计算机网络物理层课件

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1、五层协议的体系结构五层协议的体系结构 应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层物理层情书应用层请快递运输传输层问路网络层遵守交通规则数据链路层送信物理层物物 理理 层层提纲提纲物理层的主要任务及特性数据通信的基本知识物理层的硬件设施导向传输媒体非导向传输媒体物理层的软件技术信道复用技术数字传输系统技术宽带接入技术提纲提纲物理层的主要任务及特性数据通信的基本知识物

2、理层的硬件设施导向传输媒体非导向传输媒体物理层的软件技术信道复用技术数字传输系统技术宽带接入技术物理层的主要任务及特性物理层的主要任务及特性物理层的主要任务物理层的特征物理层的主要任务及特性物理层的主要任务及特性物理层的主要任务物理层的主要任务物理层的特征543物理层物理层543物理传输媒体物理传输媒体主机 1AP2AP1电信号（或光信号）在传输媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层主机 2物理层物理层数据链数据链路层路层数据链数据链路层路层物理层的主要任务物理层的主要任务物理层向数据链路层提供的服务：物理连接的建立、维护与释放 ；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

3、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；数据传输方式选择（全双工、半双工与单工方式？）数据传输数据传输单向通信（单工）双向交替通信（半双工）双向同时通信（全双工）单工单工半双工半双工全双工全双工物理层的主要任务及特性物理层的主要任务及特性物理层的主要任务物理层的特征物理层的特征物理层的特征机械特性：机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。电气特性：电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性：功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。过

4、程特性：过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 由于缺乏必要的通信知识，在介绍物理层通信时我们需要补充关于数据通信数据通信的基础知识！提纲提纲物理层的主要任务及特性数据通信的基本知识物理层的硬件设施导向传输媒体非导向传输媒体物理层的软件技术信道复用技术数字传输系统技术宽带接入技术数据通信的基本知识数据通信的基本知识数据通信系统信道的相关概念和信道的极限容量数据通信的基本知识数据通信的基本知识数据通信系统信道的相关概念和信道的极限容量数据通信系统的基础概念数据通信系统的基础概念信号信号是数据在传输过程中电信号的表示形式；模拟信号模拟信号的信号电平是连续变化的；数字信号数字信号是用两

5、种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示；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。 模拟信号模拟信号数字信号数字信号数据通信系统的模型数据通信系统的模型传输传输系统系统输输入入信信息息输输入入数数据据发送发送的信号的信号接收接收的信号的信号输输出出数数据据源点源点终点终点发送器发送器接收器接收器调制解调器调制解调器PC 机机公用电话网公用电话网调制解调器调制解调器数字信号数字信号模拟信号模拟信号输入输入汉字汉字显示显示汉字汉字数字信号数字信号数据通信系统数据通信系统源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统输输出出信信息息PC 机机模拟信号模拟信

6、号 公用电话网噪声源噪声源数据通信的基本知识数据通信的基本知识数据通信系统信道的相关概念和信道的极限容量信道的相关概念和信道的极限容量信道的相关概念和信道的极限容量调制和调制的方法信道的极限容量信道的相关概念和信道的极限容量信道的相关概念和信道的极限容量调制和调制的方法信道的极限容量调制和调制的方法调制和调制的方法基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制调制(modulation)，即加载载波信号。最基本的二元制调制方法有以下几种： 调幅调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频调频(FM

7、)：载波的频率随基带数字信号而变化。 调相调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。 010011100基带信号调幅调频调相思考：三种方式中哪种抗干扰性能最好，为什么？频率高频率高频率低频率低随调制信随调制信号的振幅号的振幅大小聚拢大小聚拢或扩展或扩展调制波减小，调制波减小，调相波扩展调相波扩展调频信号调频信号与载波相似与载波相似基带信号基带信号载波信号载波信号调幅信号调幅信号调相信号调相信号调制波增大，调制波增大，调相波聚拢调相波聚拢信道的相关概念和信道的极限容量信道的相关概念和信道的极限容量调制和调制的方法信道的极限容量信道的极限容量信道的极限容量任何实际的信道都不是理想的，在传输

8、信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。数字信号通过实际的信道数字信号通过实际的信道 有失真，但可识别可识别失真大，无法识别无法识别 实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形接收信号波形发送信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形(1)信道能够通过的频率范围1924年，奈奎斯特就推导出了著名的奈氏准则奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰码间串扰的问题，使接收端对码元的识别成为不可

9、能。如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。 (2) 信噪比 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限极限、无差错无差错的信息传输速率。信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = W log2(1+S/N) b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；S 为信道内所传信号的平均功率；N 为信道内部的高斯噪声功率。此外，信道带宽B内的噪声功率N=n0B，n0是单边功率谱密度香农公式的意义香农公式的意义 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则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

10、极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。 注意注意 对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么可以用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量，借此来提高信息的传输速率。一幅图片拟在模拟电话信道上进行数字传真。该幅图片有2.25*106个像素。设每个像数有16个亮度等级，且各亮度等级是等概率出现的。模拟电话信道的带宽是3KHz，信噪比为30dB，试求在

11、此模拟电话信道上传输该幅传真图片所需的最小时间。1、为表示每个像素的亮度等级所需的信息量H=log216=4(bit)2、一幅图片所需传输的信息量H=2.25*106*4=9*106(bit)3、设该幅图片的传输时间为T，则图片的信息速率RR=9*106/T(bit/s)4、模拟电话信道容量C=Blog2(1+S/N)=3*103*log2(1+1000)=29.9*103(bit/s)5、Tmin=9*106/29.9*103=0.301*103(s) 为了完成物理层的通信，我们需要软件软件和硬件硬件的支持，下面我们来介绍物理层硬件设施和软件技术的内容！提纲提纲物理层的主要任务及特性数据通信

12、的基本知识物理层的硬件设施导向传输媒体非导向传输媒体物理层的软件技术信道复用技术数字传输系统技术宽带接入技术物理层硬件设施-传输媒体无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆卫星卫星地面微波地面微波 调幅无线电 调频无线电 海事无线电光纤光纤电视(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动无线电 电信领域使

13、用的电磁波的频谱导向传输媒体导向传输媒体双绞线屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆50 同轴电缆75 同轴电缆光缆 双绞线铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP双绞线规格型号计算机网络综合布线使用第三、四、五类。这五种型号如下：计算机网络综合布线使用第三、四、五类。这五种型号如下：1、第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。2、第二类：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率

14、4Mbps的数据传输，常见于使用4Mbps规范令牌传递协议的旧的令牌网。3、第三类:该电缆的传输频率为16MHz,用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输，主要用于10base-T。（现在大多数电话系统的标准电缆）4、第四类:该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。5、第五类:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。 如

15、何制作水晶头？一根双绞线有8条颜色不同的线。序号12345678T568B 橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕T568A 绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕T568BT568BT568BT568B标准接线标准接线标准接线标准接线1、3用于发送；4、6用于接受；2、5、7、8既可以发送也可以接受T568AT568AT568AT568A标准接线标准接线标准接线标准接线注意！引脚序号：引脚序号：当金属片面对我们的时候，当金属片面对我们的时候，从左至右的引脚序号是从左至右的引脚序号是1 18 8。（1 1 1 1）直通线）直通线）直通线）直通线 一般情况下，连接两个不同类型的设备时采用普通一般情况下，连接两个不同类型的设

16、备时采用普通一般情况下，连接两个不同类型的设备时采用普通一般情况下，连接两个不同类型的设备时采用普通连接方式。比如，计算机与集线器相连时，连接方式。比如，计算机与集线器相连时，连接方式。比如，计算机与集线器相连时，连接方式。比如，计算机与集线器相连时，双绞线两端双绞线两端双绞线两端双绞线两端的线序要一致的线序要一致的线序要一致的线序要一致。如果按照。如果按照。如果按照。如果按照T568BT568BT568BT568B标准制作，则网线两端标准制作，则网线两端标准制作，则网线两端标准制作，则网线两端线序应为：线序应为：线序应为：线序应为：端端端端1 1 1 1白橙白橙白橙白橙橙橙橙橙白绿白绿白绿白

17、绿蓝蓝蓝蓝白蓝白蓝白蓝白蓝绿绿绿绿白棕白棕白棕白棕棕棕棕棕端端端端2 2 2 2白橙白橙白橙白橙橙橙橙橙白绿白绿白绿白绿蓝蓝蓝蓝白蓝白蓝白蓝白蓝绿绿绿绿白棕白棕白棕白棕棕棕棕棕（2 2 2 2）交叉线）交叉线）交叉线）交叉线端端端端1 1 1 1白橙白橙白橙白橙橙橙橙橙白绿白绿白绿白绿蓝蓝蓝蓝白蓝白蓝白蓝白蓝绿绿绿绿白棕白棕白棕白棕棕棕棕棕端端端端2 2 2 2白绿白绿白绿白绿绿绿绿绿白橙白橙白橙白橙蓝蓝蓝蓝白蓝白蓝白蓝白蓝橙橙橙橙白棕白棕白棕白棕棕棕棕棕 连接同种设备时采用交叉连接方式。比如，两连接同种设备时采用交叉连接方式。比如，两连接同种设备时采用交叉连接方式。比如，两连接同种设备时采用

18、交叉连接方式。比如，两台计算机相连时，台计算机相连时，台计算机相连时，台计算机相连时，双绞线两端的线序不同双绞线两端的线序不同双绞线两端的线序不同双绞线两端的线序不同。一端采。一端采。一端采。一端采用用用用T568AT568AT568AT568A标准，另一端则采用标准，另一端则采用标准，另一端则采用标准，另一端则采用T568BT568BT568BT568B标准。标准。标准。标准。制作过程可分为四步，简单归纳为制作过程可分为四步，简单归纳为制作过程可分为四步，简单归纳为制作过程可分为四步，简单归纳为: : : : “剥剥剥剥”、“理理理理”、“查查查查”、“压压压压”水晶头的制作水晶头的制作水晶

19、头的制作水晶头的制作 步骤1： 准备好双绞线、RJ-45插头和一把专用的压线钳。步骤步骤步骤步骤2 2 2 2：用压线钳的剥线刀口将双绞线的外保护套管划开（小心不要将里面的双绞线的绝缘层划破），刀口距双绞线的端头至少2厘米。步骤3：将划开的外保护套管剥去（旋转、向外抽）。步骤4：露出双绞线电缆中的4对双绞线。 步骤5：按照EIA/TIA-568B标准和导线颜色将导线按规定的序号排好。步骤6：将8根导线平坦整齐地平行排列，导线间不留空隙。 步骤7：准备用压线钳的剪线刀口将8根导线剪断。步骤8：剪断电缆线。请注意：一定要剪得很整齐。剥开的导线长度不可太短。可以先留长一些。不要剥开每根导线的绝缘外层

20、。绝缘外层。绝缘外层。绝缘外层。 步骤9： 将剪断的电缆线放入RJ-45插头试试长短（要插到底），电缆线的外保护层最后应能够在RJ-45插头内的凹陷处被压实，反复进行调整。步骤10：在确认一切都正确后（特别要注意不要将导线的顺序排列反了），将RJ-45插头放入压线钳的压头槽内，准备最后的压实。步骤11：双手紧握压线钳的手柄，用力压紧请注意，在这一步骤完成后，插头的8个针脚接触点就穿过导线的绝缘外层，分别和8根导线紧紧地压接在一起。 步骤步骤步骤步骤12121212：完成。：完成。：完成。：完成。 测试时将双绞线两端的水晶头分别插入主测试仪和远程测试端的RJ-45端口，将开关开至“ON”(S为慢

21、速档)，主机指示灯从1至8逐个顺序闪亮。跳线的测试跳线的测试跳线的测试跳线的测试跳线的测试跳线的测试 （1 1 1 1）当有一根导线断路，则主测试仪和远程测试端）当有一根导线断路，则主测试仪和远程测试端）当有一根导线断路，则主测试仪和远程测试端）当有一根导线断路，则主测试仪和远程测试端对应线号的灯都不亮。对应线号的灯都不亮。对应线号的灯都不亮。对应线号的灯都不亮。（2 2 2 2）当有几条导线断路，则相对应的几条线都不亮，）当有几条导线断路，则相对应的几条线都不亮，）当有几条导线断路，则相对应的几条线都不亮，）当有几条导线断路，则相对应的几条线都不亮，当导线少于当导线少于当导线少于当导线少于2

22、 2 2 2根线联通时，灯都不亮。根线联通时，灯都不亮。根线联通时，灯都不亮。根线联通时，灯都不亮。（3 3 3 3）当两头网线乱序，则与主测试仪端连通的远程）当两头网线乱序，则与主测试仪端连通的远程）当两头网线乱序，则与主测试仪端连通的远程）当两头网线乱序，则与主测试仪端连通的远程测试端的线号亮。测试端的线号亮。测试端的线号亮。测试端的线号亮。若连接不正常，按下述情况显示：若连接不正常，按下述情况显示：若连接不正常，按下述情况显示：若连接不正常，按下述情况显示：（4 4 4 4）当导线有）当导线有）当导线有）当导线有2 2 2 2根短路时，则主测试器显示不变，而根短路时，则主测试器显示不变，

23、而根短路时，则主测试器显示不变，而根短路时，则主测试器显示不变，而远程测试端显示短路的两根线灯都亮。若有远程测试端显示短路的两根线灯都亮。若有远程测试端显示短路的两根线灯都亮。若有远程测试端显示短路的两根线灯都亮。若有3 3 3 3根以上根以上根以上根以上( ( ( (含含含含3 3 3 3根根根根) ) ) )线短路时，则所有短路的几条线对应的灯都不亮。线短路时，则所有短路的几条线对应的灯都不亮。线短路时，则所有短路的几条线对应的灯都不亮。线短路时，则所有短路的几条线对应的灯都不亮。（5 5 5 5）如果出现红灯或黄灯，就说明存在接触不良等现）如果出现红灯或黄灯，就说明存在接触不良等现）如果

24、出现红灯或黄灯，就说明存在接触不良等现）如果出现红灯或黄灯，就说明存在接触不良等现象，此时最好先用压线钳压制两端水晶头一次，再测，如象，此时最好先用压线钳压制两端水晶头一次，再测，如象，此时最好先用压线钳压制两端水晶头一次，再测，如象，此时最好先用压线钳压制两端水晶头一次，再测，如果故障依旧存在，就得检查一下芯线的排列顺序是否正确。果故障依旧存在，就得检查一下芯线的排列顺序是否正确。果故障依旧存在，就得检查一下芯线的排列顺序是否正确。果故障依旧存在，就得检查一下芯线的排列顺序是否正确。如果芯线顺序错误，那么就应重新进行制作。如果芯线顺序错误，那么就应重新进行制作。如果芯线顺序错误，那么就应重新

25、进行制作。如果芯线顺序错误，那么就应重新进行制作。把线插入到把线插入到RJ-45RJ-45接头接头 压线 同轴电缆外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体光纤 包层纤芯光纤的工作原理光纤的工作原理纤芯包层光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射折射角入射角 包层（低折射率的媒体） 包层（低折射率的媒体） 纤芯（高折射率的媒体） 输入脉冲输出脉冲单模光纤光纤类型光纤类型输入脉冲输出脉冲多模光纤失真失真! !不失真不失真! !单模多模用于高速度、长距离用于低速度、短距离成本高成本低窄芯线，需要激光光源宽芯线，聚光好耗散极小，高效耗散大，低效非导向传输媒体非导向传输媒体 无线传输所使用的频段很广。短波通信主

26、要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。微波在空间主要是直线传播。 地面微波接力通信卫星通信 微波通信微波通信视距传播电离层反射卫星通信卫星通信 常用传输媒体的比较传输媒体传输媒体双绞线双绞线50 同轴电缆同轴电缆 75 同轴电缆同轴电缆 光纤光纤 卫星卫星微波微波 远距离速率远距离速率模拟：模拟：300-3400Hz 数数字字: 4Mbps 10Mbps 300-450MHz 2Gbps 2-40GHz 500MHz 传输距离传输距离 性能性能 价格价格 应用应用 应用示例应用示例5-6公里公里2-3公里公里 1-10公里公里 100公里公里 10-100公里公里 几百公里几百公里 上

27、万公里上万公里 可以可以 较好较好 较好较好 很好很好 很好很好 很好很好 很低很低 较低较低 较高较高 较高较高 与距离无关与距离无关卫星及火箭卫星及火箭造价较高造价较高 用户环用户环线线 LAN LAN CATV 模拟传输模拟传输数字传输数字传输 数字数字 模拟、数字模拟、数字 远距离传输远距离传输 远程通信远程通信 远程通信远程通信 主干网、长话主干网、长话 长话、电视长话、电视 数据、电视数据、电视提纲提纲物理层的主要任务及特性数据通信的基本知识物理层的硬件设施导向传输媒体非导向传输媒体物理层的软件技术信道复用技术数字传输系统技术宽带接入技术信道复用技术信道复用技术复用的概念信道复用技

28、术频分复用技术时分复用技术波分复用技术码分复用技术复用的概念复用的概念共享信道共享信道复用是指在一条介质上同时携带多个传输信号,即将多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使多个计算机或终端设备共享信道资源，提高信道的利用率。信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道信道信道A1A2B1B2C1C2复用复用分用分用不使用复用技术使用复用技术信道复用技术信道复用技术信道复用技术频分复用技术时分复用技术波分复用技术码分复用技术频分复用频分复用 FDMFDM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。个频带。频分复用频分复用的所有用

29、户在同样的时间占用不同的带宽资源的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源. .实例：有线电视实例：有线电视频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5时分复用时分复用TDMTDM时分复用时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用时分复用帧帧( 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周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）。TDM 信号也称为等时等时信号。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的同样的频带宽度。举例：990kHz某某新闻台，9:00地球嘹望、12:10市民与社会、16:05时事大挑战、19:02法庭

30、内外等就可以看成是一种时分多路复用 时分复用时分复用TDMTDM频率时间B C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用时分复用TDMTDM频率时间C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用时分复用TDMTDM频率时间BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用时分复用TDMTDM频率时间B CB CB CAAAA B CDDDDD 在 TD

31、M 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用可能会造成时分复用可能会造成线路资源的浪费线路资源的浪费 ABCDaabbcdb cattttt4 个TMD帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的使用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。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用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用波分复用波分复用 WDMWDM波分复用就是光的频分复

32、用。 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km光调制器光解调器8 2.5 Gb/s1310 nm码分复用码分复用 CDMACDMA各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声

33、，不易被敌人发现。 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片码片实例：移动通信 将原信号的频带扩宽，再经调制发送出去；接收端接收到经扩频的宽带信号后，作相关处理，再将其解扩为原始数据信号。CDMACDMA的工作原理的工作原理* *正交向量及其特征CDMA如何利用正交向量正交向量及其特征正交向量及其特征n维向量：n个有次序的数a1、a2、an所组成的数组称为n维向量。向量的内积内积： 设有n维向量x=(x1,x2,x3,xn)T， y=(y1,y2,y3,yn)T， 令x,y=x1*y1+x2*y2+xn*yn，则称x,y为向量x和y的内积。正交的特性正交的特性：如果x,y=0则称向量x与

34、y正交。如x=0，则x与任何向量都正交。CDMACDMA如何利用正交向量如何利用正交向量首先首先，CDMA将每一个比特时间划分为m个短的时间间隔，称为码片码片。m通常是64或128（为了简单起见，我们讲课时设置为8）。 使用CDMA的每个站都被指派了一个唯一的m bit的码片序列。一个站如何要发送比特1，则发送它自己的码片序列。如果要发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。 CDMACDMA如何利用正交向量如何利用正交向量比如，指派给S站的码片序列是10101101，当S要发送比特1时，它就发送码片序列10101101，而当要发送比特0时，就发送01010010。为了方便，按照管理将码片中的

35、0写为-1，将1写为+1。因此S站的码片序列就是(+1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 +1)。 CDMACDMA如何利用正交向量如何利用正交向量每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。 例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。发送比特 1 时，就发送序列 00011011，发送比特 0 时，就发送序列 11100100。S 站的码片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)CDMACDMA如何利用正交向量如何利用正交向量其次其次，在CDMA中，每一个站分配的码片

36、序列不光互不相同而且要求互相正交。由上边的正交向量的特性可以知道，任意两个站之间的码片序列的内积都为0。此外，某一站码片序列和其他各站码片序列的反码的向量内积也为0，而与自己的码片序列的反码的内积为-1。正是这一点使得各个站能够在收到的信息中分离出发往自己的信息。 CDMACDMA如何利用正交向量如何利用正交向量最后最后，接收站是如何分离发给自己信息的呢？现在假如X站要接收S站发送的数据，X站必须知道S站所特有的码片序列。X站使用它得到的码片序列与接收到的信号进行内积（注意一点，X站收到的是各个站发送序列之和）。那么其他站的信号都被过滤掉，而只剩下S站发送的信号。当S站发送比特1时，在X站计算

37、内积的结果便是+1，当S站发送比特0时，这一结果便是-1。CDMACDMA如何利用正交向量如何利用正交向量当多个终端发送多个信号时，信号就会在空中叠加叠加。例如码片序列是(-1,-1,-1,-1)和(+1,-1,+1,-1)，叠加后变成(0,-2,0,-2)。接收方如果希望接收某个站点的信息，则只需要计算该站点对应的码片序列和空中信号的点积。 例如:(-1,-1,-1,-1). .(0,-2,0,-2) = +1,说明发送的数字是+1。 如果发送的数字是-1，则空中的信号将是 (+2,0,+2,0)，而点积将是 (-1,-1,-1,-1).(+2,0,+2,0) = -1CDMACDMA工作原

38、理的例子工作原理的例子 S 站的码片序列 S1 11 10 0ttttttm 个码片tS 站发送的信号 SxT 站发送的信号 Tx总的发送信号 Sx + Tx规格化内积规格化内积 S (Sx + Tx)规格化内积规格化内积 T (Sx + Tx)数据码元比特发送端接收端CDMACDMA与与TDMATDMA和和FDMAFDMA的区别的区别，就好像一个国际会议上，TDMA是任何时间只有一个人讲话，其他人轮流发言；FDMA则是把与会的人员分成几个小组，分别进行讨论；而CDMA就像大家在一起，每个人使用自己国家的语言进行讨论小结小结共有四个站进行码分多址CDMA通信。四个站的码片序列为：A:(-1 -

39、1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)B:(-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1)C:(-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1)D:(-1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 -1)现收到这样的码片(-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1)请问哪个站未发送码片，发送数据的站发送的1 还是0？ 提纲提纲物理层的主要任务及特性数据通信的基本知识物理层的硬件设施导向传输媒体非导向传输媒体物理层的软件技术信道复用技术数字传输系统技术数字传输系统技术宽带接入技术宽带接入技术数字传输系统技术数字传输系统技术脉码调制PCM体制同步光纤网SONET和同步数字系列SDH脉码调制脉码调

40、制PCMPCM体制体制 脉码调制PCM体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。由于历史上的原因，PCM有两个互不兼容的国际标准，即北美的24路PCM（简称为 T1）和欧洲的30路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲的 E1标准。E1的速率是2.048 Mb/s，而T1的速率是1.544 Mb/s。当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。 同步光纤网同步光纤网SONETSONET和同步数字系列和同步数字系列SDH SDH 旧的数字传输系统存在着许多缺点。其中最主要的是以下两个方面： 速率标准不统一。如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围的高速数据传输就很难实现。 不

41、是同步传输。在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要是采用准同步方式。 同步光纤网同步光纤网SONETSONET和同步数字系列和同步数字系列SDHSDHSONET/SDH标准1985年，Bellcore提出SONET（Synchronous Optical NETwork）标准。1989年，CCITT提出SDH（Synchronous Digital Hierarchy）标准，与 SONET 有微小差别。SONET主要用于北美和日本，SDH主要用于欧洲和中国。SONET/SDH，采用TDM技术，是同步系统，由主时钟控制，时钟精度10-9同步光纤网同步光纤网SONETSONET同步光纤

42、网SONET(Synchronous Optical Network)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。 第1级同步传送信号STS-1(Synchronous Transport Signal)的传输速率是51.84 Mb/s。光信号则称为第1级光载波OC-1，OC (Optical Carrier)同步数字系列同步数字系列 SDH SDH ITU-T以美国标准SONET为基础，制订出国际标准同步数字系列同步数字系列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)。一般可认为SDH与SONET是同义词。SDH的基本速率为155.52 Mb/s，称为第1级同步同步传递模块

43、传递模块(Synchronous Transfer Module)，即STM-1，相当于SONET体系中的OC-3速率。 线路速率线路速率(Mb/s)SONET符号符号ITU-T符号符号表示线路速率表示线路速率的常用近似值的常用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-48STM-162.5

44、 Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s39813.120 OC-768/STS-768 STM-256 40 Gb/s SONETSONET的的OCOC级级/STS/STS级与级与SDHSDH的的STMSTM级的对应关系级的对应关系 SONETSONET的体系结构的体系结构 光子层路径层线路层段层线路 (line)光子层路径层线路层段层光子层线路层段层光子层段层光子层线路层段层光子层段层SDH终端SDH终端复用器或分用器复用器或分用器转发器转发器段段段路径 (path)(section)(sectio

45、n)(section)SONETSONET标准定义了标准定义了四个光接口层四个光接口层 光子层(Photonic Layer)处理跨越光缆的比特传送。段层(Section Layer)在光缆上传送 STS-N 帧。线路层(Line Layer)负责路径层的同步和复用。路径层(Path Layer) 处理路径端接设备PTE之间的业务的传输。 宽带接入技术宽带接入技术xDSL技术光纤同轴混合网（HFC网）FTTx技术xDSLxDSL技术技术xDSL技术是一种调制技术，在双绞铜线的两端分别接入xDSL调制解调器，即可利用其高频宽带特性传送高速数据。它在同一铜线上分别传送数据和语音信号。 xDSL中“

46、x”表示任意字符或字符串，根据所采取的调制方式，获得的信号传输速率和距离的不同以及按上行和下行速率是否相同可分为速率对称型和速率非对称型两种。xDSLxDSL技术的分类技术的分类速率对称型的xDSL有HDSL、SDSL等多种形式。HDSL采用2对双绞铜线实现双向速率对称通信，即为上、下行通信提供相等的带宽，有效传输距离5km。它很适合连接数字局域环路、Internet服务商和校园网等应用场合。非对称型的xDSL值有ADSL和VDSL数种。ADSL下行速率很高，用户的下行速率可以达到1.5至8Mbps，而反方向的上行速率为16至640kbps。其最大传输距离为5.5km，适用于下行数据量很大的I

47、nternet业务。ADSLADSL采用频分复用频分复用技术，可将电话语音和数据流一起传输，用户只需加装一个ADSL用户端设备，通过分流器(话音与数据分离器)与电话并联，便可使一条普通电话线就同时通话和上网且互不干扰。因此，使用了ADSL接入方式，等于在不改变原有通话的情况下，另外增加了一条高速上网专线。 ADSLADSL原理原理ADSL用其特有的调制解调硬件来连接现有双绞线连接的各端，它创建具有三个信道的管道 该管道具有一个高速下传信道(到用户端)，一个中速双工信道和一个POTS信道(4KHz)，POTS信道用以保证即使ADSL连接失败了，语音通信仍能正常运转。高速和中速信道均可以复用以创建

48、多个低速通道。ADSLADSL的组成的组成ATU-CATU-CATU-RATU-C用户线 电话分离器 区域宽带网至 ISP居民家庭基于 ADSL 的接入网端局或远端站DSLAM至本地电话局PSPS数字用户线接入复用器数字用户线接入复用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer)DSLAM (DSL Access Multiplexer)接入端接单元接入端接单元 ATU (Access Termination Unit)ATU (Access Termination Unit)ATU-CATU-C（C C 代表端局代表端局 Central OfficeCentral Offi

49、ce）ATU-RATU-R（R R 代表远端代表远端 RemoteRemote）电话分离器电话分离器 PS (POTS Splitter)PS (POTS Splitter) 光纤同轴混合网（HFC网）HFC是光纤同轴混合网，指采用光纤传输系统与同轴电缆分配网相结合的宽带传输平台。HFC的主要特点是传输容量大，易实现双向传输，从理论上讲，一对光纤可同时传送150万路电话或2000套电视节目；频率特性好，在有线电视传输带宽内无需均衡；传输损耗小，可延长有线电视的传输距离，25公里内无需中继放大；光纤间不会有串音现象，不怕电磁干扰，确保信号的传输质量。 HFCHFC网体系结构网体系结构 同轴电缆头

50、端模拟光纤放大器引入线分路器光纤结点服务区服务区服务区FTTxFTTx技术技术FTTx（光纤到）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母 x 可代表不同意思。光纤到家光纤到家 FTTH (Fiber To The Home)：光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法。光纤到大楼光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。光纤到路边光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb)：从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。 补充：物理层设备不可避免的信号衰减限制了信号的远距离传

51、输从而使每种传输介质都存在传输距离的限制。但是在实际组建网络的过程中，经常会碰到网络覆盖范围超越介质最大传输距离限制的情形。为了解决信号远距离传输所产生的衰减和变形问题，需要一种能在信号传输过程中对信号进行放大和整形的设备以拓展信号的传输距离、增加网络的覆盖范围。将这种具备物理上拓展网络覆盖范围功能的设备称为网络互连设备。在物理层主要有两种类型的网络互连设备，即中继器(repeater)和集线器(Hub)。中继器又称重发器。中继器具有对物理信号进行放大和再生的功能，将其从输入接口接收的物理信号通过放大和整形再从输出接口输出。中继器具有典型的单进单出结构，所以当网络规模增加时，可能会需要许许多多

52、的单进单出结构的中继器作为信号放大之用中中继器器1. 中继器的功能中继器主要负责在两个结点之间双向转发工作，对接收信号进行再生和发送，从而扩展网络连接距离。中继器是最简单的网络连接设备，主要完成物理层的功能，负责在两个结点的物理层上按位传递信息，完成信号地复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。中中继器器2.中继器的使用原则使用中继器应遵守以下两条原则：一是用中继器连接的网段不能形成环型网；另一个是用中继器将电缆连接起来的段数是有限的。对于以太网，最多只能使用4个中继器，意味着只能连接5个网段即遵守以太网的5-4-3-2-1规则。其中，5是局域网最多有5个网段；4是全信道上最多可连4个中继器；3是其中3个网段可连工作站；2是有两个网段只能用来扩长而不连任何站，其目的是减少竞发网站的个数，而减少发生冲突的机率；1是由此组成一个共享局域网。 中中继器器假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分成16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率（b/s）?用香农公式来计算一下，假定信道宽带为3100Hz，最大信息传输速率为35kb/s，那么若想使最大信息传输增长60%，问信噪比S/N应增大到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比再增大到10倍，问最大信息速率能否再增加20%？