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云南师范大学信息学院计算机网络第3章物理层云南师范大学信息学院本章学习要求：理解：物理层与物理层协议的基本概念。理解：数据通信的基本概念。掌握：传输介质类型及主要特性。掌握：数据编码的类型和基本方法。掌握：基带传输

与频带传输的基本概念。掌握：多路复用技术的分类与特点。掌握：同步数字体系SDH的基本概念。掌握：接入技术的基本概念。云南师范大学信息学院物理层的基本概念物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指连接计算机的具体物理设备或传输媒体。

物理层的作用：屏蔽物理设备所带来的差异。物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：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。电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。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。(物理接口信号线一般分为：数据线、控制线、定时线和地线。)规程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。(规定了信号线进行二进制比特流传输的一组操作过程，包括各信号线的工作规则和时序。)云南

师范大学信息学院物理接口标准举例以RS-232D接口标准为例RS-232D是美国电子工业联合会（EIA）制定的物理接口标准，也是目前数据通信与网络中应用较为广泛的一种标准，它的前身是美国电子工业联合会在1969年制定的RS-232C标准，经1987年1月修改后，

定名为EIA-232D，由于相差不大，人们常简称它们为“RS-232标准”。EIA-232D连接器的接口图如图所示。11314251131425插头插座云南师范大学信息学院物理接口标准举例机械特性：RS-232D规定使用一个25根插针的标准连接器，每个插座（孔是插座，针是插头）有25

针插头，RS-232D规定在DCE一侧采用针式结构，上面一排针（从左到右）分别编号为1～13，下面一排针（从左到右）编号为14～25；RS-232D规定在DTE一侧采用孔式结构，上面一排孔（从右到左）分别编号为1～1

3，下面一排针（从右到左）编号为14～25。电气特性：RS-232D采用负逻辑，即逻辑0用＋5～＋15V表示，逻辑1用-5～-15V表示，允许的最大数据传输率为20kb/s，最长可驱动电缆15m。云南师范大学信息学院物理接口标准举例功能特性：RS-232D定义了连接器

中25根引脚与哪些电路连接以及每个引脚的功能。实际上有些引脚可以空着不用。最常用的10根引脚的作用，括号中的数目为引脚的编号。引脚1是保护地（屏蔽地），有时不用，只用到图中的9个引脚，所以我们会看到一根线上会有两个分支，一个是25芯插头座，另一个是9芯插头座，供计算机与调制解调器进

行连接。DTEDCE发送数据（2）请求发送（4）接收数据（3）允许发送（5）DCE就绪（6）信号地（7）载波检测（8）DTE就绪（20）振铃指示（22）保护地（1）云南师范大学信息学院物理接口标准举例规程特性

：RS-232D规定了在DTE和DCE之间发生的事件的合法顺序。cv计算机AModem_AMODEM-B计算机BDTE-ADCE-ADCE-BDTE-B步骤120号线DTE-A准备好2号线发送电话号码步骤222号线振铃指示ON产生载波检测信号6号线DCE-B准备

好20号线DTE-B准备好步骤38号线接收载波检测信号产生载波检测信号6号线DCE-A准备好8号线接收载波检测信号cv步骤44号线请求发送5号线允许发送2号线发送数据步骤53号线接收数据云南师范大学信息学院3.1.2物理层协议的类型基于点—点通信线路的物理

层协议基于广播通信线路的物理层协议8云南师范大学信息学院3.1.3物理层向数据链路层提供的服务点—点通信线路的物理层比特流传输过程《计算机网络》第3章物理层9网络层数据链路层物理层数据链路层物理层

应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层点-点传输介质路由器A网络层主机A主机B路由器B点-点传输介质点-点传输介质云南师范大学信息学院数据通信的基础知识传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收

器调制解调器PC机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号正文正文数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC机数据通信系统的模型云南师范大学信息学院数据通信基础知识DTE(DataTerminalEquipment):数据终端设备。具有一定的数据处理能力以及

发送和接收数据能力的设备，是数据的源或目的。DTE具有根据协议控制数据通信的功能，但大多数的数据处理设备的数据传输能力是很有限的。DCE（DataCircuit-terminatingEquipment）:数据终接设备。DCE的作用就是在DTE和传输线路之间提供信号变换和

编码功能，并且负责建立、保持和释放物理信道的连接。云南师范大学信息学院信息、数据与信号的基本概念12传输介质NETWORK1100111001000101010101000101011101001111010100101100

1011信息数据信号信息数据信号发送端计算机接收端计算机云南师范大学信息学院串行通信与并行通信13发送端接收端串行通信信道(a)串行通信方式发送端b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b7b6b5b4b3b2b1b0并行通信信道0000000011111

111(b)并行通信方式云南师范大学信息学院单工、半双工与全双工通信《计算机网络》第3章物理层14发送接收单向通道双向通道双向通道(a)单工通信方式发送接收发送接收接收发送接收发送(b)半双工通信方式(c

)全双工通信方式云南师范大学信息学院同步技术同步传输异步传输15SYN一个或多个SYN字符控制字符数据字符控制字符SYN„„终止位(逻辑“0”)起始位(逻辑“1”)tb0b1b2b3b4b5b6字节1字节2字节3字节4字节5b7云南师范大学信息

学院传输数据类型模拟数据和数字数据模拟数据：模拟数据是连续变化的。如，当我们说话时，声音大小是连续变化的，因此运送话音信息的声波是模拟数据，电话线上的话音信号是模拟信号。数字数据：数字数据的取值仅允许为有限的几个离散数值（如，0，1）。例如：计算机

上的网卡发送的0100110形式的数据是数字数据，其对应的在电缆上传递的信号是数字信号。云南师范大学信息学院传输数据类型模拟信号与数字信号波形17(a)模拟信号v(t)v(t)tt(b)数字信号云南师范大学信息学院基带数字信号和宽带数字信号基带数字（baseband）信号就是将数字

信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。波形中只包含两种离散电压值，而不是连续值。宽带数字（broadband）信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。数字信号进行调制后，其频谱搬移到较高的频率处。通常用正弦波作为载波来传送宽带信号。传输数

据类型云南师范大学信息学院数据通信的基础知识模拟信道、数字信道根据信道传输的信号的不同，可将其分为模拟信道和数字信道：模拟信道：传送模拟信号（电话线）数字信道：传送数字信号（双绞线）注意：数字信号在经过数模转换后可在模拟信道上传送。模拟信号经过模数转换后可在数字信道上传送。云南师范大

学信息学院模拟的和数字的数据、信号模拟数据模拟信号放大器调制器模拟数据数字信号PCM编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号数字发送器云南师范大学信息学院3.3频带传输技术21010010ωωπ0πππ0+0+π+0+0+0ω2ω1ω2+π数据(a)ASK(

b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)ω2ω1ω2b0b1b2b3b4b5云南师范大学信息学院波特率的定义波特率的定义调制速率描述通过模拟线路传输模拟数据信号传输过程中，从调制解调器输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的数值，单位是1/s，称为波特（baud）。调制速率

也称为波特率。波特率描述的是码元传输的速率。比特率的定义数据传输速率描述在计算机通信中每秒传送的构成代码的二进制比特数，单位是bps。云南师范大学信息学院波特率与比特率的关系比特率S（单位为bps）与调制速率B（单位为baud）之间关系可以表示为：S=B·log2k式

中k为多相调制的相数。log2k值表示一次调制状态的变化传输的二进制比特数。云南师范大学信息学院波特率与比特率的关系调制速率（baud）多相调制的相数log2k值数据传输速率（bps）2400QPSK-2（k=2）124002400QPSK-4（k=4）

248002400QPSK-8（k=8）372002400QPSK-16（k=16）49600云南师范大学信息学院3.4基带传输技术什么是基带传输？在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字信号是典型的矩形脉冲信号。人们将矩形脉冲信号称为基本

信号。在数字信道上直接传送基带信号的方法称为基带传输。25云南师范大学信息学院3.4.2数字数据编码方法2601001011数据(a)非归零码同步时钟(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码b0b1b2b3b4b5b6b7云南师范大学信息学院3.4.3脉冲编码调制方法PCM技术的

典型应用是语音信号的数字化。27模拟语音信号数字语音信号脉冲编码调制PCM云南师范大学信息学院脉冲编码调制的工作过程：采样、量化与编码28D8D7D6D5D4D3D2D100.51.01.5At0.27≈0.31.28≈1.31.52≈1.51.26≈1.30

.73≈0.70.41≈0.40.12≈0.1样本量化级二进制编码编码信号0001010001111101111111010110001136131513741D1D2D3D4D5D6D7D8云南师范大学信息学院调制器、曼彻斯特编码器与PCM编码器的比较29模拟语音信号PCM编

码器数字语音信号数字数据信号调制器模拟数据信号数字数据信号数据信号编码器数字数据信号（c）PCM编码器的作用（a）调制解调器中调制器的作用（b）Machester编码器的作用云南师范大学信息学院3.4.4比特率的定义数据传输速率在数值上，等于

每秒钟传输的二进制比特数，单位为比特/秒，记做bps。对于二进制数据，数据传输速率为：S=1/T（bps）其中，T为发送每个比特所需要的时间。在实际应用中常用的数据传输速率单位1kbps=1×103bps1Mbps=1×106bps1Gbps=1×109bps1Tbps=1×10

12bps30云南师范大学信息学院奈氏(Nyquist)准则每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。Baud是波特，是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元。低通：指比规定的频率低的信号可以通过些滤波器，比规定频率高的信号就

被滤掉。理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaudW是理想低通信道（0-f0）的带宽，单位为赫(Hz)不能通过能通过0频率(Hz)W(Hz)云南师范大学信息学院另一种形式的奈氏准则每赫带宽的理想带通信道的最高码元传输速率是

每秒1个码元。带通：有一个上限频率和一个下限频率，高于和低于这两个频率的信号都将被滤掉。只有在上限和下限之间的信号可以通过滤波器。理想带通特性信道的最高码元传输速率=WBaudW是理想带通信道(f1-f2)的带宽，单位为赫(Hz)不能通过能通过0频率(Hz)W(Hz)不能通过

云南师范大学信息学院要强调以下两点实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显地低于奈氏准则给出上限数值。波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号

速率。比特是信息量的单位。码元：数字信号中每一位的通称。通常又称为“位”或“Bit‖。即可以用二进制表示，也可以用其它进制的数表示。（一个码元可包含一个或多个bit）云南师范大学信息学院要注意信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率

“波特”在数量上却有一定的关系。若1个码元只携带1bit的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上相等。若1个码元携带nbit的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输速率为Mnb/s。云南师范大学信息学院信道的极限信息传输速率香农公式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、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=Wlog2(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。云南师范大学信息学院香农公式信噪比：信号与噪声的比值.一般情况下,信噪比越大,听的效果越好，通常用分贝（dB）表示。计算方式：10lg(S/N)（如，S/N=10,则信噪比为10dB，

S/N=100,信噪比为20dB）云南师范大学信息学院举例(一)当采用16进制调制方法时，一个码元可以携带4bit的信息。一个标准电话话路的频带为300-3400Hz,即带宽为3100Hz。在这频带接近于理想信道的也就是靠中间的一段，其带宽约为：W=2

400Hz。要使信息的传输速率C大于等于9600b/s，必须S/N≥15:C≥2400×log2(1+15)==>C≥9600b/s.云南师范大学信息学院举例（二）对于3.1kHz带宽的标准电话信道，如果信噪比S/N=2500，那么由香农公式可以知道，无

论采用何种先进的编码技术，信息的传输速率一定不可能超过由（2-3）式计算出来的极限数值C：C=3100×log2(1+2500)=3100×11.29=35kb/s一般只到33.6kb/s云南师范大学信息学院香农公式表明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。云南师范大学信息学院综合举例一个带宽为4KHz，信噪功率比为20db的电话信道,如果每0.1ms采样一次，每次采样使用16级编码，实际采样速率是多大，通过该信道能否传输，如果不能，能传多大速率？（注：信噪功率比=10*

lg(s/n)）云南师范大学信息学院综合举例s/n=10^(20/10)=100,1、有噪c=4k*log2(1+100)=28k,2、原始编码（不考虑噪声）1000/0.1*4=40k云南师范大学信息学院物理层下面的

传输媒体无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅无线电调频无线电海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段10410510610710

8109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移动无线电电信领域使用的电磁波的频谱导向媒体非导向媒体---无线通信云南师范

大学信息学院导向传输媒体双绞线屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedPair)无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)3类线（10M以太网）（绞数不超过20）（120/100米）5类线（绞得比较密，超过30绞）(180/100米)常用是的UTP5类线

（p40）（568B/568A标准，常用的是568B标准）铜线铜线聚氯乙烯套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP云南师范大学信息学院铜线绝缘层外屏蔽层外部保护层(a)屏蔽双绞线结构铜线绝缘层外部保护层(b)非屏蔽双绞线外部保护层绝缘层铜线非屏蔽双绞线结构示意

图3类非屏蔽双绞线结构示意图铜线屏蔽双绞线结构示意图外屏蔽层绝缘层超5类屏蔽双绞线结构示意图外部保护层云南师范大学信息学院同轴电缆50同轴电缆（基带数字信号）（Manchester编码）75同轴电缆（模拟传输）

外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体同轴电缆导向传输媒体云南师范大学信息学院曼彻斯特编码曼彻斯特（Manchester）编码编码方法：把每个码元分成两个相等的间隔。码元1：前高后低码元0：前低后高好处：提取位同步信号缺点：频带宽度比原始的基带差分曼彻斯特编码编码方

法：码元1：其前半个码元与上一码元的后半个电平一样；码元0：其前半个码元的电平与上一码元的后半个电平相反。码元中间电平转换。云南师范大学信息学院曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码云南师范大学信息学院75同轴电缆宽带同轴电缆，用于模拟传输系统。（有线电视）带宽：Bandwidt

h,多义词信道适合于数据信息通过的频带范围（通频带宽度），f2-f1信道的数据传输速率宽带：broadband，带宽超过一个标准话路（4kHz）的频分复用系统都可以称为是“宽带”的。宽带系统：在计算

机通信中，“宽带系统”是指采用了频分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络。光纤光纤结构与传输原理《计算机网络》第3章物理层49纤芯包层涂覆层(a)光纤的结构涂覆层包层纤芯光信号传输的方向(b)光纤传输的基本工作原理示意图典型的光纤传输系统结构多模光纤与单模光纤的比较《计算机网络

》第3章物理层50光电转换LED发送端光电转换PIN接收端输出光纤光信号输入输入脉冲（a）多模光纤输入脉冲（b）单模光纤输出脉冲输出脉冲云南师范大学信息学院光缆纤芯直径：几个微米到100微米多模光纤：全反射，0.85um波段，衰减较大单模光纤：直径减小到光的波长，一直向前

直线传播。衰减较小，在2.5Gb/S的高速率下可传输数十公里而不必采用中继器。三个波段的中心：0.85um（衰减大，但其他性能好）,1.30um,1.55um。对于后两种情况的衰减都较小。云南师范大学信息学院

光缆传输系统光源：发光二极管，或半导体激光器（单模）（发送）光缆（传输）光检测器：用发光二极管，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。（接收）光传输过程：计算机->电光信号转换器->光缆中传输->光接收器->信号再生器->计算机（或光发送器）参见图2-10云南师范大学信息学院非导向传输媒体无线传

输（无线电、微波、红外线及可见光）微波通信微波是频率在2GHz----40GHz的信号，波长为3M—3CM（常用2.4GHz）微波在空间是直线传输长途通信时必须建立多个中继站主要特点：频率高，频率范围宽，信道容量大受工业干扰和雷电干扰小直线传播，没有绕射功能，

中间不能有障碍物隐蔽性和保密性差云南师范大学信息学院非导向传输媒体红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强的方向性，难以窃听、插入数据和进行干扰，但红外线和激光对雨雾等环

境干扰特别敏感。云南师范大学信息学院非导向传输媒体卫星通信（同步卫星、非同步卫星）卫星通信就是将信号发射到卫星上，经放大再转发给地面接收站。特点覆盖面积大通信容量更大信号所受到的干扰也较小，误码率也较小，通信比较稳定可靠。缺

点是：传播时延较长云南师范大学信息学院同步卫星3万6千里高空，同步VSAT(VerySmallApertureTerminal)—甚小口径地球站传播时延发送时延重发时延云南师范大学信息学院卫星通信波段频率下行（GHz）上行（

GHz）问题C4/63.7-4.25.925-6.425地面上的干扰Ku11/1411.7-12.214.0-14.5降雨Ka20/3017.7-21.727.5-30.5降雨，设备价格贵云南师范大学信息学院2.4信道复用技术2.4.1频分复用、时分复用和统计

时分复用复用（multiplexing），复用器（multiplexer），分用器（demultiplexer）频分复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)时分复用TD

M(TimeDivisionMultiplexing)统计时分复用STDM(StatisticTDM)，异步时分复用波分复用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing），密集波分复用DWDM(DenseWDM

)码分复用CDM(CodeDivisionMultiplexing)，码分多址CDMA(CodeDivisonMultipleAccess)云南师范大学信息学院复用、分用A1A2A3复用/分用器复用/分用器B1B2B3……A1A2A3…B1B2B3

…(a)多路复用(b)等价情况云南师范大学信息学院频分复用频率时间频率1频率2频率3频率4频率5频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。例：调频广播、有线电视云南师范大学信息学院时分复用频率时间BCDBCDBCDBCDAAAA在TDM帧中的位置不变TDM帧

TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。云南师范大学信息学院时分复用频率时间CDCDCDAAAABBBBCD在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧…T

DM帧云南师范大学信息学院时分复用频率时间BDBDBDAAAABCCCCD在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧云南师范大学信息学院时分复用频率时间BCBCBCAAAABCDDDD在TDM帧中的位置不变T

DM帧TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧云南师范大学信息学院时分复用可能会造成线路资源的浪费ABCDaabbcdbcattttt4个时分复用帧#1④③②①acbcd时分复用#2#3#4用户云南师范大学信息学院统计时分复用STDM用

户ABCDabcdttttt3个STDM帧#1④③②①acbabbcacd#2#3统计时分复用云南师范大学信息学院2.4.2波分复用WDM波分复用就是光的频分复用。密集波分复用DWDM(DenseWavelengthDivisionMultiplexin

g):在一根光纤上复用的路数越来越多。现在已经能做到在一根光纤上复用80路或更多路数的光载波信号。掺饵光纤放大器EDFA(ErbiumDopedFiberAmplifier)：一种光放大器，不需要进行光电转

换而直接对光信号进行放大，最高可达40-50dB的增益，120km。云南师范大学信息学院2.4.2波分复用WDM1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553

nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120km云南师范大学信息学院2.4.3码分复用CDM码分复用（CDM）是指靠不同的编码来区分

各路原始信号的一种复用方式。常用的名词是码分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码(PN)进行调制（64/128），使原数据信

号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去；接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。云南师范大学信息学院CDMA的技术原理是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，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(chip)。。云南师范大学信息学院白噪声指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声，所有频率具有相同能量的随机噪

声称为白噪声。用“白”来描述这种噪声，这和白光的命名原因一样。白光是一种由所有不同颜色（频率）的光组合在一起而形成的光。棱镜或彩虹将白光重新分解为不同颜色的光。同样的道理，白噪声是所有不同频率声音的组合。您可以将白噪声想像为两万种不同的音调同时奏响产生的声音。理想的白噪声具有无限带宽，因而

其能量是无限大，这在现实世界是不可能存在的。实际上，我们常常将有限带宽的平整讯号视为白噪音。云南师范大学信息学院码片序列(chipsequence)每个站被指派一个惟一的mbit码片序列。发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。

例如，S站的8bit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)云南师范大学信息学院CDMA的重要特点每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(ort

hogonal)。正交：规格化内积为0在实用的系统中是使用伪随机码序列。云南师范大学信息学院码片序列的正交关系令向量S表示站S的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积(innerproduct)都

是0：011miiiTSmTS(2-4)云南师范大学信息学院码片序列的正交关系举例令向量S为(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T为(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和

T的各分量值代入(2-4)式就可看出这两个码片序列是正交的。云南师范大学信息学院任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是–1。正交关系的另一个重要特性

mimiimiiimSmSSm112211)1(111SS云南师范大学信息学院CDMA的工作原理S站的码片序列S110ttttttm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SSx规格化内积STx数据码元比特发送端接收端云

南师范大学信息学院接收方判断数据来源的规则Sx：接收到的数据规格化内积为1：发送了数据1规格化内积为0：没发送数据规格化内积为-1：发送了数据0S.T=0S.S=1S.(S反)=-1云南师范大学信息学院举例

共有4个站进行码分多址通信。4个站的码片序列为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）现收到这样的码片序列S：（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。请问哪个站

发送数据了？发送数据的站发送的是0还是1？云南师范大学信息学院举例S•A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1，A发送1S•B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1，B发送0S•C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0，C无发送S•D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3

＋1－1）／8=1，D发送1云南师范大学信息学院FDM/TDM/CDM比较FDM：信道不独占，而时间资源共享，每一子信道使用的频带互不重叠；TDM：独占时隙，而信道资源共享，每一个子信道使用的时隙不重叠；CDMA：所有子信道在同一时间可

以使用整个信道进行数据传输，它在信道与时间资源上均为共享，。云南师范大学信息学院2.5数据传输方式模拟传输---模拟传输系统模拟数据以模拟信号传输数字数据以模拟信号传输数字传输---数字传输系统模拟数据以数字信

号传输数字数据以数字信号传输云南师范大学信息学院数字传输系统现在的数字传输系统均采用脉码编码调制PCM(PulseCodeModulation)体制。话音：8000×8=64kb/s采样周期Tt信号t采样1001001

111000010t编码t解码t还原云南师范大学信息学院数字传输系统为了有效地利用传输线路，可将多个话路的PCM信号用时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)的方法装成时分复用帧，然后发送到线路上。北美的24路PCM(简称为T1),1.

544Mb/s:24×64Kb/s欧洲的30路PCM(简称为E1),2.048Mb/s，我国用E1标准。2.048Mb/s=32×64Kb/s.采样定理：只要采样频率不低于信号最高频率的2倍，就可以从采样脉冲信号无失真地恢复原来的电话信号。云南师范大学信息学院数字

传输系统电话信号的最高频率为3.4KHz,为方便起见，采样频率定为8KHz,相当于采样周期为125us（每秒采样8000次），模拟的电话信号量化为256个不同等级中的一个（电话信号采样采用8bit编码），64K

b/s。E1的一个时分复用帧（125us），32个相等的时隙（CH0-CH31），每个时隙传送8bit。因此整个的32个时隙共用256bit。每秒传送8000个帧，因此E1的数据率就是2.048Mb/s。时隙CH0用作帧同

步用；时隙CH16用来传送信令（用用户的拨号信令）；可供用户使用的话路是时隙CH1-CH15和CH17-CH31，共30个时隙用作30个话路。云南师范大学信息学院E1的时分复用帧2.048Mb/s传输线路CH0CH16CH17CH15CH15

CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1…………时分复用帧TCH0CH1CH2…CH15CH16CH17CH30CH31CH0…8bitt时分复用帧时分复用帧T=125us15个话路15个话路云南师范大学信息学院数字传输系统系统类型一次群二次

群三次群四次群五次群欧洲体制符号E1E2E3E4E5话路数3012048019207680数据率(Mb/s)2.0488.44834.368139.264565.148北美体制符号T1T2T3T4话路数24966724032数

据率(Mb/s)1.5446.31244.736274.176将低速数据信号复合成高速数据流称作群云南师范大学信息学院2.7物理层标准举例2.7.1EIA-232-E接口标准EIA-232-E接口标准EIA(ElectronicIndustriesAssociation)RS-2

32C,RS-RecommendedStandard,1969年ITU-T(ITUTelecommunicationStandardizationSector)：V.24DTE(DataTerminalEquipment)---

数据终端设备(PC)DCE(DataCircuit-terminatingEquipment)---数据电路端接设备（Modem）云南师范大学信息学院DTE通过DCE与通信传输线路相连DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环

境云南师范大学信息学院EIA-232的主要特点机械特性：外形、尺寸、引脚排列电气性能：负逻辑0相当于对信号地线有+3V或更高的电压，空号，或控制性的接通状态。1相当于对信号地线有-3V或更负的电压，传号，或控制线的“断开”状态。当连接电缆线的长度不超过15m时，允许数据传输速率不超过20

kb/s。（实际上最高可达115kb/s）云南师范大学信息学院EIA-232/V.24的信号定义(1)保护地(2)发送数据(3)接收数据(4)请求发送(5)允许发送(6)DCE就绪(7)信号地(8)载波检测(20)DTE就绪(22)振铃指示DTEDCE计算机或终端

调制解调器功能特性TxD-TransmittedDataRxD-RecievedDataRTS-RequestToSendCTS-ClearToSendDSR-DataSetReadyCD-CarrierDetectDTR-Data

TerminalReadyRI-RingIndication云南师范大学信息学院EIA-232/V.24的规程特性规定了在DTE与DCE之间所发生的事件的合法序列。例如：（1）当A、B进行通信时，两者DTE的“DTE就绪”DTR--↑ON，两者DCE的“DCE就绪”D

SR--↑ONDTE-A―发送数据”TxD=>DCE-A，传送电话号码信号。（2）DCE-B收到呼叫：“振铃指示”RI--↑ON，通知DTE-B有人呼叫。DCE-B接着产生载波信号=>DCE-A（通过电话网）（3）DCE-A检测到载波信号，将“载波检测”

CD--↑ON（4）DCE-A发送其载波信号=>DCE-B（通过电话网）DCE-B将“载波检测”CD--↑ON云南师范大学信息学院EIA-232/V.24的规程特性规定了在DTE与DCE之间所发生的事件的合法序列。（5）当DTE-A要

发送数据时，其“请求发送”RTS--↑ONDCE-A―允许发送”CTS--↑ONDTE-A―发送数据”TxD=>DCE-ADCE-A将数字信号转换为模拟信号=>DCE-B（通过电话网）（6）DCE-B将

收到的模拟信号转换为数字信号DCE-B―接收数据”RxD=>DTE-B发送。云南师范大学信息学院两个DTE通过DCE进行通信的例子EIA-232/V.24接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/V.24接口调制解调器网络云南师范大学信息学院利用

虚调制解调器与两台计算机相连插头插头插座插座计算机虚调制解调器计算机（1）保护地（2）发送（3）接收（4）请求发送（5）允许发送（6）DCE就绪（7）信号地（8）载波检测（20）DTE就绪（22）振铃指示（1）保护地（2）发送（3

）接收（4）请求发送（5）允许发送（6）DCE就绪（7）信号地（8）载波检测（20）DTE就绪（22）振铃指示云南师范大学信息学院2.7.2RS-449接口标准EIA-232接口标准有两个较大的弱点，即：数据的传

输速率最高为115kb/s;连接电缆的最大长度不超过15m。EIARS-449接口标准，性能更好，由三个标准组成：RS-449，CCITT/ITU-T的建议书中，称为V.35接口标准RS-423-A规定在采用非平衡传输时（即所

有的电路共用一个公共地）的电气特性。当连接电缆长度为10m时，数据的传输速率可达300kb/s。RS-422-A平衡传输（即所有的电路没有公共地）。传输速率最高2Mb/s，电缆长度可超过60m。当连接电缆长度更短时（如10m），则传输速率还可以更高些（如达到1

0Mb/s）。EIA-232用于标准电话线路（一个话路）（异步传输）EIARS-449用于宽带线路，点到点传输，典型传输速率为48-2048b/s（同步传输）云南师范大学信息学院2.6同步光纤网SONET和同步数字系列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。云南师范大学信息学院美国为此制订了同步光纤网标准SONET(SynchronousOpti

calNetwork)，其各级时钟都来自一个非常精确的主时钟；并且，SONET标准中制订的速率兼容了北美、欧洲、日本等各国的数字传输网的多种不同速率。2.6同步光纤网SONET和同步数字系列SDH云南师范大学信息学院同步光纤网SONET同步光纤网SONET(

SynchronousOpticalNetwork)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟SONET第1级同步传送信号STS-1(SynchronousTransportSignal)的传输速率为51.84Mb/s

，第3级同步传送信号STS-3传输速率是STS-1的3倍，为155.52Mb/s，…，等等，依此类推。STS幀为时分复用幀，8000幀/秒，每幀125μs光信号则称为第1级光载波OC-1，OC表示OpticalCarrier。第3级光载波OC-3，…，等STS幀STS

幀STS幀STS幀……125μS125μS125μS125μSSONETSTS-1幀STS-1幀速率:9x90字节/幀x8位/字节x8000幀/秒＝51,840,000位/秒＝51.840Mb/s≈52Mb/s请注意：这里的STS幀是物理层时分多路复用的幀，不是数据链路层中使用

的幀。STS复用图3个STS-1帧多路复用成1个STS-3帧SONETSTS-n幀STS-n幀有nx810字节长，STS-n幀由n个STS-1模块中的字节多路复用时交错形成。云南师范大学信息学院SONET的体系结构光子层路径层线

路层段层线路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处理路径端接设备间的业务的传输同步和复用传送STS/OC-n帧同步和复用处理路径端接设备间的业务的传输云南师范大学信息学院SONET标准

定义了四个光接口层光子层(PhotonicLayer)处理跨越光缆的比特传送。段层(SectionLayer)在光缆上传送STS-N帧。线路层(LineLayer)负责路径层的同步和复用。路径层(PathLayer)处理路径端接设备PTE(PathTerminatingE

lement)之间的业务的传输。云南师范大学信息学院SONET结构图STS:SynchronousTransportSignal，同步传输信号MUX,Multiplexer:多路复用器SONET速率图STSOCRate(Mbps)SPE(Mbps)User(Mbps)STS-1OC-151.845

0.1249.536STS-3OC-3155.52150.336148.608STS-9OC-9466.56451.008445.824STS-12OC-12622.08601.344594.432STS-18OC-18933.12902.0168

91.648STS-24OC-241244.161202.6881188.864STS-36OC-361866.231804.0321783.296STS-48OC-482488.322405.3762377.

728STS-192OC-1929953.289621.6049510.912云南师范大学信息学院同步数字系列SDH国际电信联盟ITU-T以美国标准SONET为基础，制订出国际标准----同步数字系列SDH(SynchronousDi

gitalHierarchy)。一般认为,SDH与SONET基本相同。我国采用的是SDH标准。SDH的基本速率为155.52Mb/s，称为第1级同步传递模块(SynchronousTransferModule)，即STM-

1，相当于SONET体系中的OC-3速率。线路速率(Mb/s)SONET符号ITU-T符号表示线路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1155.520*OC-3/STS-3STM-1155Mb/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080*OC-12/STS-12ST

M-4622Mb/s933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320*OC-48/STS-4

8STM-162.5Gb/s4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gb/sSONET的OC级/STS级与SDH的STM级的对应关系云南师范大学信息学院同步数字系列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SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。一般可认为SDH与SONET是同义词。SDH的基本速率为155.52Mb/s，称为第

1级同步传递模块(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相当于SONET体系中的OC-3速率。云南师范大学信息学院宽带接入技术xSDLASDL（下行速率：32kb/s-6.4Mb/s,上行速率：32kb/s-640kb/s）HSALSDSLVDSLISD

LHFCFTTx云南师范大学信息学院总结基本概念---数据、信号、信道、模拟信号、数字信号、调制、解调、基带信号、宽带信号、单工、全双工、半双工通信等模拟传输和数字传输奈氏准则和香农公式几种调制方式几种信道复用技术几种传输媒体

云南师范大学信息学院思考题解释消息、数据、信号三者之间的区别。数据类型分为几种？信号类型有几种？什么是模拟数据?什么是数字数据?它们之间的区别？解释一下奈氏准则和香农公式及其在数据通信中的作用范围？调制的方法有几种

?有什么区别?多路复用有几种方式？各种方式的主要特点是什么？云南师范大学信息学院2.2.3信道的最高码元传输速率任何实际的信道都不是理想的，在传输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。云南师范大学信息

学院数字信号通过实际的信道失真不严重失真严重实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输出信号波形(失真不严重)输入信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输出信号波形(失真严重)云南师范大学信息学院

奈氏准则和香农公式在数据通信系统中的作用范围源系统传输系统目的系统传输系统源点终点发送器接收器输入信息输出信息输入数据输出数据发送的信号接收的信号码元传输速率受奈氏准则的限制信息传输速率受香农公式的限制云南师范大学信息学

院调制解调器使用异步通信方式数据通信可分为同步通信和异步通信两大类：同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致。发送端发送连续的比特流。异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。异步通信的通信开销较大，但接收端

可使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。