百微米。制造光纖的材料徑僅幾微米至一、二百微米。制造光纖的材料可以是超純硅、合成玻璃或塑料可以是超純硅、合成玻璃或塑料 2.3.3 2.3.3 光纖(續(xù)續(xù))光纖中光線從光源進

44、入光導(dǎo)體后有兩種傳輸方式光纖中光線從光源進入光導(dǎo)體后有兩種傳輸方式:多模多模（multimode）光纖：光線沿著光纖以多種角光纖：光線沿著光纖以多種角度不斷被包層反射而向前傳播度不斷被包層反射而向前傳播 。單模單模（single mode）光纖：光線主要沿著光纖的光纖：光線主要沿著光纖的軸心向前傳播軸心向前傳播 。單模光纖中由于減少了反射過程中光能量單模光纖中由于減少了反射過程中光能量被包層材料的吸收，損耗小，通常能傳輸更長的被包層材料的吸收，損耗小，通常能傳輸更長的距離和達到更高的數(shù)據(jù)速率。距離和達到更高的數(shù)據(jù)速率。單模光纖較多模光纖更細。單模光纖較多模光纖更細。 2.3.3 2.3.3 光

45、纖(續(xù)續(xù))光纖相對于雙絞線和同軸電纜等導(dǎo)媒體的優(yōu)點光纖相對于雙絞線和同軸電纜等導(dǎo)媒體的優(yōu)點 ：輕便輕便低衰減和大容量低衰減和大容量電磁隔離電磁隔離 光纖本身化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定光纖本身化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定適合于在遠距離的通信適合于在遠距離的通信連接不易，抽頭分支困難。對于距離不太大、配連接不易，抽頭分支困難。對于距離不太大、配置又經(jīng)常變動的局域網(wǎng)來說光纖還不會完全取代置又經(jīng)常變動的局域網(wǎng)來說光纖還不會完全取代金屬傳導(dǎo)媒體金屬傳導(dǎo)媒體 。2.3.3 2.3.3 光纖(續(xù)續(xù))從雙絞線開始，基帶同軸電纜、從雙絞線開始，基帶同軸電纜、寬帶同軸電纜、多模光纖直至單模光寬帶同軸電纜、多模光纖直至單模光纖，性能是由低至高、

46、價格也從廉到纖，性能是由低至高、價格也從廉到貴。貴。2.3.4 2.3.4 無線傳輸媒體1.1.無線電通信無線電通信(a)在在VLF,LF和和MF波段里，無線電波沿地表傳播波段里，無線電波沿地表傳播(b)在在HF波段，電波被電離層反射波段，電波被電離層反射在在HFHF和和VHFVHF波段可以進行長距離通信，波段可以進行長距離通信，發(fā)射功率發(fā)射功率不需太大，但抗干擾能力差不需太大，但抗干擾能力差。 2.3.4 2.3.4 無線傳輸媒體蜂窩式的無線電話網(wǎng)蜂窩式的無線電話網(wǎng)第二代：第二代：2G全球移動通信全球移動通信系統(tǒng)系統(tǒng)GSM(Global System for Mobil communicat

47、ion)二代半：二代半：2.5G碼分多址碼分多址CDMA (Code Division Multiple Access)或通用分組或通用分組無線電業(yè)務(wù)無線電業(yè)務(wù)GPRS (General Packet Radio Service)第三代：第三代：3G寬帶碼分多址寬帶碼分多址W-CDMA2.3.4 2.3.4 無線傳輸媒體(續(xù)續(xù))2.2.微波通信微波通信微波指利用微波指利用1GHz左左右的電磁波來進右的電磁波來進行通信。行通信。通信容量大，受外通信容量大，受外界干擾小，靈活界干擾小，靈活性好，投資相對性好，投資相對省，保密性差省，保密性差。 2.3.4 2.3.4 無線傳輸媒體(續(xù)續(xù))3.3.紅

48、外線紅外線4.4.激光傳輸激光傳輸無需申請頻無需申請頻率，具有定向的率，具有定向的特點，但對天氣特點，但對天氣比較敏感比較敏感。 價格便宜且制造容易，無需申請頻率，安全性較好，價格便宜且制造容易，無需申請頻率，安全性較好，不宜用于室外。不宜用于室外。2.3.5 2.3.5 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信1.1.衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信一種特殊的微波通信，一種特殊的微波通信，與一般地面微波通信的與一般地面微波通信的不同在于使用地球同步不同在于使用地球同步衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號。微波信號。2.3.5 2.3.5 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(續(xù)續(xù))通信衛(wèi)星和它們的一些特性，包括離地球的高度、上下往返的延時

49、間、為覆蓋整個地球所需的衛(wèi)星數(shù)。(Geostationary Earth Orbit)地球同步軌道(Medium-Earth Orbit)中間地球軌道(Low-Earth Orbit)低地球軌道2.3.5 2.3.5 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(續(xù)續(xù))主要的衛(wèi)星波段主要的衛(wèi)星波段C波段最早被用于商用通信衛(wèi)星，目前已相當(dāng)擁擠波段最早被用于商用通信衛(wèi)星，目前已相當(dāng)擁擠 Ku波段相對來說還不太擁擠，但這個波段的微波易被雨水吸收波段相對來說還不太擁擠，但這個波段的微波易被雨水吸收Ka波段也有類似波段也有類似Ku波段問題，且設(shè)備造價昂貴，政府和軍用波段問題，且設(shè)備造價昂貴，政府和軍用的通信衛(wèi)星一般使用這個波段的通

50、信衛(wèi)星一般使用這個波段 2.3.5 2.3.5 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(續(xù)續(xù))衛(wèi)星通信特點：衛(wèi)星通信特點：頻帶寬，容量大頻帶寬，容量大覆蓋范圍廣覆蓋范圍廣通信機動靈活通信機動靈活傳播損耗大，延遲時間長傳播損耗大，延遲時間長(270ms)保密性差保密性差2.3.5 2.3.5 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(續(xù)續(xù))衛(wèi)星通信的新發(fā)展衛(wèi)星通信的新發(fā)展 ：低成本的微型地面站低成本的微型地面站的出現(xiàn)，又稱甚小口徑的出現(xiàn)，又稱甚小口徑終端終端VSAT（Very Small Aperture Terminal）系統(tǒng)系統(tǒng) 2.3.5 2.3.5 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(續(xù)續(xù))低軌道衛(wèi)低軌道衛(wèi)星的銥星的銥（Iridium）計劃計劃采用發(fā)射數(shù)十顆低軌道衛(wèi)星的辦法，當(dāng)某一顆采用發(fā)射數(shù)十顆低軌道衛(wèi)星的辦法，當(dāng)某一顆衛(wèi)星移動超出地面某一固定點的視野時，保證衛(wèi)星移動超出地面某一固定點的視野時，保證有另一顆衛(wèi)星進入來代替它。有另一顆衛(wèi)星進入來代替它。(77-66)利用了蜂窩式無線網(wǎng)思想。利用了蜂窩式無線網(wǎng)思想。2.3.5 2.3.5 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(續(xù)