计算机网络-物理层

物理层学习目标：掌握物理层基本概念熟悉传输媒体了解数据通信的基本概念和主要技术熟悉常用的物理接口掌握一些重要参数的计算方法教学内容：物理层基本概念传输媒体数据通信基础常用物理层标准

物理层基本概念--对象DTE（DataTerminalEquipment）数据终端设备DCE（DataCircuit-terminatingEquipment）数字电路端接设备连接模拟传输系统，V系列标准，连接数字传输系统，X系列标准。接口：关于DTE与DCE（数字电路终接设备）和DSE（数字服务设备）的标准DTE-DCE接口数据终端设备DTE：具有数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备，可以是计算机、终端或I/O设备。产生数据及必须的控制字符，并送到DCE。数字电路端接设备DCE：数据通信设备，DTE和传输媒体之间的中间设备，负责发送和接收在传输介质上的信号，提供DTE和传输媒体之间信号变换和编码的功能，并负责建立、保持和释放数据链路。物理层基本概念--组织CCITT（ITU）电气、功能、规程特性

ISO机械特性

EIA组合特性物理层基本概念—定义ISO/OSI关于物理层的定义：

物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理连接。这种连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是在物理层的。物理层基本服务功能物理层设计时主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上传输各种数据的比特流；计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽通信技术的差异性；数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理层，通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路实体。

物理层基本概念--功能建立、维护、拆除物理信道与外部媒体接口机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置尺寸。电气特性：接口线上电压值范围、速率、阻抗、距离、0和1电压的含义。功能特性：接口线的名称、功能、意义。规程特性：对不同功能的各种可能事件的出现顺序、动作顺序。透明传输物理层基本概念—接口特性机械特性

主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。物理层基本概念—接口特性电气特性

规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。三种电气连接方式不平衡接口CCITTV.28建议书特点：所有电路共用一条信号地线、串音干扰大速率<20kbps

距离<15m物理层基本概念—接口特性三种电气连接方式平衡接口CCITTV.11建议书特点：每一条信号线均有各自的信号回路（无公共地、自带地）、串扰小速率可达10Mbps

距离可达1000m（速率<100kbps）半平衡接口CCITTV.10建议书特点：同方向的信号线共用一条地线速率300Kbps

距离10m（300Kbps）、

1000m（3Kbps）物理层基本概念—接口特性功能特性

主要定义各条物理线路的功能。

模拟接口：每线一个功能数字接口：每线功能可多个，共4类：数据控制定时地线物理层基本概念—接口特性规程特性

定义各条物理线路的工作规程和时序关系描述工具：列线图状态图流程图教学内容：物理层基本概念传输媒体数据通信基础常用物理层标准

传输介质传输介质特性常用的传输介质双绞线同轴电缆光导纤维无线介质介质特性物理特性：物理构造传输特性：允许传输数字还是模拟信号，调制技术、传输容量、传输频率范围。连通特性：允许点-点或多点连接地理特性：最大传输距离抗干扰性：防止噪声与电磁干扰的能力。价格：也是影响选择的一个重要因素。包括器件、安装与维护费用。双绞线——组成和结构双绞线（TwistedPair）也称为双扭线，是计算机网络中使用最为普遍的传输介质；现在双绞线广泛应用于模拟信号和数字信号的传输，尤其是模拟信号的传输在几公里之内都不需要使用放大器。双绞线电缆中封装着一对或一对以上的双绞线，为了降低信号的干扰程度，每一对双绞线一般由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，每根铜导线的绝缘层颜色各不相同，以示区别。5类4对UTP结构及截面图双绞线一般可以分为非屏蔽双绞线（UTP）屏蔽双绞线（STP）STP又分为3类（Category3）和5类两种，而UTP分为3类、4类、5类、超5类、6类及7类几种双绞线——分类屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别屏蔽双绞线电缆的外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高的数据传输速率（5类STP在100m内可达到155Mbit/s，而5类UTP只能达到100Mbit/s）。但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。非屏蔽双绞线电缆外面只需一层绝缘胶皮，因而重量轻、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适用于结构化布线，所以在无特殊要求的计算机网络布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。双绞线——实例双绞线——实例具有以太网卡的计算机背面双绞线——实例

一个10/100M双绞线以太网接口，指示灯的状态显示接口连接在一个10M以太网上同轴电缆——结构同轴电缆（CoaxialCable）由一根空心的圆柱网状铜导体和一根位于中心轴线位置的铜导线组成的，铜导线、空心圆柱导体和外界之间分别用绝缘材料隔开。同轴电缆——分类按照特征阻抗分为：

50Ω同轴电缆基带同轴电缆，又分为粗缆和细缆

75Ω同轴电缆宽带同轴电缆，用于有线电视模拟信号传输同轴电缆——连接方式在利用细缆连接计算机时，对连接设备及连接方法一般有以下的要求：图4-4细缆网络连接拓扑图细缆网络连接拓扑图同轴电缆——连接方式在利用粗缆连接计算机时，对连接设备及连接方法一般有以下的要求粗缆网络连接拓扑图宽带同轴电缆

75Ω同轴电缆也称为宽带同轴电缆，宽带系统是指采用了频分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络。宽带同轴电缆网络拓扑结构光纤的通信原理通信中，由光发送机产生光束，将表示数字代码的电信号转变成光信号，并将光信号导入光纤，光信号在光纤中传播，在另一端由光接收机负责接收光纤上传出的光信号，并进一步将其还原成为发送前的电信号。光纤收发器集成了光发送机和光接收机的功能：既负责光的发送也负责光的接收。光纤电缆的主要特性光纤通常由纯度极高的石英玻璃拉成细丝，主要由位于中心轴线上的纤芯和包裹在外面的包层组成。

图4-9光波在光纤中的传输情况一种类型的室外光缆截面示意图光纤的分类和特点单模光纤和多模光纤在计算机网络中根据传输点模数的不同，光纤分为单模光纤和多模光纤两种，“模”也称为模式（mode），是指以一定角度进入光纤的一束光。可以让多条光波以不同的入射角（但必须大于临界值）进入同一条纤芯进行传输，将这类光纤称为多模光纤。但也存在一种情况，即当光纤的直径减小到只允许一个波长的光波传输时，这时的光纤就如同一根波导体，光波在其中没有反射，而是沿直线传输，将这种光纤称为单模光纤。

单模光纤与多模光纤的比较

多模光纤与单模光纤的主要区别：

单模光纤采用激光二极管（LD）作为光源，而多模光纤采用发光二极管（LED）为光源；多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，整体的传输性能差，但成本低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中；单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大、传输距离长，但需激光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。室内光缆和室外光缆室内光缆的抗拉强度较小，保护层较差，但重量较轻，且较便宜，主要用于建筑物内部的布线。与室内光缆相比，室外光缆的抗拉强度较大，保护层较厚重，并且通常为铠装（即金属皮包裹）。室外光缆主要适用于建筑物之间或广域网的远距离布线。根据布线方式的不同，室外光缆又分为直埋式光缆、架空式光缆和管道式光缆三类。光纤通信的特点数据传输速率高（可达Gbit/s）传输距离远（无中继传输距离达几十至上百公里）在远距离的网络布线中得到广泛应用局域网布线中一般使用62.5μm/125μm、50μm/125μm、100μm/140μm规格的多模光纤和8.3μm/125μm规格的单模光纤。通信用光波波段频率范围1014~1015三种波长850nm、1300nm、1550nm的传播特性最好，属于红外频谱。1300和1550nm是长波长低损耗波段。局域网使用850nmLED光源，速率100mbps,距离几公里。

与铜质电缆相比较，光纤通信明显具有其他传输介质无法比拟的优点。

传输信号的频带宽，通信容量大；信号衰减小，传输距离长；抗干扰能力强，应用范围广；抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境下的布线；原材料资源丰富。当然，光纤也存在着一些缺点：如质地脆，机械强度低；切断和连接技术要求较高等，这些缺点也限制了目前光纤的普及，尤其是实现光纤到桌面的连接。无线介质电磁波的传播有两种方式：非导向传输媒体

—

以无线方式在自由空间中传播；导向传输媒体

—

以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输。目前以无线方式进行通信的主要有：

—

无线（radio）

—

微波（microwave）

—

红外（infrared）

—

可见光（visiblelight）电磁波的频谱及其在通信中的应用当电子运行时，便会产生可以自由传播的电磁波。电磁波于1887年由德国物理学家赫兹（HeinrichHertz）首先发现。电磁波每秒的震荡次数称为频率（frequency），一般用f表示，单位为赫兹（Hz）。电磁波两个相邻波峰（或波谷）之间的距离称为波长（wavelength），一般用λ表示。在真空中，所有的电磁波以相同的速率传播，和它的频率无关，该传播速率被称为光速（speedoflight），用c表示，大约为3×108m/s。c是一个理想值，是一个权限速度，在光纤介质中传输时只有真空速率的2/3。频率f、波长λ及光速c之间的关系为：

f×λ＝c电磁波可承载的信息量与它的带宽相关。在当前技术条件下，当采用较低的频率时，每赫兹可以编码几个比特；当采用较高频率时，每赫兹的编码可以达到Gbit/s数量级。这也是为什么光纤能够成为目前网络传输介质中的佼佼者的一个重要原因。电磁波的频谱及其在通信中的应用无线电传输无线电波的特性与其频率有关。在VLF、LF和MF频段上，无线电波沿着地面传播，其传播的特点是：

工作频率较低；传播距离远，在较低频率时可以达到1000km；通过障碍物的穿透能力较强；能量会随着距离的增大而急剧减小。

在HF和VHF频段上，无线电波会被地面吸收。这时，可以通过地面上空的电离层的反射来传播。无线电信号通过地面上的发送站发送出去，当到达地面上空（约距地球100~500km）电离层时，无线电波被反射回地面，再被地面的接收站接收到，具体的传输特点是：工作频率较高；无线电波趋于直接传播；但通过障碍物的穿透能力较弱；会被空气中的水蒸气和自然界的雨水吸收。无线电波传播方式微波传输微波的频段为300MHz~300GHz，但多使用2~40GHz的频段。微波在空气中主要以直线方式传播，同时微波会穿透地面上空的电离层，所以它不能像无线电波那样使用电离层的反射来传播，而必须通过站点来传播。微波通信主要有地面微波接力通信和卫星通信两类。地面微波接力通信由于微波是以直线方式在大气中传播，所以在地面上的传播距离一般不会超过50km。为了实现微波的远距离传播，就需要在一条通信信道的两个端点之间架设多个微波中继站，中继站在接收到前一个中继站（或端点）的信号后，对其进行放大，然后再转发给下一个中继站（或站点），起到了信号的接力作用，所以将这种通信方式称为地面微波接入通信。

卫星通信微波通信的另一种方式是卫星通信。卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发无线微波信号，在多个地面站之间进行的通信。目前用来转发信号的通信卫星几乎都是静止卫星或同步卫星，即卫星环绕地球一周的时间恰好等于地球自转一周的时间，卫星相对于地面站来说呈静止状态。

一个典型的卫星通常拥有12~20个转发器。每个转发器的频段为36~50MHz，一个转发器可用来传输56Mbit/s的数据，或800路64kbit/s的数字化语音信道。而且不同的转发器之间一般不会产生干扰。微波通信方式卫星通信蜂窝无线通信

多址接入方法：频分多址接入（FDMA）时分多址接入（TDMA）码分多址接入（CDMA）教学内容：物理层基本概念传输媒体

数据通信基础常用物理层标准

数据通信基础数据通信模型信号基本概念

数据编码技术信号分析模拟传输与数字传输多路复用技术

同步数字体系SDH数据通信模型简单的通信模型模型中关键部分源：产生要发送的数据的设备。发送器：对信号进行转换或编码以产生能在特定传输系统中传输的电磁信号。传输系统：连接源和目的地的传输线或复杂的网络。接收器：从传输系统接收信号并转换成目的站设备能处理的信号。目的站:：从接收器输入数据的设备。数据通信的基本概念通信的目的是交换信息，信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合；为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的数据来表示；为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示；数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程。信息编码标准ASCII码被国际标准化组织ISO接受，成为国际标准ISO646，又称为国际5号码;它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准;ASCII码采用7位二进制比特编码，可以表示128个字符;字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、运算符号、商用符号等。

信号的概念

信号是数据在传输过程中的表示形式一般是电信号模拟信号：（analogsignal）某一参量可以取无限多个值，并直接和信息对应的信号。如语音激励话筒产生的信号不但在时间上连续，且幅度由无穷多个值，值的大小与语声强弱一一对应。数字信号：某一参量只能取有限个值，并常常不直接或不准确和信息对应的信号。如电报码信号幅度只能取0和1，它靠取值变化的排列表示消息，间接和消息发生关系。模拟信号和数字信号区分的关键是表示信息的信号参量的取值数量。取值无限是模拟信号，取值有限是数字信号。按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。

模拟信号波型数字信号波型信号的描述

频谱和带宽频谱：信号所含的频率范围带宽：频谱的宽度，即信道所包含最高频率与最低频率的频差。码元：信号的基本单位（波形）产生形式：模拟信号数字信号传送方式基带信号：数字信号直接用不同的电压表示送到线路上去，数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号。宽带信号：将基带信号调制后形成频分复用模拟信号信道的概念

链路：通信点之间的物理连接线路和设备。信道：信号的传输通路。包括通信设备和传输介质。一条物理链路可能包含若干信道（至少一条发送信道和一条接收信道）。分类：按传输信号：模拟信道、数字信道按传输介质：有线信道、无线信道按信道使用权：公用信道、专用信道任何传输设备电压不可能瞬时改变，所以每个传输系统都不可能传输频率过高的谐波。信道的带宽限制了可以在信道中通过的谐波的频率。信号的概念

失真：输出信号与输入信号的波形不同。(如果两者只差常数因子或有限的时延，认为不失真。)引起信号失真的3个因素：衰减（attenuation）时延(delay)

噪声(noise)度量噪声采用信噪比S/N,S是信号功率，N是噪声功率。通常使用下式度量：（S/N）dB=10log10(S/N)单位：分贝噪声是影响通信质量的一个主要因素。传输的概念

传输：用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。传输信道给数据信号提供了通路，但可能会使信号畸变，带来噪声和干扰，造成传输差错，传输介质的不同还会使传输速率受到限制。传输速率：每秒所能传送的位数即b/s信道和信号的关系：串行通信与并行通信

单工、半双工与全双工通信

同步通信与异步通信物理级同步/异步，解决通信的收发双方在时间基准上的一致性问题①同步SYN比特同步，采用同步网卡，同步MODEM，发送和接收方使用相同的时钟，数据流传输方式是连续的比特流，没有损失，效率高。差错控制采用CRC循环冗余校验，用于干线和重要用户。②异步并非不要同步，而是起止同步字节同步，收发不需要同步，可用非同步MODEM和LCU，经济。数据每8个比特插一个起始同步比特，一个终止同步比特。效率4/5。差错控制采用偶校验和块校验。适于通信量不大的一般用户。同步通信与异步通信数据编码技术传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，只适用于传输音频范围（300Hz～3400Hz）的模拟信号，无法直接传输计算机的数字信号；为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据信号的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号；将发送端数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制，将调制设备称为调制器（modulator）；将接收端模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调，将解调设备称为解调器（demodulator）；同时具备调制与解调功能的设备称为调制解调器（modem）。在调制过程中，选择音频范围内的某一角频率ω的正（余）弦信号作为载波，该正（余）弦信号可以写为：

u（t）=um·sin（ωt+φ0）3个可以改变的电参量：

—

振幅um

—

角频率ω

—

相位φ可以通过变化3个电参量，来实现模拟数据信号编码的目的。模拟数据编码方法

振幅键控（amplitudeshiftkeying,ASK）

um·sin（ω1t+φ0）数字1u（t）=0

数字0振幅键控ASK信号实现容易，技术简单，但抗干扰能力较差。

um·sin（ω1t+φ0）数字1u（t）=um·sin（ω2t+φ0）数字0移频键控FSK信号实现容易，技术简单，抗干扰能力较强，是目前最常用的调制方法之一。

移频键控(frequency-shiftkeying，FSK)

移相键控（phase-shiftkeying，PSK）

绝对调相

um·sin（ωt+0）数字1u（t）=um·sin（ωt+π

）数字0移相键控可以分为：绝对调相相对调相二相调相多相调相模拟数据编码方法

数字数据编码方法基带传输在基本不改变数字数据信号频带的情况下直接传输数字信号，可以达到很高的数据传输速率与系统效率;长串0或1的接收，无法在比特流中提取同步信号。需要编码，目的是在码元波形中产生变化。在基带传输数字数据信号的编码方式主要有：非归零码NRZ

曼彻斯特（manchester）编码差分曼彻斯特（differencemanchester）编码编码规则曼彻斯特（Manchester）编码：规则：每个码元分成两个相等的间隔，定义0从高电平翻转到低电平，1从低电平翻转到高电平。差分曼彻斯特编码：规则：每个码元分成两个相等的间隔，码元1前半个码元与上一个码元的后半码元电平一样，后半码元电平跳变。码元0前半个码元与上一个码元的后半码元电平相反，后半码元电平跳变。数字数据编码信号的波形信号分析周期信号的谐波分析周期信号：s(t+T)=s(t)

周期：满足关系的最小T如正弦、余弦函数Acos(2πft+ф)A是振幅，f是频率单位Hz(赫兹，每秒周期数)，ф是初始相位，周期T=1/f，以秒为单位。信号分析周期为T的信号s(t)可以表示为傅里叶级数信号分析结论：一切正常周期信号（满足狄里克雷条件断点、极值）s(t)都可以由正弦、余弦波叠加而成。这些波的频率由低到高分别为f0，2f0，3f0,···，所有这些频率构成s(t)的频谱，f0称为基频。信号频率区间的大小，也就是频谱的宽度称信号的带宽。实际信号的带宽一般是无限的，但影响小的高频成分往往可以忽略，因此可以认为它们的带宽是有限的。如话音信号频率成分中，高于4000Hz的可以忽略。谐波分析：将周期信号按上述方法分解，叫周期信号的谐波分析。信号分析意义：由傅里叶变换和傅里叶级数得到时域函数在频域上的表示。即将振幅和相位表示为频率的函数。利用频域可以把构成信号的各个频率成分表示得十分清楚，在通信研究中有重要意义。谐波振幅意义：反映能量大小，能量集中于低次谐波。方波的傅里叶级数结论：组成方波的谐波无穷多，但频率越高振幅越小，高频的影响比较小。通信信道带宽对基带传输的影响

通信信道带宽对数据信号传输中失真的影响很大；信道带宽越宽，信号传输的失真越小。

通信信道带宽对数据信号传输中失真的影响很大；信道带宽越宽，信号传输的失真越小。

信号分析模拟信号数字化过程：首先将模拟信号抽样，使它成为一系列时间上离散的抽样值，然后将这些值量化并编码，变换成数字信号在数字通信系统中传送。采样定理：模拟信号带宽W，Ts是采样间隔，当采样率fs=1/Ts=2W时，由采样数据就可以恢复原先的模拟信号。如话音采样率8000次/s，采样间隔为125us，话音信号频率在300-3400Hz之间。采样定理意义：确定信道带宽与信道数据传输速率的关系，带宽W的信道只能传输带宽为W的信号而不失真。由采样定理，信道在单位时间内必须能够传输2W个采样数据，否则不能保真。所以信道传输数据最大速率是2W。如果采样数据是M值的，信道传输的二进制数据最大速率是2WLog2M(bps)信道速率的极限值奈魁斯特（Nyquist）原理：（奈氏准则）

理想信道最高传输速率=2WLog2M(bps)（或）理想低通信道的最高码元传输速率=2WBand(波特)Band(波特、调制速率)是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元。含义：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒传送2个码元信道速率的极限值比特和波特的关系：波特是码元传输速率的单位，比特是信息量的单位概念不同。数量关系一个码元表示n个比特，MBand的码元传输速率对应的信息传输速率为M×nbps二元调制中，一个码元表示一个比特，码元和数据传输速率相同，多元调制中两者不同。例：四相调制中，n=2，T=833*10-6s的单位脉冲(周期、间隔)。则

W=1/T=1/(833*10-6)=1200HzS=2W×n=4/(833*10-6)=4800b/s信道速率的极限值奈氏准则说明一个任意信号通过带宽为W的低通滤波器，每秒采样2W次就能完整重现这个被滤波的信号，以高于2W次的速度对此线路采样是无意义的，因为高频分量已被滤波器滤掉无法恢复了。注意：奈魁斯特的结论是理论值，实际信道所能传输的最高码元速率低于奈氏给出的上限奈魁斯特定理是一个数学性质，不涉及技术处理。如果有一个函数，它的傅立叶频谱不包含高于f的正弦或余弦，那么以2f的频率采样该函数，可以获得该函数所包含的全部信息。适用于所有介质。信道速率的极限值信道容量：信道所能传输的最高速率，表示信道能达到的最大传输能力。受信道带宽的限制。用每秒传输的二进制位（bit/s）表示。香农（Shannon）公式：带宽受限有白噪声（热噪声）信道的极限信息传输速率CC(bit/s)=Wlog2(1+S/N)

（（S/N）分贝=10log10S/N）

S是信号功率，N是噪声功率，信噪比S/N,单位：分贝。意义：在一定带宽的信道上，理论上1秒内无差错传递的最大信息量为C。信道的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错传输。由于码元传输速率受奈氏准则制约，要提高信息的传输速率，必须设法使一个码元能携带更多个比特的信息。模拟传输

利用模拟信道传输数据信号的方法称为模拟传输，也叫频带传输调制解调器（modem）是频带传输中最典型的通信设备典型的模拟传输系统就是传统的电话通信系统

基本传输技术是频分复用

调制解调器

调制解调器调制解调器是使数字信号通过模拟传输设备（如电话线）进行传输的终端用户电脑接口设备，俗称“猫”，它集成了调制器和解调器的功能。使用电话线上网的计算机，发送和接收端应各自安装调制解调器才能相互通信，点点远程通信必备设备功能：接口控制放大远程驱动调制、解调波形变换（数字信号模拟信号）和波形识别（模拟信号数字信号）形成减少码间干扰增加自动环测、速率适配、压缩、网管调制解调器

载波：能被另一信号调制的连续波。能通过调制过程将信息叠加在其上的电磁信号。载波信号：一种具有固定频率的信号，它能被调制来携带数据。调制方法分类：①调幅（AM）载波的振幅随基带信号变化，如0对应于无载波输出，1对应于有无载波输出。②调频（FM）载波的频率随基带信号变化，如0对应于频率f1，1对应于频率f2。③调相（PM）载波的初始相位随基带信号变化，如0对应于相位0°，1对应于相位180°调制解调器

调制解调器分类：按基带、频带：基带MODEM、频带MODEM按调制方法：调幅MODEM、调频MODEM、调相MODEM按通信方式：同步MODEM、异步MODEM按内外置；内置MODEM、外置MODEM按速度；低速MODEM、中速MODEM、高速MODEM、超速MODEM调制解调器

发送字符的时间周期T取决于编码方法和信号频率。语音级线路的带宽3000Hz，设比特率为每秒b，发送8比特的时间是8/b秒（周期），一次谐波的频率为b/8Hz，线路允许的最高谐波次数3000/(b/8)=24000/b次。

调制解调器的基本工作原理

modem实现全双工通信的工作原理数字传输在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号;矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带,简称为基带,矩形脉冲信号就叫做基带信号;在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输;在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号;在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号;基带传输是一种最基本的数据传输方式。

数字传输数字传输系统，采用脉码调制PCM体制传输数字信号的系统。现代电话系统的干线大量采用。以数字信号作为载体传送信息。基本传输技术是时分复用。脉码调制：PCM（PlusCodeModulation）一种将连续的模拟信号转化为数字位串的技术。采用编码解码器对模拟信号产生每秒8000次（125us一个样本），对样本产生7比特或8比特组成的数。PCM是现代电话系统的核心，电话系统里几乎所有的时间间隔都是125us。模拟信号进行数字化的设备叫编码解码器Codec（coder-decoder）。脉冲编码

调制方法

采样量化编码PCM用于数字语音系统声音分为128个量化级；每个量化级采用7位二进制编码表示；采样速率为8000样本/秒；数据传输速率应达到7位×8000/秒=56kb/s；如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示;数据传输速率应达到8位×8000/秒=64kb/s。数字传输数字传输优点：抗噪声（干扰）的能力强。模拟电路放大补偿信号衰减，但不能准确补偿，有累加性，如电话多级放大，仍有畸变。数字电路可准确复原到0、1，不具有累加性。误码率很低，传输质量好。传输中的差错可以设法控制（发现、纠正）。复用（数字、声音、图象混合）。可以传输更多种类的信息。系统更灵活、通用。数字信息易于加密且保密性强。便于同计算机连接，采用计算机技术处理信息。通信设备易于制造、成本低、体积小、可靠性高高效利用已有线路获得更高速率。数字传输PCM体制：PCM的复用方法（时分复用帧组成）美制：T124路1.544MbpsT296路6.312MbpsT3672路43.736MbpsT44032路273.176Mbps

欧制：E130路2.048MbpsE2120路8.448MbpsE3480路33.368MbpsE41920路139.264MbpsE57680路565.148Mbps我国采用欧制E2多路复用技术的分类频分多路复用FDM波分多路复用WDM时分多路复用TDM频分多路复用在一条通信线路设计多路通信信道;每路信道的信号以不同的载波频率进行调制;各个载波频率是不重叠的,那么一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号。

频分复用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。频率时间频率1频率2频率3频率4频率5频分多路复用实例ADSL接入

频分多路复用实例DigitalSubscriberLines

波分多路复用

光纤通道（fiberopticchannel）技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用WDM;在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号称为密集波分复用DWDM；目前一根单模光纤的数据传输速率最高可以达到20Gb/s

。时分多路复用

时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；每个用户分得一个时间片；在其占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。时分复用TDM

(TimeDivisionMultiplexing)时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）。TDM信号也称为等时(isochronous)信号。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。贝尔系统的T1载波24路音频信道复用在一条通信线路上；每路音频模拟信号在送到多路复用器之前，要通过一个PCM编码器；编码器每秒取样8000次；24路PCM信号的每一路轮流将一个字节插入到帧中；每个字节的长度为8位，其中7位是数据位，1位用于信道控制；每帧由24×8=192位组成，附加一位作为帧开始标志位，所以每帧共有193位；发送一帧需要125微秒；T1载波的数据传输速率为1.544Mb/s。时分多路复用的分类

同步时分多路复用

统计时分多路复用

同步时分复用可能会造成

线路资源的浪费ABCDaabbcdbcattttt4个时分复用帧#1④③②①acbcd时分复用#2#3#4用户使用同步时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。统计时分复用

STDM

(StatisticTDM)用户ABCDabcdttttt3个STDM帧#1④③②①acbabbcacd#2#3统计时分复用AdvancedMobilePhoneSystemAdvancedMobilePhoneSystemGlobalSystemforMobileCommunicationsCDMA–CodeDivisionMultipleAccess码分多址CDMACDMA允许所有站点同时在整个频段上进行传输，多路的同时传输采用编码原理加以区分。每比特时间被分成m个短的时间段，叫码片（chip）。通常是64或128个。（以下讨论设m=8）。每个站被指定一个惟一的m位代码或码片序列。发送比特1时，发送码片序列。发送比特0时，站点就发送码片序列的补码（求反）。也可以什么也不干。CDMA的关键是能提取所需的信号，将其它一切当作随机噪声抛弃。CDMA码分多址序列书写：（双极型码片矢量）

-1代表0，+1代表1，括号括起来例如，S站的8bit码片序列是：00011011S站的码片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)选取码片：正交任意两个不同的码片序列是正交的，即内积为0。CDMA码分多址发送：多站发送时，多站的双级型（1–1，表示1和0）信号线性相加。接收：还原出单站比特流，需知道发送站的码片序列。S为接收序列，C为想收听的站点的码片序列。还原公式：

S·CCDMA–CodeDivisionMultipleAccess(a)Binarychipsequencesforfourstations(b)Bipolarchipsequences(c)Sixexamplesoftransmissions(d)RecoveryofstationC’ssignal同步数字体系SDH

SDH发展的背景

早期的数字传输系统与设备在运行过程中暴露出固有的弱点:

数据传输速率不标准,存在着T1与E1两个互不兼容的标准，在高次群的速率方面，日本又使用了第三种不兼容的标准；光设备接口标准不规范，没有国际的标准规范