1、第第2章章物理層物理層22.1 物理層概述物理層概述物理層的功能: 為數據端設備提供傳送數據的通路 傳輸數據(比特流) 完成物理層的一些管理工作 32.1.1 物理層特性物理層特性(1)機械特性(2)電氣特性 非平衡方式非平衡方式 采用差動接收器的非平衡方式采用差動接收器的非平衡方式 平衡方式平衡方式 42.1.1 物理層特性物理層特性(3)功能特性功能特性 : 規定了接口的信號，根據其來源、作用以及與其它信號之間的關系而各自具有的特定功能 (4)規程特性規程特性 : 規定了使用交換電路進行數據交換的控制步驟 52.1.2 常用物理層協議常用物理層協議 62.1.2 常用物理層協議常用物理層協

2、議RS-232C的電氣特性規定邏輯“1”的電平為-15至-5伏，邏輯“0”的電平為+5至+15伏，也即RS-232C采用+15伏和-15伏的負邏輯電平，+5伏和-5伏之間為過渡區域不做定義。RS-232C接口的電氣特性見圖2.3，其電氣表示見表2.1。 圖2.2(a)給出了兩臺遠程計算機通過電話網相連的結構圖 ; RS-232C標準接口也可以如圖2.2(b)所示用于直接連接兩臺近地設備 72.1.2 常用物理層協議常用物理層協議(a)遠程連接(b) 近地連接圖2.2 RS-232C的遠程連接和近地連接82.1.2 常用物理層協議常用物理層協議92.1.2 常用物理層協議常用物理層協議表2.1

3、RS-232C接口的電氣表示負電平正電平邏輯狀態信號狀態功能狀態1傳號OFF（斷）0空號ON（通）102.1.2 常用物理層協議常用物理層協議 RS-232C的功能特性定義了25芯標準連接器中的20根信號線，其中2根地線、4根數據線、11根控制線、3根定時信號線、剩下的5根線做備用或末定義。表2.2給出了其中最常用的10根信號的功能特性。 RS-232C的連接如圖2.4所示。112.1.2 常用物理層協議常用物理層協議表2.2RS-232C功能特性引腳號信號線功能說明信號線型連接方向123456782022AABABBCACBBBABCFCDCE保護地線(GND)發送數據(TD)接收數據(RD

4、)請求發送(RTS)清除發送(CTS)數據設備就緒(DSR)信號地線(Sig.GND)載波檢測(CD)數據終端就緒(DTR)振鈴指示(RI)地線數據線數據線控制線控制線控制線地線控制線控制線控制線DCEDTEDCEDTEDTEDTEDCEDTE122.1.2 常用物理層協議常用物理層協議圖2.4 RS-232C的DTE-DCE連接132.1.2 常用物理層協議常用物理層協議 若兩臺DTE設備，如兩臺計算機在近距離直接連接，則可采用圖2.5的方法，圖中(a)為完整型連接，(b)為簡單型連接。RS-232C的工作過程是在各根控制信號線有序的“ON”(邏輯“0”)和“OFF”(邏輯“1”)狀態的配合

5、下進行的。 142.1.2 常用物理層協議常用物理層協議(a) (b)圖2.5 RS-232C的DTE-DTE連接152.1.2 常用物理層協議常用物理層協議2.EIA RS-449及及RS-422與與RS-423接口標準接口標準RS-499對標準連接器做了詳細的說明，由于信號線較多，使用了37芯和9芯連接器，37芯連接器定義了與RS-449有關的所有信號，而輔信道和信號在9芯連接器中定義。162.1.2 常用物理層協議常用物理層協議 RS-449標準的電器特性有兩個標準，即平衡式的RS-422標準和非平衡式的RS-423標準。RS-422電氣標準是平衡方式標準，它的發送器、接收器分別采用平衡

6、發送器和差動接收器，由于采用完全獨立的雙線平衡傳輸，抗串擾能力大大增強。RS-423電氣標準是非平衡標準，它采用單端發送器(即非平衡發送器)和差動接收器。 172.1.2 常用物理層協議常用物理層協議3.100系列和系列和200系列接口標準系列接口標準 CCITT V.24建議中有關DTE-DCE之間的接口標準有100系列、200系列兩種。100系列接口標準作為DTE與不帶自動呼叫設備的DCE(如調制解調器)之間的接口。在調制自動呼叫設備的DCE(如網絡控制器)中，則由200系列接口標準完成DTE與自動呼叫設備的接口。若系統采用人工呼叫，則無需設置200系列接口。 182.1.2 常用物理層協

7、議常用物理層協議4. X.21和和X.21 bis建議建議 X.21建議是CCITT于1976年制定的一個用戶計算機的DTE如何與數字化的DCE交換信號的數字接口標準。X.21建議的接口以相對來說比較簡單的形式提供了點點式的信息傳輸，通過它能實現完全自動的過程操作，并有助于消除傳輸差錯。192.1.2 常用物理層協議常用物理層協議 X.21 bis標準指定使用V.24/V.28接口，它們與EIA RS-232D非常類似。美國的大多數公共數據網應用實際上都使用EIA RS-232D(或更早的RS-232C)作為物理層接口。 X.21 bis是X.21的一個暫時過渡版本，它是對X.21的補充并保持

8、了V.24的物理接口。X.25建議允許采用X.21 bis作為其物理層的規程。202.2 通信基礎通信基礎 數據通信的基本概念 數據通信系統模型 信道的技術指標 奈奎斯特定理 信道的極限信息傳輸速率 212.2.1 數據通信的基本概念數據通信的基本概念 數據是預先約定的、具有某種含義的任何一個數字或一個字母以及它們的組合，是運送信息的實體，而信號則是數據的電氣的或電磁的表現。 數據通信是計算機與通信相結合而產生的一種通信方式，它包括兩方面內容：數據的傳輸和數據傳輸后的處理，數據傳輸是數據通信的基礎，而數據傳輸前后的處理使數據的遠距離交換得以實現。 222.2.2 數據通信系統模型數據通信系統模

9、型 數據通信包括三個要素：信源、信宿和信道，任何一個通信系統都可以抽象為如圖2.6所示的模型 .其中，“信源”是信息的發布者，即上載者 ; “信宿”是信息的接收者，即最終用戶 .232.2.2 數據通信系統模型數據通信系統模型圖2.6 數據通信系統模型242.2.3信道的技術指標信道的技術指標 符號：即用于表示某數字碼型（根據位數不同，對應不同的鍵控調制方式）的一定相位或幅度值的一段正弦載波（其長度即符號長度）。 碼元：在數字通信中常常用時間間隔相同的符號來表示一位二進制數字。這樣的時間間隔內的信號稱為二進制碼元，而這個間隔被稱為碼元長度。 252.2.3信道的技術指標信道的技術指標1.碼元與

10、信息量碼元與信息量 碼元是承載信息的基本信號單位。比如用脈沖信號表示數據時，一個單位脈沖就是一碼元。碼元的信息量是由碼元所能表示的數據有效狀態值個數決定的，若一碼元有00、01、10、11四個有效狀態值，則一碼元能攜帶2bit的信息。 262.2.3信道的技術指標信道的技術指標2.調制速率調制速率 調制速率也稱為波特率，表示每秒傳輸信號碼元的個數，單位為波特（Baud）。如信號碼元持續時間為，那么調制速率為)()(1BaudsTNBaud272.2.3信道的技術指標信道的技術指標3.數據傳輸速率（比特率）數據傳輸速率（比特率） 數據傳輸速率（比特率）指每秒能傳輸多少構成數據的比特數，單位為比特

11、/秒(bit/s)。 波特率即調制速率或符號速率，指的是信號被調制以后在單位時間內的碼元數，即單位時間內載波參數變化(相位或者幅度)的次數，實際上是載波狀態的變化速率，單位為波特(Baud) 282.2.3信道的技術指標信道的技術指標 信息傳輸速率即比特率在數值上和波特率有這樣的關系：波特率波特率 比特率比特率/每符號含的比特數每符號含的比特數292.2.3信道的技術指標信道的技術指標4.誤碼率誤碼率 誤碼率是在通信系統中衡量系統傳輸可靠性的指標，它的定義是二進制碼元在傳輸系統中被傳錯的概率。從統計的理論講，當所傳送的數字序列無限長時，誤碼率為： 總發送的比特數接收出現差錯的比特數誤碼率)(e

12、P302.2.3信道的技術指標信道的技術指標5.頻帶利用率頻帶利用率 數據信號的傳輸需要一定的頻帶。數據傳輸系統占用的頻帶越寬，傳輸數據信息的能力越大。 真正衡量數據傳輸系統的信息傳輸效率應當是單位頻帶內的調制速率，即每赫茲的波特數：（系統的頻帶寬度）（系統調制速率）WNBaud312.2.4奈奎斯特定理奈奎斯特定理 理論上在理想低通信道下的最高碼元傳輸速率為2W Baud，其中Baud（波特）是碼元傳輸速率單位，W是理想低通信道的帶寬，單位是赫茲（Hz）。這個結論是在1924年由奈奎斯特(Nyquist)推導出來的，稱為奈奎斯特定理。322.2.4奈奎斯特定理奈奎斯特定理 奈氏定理的另一種表

13、達方法是：每赫茲帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個碼元。若碼元的傳輸速率超過了奈氏準則所給出的數值，則將出現碼元之間的互相干擾，以致在接收端就無法正確判定碼元是1還是0。 對于具有理想帶通矩形特性的信道（帶寬為W），奈氏定理就變為：理想帶通信道的最高碼元傳輸速率1W Baud332.2.5 信道的極限信息傳輸速率信道的極限信息傳輸速率1.模擬信道的極限信息傳輸速率模擬信道的極限信息傳輸速率 香農(Shannon)用信息論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的模擬信道的極限信息傳輸速率，當用此速率進行傳輸時，可以做到不產生差錯，用公式表示，則信道的極限信息傳輸速率C為 :)1 (log

14、2NSWC34 其中：W信道的帶寬（單位為Hz）； S為信道內所傳信號的平均功率； N為信道內部的高斯噪聲功率。35 信噪比(dB)=10log 10( S/N) 對于3kHz帶寬的電話信道，在信道質量較好的條件下，整個信道的信噪比可達35dB由香農公式可得： C=3klog 2(1+10 3.5)=34.882kbit/s362.2.5 信道的極限信息傳輸速率信道的極限信息傳輸速率2.數字信道的極限信息傳輸速率數字信道的極限信息傳輸速率 數字信道是一種離散信道，它只能傳送離散信道的數字信號。典型的數字信道是平穩、對稱、無記憶的離散信道。這種信道可以是二進制的也可以是多進制的。圖2.7給出了平

15、穩、對稱、無記憶的二進制信道的數字模型 :372.2.5 信道的極限信息傳輸速率信道的極限信息傳輸速率382.2.5 信道的極限信息傳輸速率信道的極限信息傳輸速率 對于帶寬為W Hz的典型數字信道來說，根據奈奎斯特定理奈奎斯特定理可以知道該信道的最高碼元速率（即調制速率）為2W Baud。所以該數字信道的極限信息傳輸速率D為:MWD2log239 其中，M為碼元符號所能取的離散值的個數，即M進制。 例例2 設數字信道的帶寬為3000Hz，采用四進制傳輸，計算無噪聲時該數字信道的極限信息傳輸速率。 解解： sbitD/120004log300022402.3 傳輸介質傳輸介質 有線傳輸介質有線傳

16、輸介質 無線傳輸介質無線傳輸介質 412.3.1 有線傳輸介質有線傳輸介質1.雙絞線雙絞線由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導線組成，線對扭在一起可以減少相互間的輻射電磁干擾。雙絞線是最常用的傳輸媒體，早就用于電話通信中的模擬信號傳輸，也可用于數字信號的傳輸。雙絞線電纜有兩種類型：非屏蔽雙絞線UTP（Unshielded Twisted Pair）和屏蔽雙絞線STP（Shielded Twisted Pair）。 422.3.1 有線傳輸介質有線傳輸介質 電子工業協會（EIA）在1995年公布了有關雙絞線的標準EIA568A，制定了一種按質量劃分UTP等級的標準，每一種定義的電纜類別都有特定用途，其中

17、最常用的有100的3類UTP和5類UTP以及150的STP。3類和5類的主要區別在于單位距離上的旋絞次數。 表2.3給出了3類 UTP、5類 UTP和150的STP三者在衰減和近端串擾兩方面性能的比較，其單位都是取分貝值。 432.3.1 有線傳輸介質有線傳輸介質頻率（MHz）衰減（dB/100 m）近端串擾（dB）3類 UTP5類 UTP150STP3類 UTP5類 UTP150STP12.62.01.141625845.64.12.23253581613.18.24.4234450.42510.46.24147.510022.012.33238.530021.431.344 6類:250

18、MHz(1000BASE-T,ATM) 7類:600 MHz(10千兆以太網)452.3.1 有線傳輸介質有線傳輸介質2.同軸電纜同軸電纜由一對導體組成，以同軸的方式構成線對。同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層用密織的網狀導體環繞的絕緣材料，網外又覆蓋一層保護性材料。同軸電纜的這種結構，使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性。同軸電纜的帶寬取決于電纜長度 462.3.1 有線傳輸介質有線傳輸介質 有兩種廣泛使用的同軸電纜：一種是50基帶同軸電纜，用于直接傳輸基帶數字信號，其傳輸速率可達10 M bit/s；另一種是75寬帶同軸電纜，主要用于傳輸連續的模擬信號，是有線電視系統CATV的標準傳輸電纜，用于

19、數字傳輸時，需要將數字信號調制成模擬信號。 472.3.1 有線傳輸介質有線傳輸介質 同軸電纜根據它們的無線電波控制（RG）級別來分類。每一種無線電波控制（RG）級別編號表示了一組惟一的物理特性 48電信網電信網通常，根據內外導體的直徑的尺寸可分為：通常，根據內外導體的直徑的尺寸可分為： 中同軸電纜：中同軸電纜：2.69.5mm 小同軸電纜：小同軸電纜：1.24.4mm 微同軸電纜：微同軸電纜：0.72.9mm 同軸電纜載波電話系統最高可傳送同軸電纜載波電話系統最高可傳送10800話路話路 （或（或13200話路）話路） 微同軸電纜主要用于傳送微同軸電纜主要用于傳送PCM數字信號數字信號49絕

20、緣保護套層 外導體屏蔽層 絕緣層內導體502.3.1 有線傳輸介質有線傳輸介質3.光纖光纖光纖是光導纖維的簡稱，它由能傳導光波的石英玻璃纖維，外加保護層構成。相對于金屬來說重量輕、體積?。殻?。用光纖來傳輸電信號時，在發送端先要將其轉換成光信號，而在接收端又要由光檢波器轉換成電信號，如圖2.8所示。 512.3.1 有線傳輸介質有線傳輸介質5253存在許多條不同角度入射的光線在存在許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。一條光纖中傳輸。若光纖的直徑減小到只有一個光的若光纖的直徑減小到只有一個光的波長，則光纖就像一根波導那樣，它可使光線波長，則光纖就像一根波導那樣，它可使光線一直向前傳播，不會

21、產生反射。一直向前傳播，不會產生反射。5455特點：多模光纖：頻帶窄，傳輸特性較差，多模光纖：頻帶窄，傳輸特性較差，100Mb/s, 2km單模光纖：傳輸距離遠，傳輸速率高，頻帶寬，單模光纖：傳輸距離遠，傳輸速率高，頻帶寬，信號衰減極小信號衰減極小56光源：發光二極管（光源：發光二極管（LED,Light Emitting Diode) 激光發射二極管（激光發射二極管（ILD,Inject Laser Diode)/半導體激光器（半導體激光器（Semiconductor Laser）5758光檢測器：光電二極管光檢測器：光電二極管(Photodiode)光纖具有傳輸距離遠、傳輸速率高光纖具有傳

22、輸距離遠、傳輸速率高(80(80 2.5Gb/s)2.5Gb/s)、頻帶寬、信號衰減極小、不受電磁與噪音的干擾頻帶寬、信號衰減極小、不受電磁與噪音的干擾等優點，并且具有很好的保密性能等優點，并且具有很好的保密性能 。592.3.2 無線傳輸介質無線傳輸介質1.無線電短波通信無線電短波通信分為12個頻段：極低頻，超低頻，特低頻，甚低頻，低頻中頻（MF）：300K-3000K Hz60 高頻，甚高頻(very)，特高頻(ultra)，超高頻(super)，極高頻(extremely)，至高頻（tremendously, 300-3000GHz） 無線電波的不同頻段可用于不同的無線通信方式：611.

23、無線電短波通信 621.無線電短波通信 632.3.2 無線傳輸介質無線傳輸介質 短波通信也存在一些不足，主要表現在以下兩方面：(1) 不能和高頻介質本身存在的弱點相匹配。(2) 無法抵御竊聽和各種有意的干擾。642.3.2 無線傳輸介質無線傳輸介質2.地面微波中繼地面微波中繼微波的頻率范圍為300MHz300GHz，在這個范圍內，它在空中主要沿直線傳播，可經電離反射到很遠的地方。同時，由于微波在空中是直線傳播，而地球表面是個曲面，因此傳輸距離受到限制。 652.3.2 無線傳輸介質無線傳輸介質662.地面微波中繼 其主要特點是：其主要特點是：微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因微波波段頻率

24、很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大；此其通信信道的容量很大；672.地面微波中繼 其主要特點是：其主要特點是：因為工業干擾和天電干擾的主要頻譜成分比因為工業干擾和天電干擾的主要頻譜成分比微波頻率低得多，對微波通信的危害比對短波微波頻率低得多，對微波通信的危害比對短波和米波通信小得多，因而微波傳輸質量較高；和米波通信小得多，因而微波傳輸質量較高；682.地面微波中繼 其主要特點是：其主要特點是：與相同容量和長度的電纜載波通信比較，微與相同容量和長度的電纜載波通信比較，微波接力通信建設投資少，見效快。波接力通信建設投資少，見效快。692.地面微波中繼地面地面微波通信微波通信缺點：缺點

25、：相鄰站之間必須直視，不能有障礙物，有時相鄰站之間必須直視，不能有障礙物，有時一個天線發射出的信號也會分成幾條略有差別一個天線發射出的信號也會分成幾條略有差別的路徑到達接收天線，因而造成失真；的路徑到達接收天線，因而造成失真；702.地面微波中繼地面地面微波通信微波通信缺點：缺點：微波的傳播有時也會受到惡劣氣候（下雪，微波的傳播有時也會受到惡劣氣候（下雪，大霧，大雨）的影響；大霧，大雨）的影響；712.地面微波中繼地面地面微波通信微波通信缺點：缺點：與電纜通信系統比較，微波通信的隱蔽性和與電纜通信系統比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差；保密性較差； 722.地面微波中繼地面地面微波通信微波通信

26、缺點：缺點：對大量中繼站的使用和維護要耗費一定的人對大量中繼站的使用和維護要耗費一定的人力和物力。力和物力。 732.3.2 無線傳輸介質無線傳輸介質3.衛星通信衛星通信衛星通信是利用衛星上的微波天線接收地面發送站發送的信號，經過放大后在轉發回地面接收站。其原理如圖2.10所示。用于微波通信的衛星實際上就是太空的無人值守的微波通信中繼站，它是定位于距地面35 800 km高空的同步地球衛星，相對地球的位置始終是固定的。 742.3.2 無線傳輸介質無線傳輸介質圖2.10 衛星通信原理示意圖753.衛星通信 763.衛星通信 773.衛星通信 782.3.2 無線傳輸介質無線傳輸介質4.蜂窩無線

27、通信蜂窩無線通信蜂窩無線通信是采用蜂窩無線組網方式，在終端和網絡設備之間通過無線通道連接起來，進而實現用戶在活動中可相互通信。其主要特征是終端的移動性，并具有越區切換和跨本地網自動漫游功能。794.蜂窩無線通信第一代移動通信：模擬信號第一代移動通信：模擬信號（1）頻譜利用率低，容量有限；）頻譜利用率低，容量有限；（2）制式太多，互不兼容，不利于用戶漫游，限制了）制式太多，互不兼容，不利于用戶漫游，限制了用戶覆蓋面；用戶覆蓋面；（3）提供的業務種類受限，不能傳數據信息；）提供的業務種類受限，不能傳數據信息；（4）容易被竊聽；）容易被竊聽；（5）不能與）不能與ISDN兼容兼容804.蜂窩無線通信第

28、二代移動通信：數字語音第二代移動通信：數字語音（1）進一步提高了頻譜利用率、擴大系統容量并增加）進一步提高了頻譜利用率、擴大系統容量并增加非話音業務外，還把非話音業務外，還把IC卡（即卡（即SIM卡）技術應用于卡）技術應用于其安全保密措施之中；其安全保密措施之中；（2）移動臺和基站的體積、重量和功率可以大大降低，）移動臺和基站的體積、重量和功率可以大大降低，同時手機的升級換代迅速同時手機的升級換代迅速814.蜂窩無線通信第三代移動通信：數字信號第三代移動通信：數字信號除了傳語音和數據外，還能傳除了傳語音和數據外，還能傳2M bit/s高質量的活動高質量的活動圖像圖像 真正實現：任何人（真正實現

29、：任何人（ Whoever ）任何地點）任何地點（ Wherever ）任何時間（）任何時間（ Whenever ）任何對方（任何對方（ Whomever ）任何形式（）任何形式（ Whatever ） 通信通信822.4 數據交換技術數據交換技術 電路交換電路交換 報文交換報文交換 分組交換分組交換 ATM交換交換 幀中繼交換幀中繼交換 832.4.1 電路交換電路交換 電路交換要求必須首先在通信雙方之間建立連接通道。在連接建立成功之后，雙方的通信活動才能開始。通信雙方需要傳遞的信息都是通過已經建立好的連接來進行傳遞的，而且這個連接也將一直被維持到雙方的通信結束。 842.4.1 電路交換電

30、路交換 電路交換原理如圖2.11(a)所示。 計算機網絡中的電路交換與電話系統類似，需要經歷三個階段：建立連接、數據傳輸、拆除連接。852.4.1 電路交換電路交換圖2.11 三種交換工作原理862.4.2 報文交換報文交換 報文交換技術采用存儲轉發機制，但報文交換是以報文作為傳送單元，由于報文長度差異很大，長報文可能導致很大的時延，并且對每個結點來說緩沖區的分配也比較困難，為了滿足各種長度報文的需要并且達到高效的目的，結點需要分配不同大小的緩沖區，否則就有可能造成數據傳送的失敗。 報文交換原理如圖2.11(b)所示 872.4.3 分組交換分組交換 分組交換也稱包交換，它是將用戶傳送的數據劃

31、分成一定的長度，每個部分叫做一個分組。在每個分組的前面加上一個分組頭，用以指明該分組發往何地址，然后由交換機根據每個分組的地址標志，將他們轉發至目的地，這一過程稱為分組交換，其原理如圖2.11(c)所示。進行分組交換的通信網稱為分組交換網。 882.4.3 分組交換分組交換 分組交換比電路交換的電路利用率高，比報文交換的傳輸時延小，交互性好。報文和分組的區別如圖2.12所示。在分組交換方式中，由于能夠以分組方式進行數據的暫存交換，經交換機處理后，很容易地實現不同速率、不同規程的終端間通信。 892.4.3 分組交換分組交換902.4.3 分組交換分組交換1.數據報方式數據報方式在數據報方式中，

32、每個分組被稱為一個數據報，若干個數據報構成一次要傳送的報文或數據塊。 當端系統要發送一個報文時，將報文拆成若干個帶有序號和地址信息的數據報，依次發給網絡結點。數據報方式的工作原理如圖2.13所示 :912.4.3 分組交換分組交換圖2.13 數據報方式的工作原理922.4.3 分組交換分組交換 數據報方式的數據交換過程可以分為以下幾步 :（1）源主機A將報文分成許多個分組P1、P2、，依次發送到與主機直接相連的結點1； （2）結點1對報文進行必要的處理（如差錯檢測）后，對每個分組啟用路由選擇算法 （3）報文各個分組各自選擇路由到達目的主機B后（不一定順序到達），主機B調用相關算法將報文重新組裝

33、成分組。932.4.3 分組交換分組交換2. 虛電路方式虛電路方式 虛電路方式試圖將數據報方式與電路交換的優點結合起來，達到最佳的數據交換效果。它提供的服務是面向連接的，但在網絡內部卻是用分組交換實現而不是用電路交換實現。為了進行數據的傳輸，網絡的源和目的結點之間先要建立一條邏輯通路，因為這條邏輯電路不是專用的，所以稱這為“虛”電路。 942.4.3 分組交換分組交換 虛電路有兩種類型：永久虛電路型PVC（Permanent Virtual Circuit）和交換虛電路SVC（Switched Virtual Circuit）。前者一般適于需要長期頻繁交換信息的站點之間使用，后者則適于間歇性的

34、應用以及高度網狀連接的網絡。952.4.4 ATM交換交換 ATM的數據交換由一個一個固定長度的ATM信元組成。每個ATM信元都是53字節長（5個字節長的信頭和48字節長的信體）。 ATM交換機中的連接分為永久虛擬電路（PVC）和交換虛擬電路（SVC）兩種。 ATM交換另一個特點是：ATM本身就是全雙工的 962.4.5 幀中繼交換幀中繼交換 幀中繼業務是在用戶網絡接口(UNI)之間提供用戶信息流的雙向傳送，并保持原順序不變的一種承載業務。 用戶信息流以幀為單位在網絡內傳送，用戶網絡接口之間以虛電路進行連接，對用戶信息流進行統計復用。 幀中繼網絡提供的業務有兩種：永久虛電路和交換虛電路。972

35、.5 模擬傳輸與數字傳輸模擬傳輸與數字傳輸 模擬傳輸模擬傳輸 數字傳輸數字傳輸 982.5.1 模擬傳輸模擬傳輸1.基本調制方法基本調制方法 調制是指將發送端數字數據信號變換成模擬數據信號的過程。在調制過程中，首先要選取音頻范圍內的某一角頻率的正（余）弦信號作為載波，該正（余）弦信號可以寫為：)sin()(0tutum992.4.4 ATM交換交換（1）幅移鍵控幅移鍵控（ASK, Amplitude Shift Keying） 幅移鍵控方法是通過改變載波信號振幅來表示數字信號1、0。ASK信號的調制方法有兩種：圖2.14（a）是一般的模擬幅度調制方法；圖2.14（b）是一種鍵控方法，這里的開關

36、電路受控制；圖2.14（c）給出了波形示例。 1002.5.1 模擬傳輸模擬傳輸1012.5.1 模擬傳輸模擬傳輸 幅移鍵控ASK信號實現容易，技術簡單，但容易受增益變化的影響，抗干擾能力差。 幅移鍵控可以采用相干檢測方法進行解調，要求接收機產生一個與發送載波同頻同相的本地載波信號，利用此載波與收到的已調信號相乘，輸出信號再經低通濾波濾除第二項高頻分量后，即可輸出信號。其原理如圖2.15所示 1022.5.1 模擬傳輸模擬傳輸1032.5.1 模擬傳輸模擬傳輸（2）頻移鍵控頻移鍵控（FSK, Frequency Shift Keying） 頻移鍵控方法是通過改變載波信號角頻率來表示數字信號1、

37、0。如將頻率 表示數字1，角頻率 表示數字0。2FSK信號的調制方法有兩種：模擬調頻法利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調頻。鍵控法利用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同獨立頻率源進行選通。2FSK信號的產生方法及波形示例如圖2.16所示。 1f2f1042.5.1 模擬傳輸模擬傳輸圖2.16 頻移鍵控1052.5.1 模擬傳輸模擬傳輸 數字調頻信號的解調方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。 下面僅介紹相干檢測法。相干檢測解調電路是同步檢波器，原理如圖2.17所示。 1062.5.1 模擬傳輸模擬傳輸圖2.17相干檢測解調原理1072.5.1 模擬傳輸模擬

38、傳輸（3）相移鍵控相移鍵控（PSK, Phase Shift Keying） 相移鍵控方法是通過改變載波信號相位值來表示數字信號1、0。如果用相位的絕對值表示數字信號1、0，稱為絕對調相，其波形如圖2.18所示；如果用相位的相對偏移值表示數字信號1、0，則稱為相對調相。 1082.5.1 模擬傳輸模擬傳輸圖2.18 絕對調相波形1092.5.1 模擬傳輸模擬傳輸 PSK信號的調制方法分為兩種：圖2.19（a）是模擬調制法；圖2.19（b）是鍵控法。其解調原理類似于ASK解調，在這里不再陳述。 相移鍵控有較強的抗干擾能力，且比FSK更有效。1102.5.1 模擬傳輸模擬傳輸圖2.19 絕對調相原

39、理圖1112.5.1 模擬傳輸模擬傳輸2調制解調器調制解調器（1） 調制解調器的標準調制解調器的標準 Modem標準規定了Modem所采用的調制方式以及所支持的數據傳輸速率，大多數由國際電信聯盟（ITU）進行標準化。調制解調器使用的各種標準及其傳輸速率如表2.4所示：1122.5.1 模擬傳輸模擬傳輸表2.4 調制解調器的標準ITU標準V.32V.32bisV.34V.42V.90傳輸速率9.6Kbit/s14.4Kbit/s28.8Kbit/s33.6Kbit/s56Kbit/s1132.5.1 模擬傳輸模擬傳輸（2） 調制解調器的分類調制解調器的分類 如按通信設備對Modem進行分類，可將

40、其分為撥號Modem和專線Modem。 如按數據傳輸方式進行分類，可將Modem分為同步Modem和異步Modem。 如按通信方式對Modem進行分類，可分為單工、半雙工和全雙工3種。 1142.5.1 模擬傳輸模擬傳輸（2） 調制解調器的分類調制解調器的分類 另外，按傳輸速率進行分類，可將Modem分為低速、中速和高速。 最后，按Modem支持的物理接口的不同，又可將其分為支持RS232C接口、RS449接口、及RS530接口、V.35接口以及V.21接口等。 1152.5.2 數字傳輸數字傳輸1.數字數據的編碼數字數據的編碼（1） 非歸零碼（非歸零碼（NRZ）（2） 曼徹斯特編碼（曼徹斯特

41、編碼（Manchester） （3） 差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester） （4） 4B/5B編碼編碼1162.5.2 數字傳輸數字傳輸圖2.20 數字信號的編碼1172.5.2 數字傳輸數字傳輸 4B/5B編碼是一種編碼效率達到80的編碼方法，它實際上是采用5比特碼組來編碼4比特的輸入數據。這種編碼方式的一個特點是每個5比特碼組中不含多于3個0或者不會少于2個”l。 圖2.20（d）給出了4B/5B信號的編碼過程 ;1182.5.2 數字傳輸數字傳輸數據4B二進制數5B編碼數據4B二進制數5B編碼000001111081000100101000101

42、00191001100112001010100A1010101103001110101B1011101114010001010C1100110105010101011D1101110116011001110E1110111007011101111F1111111011192.5.2 數字傳輸數字傳輸2.基帶數字傳輸基帶數字傳輸 所謂基帶是指電信號固有的基本頻帶，而基帶傳輸是指將數字設備發出的數字信號直接傳送。基帶傳輸包括基帶模擬信號傳輸和基帶數字信號傳輸。 （1） 異步傳輸 在異步通信中，任何兩個字符之間的時間間隔可以是隨機的、不同步的，但在一個字符時間之內，收發雙方各數據位必須同步。異步傳輸

43、如圖2.21所示。 1202.5.2 數字傳輸數字傳輸1212.5.2 數字傳輸數字傳輸（2） 同步傳輸同步傳輸 所謂同步傳輸，是指發送端和接收端的時鐘是一致（同步）的，即接收端是靠提取所收到的數據位中的定時信息來獲得時鐘信號的，從而使接收到的每一位數據信息都和發送端準確地保持同步，中間沒有時間間斷。實現這種同步的方法又有自同步法和外同步法兩種。 同步傳輸如圖2.22所示。 1222.5.2 數字傳輸數字傳輸1232.6 數字傳輸系統數字傳輸系統 脈沖編碼調制（脈沖編碼調制（PCM） 數字傳輸系統數字傳輸系統 同步光網絡同步光網絡/同步數字系列同步數字系列1242.6.1 脈沖編碼調制（脈沖編

44、碼調制（PCM） 模擬信號的數字編碼可實現模擬信號的數字傳輸。為了在數字通信系統中傳輸模擬信號，首先需要將模擬信號數字化。最好的方法是脈沖編碼調制（PCM, Pulse Code Modulation）。 PCM過程主要由采樣、量化與編碼三個步驟組成。如圖2.23所示。1252.6.1 脈沖編碼調制（脈沖編碼調制（PCM）1262.6.1 數字傳輸系統 1. 脈沖編碼調制（脈沖編碼調制（PCM） PCM過程主要由采樣、量化與編碼三個步驟組成過程主要由采樣、量化與編碼三個步驟組成: : （1 1）采樣）采樣 采樣是把時間上連續的模擬信號轉換成時間上離散的采樣是把時間上連續的模擬信號轉換成時間上離

45、散的采樣信號，即用有限個采樣值代替連續變化的模擬信號。采樣信號，即用有限個采樣值代替連續變化的模擬信號。 1272.6.1 數字傳輸系統 1. 脈沖編碼調制（脈沖編碼調制（PCM） 采樣的理論依據是采樣定理，其描述為：一個頻帶限采樣的理論依據是采樣定理，其描述為：一個頻帶限制在制在f f HzHz內的連續時變信號，如果采樣頻率不小于內的連續時變信號，如果采樣頻率不小于2 2f f HzHz，對它進行等間隔采樣，則該連續時變信號將被所得到的采對它進行等間隔采樣，則該連續時變信號將被所得到的采樣值完全地確定。樣值完全地確定。128（2 2）量化）量化 量化是把幅度上連續的模擬信號轉換成幅度上離散的

46、量化是把幅度上連續的模擬信號轉換成幅度上離散的量化信號。它是將采樣樣本幅度按量化級取值的過程。經量化信號。它是將采樣樣本幅度按量化級取值的過程。經量化后的采樣值為離散值，其波形為平頂脈沖。量化后的采樣值為離散值，其波形為平頂脈沖。129（3 3）編碼）編碼 編碼是用二進制碼表示量化后采樣值的過程。量化級編碼是用二進制碼表示量化后采樣值的過程。量化級取得越多，量化精度就越高，需要二進制碼的位數越多。取得越多，量化精度就越高，需要二進制碼的位數越多。目前，目前，PCMPCM用于數字化語音系統，將聲音分為用于數字化語音系統，將聲音分為256256個量化級，個量化級，每個量化級用每個量化級用8 8位二

47、進制碼表示，采樣速率為位二進制碼表示，采樣速率為80008000樣本樣本/s/s。1302.6.2 數字傳輸系統數字傳輸系統 PCM有兩個互不兼容的國際標準，即北美的24路PCM（簡稱為T1）和歐洲的30/32路PCM（簡稱E1）。我國采用的是歐洲的E1標準。T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。 131（1） 北美體制的T系列 最基本的最基本的T1載波：載波：采用采用TDM，含，含24路話音信道，傳路話音信道，傳PCM（脈沖代碼調制）（脈沖代碼調制）信號。話音信道的最高頻率：信號。話音信道的最高頻率：fm=4kHz(300-4300Hz) 采樣頻率采樣頻率

48、fs=2 fm=8kHz(每秒采樣每秒采樣8000次次)采樣的時間間隔采樣的時間間隔 t=1/ fs=125s132（1） 北美體制的T系列 每次采樣值數字化后用七位二進制表示（傳輸加一位每次采樣值數字化后用七位二進制表示（傳輸加一位為信令）。將為信令）。將125s劃分為劃分為24個時隙（信道）。個時隙（信道）。幀結構：幀結構：193比特比特, 其中一比特為幀碼位。其中一比特為幀碼位。數據傳輸率：數據傳輸率：T1 1.544M b/s133（2） ITU-T（CCITT）（歐州體制）的E系列 CCITT認為認為T1系統每路每秒用系統每路每秒用8000比特作控制位比特作控制位太浪費太浪費 采樣頻

49、率采樣頻率 fs=8kHz，t=125s 采樣值量化后為采樣值量化后為8比特，將比特，將125s劃分為劃分為32個時隙（信個時隙（信道）道）E1：32/30 路路PCM134（2） ITU-T（CCITT）（歐州體制）的E系列 FI 0 1 2 . . . 16 17 31 幀幀(256bits), 125s其中兩路傳送控制信號其中兩路傳送控制信號0路：（同步）路：（同步）X0011011 X為國際圖像用，不用時為國際圖像用，不用時暫定暫定116路：（標志信號）路：（標志信號）abcdabcd, bcd不用時：不用時：b=1 c=0 d=1135（2） ITU-T（CCITT）（歐州體制）的E

50、系列對對i號幀：（號幀：（i路）（路）（i+16路）路） 0號幀：號幀：00001x11（復幀同（復幀同步）步）F0 F1 . . . F8 F9 . . . F15 2ms, 復幀復幀E1的數據傳輸速率：的數據傳輸速率：2.048M b/s 32路路1362.6.2 數字傳輸系統數字傳輸系統表2.6 PCM高次群的話路數和速率系統一次群二次群三次群四次群五次群北美體制符號T1T2T3T4話路數24966724032速率(Mbit/s)1.5446.31244.736274.176歐洲體制符號E1E2E3E4E5話路數3012048019207680速率(Mbit/s)2.0488.44834

51、.368139.264565.1481372.6.3 同步光網絡同步光網絡/同步數字系列同步數字系列 SONET和和SDH都是國際認可的數字體系都是國際認可的數字體系復用標準，其中復用標準，其中SONET主要應用在北美、主要應用在北美、韓國和日本，其他地區則使用韓國和日本，其他地區則使用SDH。SONET和和SDH都由高可用性的環狀結構都由高可用性的環狀結構構成。構成。1382.6.3 同步光網絡同步光網絡/同步數字系列同步數字系列1.1. SONETSONET數字傳輸系統存在著許多缺點。其中最數字傳輸系統存在著許多缺點。其中最主要的是以下兩個。主要的是以下兩個。（1）速率標準不統一）速率標準

52、不統一（2）不是同步傳輸）不是同步傳輸 為了解決上述問題，美國首先在為了解決上述問題，美國首先在1988年推出了一個數字傳輸標準，叫做年推出了一個數字傳輸標準，叫做同步光纖網SONET (Synchronous Optical Network)。1392.6.3 同步光網絡同步光網絡/同步數字系列同步數字系列 SONET定義了4個光接口層：光子層(Photonic layer)、數字段層(Section layer)、線路層(Line layer)與路徑層(Path layer)。同步網絡的各級時鐘都來自一個精度為量級的銫原子鐘。 1401. SONET SONET設計的目標：設計的目標： 使

53、不同的載波互連成為可能，定義通用的信使不同的載波互連成為可能，定義通用的信令標準：波長，定時，幀結構等令標準：波長，定時，幀結構等 傳輸方法需要統一：傳輸方法需要統一：64kbps PCM信道（組合信道（組合時）時）1411. SONET 提供一種多路復用多個數字信道的方式：提供一種多路復用多個數字信道的方式：T3 44.736Mbps 支持運營，管理和維護（支持運營，管理和維護（OAM功能）功能）1421. SONET 基本幀結構：基本幀結構：810字節的塊（字節的塊（125s） 90列列數據速率（總）數據速率（總）90988000=51.84Mbps這個這個SONET基本信道稱為基本信道稱

54、為STS-1（Synchronous Transport Signal-1）。對光信號稱為）。對光信號稱為OC-1（Optical Carrier-1）第一級光載體。）第一級光載體。1431. SONET 多路復用：多路復用：STS-1 STS-12 OC-12 1442. SDH SDH(Synchronous Digital Hierarchy):1988年年ITU-T在在SONET的基礎上，經過修改，的基礎上，經過修改，制定制定G.707,G.708,G.709國際標準。國際標準。SDH以以155.52M bit/s STM-1(第一級同步傳輸模式第一級同步傳輸模式)：Synchrono

55、us Transfer Mode-1較高等級的較高等級的STM-N則是則是N個個STM-1的復用。的復用。1452. SDH SDH的幀結構：的幀結構： 9列列 261列列9排排 125 s 段開銷段開銷1462. SDH SDH的優點：的優點： 使北美，歐洲所用的數字傳輸體制在使北美，歐洲所用的數字傳輸體制在STM-1等級上取等級上取得了一致，對現代電信網的發展具有重大意義得了一致，對現代電信網的發展具有重大意義 簡化了分接和復接技術，上下網絡方便簡化了分接和復接技術，上下網絡方便1472. SDH 可與數字交叉設備（可與數字交叉設備（DACS）組合使用，提高了通）組合使用，提高了通信網的可靠性和靈活性信網的可靠性和靈活性 具有多種控制，管理信息，并采用自愈混合環形網絡具有多種控制，管理信息，并采用自愈混合環形網絡結構，增強了網絡的結構，增強了網絡的OAM功能功能1482.6.3 同步光網絡同步光網絡/同步數字系列同步數字系列光載體等級電載體等級帶寬對應的SDH STMOC-1STS-151.84Mbit/s-OC-3STS-3155.52Mbit/sSTM-1O