物理層（3.5，4.7，ch2）主要內(nèi)容物理層概述12傳輸介質(zhì)3數(shù)據(jù)的調(diào)制與編碼4信道復(fù)用技術(shù)5傳輸性能6數(shù)據(jù)通信的基本概念第2章物理層物理層概述1數(shù)據(jù)通信的基本概念2傳輸介質(zhì)3數(shù)據(jù)的調(diào)制與編碼4信道復(fù)用技術(shù)5傳輸性能6數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型物理層功能物理層協(xié)議實(shí)例2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型以基于電話交換網(wǎng)的通信系統(tǒng)為例DTEDTEDCEDCEDTE與DCEDTE—DataTerminalEquipment，指計(jì)算機(jī)和終端設(shè)備DCE—DataCircuit-terminatingEquipment；DataCommunicationsEquipment。在DTE和傳輸線路之間提供信號(hào)變換和編碼功能，并負(fù)責(zé)建立、保持和釋放鏈路的連接。典型的DCE如MODEM。交換機(jī)可以認(rèn)為是DCE另一種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型X.25規(guī)定了用戶(hù)DTE和公用分組交換網(wǎng)DCE之間的接口公用分組交換網(wǎng)DCEDCEDCEDTEDTEDTEX.25協(xié)議VC1VC2X.25協(xié)議X.25協(xié)議虛電路完成端到端的通信,分SVC和PVC兩類(lèi)。向用戶(hù)提供通信子網(wǎng)服務(wù)以X.25公用分組交換網(wǎng)為利關(guān)于調(diào)制解調(diào)器（參照4.7）借用其它通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，通常用于終端用戶(hù)的接入，屬接入網(wǎng)技術(shù)按照所連接的線路，MODEM分為：音頻MODEM,已淘汰ADSLMODEMCABLEMODEM電力線MODEM無(wú)線MODEM衛(wèi)星MODEM按照所處的位置為：內(nèi)置式；外置式2.1.2物理層功能物理層的主要任務(wù)為確定與傳輸媒體（介質(zhì)）的接口的一些特性，提供建立、維持、撤銷(xiāo)物理連接的手段，保證位的透明傳輸，包括：機(jī)械特性電氣特性功能特性過(guò)程（規(guī)程）特性物理層功能——機(jī)械特性規(guī)定了物理連接時(shí)對(duì)插頭和插座的幾何形狀與尺寸、插針或插空芯數(shù)及其排列方式、鎖定裝置的形式。物理層功能——電氣特性規(guī)定包括接收器和發(fā)送器電路特性的說(shuō)明、表示信號(hào)狀態(tài)的電壓/電流電平的識(shí)別、最大數(shù)據(jù)率的說(shuō)明、以及與互聯(lián)電纜相關(guān)的規(guī)則。物理層功能——功能特性規(guī)定了物理接口上各條信號(hào)線的功能分配和確切定義。物理接口上信號(hào)線一般可分為數(shù)據(jù)信號(hào)線、控制信號(hào)線、定時(shí)信號(hào)線和接地線。物理層功能——過(guò)程（規(guī)程）特性定義了為完成規(guī)定的功能應(yīng)執(zhí)行的操作及其時(shí)序。物理層協(xié)議實(shí)例——RS-232(CCITTV.24)一種計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間通信的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，可用于以模擬電話線路為傳輸系統(tǒng)的DTE與DCE之間的接口EIA（ElectronicIndustriesAssociation，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）最早于1962年制訂的物理層標(biāo)準(zhǔn)，1969年修訂為RS-232-C，1987年修訂為EIA-232-D，1991年修訂為EIA-232-E。兩種主要接口：DB25DB9CCITT（InternationalTelephoneandTelegraphConsultativeCommittee，國(guó)際電報(bào)電話咨詢(xún)委員會(huì)）采用了RS-232，但采用新的命名體系第2章物理層物理層概述1數(shù)據(jù)通信的基本概念2傳輸介質(zhì)3數(shù)據(jù)的調(diào)制與編碼4信道復(fù)用技術(shù)5傳輸性能6數(shù)據(jù)、信號(hào)與信道單工、半雙工、全雙工通信信號(hào)與信道的帶寬信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率2.2.1數(shù)據(jù)、信號(hào)與信道●

數(shù)據(jù)——表達(dá)信息的實(shí)體。信息？●

信號(hào)——數(shù)據(jù)的電、磁或光的表現(xiàn)形式，用以傳送數(shù)據(jù)?！?/p>

信道——傳輸信號(hào)的通道，由線路及附屬設(shè)備組成。●模擬類(lèi)

模擬數(shù)據(jù)的強(qiáng)度連續(xù)變化

模擬信號(hào)指幅度隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)●數(shù)字類(lèi)

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為不連續(xù)的離散值

數(shù)字信號(hào)指幅度值離散的信號(hào)兩類(lèi)數(shù)據(jù)與信號(hào)之間的關(guān)系●通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)以信號(hào)形式傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)調(diào)制編碼模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換D/A調(diào)制編碼信道早期：都是模擬信道現(xiàn)代：兩種信道并存--主干線路基本是數(shù)字信道--大部分用戶(hù)線仍為模擬信道（普通電話線和電視電纜）將來(lái)：全數(shù)字化通信網(wǎng)模擬信道●

信道也根據(jù)傳送信號(hào)的種類(lèi)分為模擬與數(shù)字兩種傳送模擬信號(hào)數(shù)字信道傳送數(shù)字信號(hào)●

信道的發(fā)展——模擬傳輸——數(shù)字傳輸增大傳輸距離的方式通常模擬傳輸?shù)木嚯x大于數(shù)字傳輸?shù)木嚯x增大傳輸距離的方式：模擬傳輸：放大器，按比例放大信號(hào)。將噪聲一起放大，出錯(cuò)率高數(shù)字傳輸：中繼器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形和再生。出錯(cuò)率低，傳輸質(zhì)量好單工、半雙工、全雙工通信●

按照信息傳送的方向與時(shí)間的關(guān)系，分為三種通信方式單工通信1只能有一個(gè)方向的通信，而沒(méi)有反方向的交互。半雙工通信2通信的雙方都可以發(fā)送信息，也可以接收信息，但不能在同一時(shí)間發(fā)送。全雙工通信3通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。需要有兩條獨(dú)立的信道。2.2.2信號(hào)與信道的帶寬傅立葉級(jí)數(shù)（fourierseries）分解：

任何正常的周期為T(mén)的函數(shù)，都可以由無(wú)限或有限個(gè)正弦和余弦函數(shù)合成

c為常數(shù)f=1/T是基頻，

an和bn是n次諧波的振幅信道的特性——帶寬受限

所有的傳輸信道在傳輸信號(hào)的過(guò)程中都要損失一些能量，并對(duì)不同的傅立葉分量的衰減程度不同，即不能等量衰減，因而使得輸出信號(hào)可能發(fā)生畸變。

實(shí)際的信道1（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號(hào)波形輸出信號(hào)波形(失真不嚴(yán)重)輸入信號(hào)波形實(shí)際的信道2（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號(hào)波形(失真嚴(yán)重)●不同介質(zhì)對(duì)相同頻率波形的衰減程度不同信道的帶寬通常，0~fcHz范圍內(nèi)的諧波在傳輸過(guò)程中無(wú)衰減，而頻率大于fc的諧波在傳輸過(guò)程中衰減極大?！Q(chēng)fc

為信道的截止頻率——

0~fc

Hz即為該類(lèi)信道的帶寬。

●信道的帶寬

---信道允許通過(guò)的信號(hào)頻率范圍?！竦屯ㄐ诺佬盘?hào)質(zhì)量與信道帶寬的關(guān)系信號(hào)的帶寬頻率(KHz)4321輸出電壓可聽(tīng)懂的話音的頻率范圍話音信道話音帶寬300~3000Hz●信號(hào)的帶寬

---一個(gè)信號(hào)所包含的諧波的頻率范圍

傳統(tǒng)電話線路的帶寬問(wèn)題頻率(KHz)4321輸出電壓可聽(tīng)懂的話音的頻率范圍話音信道話音帶寬300~3000Hz為了優(yōu)化語(yǔ)音傳輸，人為將傳統(tǒng)模擬電話線路的帶寬限制在3400Hz以下，即傳輸話音只用了物理介質(zhì)本身帶寬的一小部分

2.2.3信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率●任何信道都具有帶寬的限制（物理特性本身或人為限制），不同的信道具有不同的帶寬特性?！裥诺赖膸捥匦灾苯佑绊懫渥畲髷?shù)據(jù)傳輸速率。●

尼奎斯特準(zhǔn)則1924年提出，針對(duì)有限帶寬無(wú)噪聲信道●

香農(nóng)公式1948年提出，針對(duì)隨機(jī)有噪聲信道碼元的概念——信道上傳輸?shù)闹芷谛盘?hào)的波形。碼元的傳輸速率即信號(hào)的波形速率，單位為波特（Baud）。

1波特=1碼元/秒●

碼元（code）1碼元尼奎斯特準(zhǔn)則最大碼元傳輸速率為=2W（Baud）通過(guò)調(diào)制，若1碼元攜帶V

比特信息，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率為=2WV（bps）帶寬為W的無(wú)噪聲低通信道：例如，一個(gè)無(wú)噪聲的3000Hz低通信道的最高碼元傳輸速率為6000Baud。如果一個(gè)碼元攜帶3bits的信息量，則該信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為18000bps（比特/秒）。要提高給定信道上的數(shù)據(jù)傳輸速率，必須設(shè)法使每一個(gè)碼元能攜帶更多的信息量。

尼奎斯特定理表明：香農(nóng)公式實(shí)際有噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（bps）=Wlog2(1+S/N)信道的帶寬或信道的信噪比越大，信道的極限傳輸速率就越高。

香農(nóng)公式表明：例如，對(duì)于3100Hz帶寬的標(biāo)準(zhǔn)電話信道，如果信噪比S/N=2500（模擬電話系統(tǒng)的典型參數(shù)），那么無(wú)論采用何種先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，其數(shù)據(jù)傳輸速率一定不可能超過(guò)極限數(shù)值35Kbps:3100log2（1＋2500）≈35Kbps若想超過(guò)這個(gè)數(shù)值，只能設(shè)法提高信道的信噪比，或者增加信道的傳輸帶寬。●帶寬常被直接用來(lái)表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。單位：比特/秒(bps)碼元傳輸速率受尼奎斯特準(zhǔn)則的制約；采用多元制調(diào)制方法，以設(shè)法使每一個(gè)碼元能攜帶更多個(gè)比特的信息量，可提高信息的傳輸速率。但無(wú)論如何調(diào)制，都不可能超過(guò)香農(nóng)極限?！?/p>

結(jié)論●

信道的最大數(shù)據(jù)率（極限參數(shù)）也稱(chēng)為信道的容量。第2章物理層物理層概述1數(shù)據(jù)通信的基本概念2傳輸介質(zhì)3數(shù)據(jù)的調(diào)制與編碼4信道復(fù)用技術(shù)5傳輸性能6雙絞線同軸電纜光纖無(wú)線傳輸2.3.1雙絞線（TwistedPair）

外層護(hù)套絞合在一起的雙絞線對(duì)

雙絞線在傳輸距離、信道帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受到一定限制，但價(jià)格較為低廉。由兩根有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線相互絞合而成。是目前最常用和最廉價(jià)的傳輸介質(zhì)。

模擬傳輸和數(shù)字傳輸均可以使用雙絞線1．屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線兩類(lèi)雙絞線●

屏蔽雙絞線（STP）

屏蔽層可屏蔽電磁波干擾，也可防止電磁波泄漏。價(jià)格較貴，安裝較復(fù)雜，應(yīng)用不廣泛●

非屏蔽雙絞線（UTP）

沒(méi)有金屬屏蔽層傳輸速率不高，傳輸距離有限價(jià)格便宜，易于安裝，應(yīng)用廣泛2．雙絞線的規(guī)格

1類(lèi)線用于1980年代初之前的電話線纜。2類(lèi)線曾用于舊令牌網(wǎng)。帶寬為1MHz3類(lèi)線主要用于10Base-T。帶寬為16MHz4類(lèi)線主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和10Base-T/100Base-T。20MHz5類(lèi)和超5類(lèi)線主要用于100Base-T和10Base-T網(wǎng)絡(luò)。帶寬100-200MHz6類(lèi)線用于\速率為1Gbps及以上的數(shù)據(jù)傳輸。帶寬200-250MHz

5類(lèi)和超5類(lèi)線目前使用最為廣泛。超5類(lèi)線性能更好,如近端串?dāng)_、衰減串?dāng)_比、回波損耗等都有所提高。新標(biāo)準(zhǔn)，價(jià)格較高未普及，僅用于需要傳輸1Gbps的場(chǎng)合。

六種規(guī)格的雙絞線

1類(lèi)線（Category1或CAT1）到6類(lèi)線（CAT6）其中，5類(lèi)線又分為普通5類(lèi)線(CAT5)和超5類(lèi)線(CAT5E)

不同規(guī)格的雙絞線有不同的傳輸特性目前在研究的還有7類(lèi)線標(biāo)準(zhǔn)——雙屏蔽、兩種接口、帶寬超過(guò)500MHz3.雙絞線的接口與連接方式

雙絞線跳線制作材料跳線：計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間短的連線。雙絞線跳線：雙絞線兩端壓制RJ-45接頭形成的連線。非屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP雙絞線俗稱(chēng)水晶頭，頂端有8個(gè)金屬刀口。RJ-45接頭

雙絞線跳線制作工具網(wǎng)線測(cè)試儀(LinkTester)RJ-45壓線／剝線鉗剪線鉗

RJ-45接口標(biāo)準(zhǔn)T568A白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕T568B白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕雙絞線跳線類(lèi)型:平行線（直通線）:雙絞線兩端接頭都使用相同的標(biāo)準(zhǔn)。交叉線（級(jí)連線）:一端T568B標(biāo)準(zhǔn)，另一端T568A標(biāo)準(zhǔn)。兩端接頭都使用T568B標(biāo)準(zhǔn)一端使用T568B標(biāo)準(zhǔn)

一端使用T568A標(biāo)準(zhǔn)T568BT568BT568AT568B●

平行線用于以下連接ComputertoSwitchComputertoHubroutertoSwitchroutertoHub●

交叉線用于以下連接

SwitchtoswitchSwitchtohubHubtohubPCtoPCPCtoRouterRoutertorouterT568AT568B

雙絞線跳線制作步驟剪裁適當(dāng)長(zhǎng)度的雙絞線。用剝線鉗將雙絞線一端的外層保護(hù)殼剝下約1.5厘米，將4對(duì)芯線成扇形分開(kāi)，按照接口標(biāo)準(zhǔn)從左至右整理線序并攏直，用斜口鉗將芯線頂端剪齊。將水晶頭有彈片的一側(cè)向下放置，將排好線序的雙絞線水平插入水晶頭線槽中。確認(rèn)導(dǎo)線的線序正確且到位，用壓線鉗將水晶頭緊夾在雙絞線上。同理，制作雙絞線的另一端接頭。使用網(wǎng)線測(cè)試儀來(lái)測(cè)試制作的網(wǎng)線是否連通。雙絞線的制作雙絞線的制作雙絞線的制作優(yōu)、劣接頭比較雙絞線連接實(shí)例（1）連接計(jì)算機(jī)與交換機(jī)（或集線器）●

將平行網(wǎng)線的一端插在計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的RJ-45接口上，另一端接在交換機(jī)的任意一個(gè)RJ-45端口上?！?/p>

網(wǎng)線連接后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的指示燈和交換機(jī)對(duì)應(yīng)端口的指示燈相應(yīng)亮起。T568BT568B雙絞線連接實(shí)例（2）交換機(jī)（或集線器）級(jí)連●

通常使用交叉網(wǎng)線來(lái)級(jí)連交換機(jī)（集線器），交叉線的兩端分別接在兩個(gè)要進(jìn)行級(jí)連的集線器的RJ-45端口上。T568BT568A雙絞線連接實(shí)例（2）交換機(jī)（或集線器）級(jí)連●以下兩種情況下，也可以使用平行線來(lái)級(jí)連交換機(jī)（集線器）：

交換機(jī)（集線器）本身提供了一個(gè)RJ-45級(jí)連端口(UP-LINK)

交換機(jī)提供了自動(dòng)翻轉(zhuǎn)端口（AutoMDI/MDIX，這時(shí)既可以用平行線也可以用交叉線）。T568BT568B192.168.0.1

255.255.255.0工作組：HOME

計(jì)算機(jī)名：work

1雙絞線連接實(shí)例（3）連接兩臺(tái)計(jì)算機(jī)●

用交叉網(wǎng)線連接兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，形成簡(jiǎn)單的雙機(jī)網(wǎng)絡(luò)。雙機(jī)互連應(yīng)用示例192.168.0.2255.255.255.0工作組：HOME

計(jì)算機(jī)名：study

23添加網(wǎng)絡(luò)的文件與打印共享服務(wù)通過(guò)“網(wǎng)上鄰居/網(wǎng)絡(luò)”進(jìn)行互訪

4T568AT568B2.3.2同軸電纜護(hù)套層絕緣層導(dǎo)體導(dǎo)體網(wǎng)

較雙絞線有更好的屏蔽特性和傳輸距離，但價(jià)格比雙絞線高。早期局域網(wǎng)中最常用的傳輸介質(zhì)。1．基帶同軸電纜與寬帶同軸電纜基帶同軸電纜

用于傳輸數(shù)字信號(hào)。

在傳輸過(guò)程中，信號(hào)占用整個(gè)信道。

在同一時(shí)間內(nèi)，僅能傳送一種信號(hào)。傳送不同頻率的信號(hào)。各信號(hào)通過(guò)調(diào)制技術(shù)調(diào)制到各自不同的正弦載波頻率上。應(yīng)用頻分多路復(fù)用技術(shù)使各種信號(hào)同一時(shí)間內(nèi)在不同的頻道中被傳送。性能比基帶電纜好，但要附加信號(hào)處理設(shè)備，安裝較困難，主要用于有線電視系統(tǒng)。寬帶同軸電纜2．粗纜與細(xì)纜

細(xì)纜

BNC頭

端接器

T形頭

連向網(wǎng)卡

兩類(lèi)基帶同軸電纜粗纜

傳輸距離遠(yuǎn)，安裝難度大，總體成本高，應(yīng)用不廣泛。細(xì)纜

安裝比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。2.3.3光纖抗電磁干擾能力強(qiáng)傳送速率高傳輸距離遠(yuǎn)塑料護(hù)套層纖芯(高折射率玻璃)包層(低折射率玻璃)

結(jié)構(gòu)光纜：多根光纖(4芯、8芯、12芯甚至更多)扎在一起，外面用堅(jiān)韌的外殼保護(hù)起來(lái)就形成光纜。

目前發(fā)展最迅速、前景最好的傳輸介質(zhì)。

特點(diǎn)光纖的傳輸原理包層纖芯折射角入射角光纖傳輸利用了兩個(gè)物理原理折射原理1當(dāng)光通過(guò)一種介質(zhì)轉(zhuǎn)入另一種介質(zhì)時(shí)，光線會(huì)發(fā)生折射，折射量取決于兩種介質(zhì)的特性（它們的折射率）。全反射原理2如果入射角大于一個(gè)臨界值，光線將完全反射，從而被限制在纖芯中，近于無(wú)損耗地傳輸。多模光纖與單模光纖直徑較大的光纖，可以允許從許多不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。纖芯直徑有50、62.5和100μm三種。光脈沖損耗大，只適合近距離傳輸。傳輸距離通常是300m～4km。多模光纖光纖的直徑減小到只有一個(gè)光波的波長(zhǎng)（8～10μm）時(shí)，光線沿直線傳播，不會(huì)產(chǎn)生多次反射，這時(shí)，纖芯內(nèi)只能傳輸一種模式的光線。制造成本及其設(shè)備價(jià)格都較高。傳輸損耗低，傳輸距離遠(yuǎn)。單模光纖54輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖光纖適用的波長(zhǎng)光纖傳輸系統(tǒng)

三個(gè)組成部分LED（發(fā)光二極管）或半導(dǎo)體激光器，用于將需要傳送的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。

用于傳輸光脈沖。由光電二極管做成，用于將檢測(cè)到的光信號(hào)還原成電信號(hào)。發(fā)送端光源1光纖2接收端光檢測(cè)器3關(guān)于光纖的帶寬

由于可見(jiàn)光的頻率非常高（約為108MHz量級(jí)），光纖的信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前的其它傳輸介質(zhì)，可獲得的最大數(shù)據(jù)傳輸速率完全可以超過(guò)50000Gbps（50Tbps），而且還在不斷地尋找更好的材料，目前達(dá)到的實(shí)際傳輸速率只是受了光電轉(zhuǎn)換速度的限制。兩種光源的比較LED（發(fā)光二極管）半導(dǎo)體激光數(shù)據(jù)速率低高模式多模多模或單模距離短長(zhǎng)生命期長(zhǎng)短溫度敏感性較小較敏感造價(jià)低造價(jià)昂貴光纖的連接

三種連接方法光纖連接器機(jī)械連接熔接STSC包括LC、ST、SC等連接頭和光纖插座連接頭要損耗10~20%的光重新配置系統(tǒng)很容易，多用于室內(nèi)光纖的連接，特別是光纖設(shè)備的連接。機(jī)械結(jié)合處光的損耗大約為10％連接點(diǎn)長(zhǎng)期使用會(huì)不穩(wěn)定一般用于應(yīng)急連接。用于永久性光纖連接用光纖連接兩臺(tái)設(shè)備Rx接Tx關(guān)于傳輸距離的進(jìn)一步說(shuō)明各種介質(zhì)的傳輸距離受傳輸速率的影響?？傮w來(lái)說(shuō)，傳輸距離與傳輸速率成反比趨勢(shì)，即在同一種介質(zhì)上，數(shù)據(jù)傳輸速率越高，傳輸?shù)木嚯x就越短，反之，速率越低，則距離越遠(yuǎn)。上述三種介質(zhì)中，同樣傳輸速率下雙絞線的傳輸距離最近，光纖的傳輸距離最遠(yuǎn)。2.3.4無(wú)線傳輸

無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)的基本原理

1865年，英國(guó)著名物理學(xué)家麥克斯韋（JamesClarkMaxwell）預(yù)言：電子運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生可以自由傳播（甚至在真空中）的電磁波光波就是一種電磁波，光現(xiàn)象就是一種電磁現(xiàn)象。1887年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲（HeinrichHertz）利用實(shí)驗(yàn)方法產(chǎn)生了電磁波，證明了麥克斯韋的預(yù)言。在電路上加入適當(dāng)大小的天線，電磁波便可在自由空間中有效地廣播，并被一定距離內(nèi)的接收器收到。麥克斯韋與赫茲的研究表明：變化的電場(chǎng)激發(fā)變化的磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)與變化的磁場(chǎng)不是彼此孤立的，而是相互激發(fā)的。即無(wú)線通信與有線通信存在內(nèi)在的聯(lián)系。頻率(Hz)無(wú)線電微波紅外線X射線γ射線紫外線可見(jiàn)光頻率

1012雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波光纖海事無(wú)線電調(diào)幅無(wú)線電調(diào)頻無(wú)線電電視移動(dòng)無(wú)線電波段

LF

MFHFVHFUHFSHFEHFTHF

低頻中頻高頻甚高頻特高頻超高頻極高頻(Hz)

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1024各類(lèi)通信與電磁波譜的關(guān)系室內(nèi)短距離通信無(wú)線電廣播通信難調(diào)制，穿過(guò)建筑物的傳播性能不好

1．電磁波譜與通信類(lèi)型無(wú)線通信使用的頻帶電磁波的傳播特點(diǎn)：在真空中，所有的電磁波以相同的速度（光速）傳播，而與其頻率無(wú)關(guān)在銅線或光纖中，電磁波的傳播速度降低到光速的2/3，并且變得和頻率稍有關(guān)系。2．微波通信100MHz以上沿直線傳播:發(fā)射天線和接收天線必須精確對(duì)準(zhǔn)。方向性使成排的多個(gè)發(fā)射設(shè)備可以和成排的多個(gè)接收設(shè)備通信而不會(huì)發(fā)生串繞。不易穿過(guò)建筑物能穿透電離層進(jìn)入宇宙空間，使得衛(wèi)星通信成為可能。

●

應(yīng)用領(lǐng)域長(zhǎng)途電話通信、蜂窩電話電視傳播計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信●

頻率范圍300MHz~300GHz主要使用2~40GHz●

特點(diǎn)兩種微波通信方式微波通信的缺點(diǎn)：會(huì)受到惡劣氣候的影響，導(dǎo)致通信中斷或通信質(zhì)量下降隱蔽性和保密性較差由于微波在空間是直線傳播的，傳播距離受限，一般只有50km左右。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，必須在一條微波信道的兩個(gè)端點(diǎn)之間建立若干個(gè)中繼站---地面微波接力通信。使用人造地球衛(wèi)星作為中繼站的微波接力通信。地面微波通信(1)衛(wèi)星通信(2)第2章物理層物理層概述1數(shù)據(jù)通信的基本概念2傳輸介質(zhì)3數(shù)據(jù)的調(diào)制與編碼4信道復(fù)用技術(shù)5傳輸性能6

基帶傳輸與頻帶傳輸

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù)調(diào)制為模擬數(shù)據(jù)擴(kuò)頻通信編碼與調(diào)制技術(shù)X（t）的形式取決于編碼技術(shù)，并且以如何優(yōu)化使用傳輸介質(zhì)為選擇原則，如節(jié)省帶寬或差錯(cuò)率低。模擬信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)是一種稱(chēng)為載波信號(hào)（carriersignal）的連續(xù)的且頻率恒定的信號(hào)。載波信號(hào)頻率的選用必須適合所用傳輸介質(zhì)的帶寬。調(diào)制就是將源數(shù)據(jù)編碼到載波信號(hào)上的過(guò)程。概念：基帶信號(hào)與基帶傳輸基帶（baseband）信號(hào)廣義地講，指未經(jīng)調(diào)制變化的原始信號(hào)（模擬或數(shù)字），但通常指由計(jì)算機(jī)或終端產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，或者說(shuō)將1和0直接用兩種不同的電壓來(lái)表示的數(shù)字信號(hào)頻譜從零開(kāi)始，頻率范圍較大，低頻諧波成份多，甚至有直流分量。這種未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)所占用的頻率范圍叫基本頻帶，簡(jiǎn)稱(chēng)基帶（baseband）。基帶（baseband）傳輸不改變基帶信號(hào)頻譜的傳輸方式稱(chēng)為基帶傳輸?；兇螅瑐鬏斁嚯x?。辉S多信道不能傳輸這種低頻分量或直流分量。1000100111數(shù)據(jù)基帶信號(hào)概念：頻帶傳輸與寬帶（broadband）傳輸頻帶傳輸將原始信號(hào)調(diào)制為合適頻段的模擬信號(hào)再發(fā)送到線路上的傳輸方式。傳輸距離優(yōu)于基帶傳輸寬帶（broadband）傳輸廣義地講，指使用比音頻（4KHz）帶寬大的頻帶進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?，或者說(shuō)包括了大部分電磁波頻譜的頻帶傳輸。與頻帶傳輸并列時(shí)，指不同頻段的頻帶信號(hào)同時(shí)在一條線路上傳輸，即頻分復(fù)用傳輸線路，從而提高了線路的利用率不同語(yǔ)境下“寬帶”的含義不同基帶數(shù)字信號(hào)的編碼—數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)基帶數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)必須經(jīng)過(guò)編碼，否則一連串的0或1在接收端無(wú)法識(shí)別：1000100111數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)基帶信號(hào)兩種常用編碼方法：曼徹斯特（Manchester）編碼1：高電平到低電平；0：低電平到高電平差分曼徹斯特（Manchester）編碼1:前半個(gè)碼元電平與上一碼元的后半個(gè)碼元電平一樣0:前半個(gè)碼元電平與上一碼元的后半個(gè)碼元電平相反1000100111基帶信號(hào)曼徹斯特編碼信號(hào)差分曼徹斯特編碼信號(hào)基帶數(shù)字信號(hào)的編碼數(shù)據(jù)兩種常用編碼方法的波形模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)第一步：數(shù)字化過(guò)程：采樣：每隔一定的時(shí)間把連續(xù)模擬信號(hào)的幅值取出來(lái)作為樣品，并讓其代表原信號(hào)，取樣頻率為：f>2fm（fm為模擬信號(hào)的最高頻率）。如4KHZ的音頻信號(hào)，要以8000次/秒的速率采樣。量化：事先估計(jì)模擬信號(hào)可能發(fā)生的幅值范圍，把這個(gè)極值范圍劃分成為若干個(gè)寬度相等的小區(qū)域。按需要可劃分為8級(jí)，16級(jí)或更多，每個(gè)級(jí)別的幅值定義為該范圍的上限或下限或者均值。然后把每次取樣的信號(hào)幅值對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的級(jí)別里，以級(jí)別號(hào)代替本次取樣的幅值，連續(xù)的模擬信號(hào)就變成了隨時(shí)間變化的數(shù)字信號(hào)。編碼：把相應(yīng)的量化級(jí)別用一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)字表示，第二步：將數(shù)字化后的數(shù)據(jù)再編碼為數(shù)字信號(hào)送到信道上進(jìn)行傳輸。舉例：脈碼調(diào)制PCM（PulseCodeModulation)DM（DeltaModulation，增量調(diào)制）首次采樣用n位編碼，之后只用一位進(jìn)行編碼：用一定步長(zhǎng)的階梯函數(shù)（量化波形）跟蹤原始模擬波形：采樣值與上一個(gè)采樣點(diǎn)階梯函數(shù)的值（量化值）比較，增加則生成一個(gè)1，階梯函數(shù)相應(yīng)上升一個(gè)步長(zhǎng)，否則生成一個(gè)0，階梯函數(shù)相應(yīng)降低一個(gè)步長(zhǎng)。缺點(diǎn)：不準(zhǔn)確，模擬波形變化迅速和平坦時(shí)均有誤差DPCM（差分PCM）PCM和DM的一種折中首次采樣用n位編碼，之后每次采樣用m位編碼（m<n），其中1位符號(hào)位，m-1位數(shù)據(jù)位。相對(duì)DM，可以更精確地給出增加或減少量。相對(duì)于PCM每次采樣使用n位編碼，DPCM每次采樣的編碼可節(jié)省n-m位，提高了傳輸效率數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：010011100基帶信號(hào)幅移鍵控（調(diào)幅）頻移鍵控（調(diào)頻）相移鍵控（調(diào)相）實(shí)際中常用組合方式——多元調(diào)制正交振幅調(diào)制QAM

(QuadratureAmplitudeModulation)

例：16QAMr(r,)可供選擇的相位有12種，而對(duì)于每一種相位有1或2種振幅可供選擇，共16種組合。由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種4bit的編碼。若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難。16QAM星座圖模擬數(shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)擴(kuò)頻通信適用：無(wú)線通信；模擬傳輸（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)）原理：將信號(hào)擴(kuò)散到較寬的頻帶中傳輸，以加大干擾和竊聽(tīng)的難度。常用方法：跳頻：隨機(jī)地選用頻率發(fā)送和接收，并在一個(gè)時(shí)隙后改變所用頻率。直接序列：一個(gè)位變?yōu)槎鄠€(gè)位傳輸直接序列擴(kuò)頻第2章物理層物理層概述1數(shù)據(jù)通信的基本概念2傳輸介質(zhì)3數(shù)據(jù)的調(diào)制與編碼4信道復(fù)用技術(shù)5傳輸性能6

時(shí)分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用

碼分多址多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用

（Time-DivisionMultiplexing,TDM）1.原理：把時(shí)間劃分為若干時(shí)間片，各路信號(hào)輪流使用分配的時(shí)間片，在規(guī)定的時(shí)間片內(nèi)使用全部帶寬。2.適用：數(shù)字傳輸，也可用于模擬傳輸3.要求：時(shí)間片預(yù)先分配，即使無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，也空閑。83時(shí)分多路復(fù)用

（Time-DivisionMultiplexing,TDM）頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀84時(shí)分多路復(fù)用

（Time-DivisionMultiplexing,TDM）頻率時(shí)間CDCDCDAAAABBBBCD在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀85時(shí)分多路復(fù)用

（Time-DivisionMultiplexing,TDM）頻率時(shí)間BDBDBDAAAABCCCCD在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀86時(shí)分多路復(fù)用

（Time-DivisionMultiplexing,TDM）頻率時(shí)間BCBCBCAAAABCDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀頻分多路復(fù)用（FDM）1.原理：將不同的信號(hào)調(diào)制為不同的頻率，這些不同頻率的信號(hào)同時(shí)在一條線路上傳輸。各路信號(hào)可一直使用分配的頻段。2.適用：模擬傳輸3.要求：各頻段不交叉、不連續(xù)頻率時(shí)間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率5碼分多址多路復(fù)用

（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）1.原理：

使用相同的頻率但不同的碼址，合成后傳輸。2.適用：無(wú)線通信，直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的一種3.問(wèn)題：容量問(wèn)題，同一系統(tǒng)能容納的碼片數(shù)量有限碼片序列(chipsequence)每一個(gè)比特時(shí)間劃分為m個(gè)短的間隔，稱(chēng)為碼片(chip)。每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。

例如，S站的8bit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。通常，S站的碼片序列寫(xiě)為如下的向量形式：(–1–1–1+1+1–1+1+1)CDMA碼片的重要特性每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是：向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduct)都是0：向量S和T的反碼的規(guī)格化內(nèi)積也是0。例如：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的各分量值代入上式，就可看出這兩個(gè)碼片序列是正交的。使得接收站可以過(guò)濾掉其他站發(fā)來(lái)的信號(hào)任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1。一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1。CDMA碼片的另一個(gè)重要特性使得接收站可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)CDMA工作原理示意S站的碼片序列S110tttttt8個(gè)碼片tS站發(fā)送的信號(hào)SxT站發(fā)送的信號(hào)Tx總的接收信號(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)比特發(fā)送端接收端110用S與收到的信號(hào)碼片做規(guī)格化內(nèi)積時(shí)得到S站發(fā)送的數(shù)據(jù)；用T與收到的信號(hào)碼片做規(guī)格化內(nèi)積時(shí)得到T站發(fā)送的數(shù)據(jù)；內(nèi)積為0時(shí)表示對(duì)應(yīng)站未發(fā)送數(shù)據(jù)。第2章物理層物理層概述1數(shù)據(jù)通信的基本概念2傳輸介質(zhì)3數(shù)據(jù)的調(diào)制與編碼4信道復(fù)用技術(shù)5傳輸性能6傳輸損害

吞吐量

時(shí)延、往返時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)時(shí)延帶寬積誤碼率傳輸損害衰減延遲失真噪聲衰減

在任何一種傳輸介質(zhì)上，信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)隨著傳輸距離的延伸而下降。這種現(xiàn)象叫做“衰減”，也叫做“幅度衰變”。衰減量的相關(guān)因素：有線介質(zhì)：通常是距離的函數(shù)，可用下式表示：P=KlgD

無(wú)線介質(zhì)：非常復(fù)雜（距離、大氣環(huán)境的復(fù)合函數(shù)）對(duì)模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)，衰減量通常與頻率有關(guān)，頻率越高，衰減越嚴(yán)重?？朔p影響的措施：①加大信號(hào)功率，保證收到的信號(hào)有足夠的強(qiáng)度②保持高信噪比③高頻補(bǔ)償延遲失真有線傳輸介質(zhì)的獨(dú)有現(xiàn)象，因?yàn)樵谟芯€介質(zhì)上信號(hào)傳播速度是隨頻率改變的，從而使某些頻率要晚于其他頻率到達(dá)接收機(jī)。這一現(xiàn)象叫做延遲失真或頻率延遲。對(duì)高速、數(shù)字信號(hào)影響更大。噪聲無(wú)用的信號(hào)。影響傳輸系統(tǒng)性能的最主要因素。噪聲的種類(lèi)：熱噪聲調(diào)制噪聲串?dāng)_脈沖噪聲

熱噪聲由導(dǎo)體內(nèi)電子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生存在于所有電子設(shè)備和傳輸介質(zhì)上在所有頻譜中以相同的形態(tài)分布，因此通常稱(chēng)為“白噪聲”噪聲值為溫度的函數(shù)：N=kTW其中，k為常數(shù)T為溫度W為帶寬傳輸性能指標(biāo)性能指標(biāo)：衡量網(wǎng)絡(luò)的效率和性能的參數(shù)。常用性能指標(biāo)