CH2-5ed 物理層(修改)

1、計算機網絡（第 5 版）第 2 章 物理層第 2 章 物理層2.1 物理層的基本概念2.2 數據通信的基礎知識2.2.1 數據通信系統(tǒng)的模型2.2.2 有關信道的幾個基本概念2.2.3 信道的極限容量2.2.4 信道的極限信息傳輸速率2.3 物理層下面的傳輸媒體2.3.1 導向傳輸媒體2.3.2 非導向傳輸媒體第 2 章 物理層（續(xù)）2.4 信道復用技術 2.4.1 頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用 2.4.2 波分復用 2.4.3 碼分復用2.5 數字傳輸系統(tǒng)2.6 寬帶接入技術 2.6.1 xDSL技術 2.6.2 光纖同軸混合網（HFC 網） 2.6.3 FTTx 技術2.1 物理層的基

2、本概念 物理層的主要任務描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： n機械特性 指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等等。n電氣特性 指明在接口電纜的各條線上出現的電壓的范圍。n功能特性 指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。n過程特性 指明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。 2.2 數據通信的基礎知識2.2.1 數據通信系統(tǒng)的模型1.簡單通信系統(tǒng)簡單通信系統(tǒng)PCPCPCPC傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)網卡網卡網卡網卡COM源站 發(fā)送器 傳輸系統(tǒng) 接收器 目的站 例1：例2：模型：2.網絡通信系統(tǒng)：不同的網絡連接形式決網絡通信系統(tǒng)：不同的網絡連接形式決定不同的類型定不

3、同的類型傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數據發(fā)送的信號接收的信號輸出數據源點終點發(fā)送器接收器調制解調器PC 機公用電話網調制解調器數字比特流數字比特流模擬信號模擬信號 輸入漢字顯示漢字數據通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC 機 一般認為數據通信系統(tǒng)由數據終端設備一般認為數據通信系統(tǒng)由數據終端設備DTEDTE、數據電路、數據電路終結設備終結設備DCEDCE以及傳輸信道三部分組成，如下圖所示：以及傳輸信道三部分組成，如下圖所示： 傳輸控制器通信控制器中央處理機傳輸信道DTEDTEDCEDCE數據電路數據鏈路接口接口數據輸入輸出設備數據電路終結設備數據電路終結設備3.幾個術語n數據數據(data)(da

4、ta)是預先約定的、具有某種含義是預先約定的、具有某種含義的任何一個數字或一個字母的任何一個數字或一個字母( (符號符號) )以及它們的以及它們的組合。例如組合。例如, ,約定用數字約定用數字“06”06”表示確認信息表示確認信息（ACKACK）, ,數字數字“15”15”表示否認信息（表示否認信息（NAKNAK）。這）。這里里, ,數字數字“06”06”和和“15”15”就是數據就是數據, ,是運送消息是運送消息的實體。的實體。n碼元碼元(code)在使用時間域（或簡稱為時域）在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的基本波形

5、。基本波形。信號信號 把消息轉換成適合于信道傳輸的物理量，就是把消息轉換成適合于信道傳輸的物理量，就是信號。通信中的信號有電信號和光信號兩種。信號。通信中的信號有電信號和光信號兩種。 模擬信號模擬信號是指信號的某一參量可以取無窮多個值，并且與原始消息是指信號的某一參量可以取無窮多個值，并且與原始消息直接對應的信號，如話音信號及其按照抽樣定理所得的直接對應的信號，如話音信號及其按照抽樣定理所得的PAMPAM樣值信號等；樣值信號等； 數字信號是指信號的某一參量只能取有限多個值，且與數字信號是指信號的某一參量只能取有限多個值，且與原始消息不直接對應的信號，如計算機終端輸出的二進制原始消息不直接對應的

6、信號，如計算機終端輸出的二進制信號及其經過信號及其經過PSKPSK、FSKFSK等調制方式調制后所得的信號等等調制方式調制后所得的信號等 按照通信系統(tǒng)中的傳輸信號的不同，可分為模擬通信按照通信系統(tǒng)中的傳輸信號的不同，可分為模擬通信和數字通信兩大類，和模擬通信相比數字通信更具優(yōu)越性。和數字通信兩大類，和模擬通信相比數字通信更具優(yōu)越性。 2.2.2 有關信號的幾個基本概念1.通信方式.半雙工傳輸 半雙工通信時數據可以雙向傳輸，但不能同時進行。.單工傳輸 單工通信只允許數據按指定的一個方向傳輸。.全雙工傳輸 雙工通信方式允許在兩個方向上同時傳輸數據。2.基帶(baseband)信號和帶通(band

7、pass)信號 n基帶信號（即基本頻帶信號）來自信源的信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數據信號都屬于基帶信號。n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頻分量或直流分量。因此必須對基帶信號進行調制(modulation)。 n帶通信號把基帶信號經過載波調制后，把信號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內能夠通過信道）。 幾種最基本的調制方法 n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頻分量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對基帶信號進行調制(modulation)。 n最基本的二元制

8、調制方法有以下幾種：n調幅(AM)：載波的振幅隨基帶數字信號而變化。 n調頻(FM)：載波的頻率隨基帶數字信號而變化。n調相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數字信號而變化。 對基帶數字信號的幾種調制方法 010011100基帶信號調幅調頻調相信號的絕對帶寬和有效帶寬信號的絕對帶寬和有效帶寬信號帶寬：是指信號的頻譜寬度；信號帶寬：是指信號的頻譜寬度；絕對帶寬：指信號本身固有的帶寬；絕對帶寬：指信號本身固有的帶寬；)5(2sin(51)3(2sin(31)2sin()(tftfftts即是：即是：例如：例如：+.+.sin11)(kkts（k k為奇數）為奇數）(2kft)(2kft)3.3.數據

9、傳輸速率與通信系統(tǒng)帶寬數據傳輸速率與通信系統(tǒng)帶寬設備有效帶寬：一個絕對帶寬為設備有效帶寬：一個絕對帶寬為的信號，在通過一個有的信號，在通過一個有 限帶寬的傳輸設備、介質時，所能通過的限帶寬的傳輸設備、介質時，所能通過的 最高頻率與最低頻率之差；最高頻率與最低頻率之差；信號有效帶寬：包含絕大多數信號能量的頻帶寬度；信號有效帶寬：包含絕大多數信號能量的頻帶寬度；例：若一個通信網帶寬為例：若一個通信網帶寬為4MH4MHZ Z ，傳輸信號為方波，當，傳輸信號為方波，當 基波頻率為基波頻率為f f0 01 MH1 MHZ Z 時，試請問數據的傳輸速率時，試請問數據的傳輸速率 是多少呢？是多少呢？理論證明

10、：在信道帶寬一定情況下，數據傳輸速率越高，理論證明：在信道帶寬一定情況下，數據傳輸速率越高，頻率頻率f0f0越大，則信道通過的諧波數越少，信號的失真程度越大，則信道通過的諧波數越少，信號的失真程度越大，直到信號無法被正確識別。越大，直到信號無法被正確識別。理論證明：在信道帶寬一定的情況下，數據傳輸速率越高，理論證明：在信道帶寬一定的情況下，數據傳輸速率越高，頻率頻率f0越大，則信道通過的諧波數越少，信號失真程度越大，越大，則信道通過的諧波數越少，信號失真程度越大，直到信號無法被正確識別。直到信號無法被正確識別。結論：在系統(tǒng)最大容錯能力一定的條件下，可增加帶寬和結論：在系統(tǒng)最大容錯能力一定的條件

11、下，可增加帶寬和提高基本頻率來提高數據的傳輸速率。提高基本頻率來提高數據的傳輸速率。思考題：某通信系統(tǒng)的帶寬為思考題：某通信系統(tǒng)的帶寬為16MHz，傳輸信號為方波信號，傳輸信號為方波信號，其基波頻率其基波頻率f0為為2MHz，請計算它的數據的傳輸速率？當，請計算它的數據的傳輸速率？當f0為為4MHz時的速率又是多少？其系統(tǒng)的最大容錯能力為時的速率又是多少？其系統(tǒng)的最大容錯能力為)5(2sin(51)3(2sin(31)2sin()(tftfftts)5(2sin(51)3(2sin(31)2sin()(tftfftts4.數據傳輸與處理數據傳輸與處理 數據從源站到目的站的傳輸過程中，必須要考慮

12、以下幾數據從源站到目的站的傳輸過程中，必須要考慮以下幾個問題：個問題：v 數據的特性；數據的特性；v 用于傳輸數據的實際物理手段；用于傳輸數據的實際物理手段；v 在傳輸過程中如何保證數據的正確性。在傳輸過程中如何保證數據的正確性。 包括兩類：包括兩類： 模擬數據：音頻、視頻數據模擬數據：音頻、視頻數據 數字數據：由數字數據：由0 0 、1 1 序列構成的數據序列構成的數據（1 1）、語音數據：）、語音數據：電話系統(tǒng)：電話系統(tǒng)：3003003400Hz3400Hz 采樣頻率：采樣頻率：8000Hz8000Hz 量化系數：量化系數：8bit8bit 數據速率：數據速率：64Kbps64KbpsdB

13、dB34003400700700400400語音語音聲音聲音HZ（2 2）、視頻數據）、視頻數據 基本屬性：空間分辨率：基本屬性：空間分辨率：768768576 640576 640480480 色彩分辨率：色彩分辨率：24bit24bit 時間分辨率：時間分辨率：25Fbps 30Fbps25Fbps 30Fbps（3 3）、數字數據：）、數字數據： 由由0 0、1 1構成的數字序列，應進行一定的編碼才構成的數字序列，應進行一定的編碼才能有效地進行通信。能有效地進行通信。數字數據編碼非歸零編碼（非歸零編碼（NRZ，Non-Return to Zero） 曼徹斯特編碼（曼徹斯特編碼（Manch

14、ester） 差分曼徹斯特編碼（差分曼徹斯特編碼（Differential ManchesterDifferential Manchester）編碼規(guī)則nNRZ:NRZ:使用兩個不同的電平值來代表兩個二進制使用兩個不同的電平值來代表兩個二進制數字，通常規(guī)定，用低電平表示邏輯數字，通常規(guī)定，用低電平表示邏輯“0”0”，用，用高電平表示邏輯高電平表示邏輯“1”1”；nMachesterMachester：每一比特的周期：每一比特的周期T T分為前分為前T/2T/2和后和后T/2T/2，前，前T/2T/2傳輸該比特的反碼，后傳輸該比特的反碼，后T/2T/2傳輸該比傳輸該比特的原碼；特的原碼；nDif

15、fer MachesterDiffer Machester：若碼元為：若碼元為0 0，則其前半個碼，則其前半個碼元的電平與前一個碼元的后半個碼元電平相同，元的電平與前一個碼元的后半個碼元電平相同，若碼元為若碼元為1 1，則其前半個碼元的電平與前一個碼，則其前半個碼元的電平與前一個碼元的后半個碼元電平相反，無論碼元是元的后半個碼元電平相反，無論碼元是0 0或或1 1，在碼元的中間時刻一定要有一次電平跳變。在碼元的中間時刻一定要有一次電平跳變。三種編碼波形0 01 11 10 01 1NRZNRZManchesterManchesterDifferentialDifferentialManches

16、terManchester5. Analog Data Analog SignalAnalog Data Analog SignalDigital Data Digital SignalDigital Data Digital Signal可以有四種數據傳輸形式，可以有四種數據傳輸形式，也就形成了四類傳輸系統(tǒng)也就形成了四類傳輸系統(tǒng)（1 1）、模擬數據以模擬信號方式傳輸）、模擬數據以模擬信號方式傳輸例如：目前的廣播、電視通信系統(tǒng)。例如：目前的廣播、電視通信系統(tǒng)。 AudioAudio數據數據 直接以直接以AudioAudio信號傳輸信號傳輸 調制編碼后傳輸：調制編碼后傳輸：（2 2）、模擬數據以

17、數字信號方式傳輸）、模擬數據以數字信號方式傳輸 例如：聲例如：聲 卡卡 模擬語音模擬語音PCMPCM數字數據數字數據數字信號數字信號 視頻卡視頻卡 模擬視頻模擬視頻采集編碼采集編碼數字化數字化數字信數字信號號 Analog Data Analog Data Digital Signal Digital Signal（3 3）、數字數據以模擬信號方式傳輸）、數字數據以模擬信號方式傳輸（4 4）、數字數據以數字信號方式傳輸）、數字數據以數字信號方式傳輸 編碼轉換成比特流即可。編碼轉換成比特流即可。PCPCMODEMMODEMPCPCMODEMMODEMPSTNPSTN* * * 遠程傳輸：遠程傳輸

18、： 模擬信號：模擬信號： 放大器放大器(Amplifier)(Amplifier) 數字信號：數字信號： 中繼器（中繼器（RepeaterRepeater）n 主要有三種：主要有三種：。 規(guī)則介質：規(guī)則介質： 線性；（雙絞線，同軸電纜，光纖）線性；（雙絞線，同軸電纜，光纖）不規(guī)則介質：非線性；（空氣）不規(guī)則介質：非線性；（空氣）解決辦法：模擬信號解決辦法：模擬信號放大器；放大器； 數字信號數字信號中繼器；中繼器；1 1）、衰減：指信號強度隨傳輸距離的增加而減弱。）、衰減：指信號強度隨傳輸距離的增加而減弱。 任何傳輸介質都存在衰減問題任何傳輸介質都存在衰減問題 。（2 2）、延遲失真：因不同頻率

19、的信號在同一介質中傳）、延遲失真：因不同頻率的信號在同一介質中傳 輸速率的不同而引起的。輸速率的不同而引起的。 HzHzmsmsHzHz對模擬信號：可以不考慮；對模擬信號：可以不考慮；對數字信號：碼間干擾；對數字信號：碼間干擾；延遲均衡器延遲均衡器msms計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室（3 3）、噪聲：凡引入的無用信號，均稱為噪聲。）、噪聲：凡引入的無用信號，均稱為噪聲。 主要有主要有四種：四種： 熱噪聲：傳輸設備、介質中的電子做布朗運動熱噪聲：傳輸設備、介質中的電子做布朗運動 所產生的噪聲。所產生的噪聲。 任何絕對零度以上的系統(tǒng)都有熱噪聲；任何絕對零度以上的系統(tǒng)都有熱噪聲；

20、熱噪聲是均勻分布的；熱噪聲是均勻分布的；難以被克服；難以被克服；熱噪聲的功率密度：熱噪聲的功率密度：；T T：KelvinKelvin溫度；溫度；K:Boltzmanns=1.3803K:Boltzmanns=1.3803101023 23 J/KJ/K在在WHzWHz帶寬內（不考慮信號頻率帶寬內（不考慮信號頻率f f）：）：；（上限）；（上限） 計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室 交調噪聲：多個不同頻率的信號共存于同一介質或交調噪聲：多個不同頻率的信號共存于同一介質或 信道時信號之間相互調制所產生的噪聲；信道時信號之間相互調制所產生的噪聲；f1f1、f2f2、f3f3f1 f1

21、 f2f2f1 f1 f2f2f1 f1 f2f2如果如果f3f3相互影響相互影響 串擾：信號之間的有害耦合；串擾：信號之間的有害耦合；雙絞線：雙絞線：計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室 脈沖噪聲；脈沖噪聲； 來源：雷電、電磁干擾、設計上的不合理；來源：雷電、電磁干擾、設計上的不合理； 特點：持續(xù)時間短、幅度大且不連續(xù)；特點：持續(xù)時間短、幅度大且不連續(xù)； 對模擬信號影響較??；對模擬信號影響較?。?對數字信號影響較大；對數字信號影響較大；0.01s0.01s模擬模擬如果：數字信號速率：如果：數字信號速率：64Kbps64Kbps則有：則有：640bit640bit錯誤錯誤計算機專業(yè)

22、教研室計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室7. 數據通信系統(tǒng)的質量指標數據通信系統(tǒng)的質量指標 所謂質量指標是指用來衡量一個通信系統(tǒng)性能優(yōu)劣的所謂質量指標是指用來衡量一個通信系統(tǒng)性能優(yōu)劣的技術指標，對于數據通信系統(tǒng)，其質量指標有很多種，例技術指標，對于數據通信系統(tǒng)，其質量指標有很多種，例如：如：， 標準性標準性:用來衡量描述系統(tǒng)結構、接口、協(xié)議等的標準用來衡量描述系統(tǒng)結構、接口、協(xié)議等的標準化程度化程度 經濟性經濟性:用來描述系統(tǒng)的性能價格比用來描述系統(tǒng)的性能價格比 可維護性可維護性:用來描述系統(tǒng)故障處理與系統(tǒng)維護的復雜程用來描述系統(tǒng)故障處理與系統(tǒng)維護的復雜程度度 可用度可用度:用來描述系統(tǒng)正常工作

23、能力的高低用來描述系統(tǒng)正常工作能力的高低 本節(jié)主要從數據傳輸的角度出發(fā)來討論系統(tǒng)有效性和可靠本節(jié)主要從數據傳輸的角度出發(fā)來討論系統(tǒng)有效性和可靠性性 有效性是指給定信道內傳輸信息的多少，有效性是指給定信道內傳輸信息的多少， 常通過傳輸速率、頻帶利用率來描述；常通過傳輸速率、頻帶利用率來描述； 可靠性是指給定信道內傳輸信息的準確程度，可靠性是指給定信道內傳輸信息的準確程度， 常通過誤碼率、誤比特率等來描述。常通過誤碼率、誤比特率等來描述。1.1.碼元速率（碼元速率（RB） 碼元速率是指給定信道內單位時間傳輸碼元的多少。碼元速率是指給定信道內單位時間傳輸碼元的多少。 其單位是波特其單位是波特(Bau

24、d)。 等概條件下每個碼元包含的信息量相等，例如此時等概條件下每個碼元包含的信息量相等，例如此時M M進制進制的每個碼元包含的信息量為的每個碼元包含的信息量為Log2M 碼元是指進制數的取值狀態(tài)。碼元是指進制數的取值狀態(tài)。 如如: :二進制有二進制有“0,1”0,1”兩個碼元；兩個碼元； 四進制有四進制有“0,1,2,3”0,1,2,3”四個碼元；四個碼元； 任意的任意的M進制有進制有“0,10,1, ,M-1”共共M個碼元。個碼元。7.1 數據通信系統(tǒng)有效性數據通信系統(tǒng)有效性 若碼元的寬度為若碼元的寬度為Tb，則，則RB=1/Tb。 在數字調制系統(tǒng)中，在數字調制系統(tǒng)中，Tb正好是載波狀態(tài)的變

25、化周期，正好是載波狀態(tài)的變化周期， 所以又稱所以又稱RB為調制速率為調制速率2.2.信息速率（信息速率（Rb） 信息速率是指給定信道內單位時間傳輸信息的多少信息速率是指給定信道內單位時間傳輸信息的多少, ,單單位是比特位是比特/ /秒（秒（bit/s）, ,信息速率又稱為傳信率。信息速率又稱為傳信率。 對于對于M進制，各碼元等概出現時有進制，各碼元等概出現時有 Rb=RBlog2 M 若各碼元不等概出現則若各碼元不等概出現則 Rb=RBH 其中其中H為平均信息量。為平均信息量。信息速率與碼元速率有如下關系：信息速率與碼元速率有如下關系：3. 3. 頻帶利用率頻帶利用率 頻帶利用率是指單位頻帶內

26、實現的傳輸速率，單位為頻帶利用率是指單位頻帶內實現的傳輸速率，單位為Baud/Hz，或者，或者bit/s. Hz，這主要取決于用哪種速率來計算。，這主要取決于用哪種速率來計算。 其中其中B為系統(tǒng)帶寬，單位為為系統(tǒng)帶寬，單位為Hz。HzBaudBRrB/HzsbitBRrb./ 或 7.2 數據通信系統(tǒng)可靠性數據通信系統(tǒng)可靠性其中其中nb表示系統(tǒng)傳輸的總比特數，表示系統(tǒng)傳輸的總比特數，nbe表示傳輸出錯的比特表示傳輸出錯的比特數目，也即誤比特率是指錯誤比特在傳輸的總比特數目中數目，也即誤比特率是指錯誤比特在傳輸的總比特數目中所占的比率。所占的比率。其中其中n表示系統(tǒng)傳輸的總碼元數，表示系統(tǒng)傳輸的

27、總碼元數，ne表示傳輸出錯的碼元數表示傳輸出錯的碼元數目，也即誤碼率是指錯誤碼元在總碼元數目中所占的比率。目，也即誤碼率是指錯誤碼元在總碼元數目中所占的比率。1.1.誤碼率誤碼率Pe)(nnnPee2.2.誤比特率誤比特率Pb)(bbebbnnnP2.2.3 信道的極限容量 n任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產生各種失真以及帶來多種干擾。 n碼元傳輸的速率越高，或信號傳輸的距離越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。 數字信號通過實際的信道 n有失真，但可識別n失真大，無法識別 實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號波形接收信號波形發(fā)送信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪

28、聲、干擾和失真）接收信號波形(1) 信道能夠通過的頻率范圍n1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推導出了著名的奈氏準則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串擾，碼元的傳輸速率的上限值。n在任何信道中，碼元傳輸的速率是有上限的，否則就會出現碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。n如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現碼間串擾。 計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室奈奎斯特（奈奎斯特（NyquistNyquist）準則）準則 ： 在帶寬為在帶寬為B B的信道中，能夠傳輸的最大波特率為的信道中，能夠傳輸

29、的最大波特率為2B,2B,因此，因此，無噪聲無噪聲的數字信道的容量為：的數字信道的容量為： 例：一數字信道的帶寬為：例：一數字信道的帶寬為：5MHz5MHz，若傳輸二進制編，若傳輸二進制編碼的數字信號，則：信道的最大數據傳輸速率是多碼的數字信號，則：信道的最大數據傳輸速率是多少？少？(2) 信噪比 n香農(Shannon)用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。n信道的極限信息傳輸速率 C 可表達為n C = W log2(1+S/N) b/s nW 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；nS 為信道內所傳信號的平均功率；nN 為信道內部的高斯噪聲功率。

30、 例：基于例：基于MODEMMODEM的電話通信網絡，電話語音的電話通信網絡，電話語音頻譜：頻譜：3003003400H3400HZ Z，典型的信噪比：，典型的信噪比：30dB30dB，求最大數據速率是多少？求最大數據速率是多少？sKbitNSBC/30)10001 (log3100)1 (log22計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室香農公式表明 n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。 n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實現無差錯的傳輸。 n若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當然實際信道不可能是這樣的），則信道

31、的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。n實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農的極限傳輸速率低不少。 請注意 n對于頻帶寬度已確定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且碼元傳輸速率也達到了上限值，那么還有辦法提高信息的傳輸速率。這就是用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。 2.3 物理層下面的傳輸媒體物理層下面的傳輸媒體2.3.1 導向傳輸媒體導向傳輸媒體1、傳輸介質的特性：、傳輸介質的特性： 網絡帶寬：傳輸介質所能承受的網絡帶寬網絡帶寬：傳輸介質所能承受的網絡帶寬 物理特性：對傳輸介質物理結構的描述物理特性：對傳輸介質物理結構的描述 傳輸特征：包括頻率特性和適用范圍等。傳輸特征：包括

32、頻率特性和適用范圍等。 傳輸損耗：傳輸介質中傳輸過程中的損耗。傳輸損耗：傳輸介質中傳輸過程中的損耗。 連通特性：允許點連通特性：允許點- -點或多點連接。點或多點連接。 地理范圍：傳輸介質的最大傳輸距離。地理范圍：傳輸介質的最大傳輸距離。 抗干擾性：防止噪聲與電磁干擾對數據傳輸影響的抗干擾性：防止噪聲與電磁干擾對數據傳輸影響的能力。能力。 相對價格：包括器件、安裝與維護費用。相對價格：包括器件、安裝與維護費用。2.雙絞線n 也稱雙扭線，由兩、四、八根也稱雙扭線，由兩、四、八根相互絕緣的相互絕緣的銅導線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法兩兩絞合起銅導線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法兩兩絞合起來就構成

33、了雙絞線。來就構成了雙絞線。 非屏蔽雙絞線（非屏蔽雙絞線（UTPUTP） 屏蔽雙絞線（屏蔽雙絞線（STPSTP） UTP3UTP3 (16M) (16M)UTP4UTP4 (20M) (20M)UTP5UTP5 (100M) (100M)語音級語音級數據級數據級三類線：絞距大，串擾大；三類線：絞距大，串擾大；五類線：絞距小，串擾??；五類線：絞距小，串擾??；絞距絞距電話系統(tǒng)：一對；電話系統(tǒng)：一對； RJ11RJ11網絡系統(tǒng)：四對；網絡系統(tǒng)：四對； RJ45RJ451122334455667788PCPCPCPC交叉交叉HUBHUB平行平行思考：如何利用雙絞線做網線？思考：如何利用雙絞線做網線？常

34、用的同軸電纜有下述幾種（無線電波管制級別常用的同軸電纜有下述幾種（無線電波管制級別RGRG）：）： RG-8 RG-8和和RG-11RG-11，通常用來實現粗纜，通常用來實現粗纜Ethernet Ethernet （7575） RG-58 RG-58，通常用來實現細纜，通常用來實現細纜EthernetEthernet。（。（5050） RG-75 RG-75，通常用來實現電視傳輸，也可用于寬帶數據，通常用來實現電視傳輸，也可用于寬帶數據網絡。（網絡。（ 7575 ）計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室計算機專業(yè)教研室 細纜：細纜：5050同軸電纜，是為數據通信傳送基帶數字信同軸電纜，是為數據通信傳

35、送基帶數字信號，故又稱為基帶同軸電纜。號，故又稱為基帶同軸電纜。T 型頭 網卡的 BNC接口端接器端接器 粗纜：相對于細纜而言，它的帶寬更大，常用來傳輸粗纜：相對于細纜而言，它的帶寬更大，常用來傳輸頻分復用的寬帶信號頻分復用的寬帶信號 ，因此也稱為寬帶同軸電纜，因此也稱為寬帶同軸電纜 。MAUAUI8cm8cm光纖易折斷；光纖易折斷；彎折處光信號有損失；彎折處光信號有損失；2.3.2 非導向傳輸媒體非導向傳輸媒體 n無線傳輸以空氣作為傳輸介質無線傳輸以空氣作為傳輸介質 n地面微波接力通信n衛(wèi)星通信 1.1.微波的頻率范圍為微波的頻率范圍為300MH300MHZ Z300GH300GHZ Z，但

36、主要是使用，但主要是使用2 240GH40GHZ Z的頻率范圍。微波在空間是的頻率范圍。微波在空間是直線直線傳播的。傳播的。 d:d:天線之間的距離（天線之間的距離（KmKm）；）；h h：天線高度（：天線高度（m m）；）；K K：調節(jié)系數，與地理表面情況有關，經驗值：調節(jié)系數，與地理表面情況有關，經驗值K K4/34/3；由于地面微波傳輸距離較小，一般為由于地面微波傳輸距離較小，一般為50Km50Km，如果需要進，如果需要進行遠距離傳輸，則需要微波中繼站；行遠距離傳輸，則需要微波中繼站；NEC PASOLINK系列系列：無人值守的微波中繼站；：無人值守的微波中繼站； 為了使衛(wèi)星與地面站始終

37、保持在可視范圍內，需為了使衛(wèi)星與地面站始終保持在可視范圍內，需要采用同步衛(wèi)星（位于赤道上空要采用同步衛(wèi)星（位于赤道上空35784Km35784Km的軌道上）；的軌道上）； 兩個使用相同頻帶的衛(wèi)星，如果離的很近，它們兩個使用相同頻帶的衛(wèi)星，如果離的很近，它們會相互干擾，故要求：會相互干擾，故要求：4 46GHz 46GHz 4121214GHz 314GHz 317-29GHz 17-29GHz 試用試用 每一顆衛(wèi)星分別使用兩個波段分別用于發(fā)送和接收；每一顆衛(wèi)星分別使用兩個波段分別用于發(fā)送和接收；uplinkuplinkdownlinkdownlink波波 段段Uplink（GHz）downli

38、nk （GHz）C3.74.25.9256.425Ku11.71.214.00014.500Ka17.721.027.50031.000共享信道2.4 信道復用技術2.4.1 頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用 n復用(multiplexing)是通信技術中的基本概念。 信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復用分用(a) 不使用復用技術(b) 使用復用技術解決鏈路利用率解決鏈路利用率; ;1 1、概述、概述v概念：多個信號共享同一傳輸介質的技術；概念：多個信號共享同一傳輸介質的技術；v原理：原理： 一條高速物理通道 個信源 多路分用器多路復用器個輸出 NN個邏輯通道 N2

39、、頻分多路復用技術、頻分多路復用技術 （1）概念）概念復用器 分用器 S3 S1 S2 頻段 1 或邏輯信道 1 保護頻帶 頻段 2 或邏輯信道 2 頻段 3 或邏輯信道 3 保護頻帶 n用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。n頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數據的發(fā)送速率）。 （2）原理）原理 | | | | 信道 1 | | | | 信道 2 | | | | 信道 3 300 3100 60 64 68 72 頻率(Hz) 頻率(Hz) (a) (b) | | | | 60 64 68 72 頻率(Hz) (c

40、) 信道 1 信道 2 信道 3 （3）應用實例）應用實例-12路載波電話系統(tǒng)路載波電話系統(tǒng)載波發(fā)生器載波發(fā)生器低通低通調制調制帶通帶通低通低通調制調制帶通帶通低通低通調制調制帶通帶通1212調制調制FDM60kHz64kHz108kHz3.3.時分復用時分復用TDMTDMn時分復用則是將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TDM 幀）。每一個時分復用的用戶在每一個 TDM 幀中占用固定序號的時隙。n每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現（其周期就是 TDM 幀的長度）。nTDM 信號也稱為等時(isochronous)信號。n時分復用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。t時隙時隙時間片時

41、間片復復用用器器分分用用器器12N12N12NTDM幀幀12N原理原理BufferBufferBuffer12NBufferBufferBuffer12N同步同步電話電話PCM速率速率（3）應用實例）應用實例-電話程控數字通信系統(tǒng)電話程控數字通信系統(tǒng)主要有：主要有：T1 / E1兩大類系統(tǒng)。兩大類系統(tǒng)。011631125S同步同步控制控制信令信令控制控制E1幀幀E1接口速率：接口速率：3280008 = 2.048Mbps每一路電話信道速率：每一路電話信道速率： 80008 = 64Kbps基群速率，基群速率，Router的的E1接口（接口（ DDN ）速率）速率時分復用 頻率時間B C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時分復用 頻率時間C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時分復用 頻率時間BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時分復用 頻率時間B CB CB CAAAA B CDDDDD 在