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计算机网络物理层第1页，本讲稿共87页 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质 传输介质传输介质是指通信中实际传送信息的载体，通常可以分为是指通信中实际传送信息的载体，通常可以分为有线有线和和无线无线两类。两类。2.1.1 2.1.1 有线传输介质有线传输介质有线传输介质有线传输介质以有形线路作为传输媒体，传输信号的性能较好，成本低，以有形线路作为传输媒体，传输信号的性能较好，成本低，易安装和维护，主要适用于短距离通信和架设电缆比较容易的场合。易安装和维护，主要适用于短距离通信和架设电缆比较容易的场合。目前常用的有目前常用的有双绞线双绞线、同轴电缆同轴电缆、光纤光纤。第2页，本讲稿共87页 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质 1.1.双绞线双绞线TP(Twist PairTP(Twist Pairwire)wire)组成：组成：为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相扭绞在一起。相扭绞在一起。传输特性：传输特性：模拟传输每隔模拟传输每隔5-6公里需加公里需加放大器放大器将衰减了的信号放大到合适的将衰减了的信号放大到合适的量级；量级；数字传输每隔数字传输每隔2-32-3公里需加公里需加中继器（转发器）中继器（转发器）对失真了的信号进行整形。对失真了的信号进行整形。特点：特点：成本低、易维护和安装，带宽较宽，通成本低、易维护和安装，带宽较宽，通 信距离通常为几到几十公里，速率达信距离通常为几到几十公里，速率达100-155100-155MbpsMbps。适用：适用：电话系统、局域网。电话系统、局域网。第3页，本讲稿共87页 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质非非屏屏蔽蔽双双绞绞线线1 1类类含含两两个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传输速率仅达到几十输速率仅达到几十KbpsKbps；具有易具有易弯曲、弯曲、易安装、易安装、重量轻重量轻等优点，等优点，且更加且更加独立和独立和灵活，灵活，适用于适用于综合布综合布线，线，2 2类类含含四四个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中；个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中；3 3类类含含四四个电线对，数据传输速率相对个电线对，数据传输速率相对2 2类线要高，可以用于类线要高，可以用于1010MbpsMbps的以的以太网和太网和4 4MbpsMbps的令牌环网；的令牌环网；4 4类类含含四四个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于1010MbpsMbps的以太网和的以太网和1616MbpsMbps的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰；的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰；5 5类类含含四四个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传输特性，可以支持输特性，可以支持100100MbpsMbps数据传输速率和如数据传输速率和如ATMATM等快速连网技术；等快速连网技术；双双绞绞线线 屏屏蔽蔽3 3类类具有较高的数据传输速率和较好的耐腐蚀能力；但由于其费用相对较高，不具有较高的数据传输速率和较好的耐腐蚀能力；但由于其费用相对较高，不易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术，易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术，所以并未真正得到流行。所以并未真正得到流行。5 5类类第4页，本讲稿共87页2.2.同轴电缆（同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）组成：组成：按同轴形式的一个线对构成。按同轴形式的一个线对构成。分类：分类：按照同轴电缆的按照同轴电缆的直径大小直径大小可将其分为可将其分为 粗缆粗缆适用于较大型的局域网，标准距离长，适用于较大型的局域网，标准距离长，可靠性高，总体造价高，安装难度大，可靠性高，总体造价高，安装难度大，但不必切断电缆。但不必切断电缆。细缆细缆造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。传输特性：传输特性：按照按照特性阻抗数值特性阻抗数值的不同可以分为的不同可以分为 50 50基带同轴电缆基带同轴电缆，传输，传输离散离散的数字信号，可以将的数字信号，可以将1010MbpsMbps速率的基带数字速率的基带数字 信号传送信号传送1 1Km-1.2KmKm-1.2Km，广泛应用于局域网中。广泛应用于局域网中。7575宽带同轴电缆宽带同轴电缆，用于，用于模拟模拟传输系统（也可以传输数字信号，传输时需传输系统（也可以传输数字信号，传输时需 进行进行数模数模-模数模数的转换），可用的转换），可用FDMFDM技术传输多路信号，覆盖范围广泛，技术传输多路信号，覆盖范围广泛，远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆。远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第5页，本讲稿共87页特点：特点：与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率较高，传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。较高，传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。适用：适用：高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统和短距离系统连接的通信线路以及局域网中）。和短距离系统连接的通信线路以及局域网中）。n宽带（宽带（broadbandbroadband）：）：指带宽超过一个标准话路指带宽超过一个标准话路4kHz4kHz的频分多路复用系的频分多路复用系统。在计算机网络中，统。在计算机网络中，“宽带系统宽带系统”指任何使用频分多路复用技术传输模指任何使用频分多路复用技术传输模拟信号的同轴电缆网。拟信号的同轴电缆网。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第6页，本讲稿共87页3.3.光纤光纤(fiber)fiber)组成：组成：光导纤维（光导纤维（Optical FiberOptical Fiber）简称光纤，由能传导光波的石英简称光纤，由能传导光波的石英玻璃纤维外加低折射率的保护层组成。玻璃纤维外加低折射率的保护层组成。传输特性：传输特性：利用光导纤维传递光脉冲来进行的利用光导纤维传递光脉冲来进行的,有光信号为有光信号为1 1，无，无光信号为光信号为0 0，光信号在光纤中进行，光信号在光纤中进行全反射全反射。光传输系统光传输系统一般由一般由光源光源、光纤线路光纤线路和和光探测器光探测器组成。组成。光源：光源：采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生出光脉冲；出光脉冲；光纤线路：光纤线路：光脉冲在光纤线路上传送；光脉冲在光纤线路上传送；光探测器：光探测器：利用光电二极管做成光探测器，将检测出的光脉冲还原成电利用光电二极管做成光探测器，将检测出的光脉冲还原成电脉冲信号。脉冲信号。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第7页，本讲稿共87页光纤的两种基本光纤的两种基本传输模式传输模式：单模方式：单模方式：当光纤的直径减少到一个光的波长左右当光纤的直径减少到一个光的波长左右时，光纤像波导那样使光线一直向前传播而没有折射；时，光纤像波导那样使光线一直向前传播而没有折射；芯的直径芯的直径约为约为8-10m，用价格较贵的用价格较贵的半导体激光器半导体激光器做做光源，衰耗小，效率高，传输距离长。光源，衰耗小，效率高，传输距离长。多模方式：多模方式：可以存在多条满足全反射的入射角不同可以存在多条满足全反射的入射角不同的光线在同一条光纤中传输；的光线在同一条光纤中传输；芯的直径芯的直径约为约为50-10050-100mm，光源可以使用普通的光源可以使用普通的发光二极管发光二极管，数据传输速率受限制。，数据传输速率受限制。特点：特点：传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且质量轻、体积小。质量轻、体积小。适用：适用：光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。四芯光缆四芯光缆 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第8页，本讲稿共87页光纤的连接方法有三种：光纤的连接方法有三种：1.1.将断点接入连接头将断点接入连接头,然后插入连接插座然后插入连接插座(损耗损耗10%-20%10%-20%的光，但重新配置的光，但重新配置系统较容易系统较容易)；2.2.用机械方法将切割好的光纤钳起来用机械方法将切割好的光纤钳起来(光的光的损失损失大约为大约为10%)10%)；3.3.使用融合的方法将光纤的断点处融合在一起使用融合的方法将光纤的断点处融合在一起(光的光的损耗损耗最小，连接好的最小，连接好的光纤和单根光纤差不多光纤和单根光纤差不多)。三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互作用！三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互作用！绕过这种问题的方法是采用环网。绕过这种问题的方法是采用环网。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第9页，本讲稿共87页环网环网 是一段段点到点的链路的集合。各主机通过是一段段点到点的链路的集合。各主机通过T T形连接头连接入网，可以发送和接受形连接头连接入网，可以发送和接受信息，并且信息，并且T T形连接头同时也起到各段光纤连接起来的作用，将一段光纤中的形连接头同时也起到各段光纤连接起来的作用，将一段光纤中的光脉冲转发到下一段光纤。光脉冲转发到下一段光纤。接口的结构接口的结构计算机计算机光纤光纤光纤光纤与计算机相连与计算机相连 光发送器光发送器（发光二极管）（发光二极管）信号再生器信号再生器（电信号）（电信号）光接收器光接收器（光电二极管）（光电二极管）铜线铜线光传播的方向光传播的方向 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第10页，本讲稿共87页2.1.2 2.1.2 无线传输介质无线传输介质无线传输介质：无线传输介质：用自由空间作为传输介质来进行数据通信。用自由空间作为传输介质来进行数据通信。适用：适用：架设或铺埋电缆或光缆较困难的地方，广泛应用于电话领域架设或铺埋电缆或光缆较困难的地方，广泛应用于电话领域构成的蜂窝式无线电话网。构成的蜂窝式无线电话网。分类：分类：红外通信红外通信、激光通信激光通信和和微波通信微波通信（微波通信又主要有两种方式：微波通信又主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信）。地面微波接力通信和卫星通信）。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第11页，本讲稿共87页1.1.地面微波接力通信地面微波接力通信原理：原理：长距离传输时每隔一段距离就需架中继站，长距离传输时每隔一段距离就需架中继站，将前一信号放大向后传。将前一信号放大向后传。适用：适用：微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。优优点点：频频带带宽宽、通通信信容容量量大大、传传输输质质量量高高、可可靠靠性性较较好好、投投资资少少、见见效效快快、灵活等。灵活等。缺缺点点：相相邻邻站站间间必必须须直直视视，不不能能有有障障碍碍物物；受受气气候候干干扰扰较较大大、保保密密性差、中继站的使用与维护问题等。性差、中继站的使用与维护问题等。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第12页，本讲稿共87页2.2.卫星通信卫星通信原原理理：用用位位于于3600036000KmKm高高空空的的人人造造同同步步通通信信卫卫星星作作中中继继器器的的一一种种微微波波接接力通信。力通信。特点：特点：通信距离远、费用与距离远近无关；具通信距离远、费用与距离远近无关；具 有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。优点：优点：频带很宽，通信容量大，信号受干扰小，频带很宽，通信容量大，信号受干扰小，通信比较稳定。通信比较稳定。缺点：缺点：保密性较差，造价较高。保密性较差，造价较高。适用：适用：广播电视通信。广播电视通信。地球地球卫星卫星3586035860KmKm4175641756KmKm1275212752KmKm 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第13页，本讲稿共87页3.3.红外线与毫米波红外线与毫米波特点：特点：具有一定的方向性。具有一定的方向性。优点：优点：价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被窃听或截取。价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被窃听或截取。缺点：缺点：不能穿透坚硬的物体。不能穿透坚硬的物体。适适用用：被被广广泛泛应应用用于于短短距距离离通通信信，红红外外线线成成为为室室内内无无线线网网的的主主要要选选择择对对象。象。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质第14页，本讲稿共87页 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 2.2.1 基本概念、基本术语和数据通信系统基本概念、基本术语和数据通信系统1.1.基本概念和基本术语基本概念和基本术语数据：数据：能够由计算机处理的能够由计算机处理的数字数字、字母字母和和符号符号等具有一定意义的实体。等具有一定意义的实体。分类：分类：模拟数据模拟数据可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音和图像；可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音和图像；数字数据数字数据只能取离散的数值，如整数、二进制序列只能取离散的数值，如整数、二进制序列 。第15页，本讲稿共87页 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 信号：信号：是数据的具体表现形式。是数据的具体表现形式。分类：分类：从通信的发送端所产生的信号形式来看从通信的发送端所产生的信号形式来看 模拟信号模拟信号：在介质上传送的连续变化的电磁波。在介质上传送的连续变化的电磁波。数字信号数字信号：在介质上传送的电压脉冲序列。在介质上传送的电压脉冲序列。从通信线路上传送的信号来看从通信线路上传送的信号来看 基带信号基带信号：将数字信号将数字信号1 1或或0 0直接用两种不同的电压来表示，在线路上传直接用两种不同的电压来表示，在线路上传输。输。宽带信号：宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。第16页，本讲稿共87页第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输信道：信道：信道就是信号所占用频率的范围通道。信道就是信号所占用频率的范围通道。分类：分类：传送模拟信号的传送模拟信号的模拟信道模拟信道和传送数字信号的和传送数字信号的数字信道数字信道。信号的传输方式信号的传输方式：模拟传输模拟传输：将信息在传输介质中以将信息在传输介质中以模拟信号模拟信号传输的传输方式。传输的传输方式。数字传输数字传输：将信息在传输介质中以：将信息在传输介质中以数字信号数字信号传输的传输方式。传输的传输方式。第17页，本讲稿共87页第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.2.数据通信系统数据通信系统数据通信：数据通信：依据通信协依据通信协议，利用数据传输技术在议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数两个功能单元之间传递数据信息的技术，它可以实据信息的技术，它可以实现计算机与计算机、计算现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。间的数据信息传递。数据通信数据通信电话、电报电话、电报业务业务通信对象通信对象人人-机、机机、机-机之机之间通信间通信人人-人之间通人之间通信信通信信号通信信号具有一定含义的具有一定含义的二进制形式的字二进制形式的字母、数字和符号母、数字和符号连续的语音连续的语音信号或某种信号或某种意义的报文意义的报文通信可靠通信可靠性性误码率要求较高误码率要求较高误码率要求误码率要求较低较低通信复杂通信复杂性性需要严格的协议，需要严格的协议，控制复杂控制复杂控制简单控制简单第18页，本讲稿共87页数据通信系统：数据通信系统：是通过数据电路将分布在远地的远程终端设备如计算机是通过数据电路将分布在远地的远程终端设备如计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。数据通信系统的组成：数据通信系统的组成：主要由主要由远程终端设备远程终端设备、数据电路数据电路、中央计算机系中央计算机系统统三部分组成。三部分组成。数据输数据输入输出入输出设备设备传输控传输控制器制器通信控通信控制器制器主主机机数据电数据电路端接路端接设备设备 DCE传输传输信道信道数据电数据电路端接路端接设备设备 DCE (DTE)远程终端设备远程终端设备(DTE)中央计算机系统中央计算机系统接口接口接口接口数据电路数据电路数据链路数据链路第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第19页，本讲稿共87页1.1.远程终端设备：远程终端设备：使用一般终端，具有一定的数据处理能力及发送和接收使用一般终端，具有一定的数据处理能力及发送和接收数据的能力，属于数据终端设备数据的能力，属于数据终端设备DTEDTE。2.2.数据电路：数据电路：由传输信道（传输线路）及两端的数据电路端接设备由传输信道（传输线路）及两端的数据电路端接设备DCEDCE组成，位于远程终端设备和中央计算机之间，为数据通信提供数字传输组成，位于远程终端设备和中央计算机之间，为数据通信提供数字传输信道。信道。传输信道传输信道包括包括通信线路通信线路和和通信设备通信设备。3.3.中央计算机系统：中央计算机系统：由由通信控制器通信控制器及及主机主机构成构成，也属于，也属于DTEDTE。通信控制器：通信控制器：是对是对DTEDTE的信号进行差错控制、终端接续控制、的信号进行差错控制、终端接续控制、传输顺序控制、切断控制等，同时将线路的信号从并行转成串行传输顺序控制、切断控制等，同时将线路的信号从并行转成串行或反之。或反之。主机主机则主要进行数据处理。则主要进行数据处理。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第20页，本讲稿共87页 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.2.2 2.2.2 模拟传输系统模拟传输系统1.1.模拟数据以模拟信号传输模拟数据以模拟信号传输 传统的传统的电话系统电话系统，采用分级交换；长途干线采用频分复用的传输方式，采用分级交换；长途干线采用频分复用的传输方式，即所谓的载波电话。即所谓的载波电话。2.2.数字数据以模拟信号传输数字数据以模拟信号传输 在模拟信道中进行数字传输，必须先将数字信号转换为模拟信号！在模拟信道中进行数字传输，必须先将数字信号转换为模拟信号！发送的发送的基带信号基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0t接收到的接收到的失真信号失真信号tt取样时刻取样时刻0 1 0 0 1 0 1 0 0还原后还原后的数据的数据出现差错出现差错第21页，本讲稿共87页解决办法：解决办法：选取某一频率的正（余）弦模拟信号作载波信号，运载所要传送选取某一频率的正（余）弦模拟信号作载波信号，运载所要传送的数字信号。的数字信号。实现的具体方法：实现的具体方法：用要传送的数字信号改变载波的幅值、频率或用要传送的数字信号改变载波的幅值、频率或相位，然后使之在信道上传送，到达信道的另一端再将数字信号从相位，然后使之在信道上传送，到达信道的另一端再将数字信号从载波上提取出来。载波上提取出来。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输工作站工作站A AModemModem工作站工作站B B 数字信号数字信号 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 公用电话网公用电话网第22页，本讲稿共87页调制调制：将数字信号放到载波上去的过程，即将数字信号变换模拟信号将数字信号放到载波上去的过程，即将数字信号变换模拟信号的过程，实现设备称为的过程，实现设备称为调制器调制器（ModulatorModulator）；）；解解调调：是是从从载载波波上上提提取取信信号号的的过过程程，即即将将模模拟拟信信号号变变换换为为数数字字信信号的过程，实现设备称为号的过程，实现设备称为解调器解调器（DEModulatorDEModulator）；调制解调器调制解调器（MODEMMODEM）是既能实现调制又能实现解调的设备。是既能实现调制又能实现解调的设备。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第23页，本讲稿共87页1.1.调制方法调制方法调调幅幅（AMAM）：即即载载波波的的幅幅度度随随数数字字信信号号的的值值改改变变，也也称称为为幅幅移移键键控控法法ASKASK。特点：特点：技术简单，抗干扰性较差，适合光缆使用。技术简单，抗干扰性较差，适合光缆使用。调调频频（FMFM）：即即载载波波的的频频率率随随数数字字信信号号的的值值改改变变,也也称称为为频频移移键键控控法法FSKFSK。特点：特点：抗干扰性较高，但所占频带较宽，是常用的一种调制方法。抗干扰性较高，但所占频带较宽，是常用的一种调制方法。调调相相（PMPM）:即即载载波波的的相相位位随随数数字字信信号号的的值值改改变变，也也称称为为相相移移键键控控法法PSKPSK。特点：特点：抗干扰性较高，数据传输速率高，实现复杂。抗干扰性较高，数据传输速率高，实现复杂。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第24页，本讲稿共87页基带信号基带信号010 01 1 10 0调幅调幅调频调频调相调相第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第25页，本讲稿共87页2.2.调制解调器调制解调器按按调调制制方方法法分分可可分分为为：调调频频调调制制解解调调器器、调调相相调调制制解解调调器器和和复复合合调调制制的调制解调器；的调制解调器；按按数数据据率率分分可可分分为为：低低速速调调制制解解调调器器（低低于于600600bpsbps）、中中速速调调制制解解调调器（器（600600bps-9600bpsbps-9600bps）和高速调制解调器（高于和高速调制解调器（高于96009600bpsbps）；）；按按拨号方式拨号方式分可分为：分可分为：手动拨号和自动拨号；手动拨号和自动拨号；此外此外，还可分为内插和外接式调制解调器等等。还可分为内插和外接式调制解调器等等。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第26页，本讲稿共87页 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.2.2数字传输系统数字传输系统1.1.数字数据以数字信号传输数字数据以数字信号传输 数字数据可以数字信号传输，但需对信号进行数字数据可以数字信号传输，但需对信号进行编码编码以提高数据传输的效率以提高数据传输的效率和实现通信双方的信号同步。和实现通信双方的信号同步。常用编码常用编码：不归零码不归零码、归零码归零码、曼彻斯特码曼彻斯特码和和差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码。第27页，本讲稿共87页 不归零码不归零码NRZNRZ是是一一种种最最简简单单和和最最原原始始的的编编码码方方式式，可可分分为为单单极极性性不不归归零零码码和和双双极极性性不不归归零零码码。优点：优点：有效利用了带宽，简单，低频相应性能较好。有效利用了带宽，简单，低频相应性能较好。缺点：缺点：当当连续发送连续发送“1 1”或或“0 0”时时，难以确定每位的开始或结束。，难以确定每位的开始或结束。单单极极性性不不归归零零码码：用用零零电电压压代代表表“0 0”，用用正正电电压压代代表表“1 1”，采采样样时间为每个码元时间的中间点时间为每个码元时间的中间点,判决门限为判决门限为半幅度电平半幅度电平。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输判决门限判决门限第28页，本讲稿共87页 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输数字信号的编码数字信号的编码第29页，本讲稿共87页 双极性不归零码双极性不归零码用用负电压负电压代表代表“0 0”，用正电压代表，用正电压代表“1 1”，采样时间为每个码元时间的中间点，但判决门限为，采样时间为每个码元时间的中间点，但判决门限为零电平零电平。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第30页，本讲稿共87页 归零码特点：归零码特点：每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，其采样时间和判决门限与不归零码类似。其采样时间和判决门限与不归零码类似。优点：优点：接收端可以从收到的脉冲间隔中得到同步信息。接收端可以从收到的脉冲间隔中得到同步信息。缺点：缺点：当出现当出现长时间长时间“0”“0”码码时，同步信号将会丢失。时，同步信号将会丢失。单极性归零码：单极性归零码：发送发送“1”“1”信号时发出一个短于一个码元时间宽度信号时发出一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，发送的正脉冲，发送“0”“0”信号时，则完全不发出任何电流。信号时，则完全不发出任何电流。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第31页，本讲稿共87页 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输数字信号的编码数字信号的编码第32页，本讲稿共87页 双极性归零码：双极性归零码：发送发送“1 1”信号时发出一个短于一个码元时间信号时发出一个短于一个码元时间宽度的宽度的正脉冲正脉冲，发送，发送“0 0”信号时发出短于一个码元时间宽度的信号时发出短于一个码元时间宽度的负脉冲负脉冲，其余时间则不发出任何电流。其余时间则不发出任何电流。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第33页，本讲稿共87页 曼彻斯特码：曼彻斯特码：是自带同步信号的编码，常用于局域网的传输。是自带同步信号的编码，常用于局域网的传输。特点：特点：每一位中间均有一次跳变，每一位中间均有一次跳变，该跳变既作为时钟信号又作为数据该跳变既作为时钟信号又作为数据信号；信号；每位编码的前半位表示数据信号的实际取值，后半位与之相每位编码的前半位表示数据信号的实际取值，后半位与之相反。反。优点：优点：克服了不归零码和归零码的同步信号丢失问题。克服了不归零码和归零码的同步信号丢失问题。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第34页，本讲稿共87页 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输数字信号的编码数字信号的编码第35页，本讲稿共87页 差分差分曼彻斯特码：曼彻斯特码：是自带同步信号的编码，常用于局域网的传输。是自带同步信号的编码，常用于局域网的传输。特点：特点：每一位中间均有一次跳变，边界的开始处存在跳变代表每一位中间均有一次跳变，边界的开始处存在跳变代表“0 0”，不，不存在跳变代表存在跳变代表“1 1”优点：优点：克服了不归零码和归零码的同步信号丢失问题。克服了不归零码和归零码的同步信号丢失问题。第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第36页，本讲稿共87页 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输数字信号的编码数字信号的编码第37页，本讲稿共87页2.2.模拟数据以数字信号传输模拟数据以数字信号传输 数字传输的过程数字传输的过程:发送端：发送端：将模拟信号通过将模拟信号通过编码器（编码器（CoderCoder）变换为数字信号。变换为数字信号。接收端：接收端：将收到的数字信号用将收到的数字信号用解码器（解码器（DecoderDecoder）还原成模拟信号。还原成模拟信号。编码解码器编码解码器(Codec):Codec):既有编码功能又有解码功能的装置。既有编码功能又有解码功能的装置。脉脉码码调调制制技技术术(Pulse Pulse Code Code Modulation-Modulation-PCMPCM)：将将模模拟拟信信号号转转变变成成数数字字信信号号的的技技术术，常常用用于对声音信号进行处理。于对声音信号进行处理。脉码调制过程的三个脉码调制过程的三个步骤步骤：采样采样、量化量化和和编码编码。工作站工作站A编码编码解码器解码器工作站工作站B数字信号数字信号模拟信号模拟信号公用数据网公用数据网模拟信号模拟信号编码编码解码器解码器第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第38页，本讲稿共87页1.1.采样：采样：按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。采采样样定定理理：只只要要采采样样频频率率不不低低于于模模拟拟信信号号最最高高频频率率的的2 2倍倍，就就可可以以从从采采样样脉脉冲冲信信号号无无失失真的恢复出原来的模拟信号。真的恢复出原来的模拟信号。2.2.量化：量化：将采样点测得的信号幅值分级取整的过程。将采样点测得的信号幅值分级取整的过程。经过量化后的样本经过量化后的样本幅度为离散的整数值，幅度为离散的整数值，而不是连续的值。而不是连续的值。3.3.编码：编码：用相应位数的用相应位数的二进制码表示已经量化二进制码表示已经量化的采样样本的量级。的采样样本的量级。如果有如果有N N个量化级，个量化级，则二进制位的位数为则二进制位的位数为loglog2 2N N。3.01.46.21.32.85.94T(B)B)抽样抽样(A)A)原来信号原来信号(C)C)量化及编码量化及编码31613640 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输第39页，本讲稿共87页 第三节第三节 同步与复用同步与复用（b）带应答信号的形式带应答信号的形式发送设备发送设备传输信道传输信道接收设备接收设备AB信息信息（a）基本形式基本形式AB信息信息监测信号监测信号发送设备发送设备传输信道传输信道接收设备接收设备2.3.1 2.3.1 数据通信方式数据通信方式按照信号在信道或传输介质中的传输方向分为：按照信号在信道或传输介质中的传输方向分为：1.1.单工通信单工通信(simplex)simplex)：数据总是沿信道的一个固定方向传送数据总是沿信道的一个固定方向传送(如如广播、电广播、电视视)。数据是单工的，信号是双工的数据是单工的，信号是双工的 第40页，本讲稿共87页第三节第三节 同步与复用同步与复用2.2.半双工通信：半双工通信：信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限于在一信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限于在一个方向传输。个方向传输。通信的双方通信的双方轮流轮流使用使用共享信道共享信道发送发送信息信息或或应答信号应答信号.信息信息传输信道传输信道AA发送设备发送设备接收设备接收设备接收设备接收设备B发送设备发送设备B第41页，本讲稿共87页3.3.全双工通信：全双工通信：数据能数据能同时同时沿信道的两个方向传输，即通信的一方在发送沿信道的两个方向传输，即通信的一方在发送信息的同时也能接收信息，其收、发信道分开设置，应答信号通常可利信息的同时也能接收信息，其收、发信道分开设置，应答信号通常可利用另一传输信道传送。用另一传输信道传送。四线制：四线制：采用采用两个单工两个单工通信设备完成全双工通信；通信设备完成全双工通信；二线制：二线制：采用采用频分多路复用频分多路复用技术，将一条线路分成高频和低频两条信道。技术，将一条线路分成高频和低频两条信道。信息信息传输信道传输信道发送设备发送设备A接收设备接收设备A接收设备接收设备B发送设备发送设备B传输信道传输信道第三节第三节 同步与复用同步与复用第42页，本讲稿共87页2.3.2 2.3.2 同步技术同步技术 同步：同步：通信双方的收发数据序列必须在时间上一致，以使接收方能准通信双方的收发数据序列必须在时间上一致，以使接收方能准确地区分和接收发送方发来数据。确地区分和接收发送方发来数据。同步方式同步方式：同步传输同步传输、异步传输异步传输。第三节第三节 同步与复用同步与复用第43页，本讲稿共87页1.1.异步传输（起异步传输（起止式同步方式）止式同步方式）异步传输：异步传输：发送端和接收端的时钟信号是各自独立的。发送端和接收端的时钟信号是各自独立的。特点：特点：信息以信息以字符字符为单位传输。为单位传输。字符组成：字符组成：1 1位起始位位起始位 5-85-8位数据位位数据位 0-10-1位奇位奇/偶校验位偶校验位 1-21-2位停止位位停止位111 1 0 0 0 10 0 1 0 0 1 1 0停止位停止位线路空闲线路空闲停止位停止位起始位起始位校验位校验位起始位起始位校验位校验位第三节第三节 同步与复用同步与复用第44页，本讲稿共87页2.2.同步传输同步传输 同步传输：同步传输：发送端和接收端的时钟是一致（同步）的。发送端和接收端的时钟是一致（同步）的。实现方法：实现方法：自同步法、外同步法。自同步法、外同步法。自同步法：自同步法：从数据信息波形的本身提取同步信号（如曼彻斯特码、差从数据信息波形的本身提取同步信号（如曼彻斯特码、差分曼分曼 彻斯特码）。彻斯特码）。外同步法：外同步法：不是在每个字符进行同步，而是在一组数据信息前后进不是在每个字符进行同步，而是在一组数据信息前后进行同步。行同步。又可分为又可分为面向字符的同步方式面向字符的同步方式和和面向位的同步方式面向位的同步方式。第三节第三节 同步与复用同步与复用第45页，本讲稿共87页 面向字符的同步方式：面向字符的同步方式：数据传输以数据传输以字符串字符串为单位，发送端在发送数据信息前，为单位，发送端在发送数据信息前，先向接收端发出一个或多个先向接收端发出一个或多个同步字符同步字符SYNSYN(编码为编码为00101000)00101000)。面向位的同步方式：面向位的同步方式：数据传输以数据传输以数据块数据块为单位，发送端在要发送的数据块的为单位，发送端在要发送的数据块的前后加上前后加上同步位模式同步位模式F F标志标志(编码为编码为0111111001111110）。）。插插0 0删删0 0技术技术SYN SYN 一个或多个一个或多个SYNSYN字符字符 控制字符控制字符 数据字符数据字符 控制字符控制字符 F 8 8比特标志比特标志 控制字符控制字符 数据字符数据字符 控制字符控制字符 8 8比特标志比特标志F第三节第三节 同步与复用同步与复用第46页，本讲稿共87页2.3.3 2.3.3 多路复用技术多路复用技术 多路复用技术：多路复用技术：通过通过多路复用器多路复用器将多路信号将多路信号组合组合在一条物理信道上传在一条物理信道上传输，到接收端再用输，到接收端再用多路译码器多路译码器将各路信号将各路信号分离分离开开输出，从而大大降低通信输出，从而大大降低通信成本，提高通信线路的利用率。成本，提高通信线路的利用率。多多 路路 复用器复用器 多多 路路 译码器译码器n n个输入个输入n n个输出个输出 1 1条链路，条链路，n n个信道个信道第三节第三节 同步与复用同步与复用第47页，本讲稿共87页1.1.频分多路复用频分多路复用FDMA(Frequency Division Multiplexing Access)FDMA(Frequency Division Multiplexing Access)信号的频谱信号的频谱：信号的能量随频率的分布规律。：信号的能量随频率的分布规律。信号的带宽信号的带宽：信号频谱中能量集中的区域。：信号频谱中能量集中的区域。原理：原理：在信道带宽大于各路信号总带宽时，将具有一定带宽的信道分割在信道带宽大于各路信号总带宽时，将具有一定带宽的信道分割成若干个占有较小带宽的子信道，使每个子信道用来传输一路信号；为保证成若干个占有较小带宽的子信道，使每个子信道用来传输一路信号；为保证各路信号的频谱不重叠，在复用前需通过各路信号的频谱不重叠，在复用前需通过频谱搬移频谱搬移技术。技术。第三节第三节 同步与复用同步与复用第48页，本讲稿共87页 适合：适合：较适用于传输较适用于传输模拟信号模拟信号。优点：优点：原理简单，技术成熟，系统效率较高，可充分利用信道的