主講教師：郭慧敏金城學院精品課程計算機網絡金城學院精品課程第3章物理層目錄3.1物理層與物理層協議的基本概念數據通信的基本概念3.2頻帶傳輸技術3.3

基帶傳輸技術3.4

多路復用技術3.5目錄（續）3.6.

同步光纖網SONET

接入技術3.7本章學習要求：理解：物理層與物理層協議的基本概念。理解：數據通信的基本概念。掌握：傳輸介質類型及主要特性。掌握：數據編碼的類型和基本方法。掌握：基帶傳輸與頻帶傳輸的基本概念。掌握：多路復用技術的分類與特點。掌握：同步數字體系SDH的基本概念。掌握：接入技術的基本概念。53.1物理層與物理層協議的基本概念3.1.1物理層的基本服務功能

設置物理層的目的是：

屏蔽物理層所采用的傳輸介質、通信設備與通信技術的差異性，使數據鏈路層只需要考慮如何使用物理層的服務，而不需要考慮物理層的功能具體是使用了哪種傳輸介質、通信設備與技術實現的。《計算機網絡》第3章物理層63.1.2物理層協議的類型基于點—點通信線路的物理層協議基于廣播通信線路的物理層協議7

物理層協議的類型增加最快。本學期對物理層與數據鏈路層的處理方法：

第3章討論基于點—點通信線路的物理層協議與技術；

第4章討論基于點—點通信線路物理層協議的數據鏈路層問題。

第5章以局域網、城域網與無線網絡技術為背景，討論基于廣播信道的物理層和數據鏈路層協議與標準。

討論

3.1.3物理層向數據鏈路層提供的服務圖示：點—點通信線路的物理層比特流傳輸過程93.2數據通信的基本概念3.2.1信息、數據與信號信息、數據與信號的基本概念103.2.2數據通信方式圖示：計算機網絡中兩臺主機通信過程111）數據傳輸類型模擬信號與數字信號波形12串行通信與并行通信13單工、半雙工與全雙工通信142）同步技術同步傳輸異步傳輸153.2.3傳輸介質的主要類型與特性

雙絞線的主要特性16同軸電纜的主要特性17光纖的主要特性

圖示：光纖結構與傳輸原理18典型的光纖傳輸系統結構多模光纖與單模光纖的比較19光纜結構203.2.4數據編碼分類213.3頻帶傳輸技術3.3.1頻帶傳輸技術的應用223.3.2波特率的定義波特率的定義調制速率描述通過模擬線路傳輸模擬數據信號傳輸過程中，從調制解調器輸出的調制信號每秒鐘載波調制狀態改變的數值，單位是1/s，稱為波特（baud）。調制速率也稱為波特率。波特率描述的是碼元傳輸的速率。比特率的定義數據傳輸速率描述在計算機通信中每秒傳送的構成代碼的二進制比特數，單位是bps。23波特率與比特率的關系比特率S（單位為bps）與調制速率B（單位為baud）之間關系可以表示為：

S=B·log2k

式中k為多相調制的相數。log2k值表示一次調制狀態的變化傳輸的二進制比特數。24波特率與比特率的關系

調制速率（baud）

多相調制的相數log2k值

數據傳輸速率（bps）

2400

QPSK-2（k=2）

1

2400

2400

QPSK-4（k=4）

2

4800

2400

QPSK-8（k=8）

3

7200

2400

QPSK-16（k=16）

4

9600253.4基帶傳輸技術3.4.1基帶傳輸的定義在數據通信中，表示計算機二進制的比特序列的數字信號是典型的矩形脈沖信號。人們將矩形脈沖信號稱為基本信號。在數字信道上直接傳送基帶信號的方法稱為基帶傳輸。263.4.2數字數據編碼方法273.4.3脈沖編碼調制方法PCM技術的典型應用是語音信號的數字化。28脈沖編碼調制的工作過程：采樣、量化與編碼29圖示：調制器、曼徹斯特編碼器與PCM編碼器的比較303.4.4比特率的定義數據傳輸速率在數值上，等于每秒鐘傳輸的二進制比特數，單位為比特/秒，記做bps。對于二進制數據，數據傳輸速率為：S=1/T（bps）其中，T為發送每個比特所需要的時間。在實際應用中常用的數據傳輸速率單位：

311Mbps=1×106bps1Gbps=1×109bps1Tbps=1×1012bps3.4.5奈奎斯特準則與香農定理

奈奎斯特準則的基本內容：如果表示碼元的窄脈沖信號以時間間隔為π/ω（ω=2πf）通過理想通信信道，則前后碼元之間不產生相互串擾。根據奈奎斯特準則，二進制數據信號的最大數據傳輸速率Rmax與理想信道帶寬B（單位Hz）的關系可以寫為：

32Rmax=2·B（bps）香農定理的基本內容奈奎斯特定理描述了有限帶寬、無噪聲的理想信道的最大傳輸速率與信道帶寬的關系。香農定理則描述了有限帶寬、有隨機熱噪聲信道的最大傳輸速率與信道帶寬、信號噪聲功率比之間的關系。香農定理指出：在有隨機熱噪聲的信道中傳輸數據信號時，傳輸速率Rmax與信道帶寬B、信噪比S/N的關系為：

式中，Rmax單位為bps，帶寬B單位為Hz。33Rmax=B·log2（1+S/N）3.5多路復用技術3.5.1多路復用的基本概念34多路復用技術的分類時分多路復用（TDM）頻分多路復用（FDM）波分多路復用（WDM）碼分多址（CDMA）35頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀3.5.2時分多路復用:頻率時間CDCDCDAAAABBBBCDB在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀頻率時間BDBDBDAAAABCCCCDC在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀頻率時間BCBCBCAAAABCDDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用可能會造成線路資源的浪費

aabbcdbcattttt4個時分復用幀#1④③②①acbcd時分復用#2#3#4使用時分復用系統傳送計算機數據時，由于計算機數據的突發性質，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。

統計時分復用STDM

用戶ABCDabcdttttt3個STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統計時分復用3.5.3頻分復用FDM

頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數據的發送速率）。

頻率時間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率5

DEMUX

MUX

共享的傳輸信道載波頻率f1調制調制載波頻率fn載波頻率f1解調解調載波頻率fnf將不同頻率的載波信號合成在一起使用一組濾波器分解出不同頻率的載波信號頻分多路復用舉例1廣播電臺節目的發送與接收頻分多路復用分路器(帶通濾波器)信號發射信號接收常見廣播電臺使用的載波頻率中波900KHz(南京經濟臺)■

中波1008KHz(南京新聞臺)頻分多路復用舉例2電視節目的發送與接收頻道載波頻率(MHz)頻道載波頻率(MHz)頻道載波頻率(MHz)187.755123.259230.25295.75

6206.2510238.253103.757214.2511246.254115.258222.2512254.25多路復用器解調器在天空中傳輸的電磁波電視信號發射器電視信號接收器電視節目調制器載波1電視圖像及其伴音調制器載波2電視圖像及其伴音調制器載波n電視圖像及其伴音電視調諧器(分路器)3.5.4波分多路復用46

1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm71550nm1551nm1552nm1553nm1554nm1555nm1556nm1557nm波分復用就是光的頻分復用82.5Gb/s原來每個光載波的波長均為1310nm20Gb/s復用器分用器EDFA120km光調制器光解調器摻鉺光纖放大器圖示：1310/8-通道CWDM模塊

CWDM是一種面向城域網接入層的低成本WDM傳輸技術；稀疏波分復用器，也稱粗波分復用器3.6同步光纖網SONET與同步數字體系SDH3.6.1SONET與SDH的基本概念早期時分多路復用（TDM）設備是專用的，并且各個運營商的TDM標準不同。1985年美國貝爾實驗室首先提出了同步光纖網（SONET）的概念，解決光接口標準規范問題。ITU-T在SONET的基礎上制定同步數字體系：（SDH）標準SDH標準不僅適用于光纖傳輸系統，也適用于微波與衛星傳輸體系。493.6.2基本速率標準的制定

T1載波速率

50T1=（193/125）×106=1.544（Mbps）E1載波速率E1標準是CCITT標準，它將30路數字語音信道和2路控制信道復用在一條通信線路。每個信道在一幀中插入8bit數據，這樣一幀要傳送的數據共（30+2）×8=256（bit）。傳送一幀的時間為125μs。則E1載波的數據傳輸速率為：

E1=（256/125）×106=2.048（Mbps）513.6.3SDH速率體系52SDH速率體系OC定義的是光纖上傳輸的光信號速率。STS定義的是數字電路接口的電信號傳輸速率。STM標準是電話主干線路的數字信號速率標準。53OC、STS與STM速率對應關系傳輸速率（Mbps）OC級STS級STM級51.840OC-1STS-1155.520OC-3STS-3STM-1466.560OC-9STS-9622.080OC-12STS-12STM-4933.120OC-18STS-181244.160OC-24STS-24STM-81866.240OC-36STS-36STM-122483.320OC-48STS-48STM-169953.280OC-192STS-192STM-64543.7接入技術3.7.1接入技術的基本概念接入技術的類型55接入技術分類563.7.2ADSL接入技術《計算機網絡》第3章物理層57ADSL帶寬分配583.7.3HFC接入技術59HFC接入工作原理60HFC下行信道與上行信道頻段的劃分

HFC上行信道與下行信道