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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第二講：物理層,知識點歸納,一通信根底,數據傳輸方式：串行傳輸、并行傳輸,通信模式：單工通信、半雙工通信、全雙工通信,通信方式：同步通信、異步通信,信道：表示想某一個方向傳送信息的媒體?？煞譃閿底中诺?、模擬信道,信息、數據、信號,數據傳輸方式,知識點歸納,數據通信模式,知識點歸納,通信方式,知識點歸納,知識點歸納,6,),數據傳輸的幾種方式,編碼與調制,：,模擬
2、數據,模擬信號,放大器,調制器,模擬數據,數字信號,PCM,編碼器,數字數據,模擬信號,調制器,數字數據,數字信號,數字,發送器,PCM脈沖編碼調制、采樣、量化、編碼采樣定理及其計算,AM(ASK),FM(FSK)，PM(PSK),曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼,NRZ,知識點歸納,調幅，幅移鍵控ASKAmplitude Shift Keying:用載波的不同振幅來表示不同的二進制值，如用載波的有無分別表示“1和“0。,調頻，頻移鍵控FSKFrequency Shift Keying:用載波頻率附近的兩個不同頻率來表示兩個二進制值。,調相，相移鍵控PSKPhase Shift Keying:用
3、載波的相位移動來表示數據。在以下圖中，信號相位與前面信號串同相的信號表示“0，信號相位與前面信號串反相的信號表示“1，這是相對相移鍵控。也可用載波初相為表示“1，初相0表示“0，這是絕對相移鍵控。,知識點歸納,調頻，頻移鍵控FSKFrequency Shift Keying:用載波頻率附近的兩個不同頻率來表示兩個二進制值。,知識點歸納,調相，相移鍵控PSKPhase Shift Keying:用載波的相位移動來表示數據。信號相位與前面信號串同相的信號表示“0，信號相位與前面信號串反相的信號表示“1。,知識點歸納,曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼,曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼，都可以被用來從中間
4、電平跳變中提取同步時鐘信號，這兩種編碼方式常用于局域網中，曼徹斯特編碼用于以太網，差分曼徹斯特編碼用于令牌環網中。,2024/12/14,11,脈沖編碼調制方法,采樣定理：,如果連續變化的模擬信號最高頻率為F，假設以2F的采樣頻率對其采樣，那么采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復出原始信號。,語音信號要在數字線路上傳輸，必須將語音信號轉換成數字信號。這需要經過三個步驟：,1采樣按一定間隔對語音信號進行采樣,2量化對每個樣本舍入到量化級別上,3編碼對每個舍入后的樣本進行編碼,2024/12/14,12,PCM-,脈沖編碼調制,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4
5、,011,100,011,011,001,100,原始信號,PAM,脈沖,PCM,脈沖,（有量化誤差）,011100011011001100,PCM,輸出,采樣之前要先,確定量化級別,6V,7V,5V,2V,3V,4V,1V,001,010,011,000,100,101,110,111,0V,2024/12/14,13,模擬話音,采樣時鐘,PAM,信號,PCM,信號,采樣電路,量化和編碼,數字化聲音,-,話音信道帶寬,2,倍話音最大頻率,),-,量化級數：,256,級,(8,位二進制碼表示,),-,數據率：,8000,次,/s*8bit=64Kb/s,每路,PCM,信號的速率,=64000b
6、ps,PCM-,脈沖編碼調制,7,)信道極限傳輸速率,無噪信道容量,知識點歸納,尼奎斯特H.Nyquist)定理,無噪聲理想低通信道下的最大傳輸速率,H為理想低通信道的帶寬，Baud/s 成為波特率或者碼率,信道的最大數據速率,由于信號的傳輸速率受尼奎斯特定理的約束,所以要提高信息的傳輸速率,就必須設法使每一個電壓信號能攜帶更多個比特的信息量,.,這就需要采用多元制的調制方法,.,1 0 0 1 0 1 1,+3,+1,0,-1,-3,判別電平,判別電平,二進制數據波形,四進制數據波形,00 1011 00 01,信道的最大數據速率,例：,一個信噪比為30db、帶寬為3KHZ的信道假設用于傳送
7、數據，那么不管使用多少級的信號電平，其最大數據傳輸速率絕不可能高于3000log2(1+1000)bps.,2.,香農定理,(1948),香農定理說明了在熱噪聲的信道上的極限信息傳輸速率,當用此速率進行傳輸時,可以做到不產生過失.,在實際信道中,不僅受到熱噪聲的影響,而且還要受到各種脈沖干擾和在傳輸中產生的失真等.,信噪比,:S,信號功率，,N,噪聲功率,分貝,(db),：,9)多路復用技術及其分類FDM、TDM、WDM、CDMA：,多路復用技術就是把許多路信號在一個信道上同時傳輸的技術。頻分多路復用FDM和時分多路復用TDM是兩種最常用的多路復用技術。,知識點歸納,1.頻分多路復用 FDM技
8、術,在一條通信線路設計多路通信信道;,每路信道的信號以不同的載波頻率進行調制;,各個載波頻率是不重疊的,那么一條通信線路就可以同時獨立地傳輸多路信號,知識點歸納,CH2,CH1,CH3,原帶寬,CH1,CH2,CH3,移頻后帶寬,MUX,CH1,CH2,CH3,帶寬復用,f,適用于模擬信號傳輸,2.時分多路復用 TDM技術,時分多路復用是將信道用于傳輸的時間劃分為假設干個時間片；,每個用戶分得一個時間片；,在其占有的時間片內，用戶使用通信信道的全部帶寬。,知識點歸納,A2,A1,A3,原始信號,D2,D1,D3,數字化信號,MUX,復用后數據,時隙,1,2,3,4,D3,D2,D,1,適用于數
9、字信號傳輸,時間片,3.波分多路復用 WDM,是光的頻分復用。不同的信源使用不同波長的光波來傳輸數據，各路光波經過一個棱鏡或衍射光柵合成一個光束在光纖干道上傳輸，在接收端利用相同的設備將各路光波分開。這樣復用后，可以使光纖的傳輸能力成幾倍幾十倍的提高。,知識點歸納,4.碼分多路復用 CDM，碼分多址CDMA,每個比特時間分成m位的碼片，每站分配一個唯一的m位碼片序列。當某個站發,送“1 時，在信道中發送它的碼片序列，當發送“0時，發送它的碼片序列的反碼。CDMA接收時，接收站從空中收到多站發送信號后的線性疊加碼片序列的和。將和與某一發送站碼片序列進行歸一化內積運算，那么可恢復出該站發送的數據。
10、,需滿足條件：各站使用的不同碼片序列應互相正交。,由于發送時原始數字信號的頻率被擴展，這種通信方式又叫做擴頻通信。,知識點歸納,T1,信道和,E1,信道,T1,信道：用于傳輸,24,路話音，即,24,個子信道,E1,信道：傳輸,30,路話音，每個樣本,8,比特,總共,32,個子信道，,2,個子信道傳輸控制信號、同步,知識點歸納,二傳輸介質,傳輸介質,有線介質,無線介質,雙絞線,同軸電纜,光纖,U,T,P,S,T,P,細,纜,線,粗,纜,線,單模光纖,多模光纖,微波,激光,紅外線,通信衛星,2024/12/14,24,雙絞線,內導體芯線,絕緣,箔屏蔽,銅屏蔽,外保護層,2024/12/14,25
11、,非屏蔽雙絞線,(UTP),加上用金屬絲編織成的屏蔽層，以減少干擾和串音,3,類,-16M,、,5,類,-100M,雙絞線外沒有任何附加屏蔽,屏蔽雙絞線,(STP),同軸電纜,銅芯導體,隔離材料,網狀導體,塑料外層,粗纜,細纜,同軸電纜的頻率特性較雙絞線好，誤碼率低10-710-9,光纜剖面示意圖,芯,封套,外套,光纖,外護套,加強芯,光纖束,光纖傳輸電信號過程,電光轉換,光電轉換,光纖,光信號,發送端,接收端,輸,入,輸,出,發光二級管,注入型激光,二級管,光電二級管檢波器,光纖傳送模式,多模,輸入電信號,輸出電信號,單模,波長,:1300,1550 nm,h1,h2,波長,:850,130
12、0 nm,h2,h1,芯,/,封套特性,光纖的直徑減小到,一個光波波長,微波通信,微波使用的波段為,100M10G Hz,通過拋物狀的天線把能量集中一束，沿直線傳播,微波中繼站：擴展傳輸距離,地球,地面站之間的直視線路,微波傳送塔,衛星,利用地球同步衛星為中繼轉發微波信號,上行信道、下行信道,無距離限制，但傳播延時較長：,270ms,地球,地面站,地面站,C,波段,46 GHz,上行,5.925-6.425 GHz,下行,3.7-4.2 GHz,KU,波段,1214 GHz,上行,14-14.5 GHz,下行,11.7-12.2 GHz,Ka,波段,1730 GHz,上行,17.7-21.7
13、GHz,下行,27.5-30.5 GHz,知識點歸納,三 物理層設備,中繼器Repeater,集線器Hub,在物理層擴展局域網-使用中繼器、集線器，在電纜段之間復制比特信號，信號整形、放大、再生。擴展后的局域網在網絡層看來還是一個網絡。,網絡層,數據鏈路層,物理層,傳輸層,表示層,會話層,應用層,網絡層,數據鏈路層,物理層,傳輸層,表示層,會話層,應用層,物理層,中繼器,集線器,在物理層擴展局域網,物理層擴展設備：中繼器Repeater和集線器Hub,知識點歸納,中繼器,集線器,知識點歸納,中繼器Repeater,在物理層上實現局域網網段的擴展，信號整形、放大、再生，延長網絡距離。,優點：安裝
14、簡單、使用方便、價格廉價。,缺點：不能夠無限制地擴展網絡長度。,特點：中繼器處理的對象是數據比特脈沖信號，它不能識別數據鏈路層的幀格式或,網絡層的分組格式。不提供網段之間的隔離。,注意中繼器(數字傳輸)、放大器(模擬傳輸)兩者之間的區別,知識點歸納,集線器HUB,是多端口的中繼器，用多個集線器可連成更大的局域網。,優點:使原來屬于不同沖突域的局域網上的計算機能夠進行跨沖突域的通信。,擴大了局域網覆蓋的地理范圍。,缺點:沖突域增大了，但總的吞吐量反而減小。,如果不同的沖突域使用不同的數據率，就不能用集線器將它們互連起來。,集線器,二系,集線器,三系,集線器,一系,三個獨立的沖突域,集線器,二系,
15、集線器,三系,集線器,一系,集線器,一個更大的局域網(一個沖突域),HUB,就像一根縮短的總線,典型習題講解,典型習題講解,典型習題講解,典型習題講解,典型習題講解,典型習題講解,4,典型習題講解,典型習題講解,典型習題講解,題 共有4個站進行碼分多址CDMA通信。4個站的碼片序列為：,A：-1 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,現收到這樣的碼片序列：S=-1+1 3+1-1 3+1+1，,問哪個站發送數據了？發送數據的站發送的1還是0？,答 SA=-1+1 3+1-1 3+1+1-1 1 1+1+1 1+1+18,=113113118,=1，,A發送1,同理，,SB=113113118=1，,B 發送0,SC=113113118=0，,C無發送,SD=113113118=1，,D發送1,習題練習,習題練習,習題練習,習題練習,習題參考答案,
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