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1、实用计算机网络教程实用计算机网络教程第第2 2章章 物理层物理层Date1实用计算机网络教程实用计算机网络教程目 录2.1 数据传输技术2.2 多路复用技术2.1.1 通信的基本概念 2.1.2 脉冲编码调制 2.1.3 数字数据的模拟信号编码 2.1.4 数字数据的数字信号编码2.2.1 频分复用 2.2.2 时分复用 2.2.3 波分复用 2.2.4 码分复用Date2实用计算机网络教程实用计算机网络教程目 录2.3 传输介质2.4 综合布线技术2.3.1 双绞线 2.3.2 同轴电缆 2.3.3 光纤 2.3.4 无线通信2.4.1 综合布线系统的设计 2.4.2 无屏蔽双绞线的制作与测
2、试 2.4.3 光纤的制作与测试Date3实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1 数据传输技术2.1.1 通信的基本概念现代通信指使用电波或光波传递信息的技术，也简称通 信，如电报、电话、传真等。通信系统由源系统、传输系统、目的系统三部分组成。发送器PC 机接收器数据信号源系统目的系统传输系统PC 机数据信号 信源 信道信宿Date4实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.1 通信的基本概念1通信系统的组成源系统包括信源和发送器两部分：信源产生要传输的数 据，发送器将数据转换成传输系统可传输的信号。现在 的PC机一般都将发送器内置。目的系统包括接收器和信宿两部分：接收器将传输系统传
3、过来的信号转换成信宿可以识别的数据，信宿对接收 的数据进行还原、处理等。传输系统连接源系统和目的系统，可能是一个复杂的网 络，也可能是一条简单的线路。信息的传输线路也称为 信道。Date5实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.1 通信的基本概念通信的基本方式单工通信：信息只能沿着一个方向被传输，如寻呼。半双工通信：信息交换双向交替进行，如对讲机。全双工通信：同时进行两个方向的信息传输，如电话。Date6实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.1 通信的基本概念2数据与信号数据：信源产生的需要通信系统传输的实体。信号：数据的电气电磁表现，信道可高效传输的实体。模拟：可取值的数量无限
4、多的数据或信号。数字：可取值被限制在有限个数值之内的数据或信号。调制：将数据进行处理，并加到载波信号上。解调：从携带数据的已调制信号中恢复数据的过程。调制解调器Date7实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.1 通信的基本概念3数据传输模拟数据：指信源所产生的对象是模拟的。现 实生活中的信息大部分都是模拟的。数字数据：指信源所产生的对象是数字的。计 算机所产生的数据都是数字数据。模拟信号：数据通过模拟的方式在信道内传输 ，信号参数的取值是连续的。数字信号：数据通过数字的方式在信道内传输 ，信号参数的取值是离散的。Date8实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.1 通信的基本概念
5、3数据传输模拟数据模拟信号放大器 调制器模拟数据数字信号PCM 编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号数字 发送器：Date9实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.2 脉冲编码调制PCM技术简介对模拟数据使用数字信号进行传输，可以提高信号的抗 干扰能力，并能对数字化的信号进行加密。最常用的模拟数据数字信号编码方法是PCM技术，最初用于话音信号的编码。PCM是以采样定理为基础的：若对连续变化的模拟信号进行周期性的采样，只要采样 频率大于或等于有效信号最高频率的两倍，采样值便可 包含原始信号的全部信息。Date10实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.2 脉冲编码调制模拟信号
6、的数字化Date11实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.2 脉冲编码调制语音数字编码语音频率一般为3003400Hz。根据采样定理，采样频率大于或等于最高频率的两倍。采样频率定为8000Hz，相当于采样周期T=125s：量化级数通常为128或256，经过量化后，每个采样点用 一个7位或8位的二进制编码来表示。一个标准的模拟电话转换出的PCM信号的速率是每秒 8000个8位二进制编码，传输速率为64000bps。64kbps的标准电话交换机已经遍及世界。Date12实用计算机网络教程实用计算机网络教程2.1.3 数字数据的模拟信号编码以正弦波为代表模拟信号传输距离比较远。将数字数据进行
7、调制后变换成便于在信道中传输的、具有较高频率的模拟信号，再将这种信号在 模拟信道中传输的方式也称为频带传输。数字数据的模拟信号编码，也称为连续波调制。通过改变正弦载波的振幅、频率或者相位来传输数字数据。调制方式：幅移键控、频移键控和相移键控。Date13实用计算机网络教程实用计算机网络教程2.1.3 数字数据的模拟信号编码Date14实用计算机网络教程实用计算机网络教程2.1.3 数字数据的模拟信号编码数字数据常使用多进制（如4进制、16进制等）形式进行 传输，需要载波参数有多种不同的取值。 多进制相移键控（MPSK）就可以使用一个码元传输一个 多进制数据。 4PSK各相位之间的差为90，是正
8、交的，所以也叫正交相 移键控（QPSK）。 正交振幅调制（QAM）就是一种通过混合QPSK和ASK，实 现多进制数据使用一个码元传输。 16-QAM是最早的一种QAM，16种组合来表示四位十六进 制数。Date15实用计算机网络教程实用计算机网络教程2.1.3 数字数据的模拟信号编码Date16实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.4 数字数据的数字信号编码在信道中传输由数字数据直接对应的数字信号的传 输方式就是基带传输。 基带传输不能用于远距离通信。 数字数据的数字信号编码就是要解决数字数据的数 字信号表示问题。 表示二进制数字的码元形式不同，产生的编码方法 也不同。Date17实用
9、计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.4 数字数据的数字信号编码Date18实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.1.4 数字数据的数字信号编码同步是基带传输所要面对的一个重要问题。两种同步方法：位同步和群同步：位同步：接收端每一位数据都要和发送端同步。上述双 极性归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码都属于 位同步编码。群同步：传输的信息被分成若干“群”，每个群的前面冠以起始位、结束处加上终止位。Date19实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2 多路复用技术多路复用技术可以使多个计算机或终端设备共享信道资源 ，这就提高了信道的利用率。 常用的多路复用技术包括频分、时分、波分和
10、码分等几种 类型。Date20实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2.1 频分复用频分多路复用技术（FDM）是按照不同的频率来区分信号的 一种方法。 频分多路复用实现简单，实现技术也比较成熟，如：模拟 电视、模拟无线广播、载波电话等。Date21实用计算机网络教程实用计算机网络教程 ADSLADSL就使用了频分多路复用技术。DSL表示以电话线为传输介质的网络传输技术。ADSL是一种非对称全双工的DSL技术，所谓非对称是指用 户线的上行速率与下行速率不同。ADSL上行速率512k1Mb/s，下行速率1M8Mb/s，传输距 离35km。ADSL采用一种叫做DMT（离散多音调）的频分复用技术，
11、 将40kHz以上到1.1MHz的高端频谱划分成多个子信道。ADSL采用自适应调制技术使用户线传送尽可能高的速率。Date22实用计算机网络教程实用计算机网络教程 ADSLDate23实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2.2 时分复用时分多路复用技术（TDM）是将信道传输数据的时间划分成 一段段等长的时分复用帧（TDM帧），每个时分复用用户在 每个TDM帧中占用固定序号的时间片使用公共线路。 将一条物理信道按时间片轮流分配给多路信号使用。Date24实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2.2 时分复用统计时分复用（异步时分复用）可以提高信道的利用率。 每一个帧中的时间片不再固定分
12、配给某个用户，而是按需 动态地给每个用户分配时间片。 每个时间片中传输用户的地址信息。Date25实用计算机网络教程实用计算机网络教程 PCM基群为了有效的利用传输线路，通常将多路电话语音的PCM信号 用TDM的方法封装成TDM帧，形成一个PCM基群。 国际上推荐的PCM基群有E1和T1两种标准。 我国和欧洲国家都采用E1标准的PCM基群。 E1的一个TDM帧划分了32时间片，每个时间片传输8bit。 在32个时间片中，有两个时间片分别用于传输帧同步和传 送信令，直接用于通话的时间片为30个，传输30路话音。 E1标准PCM基群速率为32*8bit/帧8k帧/s2.048Mbps。Date26
13、实用计算机网络教程实用计算机网络教程 PCM基群美国和日本采用T1标准的PCM基群。T1一个TDM帧划分了24个时间片，每个时间片传输8bit。T1每个TDM帧间有1bit的同步码。T1标准PCM基群速率 (24*8+1)bit/帧8k帧/s=1.544MbpsT1标准可以传输24路话音。Date27实用计算机网络教程实用计算机网络教程 SONET/SDHE1和T1两种标准互不兼容，其高次群(如：4个E1基群可以 复用成一个二次群E2，4个E2可以复用成一个三次群E3， 依次类推)更是难以兼容。 高次群必须要精确同步，也难以实现。 美国在1988年推出了同步光纤网SONET，能够和E1、T1两
14、 种标准兼容。 SONET各网时钟都来自于一个非常精确的铯原子主时钟 ITU-T以SONET为基础，制定了同步数字系列SDH。 SDH以相当于2430个话路的155.52Mbps速率为基群STM-1， 标准已经制定到STM-256，速率约40Gbps。 SDH/SONET就可以将以E1和T1为基群的系统进行互连。Date28实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2.3 波分复用波分多路复用技术（WDM）就是光的频分多路复用，它是把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传输的技术。一根单模光纤的传输速率一般最大为2.5Gbps。最早的WDM技术只能在一根光纤上复用两路光载波信号。现在可以复用8
15、0路甚至更多的光信号，这也被称为密集波 分复用技术（DWDM）。使用EDFA（掺铒光纤放大器）将光信号直接放大传输。传输的最大距离为600km。Date29实用计算机网络教程实用计算机网络教程 DWDMDate30实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2.4 码分复用码分多路复用技术（CDM）就是将不同码型的信号复用到一个信道进行传输的技术。许多时候人们将CDM等同于码分多址CDMA。每个站分配一个唯一的m比特码片序列。当要发送1时，就在信道中发送它m比特的码片序列；当要发送0时，就发送它m比特的码片序列的二进制反码。同一个CDMA系统中的每一个站分配的码片不但是唯一的， 而且任意两个站的
16、码片还必须要互相正交。Date31实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2.4 码分复用假设向量A、B分别为站A、B的码片序列所对应的向量，若 两个码片序列正交，则：Date32实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2.4 码分复用例如：码片分别为1010、1111、0011、1001的四个站A、B 、C、D，在某一时刻它们发送的比特分别为1、0、1、0。 设四个站的码片序列叠加后得到和为S，则：若站A使用A的码片接收信号，它获得的结果为： 若站B使用B的码片接收信号，它获得的结果为： 同理，C、D分别使用C、D的码片可以恢复出C、D 发送的比特分别为1和0Date33实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2.4 码分复用上例的信号合成与分解过程如下：Date34实用计算机网络教程实用计算机网络教程 2.2.4 码分复
