高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全講義

高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全1/103第二講物理層簡介主講教師：王雷2010年10月第一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全2/103上講內(nèi)容回顧：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變歷程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢OSI模型TCP/IP模型OSI與TCP/IP模型的區(qū)別第二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全3/103本講內(nèi)容提要：物理層的功能信息、數(shù)據(jù)與信號傳輸介質(zhì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)（廣域網(wǎng)）第三頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全4/103一.物理層的功能簡介

1.物理層的主要功能：利用傳輸介質(zhì)為通信的節(jié)點之間建立、管理與釋放物理連接；對信號進(jìn)行調(diào)制或轉(zhuǎn)換，使得用戶設(shè)備中的信號定義能與信道上實際傳送的信號相匹配，以便這些信號可以經(jīng)由物理線纜（例如：雙絞線、同軸電纜、光纖等）或是無線信道來進(jìn)行傳送；實現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)。第四頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全5/103一.物理層的功能簡介(Cont.)

2.物理層的主要目標(biāo)：物理層是OSI參考模型中的第一層，是整個開放系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它是唯一直接提供原始比特流傳輸?shù)膶印?/p>

物理層設(shè)計的目的：是為了保證當(dāng)發(fā)送方發(fā)送的信號為二進(jìn)制“1”時，接收方接收到的也是二進(jìn)制“1”，而不是二進(jìn)制“0”。第五頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全6/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

1.信息、數(shù)據(jù)與信號的基本概念信息（Information）是指對客觀事物的反映，可以是對物質(zhì)的形態(tài)、大小、結(jié)構(gòu)、性能等的描述，也可以是物質(zhì)與外部的聯(lián)系。信息的載體是數(shù)字、文字、語音、圖形、以及圖像等。計算機(jī)及其外圍設(shè)備所產(chǎn)生和交換的信息都是由二進(jìn)制代碼表示的字母、數(shù)字或控制符號的組合。第六頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全7/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)（Data）是指對客觀事物的符號表示。在計算機(jī)科學(xué)中，數(shù)據(jù)是指所有能輸入到計算機(jī)并被計算機(jī)程序所處理的符號的總稱，是用于輸入電子計算機(jī)進(jìn)行處理，具有一定意義的數(shù)字、字母、符號以及模擬量等的通稱。第七頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全8/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號信號（Signal）是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電信號的表示形式，數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號才能在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘栴愋筒煌?，信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩類。

第八頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全9/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

※模擬信號（AnalogSignal）：是指在時間或幅度上連續(xù)的信號，因此，通常又稱為連續(xù)信號。例如：電話通信中在用戶線上傳送的音頻信號，是用電流的頻率直接反映聲音的頻率，用電流的強(qiáng)弱直接反映聲音的分貝值，其幅度取值是隨著用戶聲音大小的連續(xù)變化而連續(xù)變化的，其波形為正弦波

。第九頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全10/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號※數(shù)字信號（DigitalSignal）：是指在時間上與幅度上都是離散的、不連續(xù)的信號，因此通常又稱為離散信號。例如：由計算機(jī)或終端等數(shù)字設(shè)備直接發(fā)出的二進(jìn)制信號，其幅度取值只有兩種，即“1”或“0”，分別用高（或低）電平或低（或高）電平表示，其波形為方波。第十頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全11/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號模擬信號波形圖數(shù)字信號波形圖第十一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全12/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

2.基帶、頻帶與寬帶傳輸信號每秒鐘變化的次數(shù)稱為頻率（Frequency），頻率的單位為赫茲（Hz）。信號包含的最高頻率與最低頻率之間的頻率范圍稱為頻帶（Band），不同的信號具有不同的頻帶。第十二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全13/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

2.基帶、頻帶與寬帶傳輸信源（模擬信源、數(shù)字信源）所發(fā)出的沒有經(jīng)過調(diào)制（頻譜搬移與變換）的原始電信號（無論是數(shù)字信號還是模擬信號）稱為基帶信號（BaseBandSignal），數(shù)字信號也被稱為數(shù)字基帶信號?；鶐盘査逃械念l帶，稱為基本頻帶，簡稱為基帶（BaseBand）。第十三頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全14/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（Cont.）在信道中直接傳送基帶信號的方式，稱為基帶傳輸（BaseBandTransmission）。在基帶傳輸中，整個信道只傳輸一種信號，因此，基帶傳輸?shù)男诺览寐屎艿?。由于在近距離范圍內(nèi)基帶信號的衰減不大，從而信號內(nèi)容不會發(fā)生變化。因此，在傳輸距離較近時，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常都采用基帶傳輸方式。第十四頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全15/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（Cont.）例如：從計算機(jī)到監(jiān)視器、打印機(jī)等外設(shè)的信號就是采用基帶傳輸?shù)摹Ａ硗?，大多?shù)的局域網(wǎng)，如：以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等，也都使用基帶傳輸，常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)10BaseT所使用的就是基帶信號?；鶐盘柕念l譜中由于含有豐富的低頻分量乃至直流（零頻）分量，例如：語音信號為300~3400Hz，圖像信號為0~6MHz，因此，出于抗干擾和提高數(shù)據(jù)傳輸率的考慮，基帶信號不適合用于遠(yuǎn)距離通信。第十五頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全16/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（Cont.）在遠(yuǎn)距離通信時，通常所采用的傳輸方式為頻帶傳輸（FrequencyBandTransmission），即：首先將基帶信號變換（調(diào)制）成便于在模擬信道中傳輸?shù)摹⒕哂休^高頻率范圍的模擬信號（稱為頻帶信號，F(xiàn)requencyBandSignal），然后再將這種頻帶信號在模擬信道中進(jìn)行傳輸。顯然，模擬信道不適用于直接傳輸頻帶很寬、但能量集中在低頻段的數(shù)字基帶信號。頻帶傳輸在傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端都需要設(shè)置調(diào)制解調(diào)器（Modem）。第十六頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全17/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號小知識：為什么在遠(yuǎn)距離通信時，要采用頻帶傳輸？即：為什么在遠(yuǎn)距離通信時，要將基帶信號變換（調(diào)制）成具有較高頻率范圍的頻帶信號，才便于在模擬信道中進(jìn)行傳輸？由電磁波速率＝電磁波波長*電磁波頻率可知，當(dāng)電磁波頻率越高時，電磁波波長越短，此時的電磁波由于波長短，能量大，因此能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。第十七頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全18/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（Cont.）相對一般說的頻帶傳輸而言，比音頻（4KHZ）還要寬的頻帶稱為寬帶（BroadBand）。使用這種寬頻帶傳輸?shù)南到y(tǒng)，稱為寬帶傳輸系統(tǒng)（BroadBandTransmissionSystem）。顯然，寬帶傳輸系統(tǒng)多是模擬信號傳輸系統(tǒng)，傳輸?shù)氖悄M信號。第十八頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全19/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

2.基帶、頻帶與寬帶傳輸（Cont.）與基帶傳輸相比，寬帶傳輸具有以下幾個方面的優(yōu)點：※能在一個信道中同時傳輸聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息，從而使得系統(tǒng)可具有多種用途?！粭l寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道，實現(xiàn)多路復(fù)用，因此，寬帶傳輸系統(tǒng)中信道的容量大大增加了。※寬帶（寬頻帶）傳輸?shù)木嚯x比基帶傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)。第十九頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全20/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

3.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般組成模型數(shù)據(jù)通信是指在不同的計算機(jī)之間傳送表示字符、數(shù)字、語音、圖像的二進(jìn)制代碼的過程。按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘栴愋筒煌?，?shù)據(jù)通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。其中，信道中傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，信道中傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)則稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。第二十頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全21/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

3.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般組成模型通信系統(tǒng)的一般組成模型如下圖所示：第二十一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全22/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

4.模擬通信系統(tǒng)的組成模型模擬通信系統(tǒng)的組成可由通信系統(tǒng)一般模型略加改變而成，主要完成了以下兩種重要變換：※連續(xù)消息到電信號相互變換；例如：把聲音轉(zhuǎn)換為電信號的麥克風(fēng)?！鶐盘枺M基帶信號）到調(diào)制信號（頻帶信號）的變換。第二十二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全23/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

4.模擬通信系統(tǒng)的組成模型為了完成基帶信號到頻帶信號的變換，如下圖所示，在模擬通信系統(tǒng)中需要將通信系統(tǒng)一般組成模型中的發(fā)送與接收設(shè)備分別用調(diào)制器、解調(diào)器來代替。第二十三頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全24/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類在數(shù)字通信系統(tǒng)中，若信源產(chǎn)生的是數(shù)字信號（例如：計算機(jī)或終端等數(shù)字設(shè)備直接發(fā)出的二進(jìn)制信號），而傳輸使用的是模擬信道（例如：公用電話線路等），則稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸通信系統(tǒng)。若信源產(chǎn)生的是數(shù)字信號，而傳輸使用的也是數(shù)字信道，則稱為數(shù)字信號的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。若信源產(chǎn)生的是模擬信號，而傳輸使用的是數(shù)字信道，則稱為模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。第二十四頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全25/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.）數(shù)字信號頻帶傳輸通信系統(tǒng)：數(shù)字信號頻帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示。第二十五頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全26/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.）數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)：數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示。第二十六頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全27/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.）模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)：模擬信號數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示。第二十七頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全28/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.）要實現(xiàn)模擬信號在數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)中的傳輸，必須在發(fā)送端將模擬信號數(shù)字化，即進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；在接收端需進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換，即數(shù)/模轉(zhuǎn)換。模擬信號的數(shù)字化需要三個步驟：抽樣、量化和編碼：第二十八頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全29/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.）※抽樣（Sampling）：是指用每隔一定時間的信號樣值序列來代替原來在時間上連續(xù)的模擬信號，也就是把在時間連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為在時間上離散，幅度上連續(xù)的模擬信號。第二十九頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全30/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.）※量化（Quantification）：是指用有限個幅度值來近似采樣得到的連續(xù)變化的幅度值，從而把模擬信號的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散幅度。第三十頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全31/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

5.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成模型與分類（Cont.）※編碼（Coding）：是指按照一定的規(guī)律，把量化后的幅度值用二進(jìn)制數(shù)字表示，然后轉(zhuǎn)換成二值或多值的數(shù)字信號流。這樣得到的數(shù)字信號，才可通過電纜、微波干線、衛(wèi)星通道等數(shù)字線路傳輸。由此可知，在基帶傳輸中，需要對數(shù)字信號進(jìn)行編碼來表示數(shù)據(jù)。第三十一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全32/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

6.數(shù)字通信的優(yōu)缺點數(shù)字通信的主要優(yōu)點如下：※抗干擾能力強(qiáng)：由于在數(shù)字通信中，傳輸?shù)男盘柗仁请x散的，以二進(jìn)制為例，信號的取值只有兩個，這樣接收端只需判別兩種狀態(tài)。※差錯可控：數(shù)字信號在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤（差錯），可通過糾錯編碼技術(shù)來控制，以提高傳輸?shù)目煽啃?。第三十二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全33/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

6.數(shù)字通信的優(yōu)缺點

※易加密：數(shù)字信號與模擬信號相比，它容易進(jìn)行加密和解密。因此，數(shù)字通信的保密性好?！子谂c現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合：由于計算機(jī)技術(shù)、數(shù)字存貯技術(shù)、數(shù)字交換技術(shù)以及數(shù)字處理技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展，許多設(shè)備、終端接口等產(chǎn)生的均是數(shù)字信號，因此，極易與數(shù)字通信系統(tǒng)相連接。第三十三頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全34/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號數(shù)字通信的主要缺點如下：※頻帶利用率不高：數(shù)字通信中，數(shù)字信號占用的頻帶寬，例如：以電話系統(tǒng)為例，一路模擬電話通常只占據(jù)4kHz帶寬，但一路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話可能要占據(jù)20-60kHz的帶寬。因此，在系統(tǒng)傳輸帶寬一定的前提之下，模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話5-15倍。

第三十四頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全35/103二.信息、數(shù)據(jù)與信號

※系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜：在數(shù)字通信中，為了準(zhǔn)確地恢復(fù)信號，接收端需要嚴(yán)格的同步系統(tǒng)，以保持接收端和發(fā)送端之間具有嚴(yán)格的節(jié)拍一致、編組一致。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)及其設(shè)備一般都比較復(fù)雜。不過，隨著新的寬帶傳輸信道（如光纖）的采用、以及窄帶調(diào)制技術(shù)與超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點目前已經(jīng)弱化。第三十五頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全36/103三.傳輸介質(zhì)

物理層的目的是將原始的位流從一臺機(jī)器傳輸?shù)搅硪慌_機(jī)器，有多種物理介質(zhì)可用于實際的傳輸過程。每一種傳輸介質(zhì)都有自己不同的特性，包括帶寬、延遲、造價等。按照物理形態(tài)的不同，傳輸介質(zhì)大致上可以分為有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸介質(zhì)兩種。第三十六頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全37/103三.傳輸介質(zhì)

1.有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)是指在兩個通信設(shè)備之間實現(xiàn)的物理連接部分，它能將信號從一方傳輸?shù)搅硪环?，有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜和光纖：第三十七頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全38/103三.傳輸介質(zhì)

※雙絞線（TwistedPair）：雙絞線是一種把兩條互相絕緣的銅導(dǎo)線紐絞起來而組成的通信線路，雙絞線的這種結(jié)構(gòu)既可減小流過電流所輻射的能量，也可防止來自其他通信線路上的信號的干涉。通常，雙絞線可分為屏蔽STP（ShieldedTwistedPair）和非屏蔽UTP（UnshieldedTwistedPair）的兩種，其中：非屏蔽雙絞線（UTP）定義了五種質(zhì)量類別，而在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的有以下三種：第三類（傳輸特性最高規(guī)定16MHz）

、第四類（20MHz）

、第五類非屏蔽雙絞線（155MHz）

。第三十八頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全39/103三.傳輸介質(zhì)

1.有線傳輸介質(zhì)※同軸電纜（CoaxialCable）：同軸電纜是一種由一對同軸導(dǎo)線所組成的通信線路。同軸電纜的頻帶寬，損耗小，具有比雙絞線更強(qiáng)的抗干擾能力和更好的傳輸性能。按特性阻抗值不同，同軸電纜主要包括75歐姆寬帶同軸電纜和50歐姆基帶同軸電纜兩種。在局域網(wǎng)中常用基帶電纜，其數(shù)據(jù)傳輸率為10Mb/s，主要用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。第三十九頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全40/103三.傳輸介質(zhì)※光纖（OpticalFiber）：在通信系統(tǒng)中，目前最為普遍使用的是石英系光纖，一般由纖芯（光的通路）、包層（多層反射玻璃，將光線反射到纖芯）、以及保護(hù)層組成。光纖常用于點到點的遠(yuǎn)距離傳輸。由于光纖在任何時候都只能單向傳輸，因此，實現(xiàn)雙向通信時光纖必須成對出現(xiàn)。第四十頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全41/103三.傳輸介質(zhì)

用光纖來傳輸電信號時，在發(fā)送端先要將其轉(zhuǎn)換成光信號，而在接收端則要由光檢波器還原成電信號。按光在光纖中的傳輸模式，光纖可分為單模光纖（SingleModeFiber）和多模光纖（MultiModeFiber）兩種。其中，“?！笔侵敢砸欢ń撬俣冗M(jìn)入到光纖之中的一束光。第四十一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全42/103三.傳輸介質(zhì)

2.無線傳輸介質(zhì)

無線傳輸介質(zhì)是指在兩個通信設(shè)備之間不使用任何物理連接，而是通過空間傳輸?shù)囊环N技術(shù)。無線傳輸介質(zhì)主要包括微波、紅外線和激光等。第四十二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全43/103三.傳輸介質(zhì)

※地面微波：微波的頻率范圍為300MHz-300GHz，在這個范圍內(nèi)，它在空中主要沿直線傳播，可經(jīng)電離反射到很遠(yuǎn)的地方。由于微波在空中是直線傳播，而地球表面是個曲面，因此傳輸距離受到限制。如果兩個站點間相距太遠(yuǎn)，由于地球本身會阻礙電磁波的傳輸，因此，需要通過微波中繼站的串聯(lián)使用來完成遠(yuǎn)程通信服務(wù)。第四十三頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全44/103三.傳輸介質(zhì)※衛(wèi)星微波：衛(wèi)星通信是微波通信與空間電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，衛(wèi)星通信系統(tǒng)由地球和衛(wèi)星站兩部分組成。衛(wèi)星在空中起著微波中繼站的作用，用于把地球站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地球站。衛(wèi)星首先從一個頻率（上行鏈）接收地面?zhèn)鬏攣淼男盘枺瑢⑵浞糯蠡蛟偕?，再從另一個頻率（下行）將信號發(fā)送到地面站。衛(wèi)星微波具有廣播性質(zhì)，但因為傳輸距離較遠(yuǎn)，因此，有1/4秒的傳輸延遲。第四十四頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全45/103三.傳輸介質(zhì)

※紅外傳輸：主要利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳輸媒介。由于紅外線的波長較短（750nm至1mm之間），因此，對障礙物的衍射能力差，只適合應(yīng)用在需要短距離（最多1-2米范圍內(nèi)）無線通訊的場合，進(jìn)行點對點的直線數(shù)據(jù)傳輸，紅外傳輸?shù)膫鬏斔俾首羁炜蛇_(dá)16Mbps。第四十五頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全46/103三.傳輸介質(zhì)

※激光傳輸：激光除了在光纖通信中可以作為光源外，還能用于在直線間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由于激光的聚焦性好，利用激光可以在很長的距離間進(jìn)行直線的數(shù)據(jù)傳輸，這對于連接兩棟無遮擋建筑物內(nèi)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或控制網(wǎng)絡(luò)是非常方便的，尤其對于只需暫時設(shè)置的連接更有優(yōu)勢。但是，由于激光不具有穿透性，對環(huán)境變化比較敏感，霧、雪和雨等大氣變化都會影響傳輸效果，因此，實際應(yīng)用中可能需要隨時對激光發(fā)射器和接收器進(jìn)行調(diào)整與維護(hù)。第四十六頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全47/103四.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信中，按每次傳送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)位數(shù)，通信方式可分為并行通信和串行通信。按照數(shù)據(jù)在線路上的傳輸方向，則其通信方式又可分為單工通信、半雙工通信與全雙工通信。第四十七頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全48/103四.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式1.串行與并行通信※并行通信（ParallelCommuca）：如下圖所示，在并行通信方式中一次同時傳送8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，因此，從發(fā)送端到接收端需要8根數(shù)據(jù)線。并行方式主要用于近距離通信，例如：在計算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信通常是以并行方式進(jìn)行的。并行方式的優(yōu)點是傳輸速度快，處理簡單。第四十八頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全49/103四.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式1.串行與并行通信※串行通信（SerialCommunication）：在串行通信方式中一次只傳送一位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，因此，從發(fā)送端到接收端只需要一根傳輸線。串行方式雖然傳輸率低，但適合于遠(yuǎn)距離傳輸，因此在網(wǎng)絡(luò)中普遍采用串行通信方式。第四十九頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全50/103四.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式2.單工通信、半雙工或全雙工通信※單工通信（SimplexCommunication）：單工通信方式只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個方向上傳輸，又稱為單向通信。例如：無線電廣播和電視廣播都是單工通信?！腚p工通信（HalfDuplexCommunication）：半雙工通信方式允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但在同一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，因此，半雙工通信實際上是一種可切換方向的單工通信，這種方式一般用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非主干線路中。第五十頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全51/103四.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式

※全雙工通信（DuplexCommunication）：全雙工通信方式允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，又稱為雙向同時通信，即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。例如：現(xiàn)代電話通信系統(tǒng)PSTN中采用的就是全雙工通信方式。這種通信方式主要用于計算機(jī)與計算機(jī)之間的通信。第五十一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全52/103四.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式3.同步與異步通信串行通信的數(shù)據(jù)是逐位傳送的，發(fā)送方發(fā)送的每一位都具有固定的時間間隔，這就要求接收方也要按照發(fā)送方同樣的時間間隔來接收每一位。按照串行數(shù)字的不同時鐘控制方式，串行通信又可分為同步通信和異步通信兩種方式。第五十二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全53/103四.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式※同步通信（SynchronousCommunication）：同步通信方式要求接收端時鐘頻率和發(fā)送端時鐘頻率一致。發(fā)送端發(fā)送連續(xù)的比特流?！惒酵ㄐ牛ˋsynchronousCommunication）：異步通信時不要求接收端時鐘和發(fā)送端時鐘同步。發(fā)送端發(fā)送完一個字節(jié)（長度為5至8位）后，可經(jīng)過任意長的時間間隔再發(fā)送下一個字節(jié)。第五十三頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全54/103五.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法

在基帶傳輸中，需要對數(shù)字信號進(jìn)行編碼來表示數(shù)據(jù)，其中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的編碼方式主要有非歸零碼NRZ、曼徹斯特（Manchester）編碼、和差分曼徹斯特（DifferenceManchester）編碼：第五十四頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全55/103五.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法※非歸零碼NRZ（NonReturnZero）：NRZ碼的編碼原理如下圖所示，其中：以低電平表示0，高電平表示1。NRZ碼的缺點：無法判斷一位的開始與結(jié)束，如：無法從持續(xù)的高電平中解析出1的個數(shù)，因此，為保證收發(fā)雙方的同步，還必須在發(fā)送NRZ碼的時候，用另一個信道同時傳送同步信號。第五十五頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全56/103五.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法※曼徹斯特（Manchester）編碼：曼徹斯特編碼又稱裂相碼、雙向碼，是一種用電平跳變來表示1或0的編碼方法，其編碼原理如下圖所示，每比特的周期T分為前T/2與后T/2兩部分，前T/2傳送該比特的反碼，后T/2傳送該比特的原碼，其中：低電平表示0，高電平表示1

。由于曼徹斯特碼在每個時鐘位都必須有一次變化，因此，其編碼的效率僅可達(dá)到50%左右。第五十六頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全57/103五.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法

曼徹斯特編碼方法主要具有以下的優(yōu)點：（1）每個比特的中間有一次電平跳變，兩次電平跳變的時間間隔可以是T/2或T；（2）利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號；（3）曼徹斯特編碼是一種自同步的編碼方式，即時鐘同步信號就隱藏在數(shù)據(jù)波形中。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，該跳變既可作為時鐘信號，又可作為數(shù)據(jù)信號。因此，發(fā)送曼徹斯特編碼信號時無需另發(fā)同步信號。第五十七頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全58/103五.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法

※差分曼徹斯特（DifferenceManchester）編碼：差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的一種改進(jìn)，雖然保留了曼徹斯特編碼作為“自含時鐘編碼”的優(yōu)點，其編碼原理如下圖所示，其中：每比特的中間跳變僅做同步之用；每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定，若一個比特開始處出現(xiàn)電平跳變表示傳輸二進(jìn)制0，而不發(fā)生跳變則表示傳輸二進(jìn)制1。第五十八頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全59/103五.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法

差分曼徹斯特編碼的主要優(yōu)點為：比曼切斯特編碼的電平跳變次數(shù)要少，因此，更適合與傳輸高速的信息，被廣泛用于寬帶高速網(wǎng)中。第五十九頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全60/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率1.常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位

數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一。數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上等于每秒鐘傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼的二進(jìn)制比特數(shù)，單位為比特/秒，記為bps或b/s，常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：Kbps、Mbps、Gbps與Tbps，其中：1Kbps=1×103bps；1Mbps=1×106bps；1Gbps=1×109bps；1Tbps=1×1012bps。第六十頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全61/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率2.信道、信號帶寬與信道帶寬

※信道（Channel）：是指信號傳輸?shù)奈锢硗ǖ馈！盘枎挘菏侵感盘栴l譜的寬度，即：信號的最高頻率分量與最低頻率分量之差，例如：一個由數(shù)個正弦波疊加成的方波信號，該信號的最低頻率分量為其基頻，假定為：f=2KHz，其最高頻率分量為其7次諧波頻率，即為：7f=7×2=14KHz，因此，該信號的帶寬為：7f-f=14-2=12KHz。

第六十一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全62/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率2.信道、信號帶寬與信道帶寬※信道帶寬：信道帶寬限定了允許通過該信道的信號下限頻率和上限頻率，即限定了一個頻率通帶。例如：一個信道允許的通帶為1.5KHz至15KHz，其帶寬為13.5KHz，由于2KHz>1.5KHz且14KHz<15KHz，因此，上面這個方波信號的所有頻率成分當(dāng)然能從該信道通過，如果不考慮衰減、時延以及噪聲等因素，通過此信道的該信號會毫不失真。只要最低頻率分量和最高頻率分量都在信道帶寬的頻率范圍內(nèi)的任意信號都能通過該信道。第六十二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全63/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率2.信道、信號帶寬與信道帶寬

※如果信號與信道帶寬相同且頻率范圍一致，信號能不損失頻率成分地通過信道。※如果帶寬相同但頻率范圍不一致時，該信號的頻率分量肯定不能完全通過該信道（此時，可以考慮通過頻譜搬移也就是調(diào)制來實現(xiàn)）。第六十三頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全64/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率2.信道、信號帶寬與信道帶寬

※如果帶寬不同且信號帶寬小于信道帶寬，同時，信號的所有頻率分量均包含在信道的通帶范圍內(nèi)，則信號能不損失頻率成分地通過?！绻麕挷煌倚盘枎挻笥谛诺缼挘瑫r，集中信號大部分能量的主要頻率分量包含在信道的通帶范圍內(nèi)，通過信道的信號會損失部分頻率成分，但仍可能被識別，正如數(shù)字信號的基帶傳輸和語音信號在電話信道傳輸那樣。第六十四頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全65/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率2.信道、信號帶寬與信道帶寬

※如果帶寬不同且信號帶寬大于信道帶寬，同時，集中信號相當(dāng)多能量的頻率分量不在信道的通帶范圍內(nèi)，這些信號頻率成分將被濾除，信號失真甚至嚴(yán)重畸變。※不管帶寬是否相同，如果信號的所有頻率分量都不在信道的通帶范圍內(nèi)，則信號將無法通過。

第六十五頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全66/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率2.信道、信號帶寬與信道帶寬※不管帶寬是否相同，如果信號頻譜與信道通帶交錯，且只有部分頻率分量通過，則信號將會失真。

例如：以電話信道為例，假定其頻率范圍從300~3300Hz，即：信道帶寬為3kHz，而語音信號頻譜則一般為100Hz~7KHz的范圍。則電話信道將語音信號頻譜掐頭去尾。由于語音信號的主要能量集中在中心的一些頻率分量附近，因此，通過電話信道傳輸?shù)恼Z音信號雖有失真，但仍能分辨。第六十六頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全67/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率3.奈奎斯特準(zhǔn)則與香農(nóng)定律在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，人們總是以“帶寬”來表示信道的數(shù)據(jù)傳輸速率，“帶寬”與“速率”幾乎成了同義詞。

信道帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系可以奈奎斯特（Nyquist）準(zhǔn)則與香農(nóng)（Shanon）定律描述。

第六十七頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全68/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率3.奈奎斯特準(zhǔn)則與香農(nóng)定律

※奈奎斯特準(zhǔn)則：二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號的最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與通信信道帶寬H（單位Hz）的關(guān)系為Rmax=2H×log2V，其中V表示不同碼元的個數(shù)。※香農(nóng)定理：在有隨機(jī)熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號時，數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與信道帶寬H，信噪比S/N的關(guān)系為Rmax=H×log2（1+S/N），其中S/N為信噪比，10×lgS/N的值為分貝。第六十八頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全69/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率3.奈奎斯特準(zhǔn)則與香農(nóng)定律

※奈奎斯特定理描述了有限帶寬、無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率與信道帶寬的關(guān)系。

香農(nóng)定理描述了有限帶寬、有隨機(jī)熱噪聲信道的最大傳輸速率與信道帶寬、信噪比間的關(guān)系。顯然，信道數(shù)據(jù)傳輸速率的上限：為分別依據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則和香農(nóng)定理所得數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax之間的最小值。

第六十九頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全70/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率3.奈奎斯特準(zhǔn)則與香農(nóng)定律

※另外，由奈奎斯特準(zhǔn)則可知，要想提高信道的數(shù)據(jù)傳輸速率，僅僅依靠提高采樣率是不可能的，因為奈奎斯特準(zhǔn)則表明，即使對于完美的3KHz傳輸線路，若每個碼元僅包含一位（即：用0伏電壓表示邏輯0，用1伏電壓表示邏輯1），則采樣率超過6KHz是沒有意義的。

因此，要想獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，只有利用調(diào)制（Modulation）技術(shù)盡可能提高每次采樣發(fā)送的信息的位數(shù)，即碼元的長度。第七十頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全71/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式

※所謂調(diào)制，是指在發(fā)送端將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程。負(fù)責(zé)調(diào)制的設(shè)備稱為調(diào)制器（Modulator）。在數(shù)字信號的頻帶傳輸系統(tǒng)中，為了在模擬信道中傳輸數(shù)字信號，必須先在發(fā)送端將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后再在接收端將模擬數(shù)據(jù)信號還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。

第七十一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全72/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式

※將模擬數(shù)據(jù)信號還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的過程稱為解調(diào)，負(fù)責(zé)解調(diào)的設(shè)備稱為解調(diào)器（Demodulator），而同時具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備則稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem），調(diào)制解調(diào)器是頻帶傳輸中最典型的通信設(shè)備。※目前主要的數(shù)字調(diào)制技術(shù)（將數(shù)字信號變換為模擬信號的技術(shù)）有以下三種基本形式，即：移幅鍵控法ASK、移頻鍵控法FSK、移相鍵控法PSK。第七十二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全73/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式

※幅度鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）：即按載波的幅度受到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制而取不同的值，例如：對應(yīng)二進(jìn)制0，載波振幅為0；對應(yīng)二進(jìn)制1，載波振幅為1。調(diào)幅技術(shù)實現(xiàn)起來簡單，但容易受增益變化的影響，是一種低效的調(diào)制技術(shù)。在電話線路上，通常只能達(dá)到1200bps的速率。

第七十三頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全74/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式

※頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）：即按數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的值（0或1）調(diào)制載波的頻率。例如：對應(yīng)二進(jìn)制0的載波頻率為F1，而對應(yīng)二進(jìn)制1的載波頻率為F2。該技術(shù)抗干擾性能好，但占用帶寬較大。第七十四頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全75/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式

※相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）：即按數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的值調(diào)制載波相位。例如：用180度相移表示1，用0度相移表示0。這種調(diào)制技術(shù)的抗干擾性能最好，且相位的變化也可以作為定時信息來同步發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的時鐘，并對傳輸速率起到加倍的作用。第七十五頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全76/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式為了獲得更高的速度，目前的高級調(diào)制解調(diào)器都組合使用了幾種調(diào)制技術(shù)，以便在每個波特（每秒采樣的次數(shù)稱為波特）中傳輸盡可能多的位。通常，多個振幅和相位組合起來即可傳輸幾位/波特。第七十六頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全77/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式基于振幅和相位組合的調(diào)制方法可以用星座圖（ConstellationDiagram）來表示。在星座圖中，圖中每個點代表了信道中傳輸?shù)恼逸d波信號不同振幅與相位的組合。第七十七頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全78/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式四種常見的基于振幅和相位組合的調(diào)制方法及其星座圖表示。

※QPSK（正交相移鍵控，QuadraturePhaseShiftKeying）調(diào)制技術(shù)：對應(yīng)的星座圖包含振幅與相位的4種組合，因此每次采樣可發(fā)送長度為2位的信息，即用4種組合分別表示(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)。第七十八頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全79/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式※QAM-16（正交振幅調(diào)制，QuadratureAmplitudeModulation）調(diào)制技術(shù)：對應(yīng)的星座圖包含振幅與相位的16種組合，因此每次采樣可發(fā)送長度為4位的信息，即用4種組合分別表示(0,0,0,0)~(1,1,1,1)。第七十九頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全80/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式※QAM-64調(diào)制技術(shù)：對應(yīng)的星座圖包含振幅與相位的64種組合，因此每次采樣可發(fā)送長度為6位的信息，即用4種組合分別表示(0,0,0,0,0,0)~(1,1,1,1,1,1)。

第八十頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全81/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式※QAM-128調(diào)制技術(shù)：對應(yīng)的星座圖包含振幅與相位的128種組合，因此每次采樣可發(fā)送長度為8位的信息，即用4種組合分別表示(0,0,0,0,0,0,0,0)~(1,1,1,1,1,1,1,1)。第八十一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全82/103六.模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率4.數(shù)字調(diào)制技術(shù)的三種基本形式基于奈奎斯特準(zhǔn)則可知，針對話音信道（帶寬4000Hz），采用QPSK、QAM-16、QAM-64、QAM-128四種不同調(diào)制技術(shù)，則信道的數(shù)據(jù)傳輸速率分別可達(dá)16Kbps、32Kbps、48Kbps、64Kbps。顯然，星座圖中的點越多，則采用該調(diào)制技術(shù)，將使得信道的數(shù)據(jù)傳輸速率越大。但是，星座圖中的點越多，也使得噪聲對信號影響也就越大，因此，星座圖中的點不可能無限制增多。第八十二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全83/103七.多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用（Multiplexing）是指兩個或多個用戶共享一條公用信道的一種機(jī)制。通過多路復(fù)用技術(shù)，多個終端能共享一條高速信道，從而達(dá)到節(jié)省信道資源的目的。多路復(fù)用技術(shù)主要包括以下幾種：頻分多址FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess），時分多址TDMA（TimeDivisionMultipleAccess），碼分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）、波分多址WDMA（WavelengthDivisionMultipleAccess）。第八十三頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全84/103七.多路復(fù)用技術(shù)1.頻分多址FDMA技術(shù)如下圖所示，F(xiàn)DMA技術(shù)把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的信道（也稱頻道）分配給不同的用戶使用。每一個頻道都能夠傳輸語音通話、數(shù)字服務(wù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，且這些頻道之間互不交疊，相鄰頻道之間無明顯的串?dāng)_。FDMA的特點是信道不獨占，而時間資源共享，每一子信道使用的頻帶互不重疊。第八十四頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全85/103七.多路復(fù)用技術(shù)2.時分多址TDMA技術(shù)

TDMA時分多路復(fù)用技術(shù)是將信道用于傳輸?shù)臅r間劃分為若干個時隙；每個用戶分得一個時隙；在其占有的時隙內(nèi)，用戶使用通信信道的全部帶寬。

TDMA的特點是獨占時隙，而信道資源共享，每一個子信道使用的時隙不重疊。第八十五頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全86/103七.多路復(fù)用技術(shù)2.時分多址TDMA技術(shù)例如，貝爾系統(tǒng)的T1載波采用TDMA技術(shù)將24路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上；每路音頻模擬信號在送到多路復(fù)用器前要通過一個PCM編碼器，編碼器每秒取樣8000次；

24路PCM信號的每一路輪流將一個字節(jié)插入到幀（Frame）中；每個字節(jié)的長度為8位，其中7位是數(shù)據(jù)位，1位用于信道控制；每幀由24×8=192位組成，附加一位作為幀開始標(biāo)志位，所以每幀共有193位；每次取樣發(fā)送一幀，因此，發(fā)送一幀需要125微秒；因此，T1載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.544Mbps（=193位/125微秒）。第八十六頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全87/103七.多路復(fù)用技術(shù)3.碼分多址CDMA技術(shù)碼分多址CDMA技術(shù)也稱擴(kuò)頻多址（SSMA，SpreadSpectrumMultipleAccess）技術(shù)，是指將原信號的頻帶擴(kuò)寬，再經(jīng)調(diào)制后發(fā)送出去；接收端接收到經(jīng)擴(kuò)頻的寬帶信號后，作相關(guān)處理，再將其解擴(kuò)為原始數(shù)據(jù)信號。第八十七頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全88/103七.多路復(fù)用技術(shù)3.碼分多址CDMA技術(shù)碼分多址技術(shù)也是一種共享信道的方法，每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個用戶分配一個地址碼，且各個碼型互不重疊，通信各方之間不會相互干擾。CDMA的特點：是所有子信道在同一時間可以使用整個信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它在信道與時間資源上均為共享，因此，信道的效率高，系統(tǒng)的容量大。第八十八頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全89/103七.多路復(fù)用技術(shù)3.碼分多址CDMA技術(shù)CDMA的原理：任何一個發(fā)送方都要把自己發(fā)送的0、1代碼串中的每一位都分成m個更短的時隙或稱芯片（Chip），通常m取64片或128片，也就是將原先要發(fā)送的信號速率或帶寬提高了64倍或128倍。另外，這種芯片序列是雙極型表示的，即0用-1表示，1用+1表示。第八十九頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全90/103七.多路復(fù)用技術(shù)3.碼分多址CDMA技術(shù)假定每個站點都有自己唯一的芯片序列，用符號S來表示站點S的m維芯片序列，S表示它的補(bǔ)碼（也是一個m維芯片序列），且所有芯片序列都是兩兩正交的。即：若S和T是兩個不同的芯片序列，用S·T表示兩者之間的“點積”，其中，所謂“點積”就是指對雙極型芯片序列中的m位相乘之和、再除以m的結(jié)果。則每個芯片序列和其自身的點積結(jié)果為＋1（如：S·S=+1），和其補(bǔ)碼的點積結(jié)果為－1（如：S·S

=+1），而與其它不同的芯片序列的點積結(jié)果為0（如：S·T=0）。第九十頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全91/103七.多路復(fù)用技術(shù)3.碼分多址CDMA技術(shù)例如：假定S=（-1,-1,-1,-1），T=（+1,-1,+1,-1），則有：S·S=（-1,-1,-1,-1）·（-1,-1,-1,-1）=[（-1）*（-1）+（-1）*（-1）+（-1）*（-1）+（-1）*（-1）]/4=+1S·S=（-1,-1,-1,-1）·（+1,+1,+1,+1）=[（-1）*（+1）+（-1）*（+1）+（-1）*（+1）+（-1）*（+1）]/4=-1S·T=（-1,-1,-1,-1）·（+1,-1,+1,-1）=[（-1）*（+1）+（-1）*（-1）+（-1）*（+1）+（-1）*（-1）]/4=0S·T=（-1,-1,-1,-1）·（-1,+1,-1,+1）=[（-1）*（-1）+（-1）*（+1）+（-1）*（-1）+（-1）*（+1）]/4=0第九十一頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全92/103七.多路復(fù)用技術(shù)3.碼分多址CDMA技術(shù)上述這種芯片序列所具有的特性稱為正交性，而構(gòu)造滿足正交性的芯片序列的編碼則稱為

Walsh碼，Walsh碼可以從一個二進(jìn)制Walsh矩陣導(dǎo)出。依據(jù)上述芯片序列的正交特性，若一個站點要發(fā)送數(shù)字1時就發(fā)送其芯片序列本身，要發(fā)送數(shù)字0時就發(fā)送其芯片序列的補(bǔ)碼。當(dāng)有多個終端同時發(fā)送信號時，則信號將會在空中進(jìn)行疊加。第九十二頁，共一百零三頁。高等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全93/103七.多路復(fù)用技術(shù)3.碼分多址CDMA技術(shù)例如：假定站點A、B的芯片序列分別是（-1,-1,-1,-1）和（+1,-1,+1,-1），若站點A、B發(fā)送的數(shù)字都為1（即：站點A、B均發(fā)送其芯片序列本身），則信號疊加后將變成（0,-2,0,-2）