1、Chapter 2 物理层及数据通信基础物理层及数据通信基础数据处理系统数据处理系统+数据传输系统数据传输系统=数据通信系统数据通信系统2.1 数据通信系统简介（数据通信系统简介（1）2.1.12.1.1通信系统模型通信系统模型说明：说明：信源：信息源，有模拟信号、数字信号信源：信息源，有模拟信号、数字信号 信宿：信息的接收点信宿：信息的接收点变换：调制解调、多路复用、数据编码变换：调制解调、多路复用、数据编码 信道：信号的传输介质及有关的传输设备。信道：信号的传输介质及有关的传输设备。噪声：信道中的噪声及分散在通信系统其它各处的噪声的集中表示噪声：信道中的噪声及分散在通信系统其它各处的噪声的
2、集中表示信源信源信宿信宿变换变换变换变换噪声噪声信道信道2.1 数据通信系统简介（数据通信系统简介（2）2.1.2 2.1.2 数据通信过程数据通信过程一般分为五个阶段：一般分为五个阶段：阶段一：数据通信线路的建立（建立物理连接）阶段一：数据通信线路的建立（建立物理连接）阶段二：建立数据传输链路（建立逻辑连接）阶段二：建立数据传输链路（建立逻辑连接）阶段三：传送数据和控制信息阶段三：传送数据和控制信息 阶段四：结束数据链路的连接（断开逻辑连接）阶段四：结束数据链路的连接（断开逻辑连接）阶段五：断开通信线路（断开物理连接）阶段五：断开通信线路（断开物理连接）说明：说明：并非所有通信过程都需要这五
3、个阶段。如租用专用线的通信方式。并非所有通信过程都需要这五个阶段。如租用专用线的通信方式。2.1 数据通信系统简介（数据通信系统简介（3）2.1.3数据通信方式数据通信方式 1 按连接方式划分按连接方式划分 (1)点点点连接方式点连接方式 (2)多点连接方式多点连接方式 (3)环形连接方式环形连接方式计算机计算机M计算机计算机M计算机计算机MMTMTMT2 按信息传送方向划分按信息传送方向划分 (1)单工通信方式单工通信方式 信息只能单向传输，监视信号可回送。信息只能单向传输，监视信号可回送。(2)半双工通信方式半双工通信方式 信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输。信息可以双向传输，但在
4、某一时刻只能单向传输。AB数据监视信号AB数据监视信号 (3)全双工通信方式全双工通信方式 信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。AB数据监视信号 3 按交换方式划分按交换方式划分 交换交换：在多结点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，在多结点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，一般希望动态地设定通信双方间的线路。动态地接通一般希望动态地设定通信双方间的线路。动态地接通或断开通信线路的过程，称为或断开通信线路的过程，称为“交换交换”。主要的交换方式分为：主要的交换方式分为：电路交换电路交换 报文交换报文交换存储转发方式存储转发方式 分组交换（包
5、交换）分组交换（包交换）存储转发方式存储转发方式 混合交换混合交换 （1）电路交换（）电路交换（circuit switching）原理：原理：直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。特点：特点：在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路；在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路；建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短；建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短；（2）报文交换（）报文交换（message switching）原理：原理：信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发。信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发。特点：特点：
6、(1)线路利用率高；线路利用率高；(2)要求中间结点（网络通信设备）缓冲大；要求中间结点（网络通信设备）缓冲大；(3)延迟时间长。延迟时间长。(3)分组交换（分组交换（packet switching）原理：原理：信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为 分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。分组：分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。比报文还小的信息段，可定长，也可变长。特点：特点：(1)(1)延迟短，线路利用率高；延迟短，线路利用率高；(2)(2)结点存储器利用率高；结点
7、存储器利用率高；(3)(3)易于重传，可靠性高；易于重传，可靠性高；(4)(4)易于开始新的传输，让紧急信息优先通过；易于开始新的传输，让紧急信息优先通过；(5)(5)额外信息增加。额外信息增加。分组交换分为：分组交换分为：数据报（数据报（datagramdatagram）和虚电路和虚电路（virtual circuitvirtual circuit）2.2 数据通信原理和技术介绍（数据通信原理和技术介绍（1）2.2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础 傅立叶分析傅立叶分析 任何一个周期为任何一个周期为T的有理周期性函数的有理周期性函数 g(t)可分解为可分解为若干项（可能无限多项）正弦
8、若干项（可能无限多项）正弦与与余弦函数之和：余弦函数之和：g(t)=c+其中：其中：f=1/T 基本频率基本频率 an,bnn次谐波项的正弦和余弦振幅值次谐波项的正弦和余弦振幅值)2sin(1nftann)2cos(1nftbnn an=bn=c=是直流分量是直流分量 讨论：讨论：*一个周期信号可以分解成无穷多个不同频率的正、余弦分量一个周期信号可以分解成无穷多个不同频率的正、余弦分量 *反过来，当一个二进制序列脉冲通过信道传输，如果信道的带反过来，当一个二进制序列脉冲通过信道传输，如果信道的带宽足够宽，则大量的频率成分能够通过，接收端的信号失真就宽足够宽，则大量的频率成分能够通过，接收端的信
9、号失真就小。如图所示：小。如图所示：T2Tdttg0)(T2Tdtnfttg0)2sin()(Tdtnfttg0)2cos()(T22.2 数据通信原理和技术介绍（数据通信原理和技术介绍（2）2.2.2 常用参数指标常用参数指标 1.数据传输率数据传输率 波特率：波特率：每秒钟信号电平变化的次数，也称调制速每秒钟信号电平变化的次数，也称调制速 率。单位为波特（率。单位为波特（Baud）比特率：比特率：每秒钟传送的二进制位数。单位为比特每秒钟传送的二进制位数。单位为比特/秒秒 记为：记为：bit/s或或bps 波特率（波特率（baud）和比特率（和比特率（bit）的关系：的关系：Rb=RBlog
10、2L 其中：其中：Rb比特率；比特率；RB波特率；波特率；L：多进制电平数，一般为多进制电平数，一般为L=2N 例如：一个传输系统采用四进制码元表示信号，例如：一个传输系统采用四进制码元表示信号，即有四个电平，即有四个电平，L=4，则，则 Rb=2*RB。若。若波特率波特率 为为1200波特，则比特率为波特，则比特率为2400bps。2.误码率误码率 二进制码元在传输系统中被传错的概率。二进制码元在传输系统中被传错的概率。设：传输的二进制码元总数为设：传输的二进制码元总数为N，传错的码元数为传错的码元数为Ne，则误码率为：则误码率为：Pe=Ne/N 误码率是衡量系统可靠性的指标。误码率是衡量系
11、统可靠性的指标。3.3.带宽带宽 带宽：信道所能传输信号的频率范围。带宽：信道所能传输信号的频率范围。带宽由传输介质的电气特性及信道上传输设备与电路带宽由传输介质的电气特性及信道上传输设备与电路 的频率特性综合决定。的频率特性综合决定。4.4.信道容量信道容量 信道容量：信道所能达到的最大传输能力。信道容量：信道所能达到的最大传输能力。单位：单位：bit/sbit/s。(1)(1)对无噪声有限带宽信道对无噪声有限带宽信道 奈奎斯特（奈奎斯特（H.NyquistH.Nyquist）公式：公式：C=2H logC=2H log2 2 L(bps)L(bps)式中式中 H H：信道带宽；信道带宽；L
12、 L：某时刻信号可能取的电平数某时刻信号可能取的电平数 例：某信道带宽为例：某信道带宽为4 4KHzKHz，数字信号可取数字信号可取0,1,2,30,1,2,3四种电平之一。四种电平之一。则：则：C=2C=2*4 4*log log2 2 4=16 Kbps4=16 Kbps (2)(2)对有噪声有限带宽信道对有噪声有限带宽信道 香农（香农（C.ShannonC.Shannon）公式：公式：C=H logC=H log2 2(1+S/N)(bps)(1+S/N)(bps)式中式中 H H：信道带宽；信道带宽；：信号功率；：信号功率；：噪声功率：噪声功率 例：某信道带宽为例：某信道带宽为3000
13、3000HzHz，信噪比，信噪比2020dBdB，求此信道的最求此信道的最 大传输速率。大传输速率。解：信噪比解：信噪比2020dBdB，即：即：10 lg S/N=20dB S/N=100 则：则：C=3000*log2(1+100)19980(bps)20 Kbps 说明：说明：(1)电话系统的典型信噪比一般能达到电话系统的典型信噪比一般能达到30dB;(2)此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；(3)与信号电平级数、采样速度无关；与信号电平级数、采样速度无关；(4)此式仅是上限，难以达到此式仅是上限，难以达到。2.2 数据通信原理和技术介绍（数据通信
14、原理和技术介绍（3）2.2.3 通信码通信码 通信码：通信码：数据传输系统中，将字符按一定的规则用二数据传输系统中，将字符按一定的规则用二进制序列的代码表示。当这些代码用于交换信息时，称为进制序列的代码表示。当这些代码用于交换信息时，称为信息交换码，或通信码。信息交换码，或通信码。通信码的种类有：通信码的种类有：BCD码、码、ASCII码、码、EBCDIC码、码、国际国际2号五单位电传码、号五单位电传码、ISO/R646七单位码等。七单位码等。ASCII码码 ASCII码是对字符、数字和其它符号进行编码的一种码是对字符、数字和其它符号进行编码的一种规定。规定。ASCII码中，前码中，前32个编
15、码（十进制个编码（十进制0到到31）专门起）专门起控制作用。控制作用。部分控制字符的涵义如下：部分控制字符的涵义如下：SOH（Start of Header）：）：报文标题开始符，表示标题开始。报文标题开始符，表示标题开始。STX（Start of Text）：）：正文开始符，表示标题结束和正文开始。正文开始符，表示标题结束和正文开始。ETX（End of Text）：）：正文结束符，表示正文已发送完毕。正文结束符，表示正文已发送完毕。EOT（End of Transmission）：）：传送结束符。传送结束符。ACK（Acknowledge）：）：肯定符。肯定符。NAK（Negative A
16、cknowledge）：）：否定符。否定符。DLE（Data Link Escape）：）：数据链转义码控制符，用来改变有限数据链转义码控制符，用来改变有限 数量的后续字符的含义。数量的后续字符的含义。例如，使用上面的部分控制字符装配如下传输数据：例如，使用上面的部分控制字符装配如下传输数据：SOH目的地址目的地址STX正文正文ETX校验校验EOT2.2 数据通信原理和技术介绍（数据通信原理和技术介绍（4）2.2.4 基带传输和频带传输基带传输和频带传输 1.1.数字数据的数字传输（基带传输）数字数据的数字传输（基带传输）基带：基带：基本频带，指传输变换前所占用的频带，是原始信号基本频带，指传
17、输变换前所占用的频带，是原始信号 所固有的频带。所固有的频带。基带传输：基带传输：在传输时直接使用基带信号在传输时直接使用基带信号 基带传输是一种最简单最基本的传输方式，一般用低电平表基带传输是一种最简单最基本的传输方式，一般用低电平表 示示“0 0”，高电平表示，高电平表示“1 1”。限制：限制：因基带信号所带的频率成分很宽，所以要求信道有较因基带信号所带的频率成分很宽，所以要求信道有较 宽的带宽。宽的带宽。常用的几种编码方式：（对码波形编码）常用的几种编码方式：（对码波形编码）1 1）不归零制码（）不归零制码（NRZNRZ：Non-Return to ZeroNon-Return to Z
18、ero）规则：规则：用两种不同的电平分别表示二进制信息用两种不同的电平分别表示二进制信息“0 0”和和“1 1”。例如，低电平表示。例如，低电平表示“0 0”，高电平表示，高电平表示“1 1”。缺点：缺点：(1)(1)难以分辨一位的结束和另一位的开始；难以分辨一位的结束和另一位的开始；(2)(2)发送方和接收方必须有时钟同步；发送方和接收方必须有时钟同步；(3)(3)若信号中若信号中“0 0”或或“1 1”连续出现，信号直流分量将累加。连续出现，信号直流分量将累加。结论：结论：不适宜作为传输码形。适宜与系统内部。不适宜作为传输码形。适宜与系统内部。2 2）曼彻斯特码（）曼彻斯特码（Manche
19、sterManchester），），也称相位编码也称相位编码 规则：规则：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示 “0 0”，从高跳到低表示，从高跳到低表示“1 1”。优点：优点：克服了克服了NRZNRZ码的不足。每位中间的跳变即可作码的不足。每位中间的跳变即可作 为数据，又可作为时钟，能够自同步。为数据，又可作为时钟，能够自同步。3 3）差分曼彻斯特码（）差分曼彻斯特码（Differential ManchesterDifferential Manchester）规则：规则：若本码周期前半个码元电平与上一个码周期后半个码若本码周期前半个码元电平与上一个码
20、周期后半个码 元电平一样元电平一样,则表示则表示“1”1”；若两者电平相反，则表示；若两者电平相反，则表示“0”0”。特点：特点：每个码周期的每个码周期的1/21/2处，有电平跳变。便于时钟提取，处，有电平跳变。便于时钟提取，抗干扰能力强。抗干扰能力强。0T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T码周期码周期t 2.2.数字数据的模拟传输（频带传输）数字数据的模拟传输（频带传输）频带传输：频带传输：指在一定频率范围内的线路上，进行载波指在一定频率范围内的线路上，进行载波 传输。用基带信号对载波进行调制，使其传输。用基带信号对载波进行调制，使其 变为适合于线路传送的信号。变为适合于线路传送的
21、信号。调制（调制（ModulationModulation）：）：用基带脉冲对载波信号的某些用基带脉冲对载波信号的某些 参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化。参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化。解调（解调（DemodulationDemodulation）：）：调制的反变换。调制的反变换。2.2 数据通信原理和技术介绍（数据通信原理和技术介绍（5）2.2.5 2.2.5 多路复用技术多路复用技术 由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共
22、用一条物理线路。共用一条物理线路。常用的有三种方法：常用的有三种方法：频分多路复用频分多路复用 FDMFDM（Frequency Division MultiplexingFrequency Division Multiplexing）时分多路复用时分多路复用 TDMTDM（Time Division MultiplexingTime Division Multiplexing）主要用于数字数据传输主要用于数字数据传输波分多路复用波分多路复用 WDMWDM（Wavelength Division MultiplexingWavelength Division Multiplexing）频分多路
23、复用频分多路复用 FDMFDM示意图示意图MUXCH1 CH2 CH3频分复用频分复用fCH2CH1CH3原始信号原始信号ffffffCH1CH2CH3调制后的信号调制后的信号时分多路复用时分多路复用 TDM TDM 示意图示意图A2A1A3原始信号原始信号D2D1D3数字化信号数字化信号MUX复用后数据复用后数据时隙时隙1234D3D2D1波分多路复用波分多路复用 WDM WDM 示意图示意图2.2.6 2.2.6 并行传输并行传输(parallel)parallel)与串行传输与串行传输(serial)serial)并行传输：并行传输：多位数据同时传输的方式，如图多位数据同时传输的方式，如
24、图(a)a)。计算机内部计算机内部 的数据多是并行传输。的数据多是并行传输。串行传输：串行传输：数据一位一位地由源向目的地传输的方式，数据一位一位地由源向目的地传输的方式，如图如图(b)b)。成本因素，远距离通信一般采用串行传输。成本因素，远距离通信一般采用串行传输。b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b0b1b2b3b4b5b6b7串行信道并行信道(a)并行数据传输(b)串行数据传输2.2.7 2.2.7 异步传输和同步传输异步传输和同步传输 数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所接收的每一位的开
25、始时间和数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所接收的每一位的开始时间和持续时间。满足上述要求的办法有两类：异步传输和同步传输。持续时间。满足上述要求的办法有两类：异步传输和同步传输。异步传输异步传输 工作原理：工作原理：以字符作为数据单位进行传输以字符作为数据单位进行传输，字符之间的传输，字符之间的传输间隔任意。为了标志字符的开始和结尾，在每个字符的开始加一间隔任意。为了标志字符的开始和结尾，在每个字符的开始加一位起始位，结尾加位起始位，结尾加1 1位、位、1.51.5位或位或2 2位停止位，数据位的长度由不位停止位，数据位的长度由不同的编码规则决定。如下图所示：同的编码规则决定。如下图所
26、示：起始位数据位0数据位1数据位2数据位3数据位4数据位5数据位6校验位停止位停止位字符2字符1字符3字符4任意间隔任意间隔任意间隔 同步传输同步传输 工作原理：工作原理：以若干以若干字符组成的数据块作为数据单位进行传输。字符组成的数据块作为数据单位进行传输。同步的方法是在数据块前面加特殊模式的位组合同步的方法是在数据块前面加特殊模式的位组合(如如01111110)01111110)或或同步字符同步字符(SYN)SYN)，并且通过位填充或字符填充技术保证数据块中并且通过位填充或字符填充技术保证数据块中的数据不会与同步字符混淆的数据不会与同步字符混淆。SYNSYNBAX.SYN同步字符(一个或多
27、个)01111110BAX.01111110同步位模式可变长度的位数据块可变长度的字符数据块2.3 2.3 模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输2.3.1 2.3.1 数据和信号数据和信号数据分为：数据分为：模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据模拟数据：模拟数据：在一定的数据区间内可连续取值的数据，即连续变化的数据。在一定的数据区间内可连续取值的数据，即连续变化的数据。数字数据：数字数据：只能取离散数值的数据。只能取离散数值的数据。信号分为：信号分为：模拟信号和模拟信号和数字信号数字信号信号发送方式：信号发送方式：模拟信号发送（模拟信道）和数字信号发送（数字信道）模拟信号发送（模拟信道）和数字
28、信号发送（数字信道）利用模拟信号发送：利用模拟信号发送：利用数字信号发送：利用数字信号发送：电话系统电话系统调制解调器调制解调器MODEM模拟数据（声音）模拟数据（声音）模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号数字数据数字数据编码解码器编码解码器CODEC数字数字编码解码器编码解码器数字信号数字信号数字信号数字信号数字数据数字数据模拟数据模拟数据2.3.2 模拟传输模拟传输 调制技术调制技术 调制：调制：利用调制信号对载波信号进行调制，使载波信号的某利用调制信号对载波信号进行调制，使载波信号的某 些量随调制信号的规律变化的过程。些量随调制信号的规律变化的过程。例如：普通调幅波例如：普通调幅波t调制信号
29、调制信号t载波信号载波信号t普通调幅波普通调幅波包络包络 根据载波根据载波ASin(2ft+)的三个特性：幅度、频率、相的三个特性：幅度、频率、相位，产生常用的三种调制技术：调幅位，产生常用的三种调制技术：调幅、调频、调相。调频、调相。数字调制：数字调制：调制信号为数字信号的正弦波调制。调制信号为数字信号的正弦波调制。利用模拟信道进行数据通信时要使用数字调制。利用模拟信道进行数据通信时要使用数字调制。分为：分为：幅移键控法幅移键控法 Amplitude-shift keying(ASK)Amplitude-shift keying(ASK)原理：用恒定幅值的载波的有或无分别代表原理：用恒定幅值
30、的载波的有或无分别代表“0”0”和和“1”1”。频移键控法频移键控法 Frequency-shift keying(FSK)Frequency-shift keying(FSK)原理：用两个不同频率的载波分别代表原理：用两个不同频率的载波分别代表“0”0”和和“1”1”。相移键控法相移键控法 Phase-shift keying(PSK)Phase-shift keying(PSK)原理：用载波的相位变化分别代表原理：用载波的相位变化分别代表“0”0”和和“1”1”。例如，前。例如，前后码后码 元的相位差为元的相位差为 时，代表时，代表“1”1”；相位差为；相位差为0 0 时，代表时，代表“0
31、”0”。说明：说明：(1)在数字调制中，可以利用数字电路的开关特性实现在数字调制中，可以利用数字电路的开关特性实现 ASK、FSK和和PSK。例如，实现例如，实现FSK的示意图。的示意图。(2)可以采用多元制的混合调制方法，提高信息传输率。可以采用多元制的混合调制方法，提高信息传输率。001f1f22.3.3 2.3.3 数字传输数字传输 数字传输的特点：数字传输的特点：(1)(1)抗干扰能力强。抗干扰能力强。(2)(2)传输质量与通信线路长度无关。传输质量与通信线路长度无关。(3)(3)安全性能好。安全性能好。(4)(4)造价低，功耗低。造价低，功耗低。(5)(5)占用较宽的信道频带。占用较
32、宽的信道频带。脉码调制（脉码调制（PCMPCM）当模拟信号通过数字传输系统传输时，必须使用编码解码器当模拟信号通过数字传输系统传输时，必须使用编码解码器（CodecCodec），），即要将模拟信号变换成数字信号。完成此过程的基本即要将模拟信号变换成数字信号。完成此过程的基本方法是脉码调制（方法是脉码调制（PCMPCM）。）。PCMPCM的过程：的过程：采样、量化、编码采样、量化、编码 采样：采样：按照一定的时间间隔提取模拟信号的幅值。按照一定的时间间隔提取模拟信号的幅值。采样率必须满足采样率必须满足Nyquist定理定理 Nyquist定理定理:在理想的无噪声信道，若在理想的无噪声信道，若 f
33、 是模拟是模拟 信号的最高频率信号的最高频率,采样频率为采样频率为2*f 时，接收方就时，接收方就 可以从采样脉冲信号中完全恢复原信号。可以从采样脉冲信号中完全恢复原信号。量化：量化：将采样点处测得的信号幅值分级取整的过程。将采样点处测得的信号幅值分级取整的过程。编码：编码：将量化后的整数值用二进制数来表示。将量化后的整数值用二进制数来表示。PCMPCM转换过程及波形示意图如下页。转换过程及波形示意图如下页。PCM 转化过程转化过程模拟信号模拟信号采样时钟采样时钟PAM 信号信号PCM 信号信号采样电路采样电路量化和编码量化和编码数字化信号数字化信号PCM原理框图原理框图01110001101
34、10011000111000110110011003.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100原始信号原始信号PAM脉冲脉冲PCM 脉冲脉冲 有量化差错有量化差错PCM 输出输出波形示意图波形示意图 PCMPCM的的国际标准国际标准(1)T-标准标准 24路路PCM，简称简称T1，速率速率1.544Mbps,北北 美、日本美、日本 (2)E-标准标准 30/32路路PCM，简称简称E1，速率速率2.048 Mbps,欧洲、中国、南美欧洲、中国、南美 E-标准中，以帧的形式，利用时分复用技术进行传输。标准中，以帧的形式，利用时分复用技术进行传输。下图下图为
35、为E1时分复用帧示意图。时分复用帧示意图。E1-帧帧ch0ch0ch1ch1ch15ch15ch16ch16ch31ch312.048Mbps传输线路传输线路时分复用原理示意图时分复用原理示意图ch0ch1ch2ch16ch31125 m ms=32 时隙时隙=2.048 Mbps帧同步帧同步信令信道信令信道30 话音信道话音信道+2 控制信道控制信道E1 的时分复用帧的时分复用帧 说明：说明：(1)(1)话音信号频率话音信号频率3.43.4KHzKHz，据，据NyquistNyquist定理，采样频率为定理，采样频率为80008000HzHz，即采样周期即采样周期125125ss。每个采样值
36、编码每个采样值编码 8 8bitbit。(2)(2)单个话路的传输率：单个话路的传输率：80008000个个/s s8bit/8bit/个个=64=64KbitKbit/s/s(3)(3)将多个（将多个（3232个）话路的个）话路的PCMPCM信号用时分复用的方法装成帧，送信号用时分复用的方法装成帧，送 往线路逐帧传输。往线路逐帧传输。PCMPCM基群基群E1E1的数据率为：的数据率为：32326464KbitKbit/s=2.048Mbps/s=2.048Mbps。(4)(4)采用时分复用技术，可以得到高次群。例如，四个基群复接采用时分复用技术，可以得到高次群。例如，四个基群复接 成二次群，
37、四个二次群复接成三次群，依此类推。成二次群，四个二次群复接成三次群，依此类推。如下图所示：如下图所示：三大数字体系三大数字体系2.0488.44834.368139.264564.9921.5446.31244.736274.1761.5446.31232.06497.728397.20064KJ1E1T1J2E2T2J3E3T3J4E4T4J5E5x32x24x24x 4x 4x 4x 4x 7x 5x 4x 6x 3x 4x 4USA日本日本中国中国2.4 2.4 传输介质（传输介质（1 1）传输介质：传输介质：实际传送信息的载体。实际传送信息的载体。2.4.12.4.1双绞线双绞线 双绞
38、线由两根绞合成有规则的螺旋形图样的绝缘铜线组成。双绞线由两根绞合成有规则的螺旋形图样的绝缘铜线组成。分类：非屏蔽双绞线（分类：非屏蔽双绞线（UTPUTP）：）：外皮为塑料，不具有屏蔽能力。外皮为塑料，不具有屏蔽能力。屏蔽双绞线：外皮为金属，具有屏蔽能力。屏蔽双绞线：外皮为金属，具有屏蔽能力。LANLAN上常用上常用UTPUTP，3 3类传类传1010M M，5 5类传类传1010M/100MM/100M，RJ45RJ45头头以太网以太网使用使用 有线传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤）有线传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤）无线传输介质（微波、通信卫星、红外线等）无线传输介质（微波、通信卫星、红外
39、线等）传输介质传输介质 屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)金属屏蔽网以减少金属屏蔽网以减少 干扰和串音干扰和串音3类、类、5类类双绞线外没有任何双绞线外没有任何附加屏蔽附加屏蔽双绞线的特点双绞线的特点 结构简单，容易安装，普通结构简单，容易安装，普通UTPUTP较便宜较便宜 有一定的传输速率有一定的传输速率 具有较高的容性阻抗，信号衰减较大，传输具有较高的容性阻抗，信号衰减较大，传输距离有限（距离有限（100100m m）有辐射，容易被窃听有辐射，容易被窃听2.4 2.4 传输介质（传输介质（2 2）2.4.2 2.4.2 同轴电缆同轴电缆同轴电缆由同心的内导体、
40、绝缘层、屏蔽层、保护外套组成。同轴电缆由同心的内导体、绝缘层、屏蔽层、保护外套组成。分类：分类：粗缆（直径为粗缆（直径为1.471.47厘米）和细缆（直径为厘米）和细缆（直径为0.700.70厘米）厘米）基带电缆（基带电缆（5050 ）和宽带电缆（和宽带电缆（7575 ）外层绝缘层外层绝缘层屏蔽金属网屏蔽金属网绝缘层绝缘层内导体内导体特点：特点：频带较宽，传输率较高。频带较宽，传输率较高。损耗较低，传输距离较远损耗较低，传输距离较远(200(200m,500m)m,500m)。辐射低，保密性好，抗干扰能力强。辐射低，保密性好，抗干扰能力强。宽带电缆可实现多路复用传输宽带电缆可实现多路复用传输2
41、.4 2.4 传输介质（传输介质（3 3）2.4.3 2.4.3 光纤光纤 光纤由能传导光波的石英玻璃，外加保护层构成。光纤由能传导光波的石英玻璃，外加保护层构成。原理：原理：基于光在具有不同折射率的两种介质交界基于光在具有不同折射率的两种介质交界 面上的全反射现象，将光线约束在光纤内，面上的全反射现象，将光线约束在光纤内，并引导光沿着轴线向前传播。并引导光沿着轴线向前传播。光纤结构光纤结构护套护套(一般为一般为PVC)纤芯纤芯加强材料加强材料(Aramid 纱线纱线)缓冲层缓冲层包层包层光纤光纤保护膜保护膜缓冲层缓冲层AramidAramid 纱线纱线护套护套包层包层纤芯纤芯n n1 1n
42、n0 0折射系数：折射系数：n n0 0 n n1 1 光纤的分类光纤的分类 多模光纤：多模光纤：不同光线在介质内部以不同反射角传播，可以认不同光线在介质内部以不同反射角传播，可以认 为每束光线对应不同模式。为每束光线对应不同模式。单模光纤：单模光纤：光纤直径小到光波波长时，光在其中无反射，而光纤直径小到光波波长时，光在其中无反射，而 沿直线传播。沿直线传播。多模多模单模单模125125mm125125mm62.5 62.5 或或 50 50 mm 99mm多模多模多模多模多模多模100/140 100/140 m mmm62.5/125 62.5/125 m mmm50/125 50/125
43、 m mmm单模单模9/125 9/125 m mmm 工作原理工作原理 入射角入射角，折射角折射角 信号在光纤中的传输过程信号在光纤中的传输过程 光源：光源：LEDsLEDs-发光二极管发光二极管 LASERsLASERs-受激光发射光频放大器，简称激光器受激光发射光频放大器，简称激光器 VCSELsVCSELs-垂直空腔表面发射激光器垂直空腔表面发射激光器光检测器：光检测器：光电二极管光电二极管驱动器驱动器光源光源光检测光检测放大器放大器电信号电信号电信号电信号光信号光信号特点：特点：衰减少，无中继传输距离远衰减少，无中继传输距离远 带宽宽，传输速率高，传输能力强带宽宽，传输速率高，传输能
44、力强 不受电磁干扰，抗干扰能力强，无辐射，保不受电磁干扰，抗干扰能力强，无辐射，保密性好密性好 重量轻，容量大，十分适合多媒体通信重量轻，容量大，十分适合多媒体通信 光纤断裂的检测和修复都很困难光纤断裂的检测和修复都很困难2.4 2.4 传输介质（传输介质（4 4）2.4.4 2.4.4 无线传输介质无线传输介质 1.1.地面微波接力通信地面微波接力通信 可传输电话、电报、图象、数据等信息。微波设备信道容量多可传输电话、电报、图象、数据等信息。微波设备信道容量多为为960960路、路、12001200路、路、18001800路和路和27002700路。我国多为路。我国多为960960路。路。两
45、个地面站之间传送两个地面站之间传送距离：距离：5050-100 100 kmkm，4-6GHz4-6GHz的频率范围。的频率范围。地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路微波传送塔微波传送塔2.2.卫星通信卫星通信 特点特点:(1)(1)通信距离远，且通信费用与通信距离无关。通信距离远，且通信费用与通信距离无关。(2)(2)频带很宽，通信容量很大，信号所受的干扰小，通信比较稳定。频带很宽，通信容量很大，信号所受的干扰小，通信比较稳定。(3)(3)具有较大的传播时延。不管两个地球站的距离是多少，从一个具有较大的传播时延。不管两个地球站的距离是多少，从一个 地球站经卫星到另一个地球站的传播时延在地
46、球站经卫星到另一个地球站的传播时延在250-300250-300msms之间，一之间，一 般可取为般可取为270270msms。使用微波使用微波使用转发器接收和转使用转发器接收和转发发地面站地面站地面站地面站C波段波段 4/6 GHz 上行上行5.925-6.425 GHz 下行下行3.7-4.2 GHz KU波段波段 12/14 GHz 上行上行14-14.5 GHz 下行下行11.7-12.2 GHz2.5 2.5 物理层标准（物理层标准（1 1）2.5.1 2.5.1 物理层的基本概念物理层的基本概念 物理层的作用物理层的作用 尽可能屏蔽传输媒体的差异，透明传送和接收尽可能屏蔽传输媒体的
47、差异，透明传送和接收比特比特流流 物理层的主要任务物理层的主要任务 确定与传输媒体的接口的一些特性：机械特性、电气特性、功能特性和规程确定与传输媒体的接口的一些特性：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性特性 物理层向数据链路层提供的服务物理层向数据链路层提供的服务 物理连接物理连接 物理服务数据单元（物理服务数据单元（PSDU）：）：串行传输方式（串行传输方式（1位）、并行传输方式（位）、并行传输方式（8位）位）顺序化顺序化 故障报告故障报告 服务质量参数服务质量参数2.5 2.5 物理层标准（物理层标准（2 2）2.5.2 EIA-232-E（RS-232-C）EIA-232-E EIA-
48、232-E 定义了定义了 DTE DTE 和和 DCE DCE 之间的接口标准之间的接口标准 DTEDTE（数据终端设备）：数据终端设备）：具有一定数据处理能力及收发数据能力的具有一定数据处理能力及收发数据能力的 设备，如计算机。设备，如计算机。DCEDCE（数据电路端接设备）：数据电路端接设备）：在在DTEDTE和传输线路之间提供信号变换和传输线路之间提供信号变换 和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接，如和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接，如MODEMMODEMEIA-232-E EIA-232-E 定义的接口标准定义的接口标准机械特性：机械特性：2525芯连接器，
49、芯连接器，DTEDTE为插头，为插头，DCEDCE为插座为插座。电气特性：电气特性：采用非平衡型电气特性，低于采用非平衡型电气特性，低于-3-3V V为为“1 1”，高于，高于 +3+3V V为为 “0 0”，最大，最大2020KbpsKbps，连接电缆最长连接电缆最长1515m m。功能特性：功能特性：引脚信号的含义，引脚信号的含义，第二根针是用于发送数据，第三第二根针是用于发送数据，第三 根针是用于接收数据等。（根针是用于接收数据等。（见见P42P42，图图2-152-15）规程特性：规程特性：事件发生的合法顺序。事件发生的合法顺序。2.5 物理层标准（物理层标准（3 3）2.5.3 EI
50、A RS-449/422-A/423-A EIA RS-449 EIA RS-449 是为替代是为替代RS-232-CRS-232-C而提出的物理层标准接口。实际而提出的物理层标准接口。实际上是一体化的三个标准。上是一体化的三个标准。主要改进：主要改进：加长了接口电缆距离，加大了数据传输率；增加了新加长了接口电缆距离，加大了数据传输率；增加了新 的接口功能等。的接口功能等。机械特性：机械特性：3737芯或芯或9 9芯芯D D型连接器。型连接器。电气特性：电气特性：与与RS-232-CRS-232-C相连，采用非平衡型电气特性相连，采用非平衡型电气特性 RS-423-A，20Kbps以下；以下；
