计算机网络教案第三章

调制解调器为全双工发送方式
•全双工 允许在两个方向上同时进行数据传输的连接 全双工 •半双工 半双工一个连接允许任何一个的方向的流量通过，但同一时刻只有 半双工 一个方向可以传输数据 •单工 单工如果一个连接只允许一个方向的数据通过 单工
3．3 公共交换电话网络 ． （1）基带传输数字数据信号的编码方法 ）
Channel 1 1 Channel 2 Channel 3 Channel 1
Channel 2 1
Channel 3 1
60
64
68
72
频率(KHz) (c)
300
3100
60
64 频率(KHz) (b)
68
72
频率(Hz) (a)
3．4 干线和多路复用
电话系统的基本工作过程 最后一公里
电话机 电话机
电话线 电话线 计算机 modem 电话交换网 modem 计算机
3．3 公共交换电话网络 ．
调制解调器
作用 数模转换 频带传输 指利用模拟通信信道通过调制解调器传 输模拟数据信号的方法。 输模拟数据信号的方法。 基带传输 指利用数字通信信道直接传输数字数据 信号的方法，在基本不改变数字数据信号频带（ 信号的方法，在基本不改变数字数据信号频带（波形 ）的情况下直接传输数字信号
f (t ) = C / 2 + ∑ a n sin 2πnft + ∑ bn cos 2πnft
n =1 n =1 ∞ ∞

2 a n = ∫ f (t ) sin(2πnft )dt T 0
f = 1/T
T
2 bn = ∫ f (t ) cos(2πnft )dt T 0
T
是基频， 次正弦谐波和余弦谐波的振幅。 是基频，an和bn是n次正弦谐波和余弦谐波的振幅。 次正弦谐波和余弦谐波的振幅 信号在信道上传输时的特性：能量有衰减，非等量。 信号在信道上传输时的特性：能量有衰减，非等量。 截止频率f 由信道的物理特性决定 由信道的物理特性决定。 称为信道的有效带宽； 截止频率 c,由信道的物理特性决定。0~ fc称为信道的有效带宽；通常引用的带 称为信道的有效带宽 宽是指从0到某一个能保留一半能量的频率处。 宽是指从 到某一个能保留一半能量的频率处。 到某一个能保留一半能量的频率处
第3章 物理层
主要内容
3.1 3.2 3.3 3.4 数据通信的理论基础 传输介质 公共交换电话网络（编码） 公共交换电话网络（编码） 干线和多路复用
3.1 数据通信的理论基础
物理层基本功能：为网络定义了机械的、电气的时序的接口。 物理层基本功能：为网络定义了机械的、电气的时序的接口。
3．1数据通信的理论基础 ． 数据通信的理论基础
A 1.52≈1.5 1.5 1.28≈1.3 1.0 0.73≈0.7 0.62≈0.6 0.5 0.27≈0.3 0 D8 D7 D6 D5 D4 (a) 样本 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 量化级 1 4 7 13 15 13 6 3 二进制编码 0001 0100 0111 1101 1111 1101 0110 0011 (b) 编码信号 D3 D2 D1 t 0.41≈0.4 0.12≈0.1 1.26≈1.3
3．3 公共交换电话网络 ．
0 0 1 1 0 1
NRZ
曼彻斯特


差分曼彻斯特
逢“1”变化NRZ

逢“0”变化NRZ
3．3 公共交换电话网络 ．
（2）脉冲编码调制方法 ）
采样 抽样定理 对连续变化的模拟信号进行周期 性的抽样，只要抽样频率等于或大于该模拟信 号频带中最高频率的两倍，则抽样值就能包含 原始信号的全部信息，利用低滤波器即可由此 抽样信息中重构出原始信号。 公式表示为Fs＝1/Ts，Fmax或Fs ＝ 2B ，其 中Ts为抽样周期， Fs为抽样频率 ，B为原始信 号的频带宽度。
光纤传播特性
光信号在光纤中传输时单位长度的衰减， 损耗 光信号在光纤中传输时单位长度的衰减，其单位为 dB/km。 。 到达接收端的时延差，脉冲宽度，其单位是µs/km。 色散 到达接收端的时延差，脉冲宽度，其单位是 。
4.无线与卫星通信信道（略）
3．2传输介质 ． 传输介质
输入脉冲 输出脉冲
（a）多模光纤
比特率
每秒钟传送的二进制位数。 每秒钟传送的二进制位数。
关系
取决于信号值与比特位的关系。 取决于信号值与比特位的关系。
3．2传输介质 ． 传输介质
传输介质的主要类型包括： 传输介质的主要类型包括： 双绞线 同轴电缆 光纤电缆 无线与卫星通信信道
3．2传输介质 ． 传输介质
1. 双绞线
屏蔽双绞线 STP 非屏蔽双绞线UTP 3类 带宽为 类 带宽为16MHz，适用于语音及 ，适用于语音及10Mb/s以下 以下 5类 带宽为 类 带宽为100MHz，适用于语音及 ，适用于语音及100Mb/s的高速 的高速 数据传输
量化 编码 话音PCM标准
话音信号带宽为4khz，则抽样频率Fs＝8khz 每个抽样点电平值用7位二进制编码 所以样点值被量化为128个等级 加上1个作为符号位的最高位，则编码为8比特， 因此标准的PCM数字话音的数据速率是8*8＝64Kbps （欧洲） 。
3．3 公共交换电话网络 ．
ADSL（Asymmetric DSL，非对称数字用户线路） •目的 利用本地回路提供新的数字服务 •宽带（broadband）一项服务所提供的带宽比标准的 电话服务还要多的话 •NID（Network Interface Device，网络接口设备）
2级局 （区局）
2级局 （区局）
3级局 （初级区局）
3级局 （初级区局）
4级局 （长途局）
4级局 （长途局）
5级局 （市话局）
5级局 （市话局）
电话用户
电话用户
3．3 公共交换电话网络 ．
模拟信号（ 模拟信号（analog signal）的信号电平是连续变化的； ）的信号电平是连续变化的；
V(t)
铜线 绝缘层 外屏蔽层 外部保护层
（a）屏蔽双绞线 铜线 绝缘层 外部保护层
（b）非屏蔽双绞线
3．2传输介质 ． 传输介质
2. 同轴电缆
广泛使用的同轴电缆有两种： 广泛使用的同轴电缆有两种：
50欧姆 欧姆 75欧姆 欧姆 用于数字传输 用于模拟传输和有线电视。 用于模拟传输和有线电视。
内导体
绝缘层 外屏蔽层
声功率之比）表示为： 10log10S/N （db） db即分贝。其中Ｓ是信号功率，Ｎ是噪声功率。 带宽与数据传输率的关系。
3.1 数据通信的理论基础
3．波特率和比特率 ． 波特率
信号每秒钟变化的次数，在信道上传输信号的波形速率， 信号每秒钟变化的次数，在信道上传输信号的波形速率，又称信号速率 或调制速率。 或调制速率。 设一个波形的持续期为T 则波特率N 由下式给出： 设一个波形的持续期为 w秒，则波特率 b由下式给出：Nb＝1/Tw波特
信息传输 ：通过某种物理特性（如电压或者电流）的变化 通过某种物理特性（如电压或者电流） 逻辑表示：用一个以时间t为自变量的单值函数 来表示 逻辑表示：用一个以时间 为自变量的单值函数f(t)来表示 为自变量的单值函数 1．傅立叶分析 ． 任何一个周期为T的有理周期性函数 可分解为若干项 可能无限多项） 任何一个周期为 的有理周期性函数f(t)可分解为若干项（可能无限多项）正弦 的有理周期性函数 可分解为若干项（ 函数之和： 和余弦 函数之和：
3．3 公共交换电话网络 ．
理论依据
的三个特性： 载波 Asin(ωt+Ψ)的三个特性：幅度、频率、相位 的三个特性 幅度、频率、
调制技术
•幅移键控ASK法 （Amplitude-shift keying ) 通过改变载波信号振幅 来进行。 •频移键控法 FSK (Frequency-shift keying ) 通过改变载波信号的角频率 来进行。 •相移键控法PSK (Phase-shift keying ) 通过改变载波信号的相位来进行 。
3．4 干线和多路复用
1．频分多路复用(FDM) ．频分多路复用
在FDM中，频谱被分成频段，每个用户可以单独拥有某 中 频谱被分成频段， 个频段。 个频段。 在一条通信线路设计多路通信信道; 在一条通信线路设计多路通信信道; 每路信道的信号以不同的载波频率进行调制; 每路信道的信号以不同的载波频率进行调制; 各个载波频率是不重叠的, 各个载波频率是不重叠的,那么一条通信线路就可以同时 独立地传输多路信号。 独立地传输多路信号。
编码方式主要有以下几种： 编码方式主要有以下几种： 1）不归零制码（NRZ：Non-Return to Zero） ）不归零制码（ ： ） 原理：用两种不同的电平分别表示二进制信息“ 和 原理：用两种不同的电平分别表示二进制信息“0”和“1”，低电平表示 ， “0”，高电平表示“1”。 ，高电平表示“ 。 2）曼彻斯特码（Manchester），也称相位编码 ）曼彻斯特码（ ），也称相位编码 ）， 原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示“ ， 原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示“0”，从高跳到低表 示“1”。 。 3）差分曼彻斯特码（Differential Manchester） ）差分曼彻斯特码（ ） 原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示“ ， 原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示“0”，无跳变 表示“ 。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。 表示“1”。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。
输入脉冲
输出脉冲
（b）单模光纤
3．3 公共交换电话网络 ．
1 ．电话系统的结构
1级局 （大区局） 1级局 （大区局）
PSTN，Public Switched Telephone Network 电话系统由三个主要的部件构 成：