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1、第二章 物理层 2.1 2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念1.1.问题的提出：如何在连接各种计算机的传输媒体上问题的提出：如何在连接各种计算机的传输媒体上透明透明地传输比特流。（向上屏蔽掉媒体的差异）地传输比特流。（向上屏蔽掉媒体的差异）2.2.用于物理层的协议也常称为物理层用于物理层的协议也常称为物理层规程规程(procedure)(procedure)。3.3.物理层的主要任务可描述为物理层的主要任务可描述为确定与传输媒体的接口的一确定与传输媒体的接口的一些特性些特性，即：，即：（1 1）机械特性：连接器形状，排列，尺寸等。）机械特性：连接器形状，排列，尺寸等。（2 2）电气特性：电
2、压的范围。）电气特性：电压的范围。（3 3）功能特性：电压的意义。）功能特性：电压的意义。（4 4）规程特性：事件顺序。）规程特性：事件顺序。多车道公路是并行传输通信线路上通常都是串行传输2.2 2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识一、一、数据通信系统的模型数据通信系统的模型一一个个数数据据通通信信系系统统可可划划分分为为三三大大部部分分，即即源源系系统统(或或发发送送端端)、传输系统传输系统(或或传输网络传输网络)和和目的系统目的系统(或或接收端接收端)。二、通信系统有关的基本概念二、通信系统有关的基本概念1.1.数据、信息与信号数据、信息与信号v数据数据(Data)(Data)是运
3、送信息的实体是运送信息的实体v信息信息（InformationInformation）数据的内容或含义数据的内容或含义v信号信号(Signal)(Signal)是数据的电气的或电磁的表现是数据的电气的或电磁的表现通信系统有关的基本概念通信系统有关的基本概念信息信息数据数据信号信号在介质上传输在介质上传输信号信号数据数据信息信息把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传送到目的地。把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传送到目的地。把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传送到目的地。把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传送到目的地。n n模拟的：连续变化的信号，多见为正/余旋波形n n数字的：取
4、值仅允许有限的几个离散数值n nModulation调制，Demodulation解调n n调制：将数字数据转换为模拟信号的过程n n解调：将模拟信号转换为数字数据的过程数据：模拟数据、数字数据数据：模拟数据、数字数据数据：模拟数据、数字数据数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信号：模拟信号、数字信号信号：模拟信号、数字信号信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道信道：模拟信道、数字信道信道：模拟信道、数字信道信道：模拟信道、数字信道2.2.数据传输的形式数据传输的形式信道信道:表示向某一个方向传送信息的媒体表示向某一个方向传送信息的媒体(注意注意:逻辑概念逻辑概念,与线
5、路的区别与线路的区别)不同类型的数据和信号在不同类型的信道上传输有不同类型的数据和信号在不同类型的信道上传输有不同类型的数据和信号在不同类型的信道上传输有不同类型的数据和信号在不同类型的信道上传输有4 4种种种种组合组合组合组合。通信系统有关的基本概念通信系统有关的基本概念3.3.数字信号的传输方式数字信号的传输方式通信系统有关的基本概念通信系统有关的基本概念 基带传输：基带传输：信号信号按原来的按原来的形式形式通过数字信道进行传输，通过数字信道进行传输，即：将编码后即：将编码后的数字脉冲信号直接放在信道上传送。的数字脉冲信号直接放在信道上传送。是是“直接控制信号状态直接控制信号状态”的传输方
6、式，的传输方式，例如：以太网例如：以太网 频带传输：频带传输：将基带信号将基带信号调制调制成成模拟信号模拟信号后再传送，接收方需要解调后再传送，接收方需要解调 是是“控制载波信号状态控制载波信号状态”的传输方式，的传输方式，例如：通过电话模拟例如：通过电话模拟信道传输信道传输 宽带信号：宽带信号：是将基带信号进行是将基带信号进行调制后调制后形成的形成的频分复用模拟信号频分复用模拟信号4.信道的传输模式信道的传输模式(通信方式通信方式)通通信信双双方方的的信信息息交交互互方方式式，按按数数据据流流动动的的方方向向有有三三种种基基本本方方式：式：（1 1）单单向向通通信信：又又称称为为单单工工通通
7、信信，即即只只能能有有一一个个方方向向的的通通信而没有反方向的交互。信而没有反方向的交互。（2 2）双双向向交交替替通通信信：又又称称为为半半双双工工通通信信，即即通通信信的的双双方方都都可可以以发发送送信信息息，但但不不能能双双方方同同时时发发送送(当当然然也也就就不不能能同同时时接收接收)。（3）双向同时通信双向同时通信：又称为：又称为全双工通信全双工通信，即通信的双方可，即通信的双方可以同时发送和接收信息。以同时发送和接收信息。通信系统有关的基本概念通信系统有关的基本概念码元的含义码元的含义比特传输和码元传输比特传输和码元传输三、三、信道上的最高码元传输速率信道上的最高码元传输速率2.2
8、 2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)准则：准则：1.1.理想低通信道理想低通信道(带宽为带宽为W WHzHz)的最高码元传输速率的最高码元传输速率 =2 2 2 2W W W W Baud Baud Baud Baud 即即每每赫赫带带宽宽的的理理想想低低通通信信道道的的最最高高码码元元传传输输速速率率是是每秒每秒2 2个码元个码元。2.2.理想带通信道的最高码元传输速率理想带通信道的最高码元传输速率 =W W W W Baud Baud Baud Baud即即每赫带宽每赫带宽的的带通带通信道的最高码元传输速率为信道的最高码元传输速
9、率为每秒每秒1 1个码元个码元。信道上的最高码元传输速率信道上的最高码元传输速率强调：强调：1.1.奈氏准则给出的是个理论上限数值奈氏准则给出的是个理论上限数值，一个实际，一个实际的信道所能传输的最高码元速率要明显地低这的信道所能传输的最高码元速率要明显地低这个值。个值。2.2.波特是每秒传送的波特是每秒传送的码元数码元数(即信号传送速率即信号传送速率)。又又称为称为调制速率调制速率、波形速率波形速率或或符号速率符号速率；而比；而比特是特是信息量信息量的单位。的单位。信道上的最高码元传输速率信道上的最高码元传输速率M M 最大数据率最大数据率最大数据率最大数据率(C)(C)2 6000 bps
10、 2 6000 bps 4 12000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps 8 18000 bps话音级线路话音级线路(3000 Hz)R Rbaud baud=6000 baudBitBit与与BaudBaud的关系的关系1 Baud=1 Baud=（loglog2 2M M）bps bps 其中其中M M是信号的编码级数。也可以写成是信号的编码级数。也可以写成 R Rbitbit=R=Rbaud baud loglog2 2M M 一个码元中可以传送多个比特（一个码元中可以传送多个比特（bitbit），所以在固定的信），所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特。息
11、传输速率下，比特率往往大于波特。信道上的最高码元传输速率信道上的最高码元传输速率四、四、信道的极限信息传输速率信道的极限信息传输速率香农公式香农公式信道的极限信息传输速率可表达为信道的极限信息传输速率可表达为C C=W W log log2 2(1+(1+S S/N N)bit/s)bit/s 其中：其中：W W为信道的带宽为信道的带宽(以以HzHz为单位为单位)；S S为信道内所传信号的平均功率；为信道内所传信号的平均功率；N N为信道内部的高斯噪声功率。为信道内部的高斯噪声功率。香香农农公公式式表表明明，信信道道的的带带宽宽或或信信道道中中的的信信噪噪比比越越大，则大，则信息的极限传输速率
12、信息的极限传输速率就越高。就越高。2.2 2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识奈氏准则和香农公式的主要奈氏准则和香农公式的主要区别区别是什么？是什么？这两个公式对数据通信的这两个公式对数据通信的意义意义是什么？是什么？奈奈氏氏准准则则指指出出了了：码码元元传传输输的的速速率率是是受受限限的的，不不能能任任意意提提高，否则在接收端就无法正确判定码元是高，否则在接收端就无法正确判定码元是1 1还是还是0 0。奈奈氏氏准准则则是是在在理理想想条条件件下下推推导导出出的的。实实际际条条件件的的最最高高码码元元传传输输速速率率要要小小些些。研研究究的的任任务务就就是是要要在在实实际际条条件件下下
13、，找找出出较较好好的传输码元波形，将比特转换为较为合适的传输信号。的传输码元波形，将比特转换为较为合适的传输信号。但但是是，奈奈氏氏准准则则并并没没有有对对信信息息传传输输速速率率（b/sb/s）给给出出限限制制。要要提提高高信信息息传传输输速速率率就就必必须须使使每每一一个个传传输输的的码码元元能能够够代代表表许许多多个比特的信息。这就需要有很好的个比特的信息。这就需要有很好的编码技术编码技术。香香农农公公式式给给出出了了信信息息传传输输速速率率的的极极限限，该该极极限限是是不不能能够够突突破破的的。要要想想提提高高信信息息的的传传输输速速率率，或或者者必必须须设设法法提提高高传传输输线线路
14、路的的带带宽宽，或或者者必必须须设设法法提提高高所所传传信信号号的的信信噪噪比比，此此外外没没有有其其他他任何办法。任何办法。2.2 2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识2.2 2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识2.3 2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体传传传传输输输输媒媒媒媒体体体体也也也也称称称称为为为为传传传传输输输输介介介介质质质质或或或或传传传传输输输输媒媒媒媒介介介介，它它它它就就就就是是是是数数数数据据据据传传传传输输输输系系系系统统统统中中中中在在在在发发发发送送送送器器器器和和和和接接接接收收收收器器器器之之之之间间间间的的的的物物物物理理理理
15、通通通通路路路路。传传传传输输输输媒媒媒媒体体体体可可可可分分分分为为为为两两两两大大大大类类类类:导导导导向向向向传传传传输媒体、输媒体、输媒体、输媒体、非导向非导向非导向非导向传输媒体。传输媒体。传输媒体。传输媒体。在在在在导导导导向向向向传传传传输输输输媒媒媒媒体体体体中中中中，电电电电磁磁磁磁波波波波被被被被导导导导向向向向沿沿沿沿着着着着固固固固体体体体媒媒媒媒体体体体(铜铜铜铜线线线线或或或或光光光光纤纤纤纤)传传传传播播播播，而而而而非非非非导导导导向向向向传传传传输输输输媒媒媒媒体体体体就就就就是是是是指指指指自自自自由由由由空空空空间间间间，在在在在非非非非导导导导向向向向传
16、传传传输输输输媒媒媒媒体体体体中中中中电磁波的传输常称为无线传输。电磁波的传输常称为无线传输。电磁波的传输常称为无线传输。电磁波的传输常称为无线传输。一、双绞线一、双绞线把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法然后用规则的方法然后用规则的方法然后用规则的方法绞合绞合绞合绞合(twist)(twist)(twist)(twist)起来就构成了起来就构成了起来就构成了起来就构成了双绞线。双绞线。双绞线。双绞线。从用户电话机到交换机的这段线称为从用户电话机到交换机的这段线称为从用户
17、电话机到交换机的这段线称为从用户电话机到交换机的这段线称为用户用户用户用户线线线线或或或或用户环路用户环路用户环路用户环路(subscriber loop)(subscriber loop)(subscriber loop)(subscriber loop)。2.3.1 2.3.1 导向传输媒体导向传输媒体屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)(STP)(STP)(STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)(UTP)(UTP)(UTP)（以铝箔屏蔽以减少干扰和串音）（以铝箔屏蔽以减少干扰和串音）（以铝箔屏蔽以减少干扰和串音）（以铝箔屏蔽以减少干扰和串音）(双
18、绞线外没有任何附加屏蔽双绞线外没有任何附加屏蔽)2.3.1.1 2.3.1.1 双绞线双绞线 在双绞线电缆在双绞线电缆(也称双扭线电缆也称双扭线电缆)内内,不同线对具有不同的不同线对具有不同的扭绞长度，一般地说，扭绞长度在扭绞长度，一般地说，扭绞长度在38.1cm38.1cm至至14cm14cm内，按内，按逆时针逆时针方向扭绞，相邻线对的扭绞长度在方向扭绞，相邻线对的扭绞长度在12.7cm12.7cm以上。以上。双绞线型号双绞线型号双绞线型号双绞线型号1 1、一类一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。
19、前的电话线缆），不用于数据传输。2 2、二类二类：传输频率为：传输频率为1MHz1MHz，用于语音传输和最高传输速率，用于语音传输和最高传输速率4Mbps4Mbps的数据传输，常见于使用的数据传输，常见于使用4Mbps4Mbps规范令牌传递协议的旧令规范令牌传递协议的旧令牌网。牌网。3 3、三类三类:该电缆的传输频率为该电缆的传输频率为16MHz,16MHz,用于语音传输及最高传输用于语音传输及最高传输速率为速率为10Mbps10Mbps的数据传输，主要用于的数据传输，主要用于10base-T10base-T。4 4、四类四类:该类电缆的传输频率为该类电缆的传输频率为20MHz,20MHz,用
20、于语音传输和最高传用于语音传输和最高传输速率输速率16Mbps16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T10base-T/100base-T。5 5、五类五类:该类电缆增加了绕线密度该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为传输频率为100MHz,100MHz,用于语音传输和最高传输速率为用于语音传输和最高传输速率为100Mbps100Mbps的的数据传输，主要用于数据传输，主要用于100base-T100base-T和和10base-T10base-T网络，这是最常用的
21、网络，这是最常用的以太网电缆。以太网电缆。2.3.1.1 2.3.1.1 双绞线双绞线6.6.超超五五类类电电缆缆(Enhanced(Enhanced Cat Cat 5)5)：它它是是在在对对现现有有的的UTPUTP五五类类双双绞绞线线的的部部分分性性能能加加以以改改善善后后出出现现的的系系统统，不不少少性性能能参参数数，如如近近端端串串扰扰(NEXT)(NEXT)、衰衰减减串串扰扰比比(ACR)(ACR)等等都都有有所所提提高高，但但其传输带宽仍为其传输带宽仍为100MHz100MHz。7.7.六六类类电电缆缆(Cat(Cat 6)6)：它它是是一一个个新新级级别别的的电电缆缆系系统统，除
22、除了了各各项项参数都有较大提高之外，其带宽将扩展至参数都有较大提高之外，其带宽将扩展至200MHz200MHz或更高。或更高。在双绞线电缆的外面包皮上一般印有在双绞线电缆的外面包皮上一般印有“AMP SYSTEMS“AMP SYSTEMS CABLE24AWGCAT5”CABLE24AWGCAT5”的字样，表示该双绞线是的字样，表示该双绞线是AMPAMP公司公司(最具声誉的双绞线品牌最具声誉的双绞线品牌)的五类双绞线，其中的五类双绞线，其中24AWG24AWG表示是局表示是局域网中所使用的双绞线，域网中所使用的双绞线，CAT5CAT5表示为五类。表示为五类。2.3.1.1 2.3.1.1 双绞
23、线双绞线RJ-45RJ-45连接器连接器连接器连接器2.3.1.1 2.3.1.1 双绞线双绞线 RJ-45RJ-45连连接接器器包包括括一一个个插插头头（水水晶晶头头）和和一一个个插插孔孔。插插孔孔安安装装在在机机器器上上或或布布线线设设备备上上，而而插插头头和和双双绞绞线线相相连连。EIA/TIAEIA/TIA制定的布线标准规定了制定的布线标准规定了8 8根针脚的编号。根针脚的编号。制作双绞线的压线钳制作双绞线的压线钳制作双绞线的压线钳制作双绞线的压线钳2.3.1.1 2.3.1.1 双绞线双绞线双绞线的两端的连接：直通线（也称正线、平行线）双绞线的两端的连接：直通线（也称正线、平行线）双
24、绞线的两端的连接：直通线（也称正线、平行线）双绞线的两端的连接：直通线（也称正线、平行线）EIA/TIAEIA/TIA568B568B白白橙橙橙橙白白绿绿蓝蓝白白蓝蓝绿绿白白棕棕 棕棕 2345678白白橙橙橙橙白白绿绿蓝蓝白白蓝蓝绿绿白白棕棕 棕棕 2345678EIA/TIAEIA/TIA568B568BRX+RX-TX+未使用未使用TX-未使用未使用TX+TX-RX+未使用未使用RX-未使用未使用2.3.1.1 2.3.1.1 双绞线双绞线 在在10/10/兆比秒和兆比秒和100 Mb/s100 Mb/s以太网中只使用两对导线。也以太网中只使用两对导线。也就是说，只使用就是说，只使用4
25、4根针脚根针脚（1,2,31,2,3和和6 6），），1 1和和2 2用于发送，用于发送，3 3和和4 4用于接收用于接收 直通线缆直通线缆 水晶头两端都是遵循水晶头两端都是遵循EIA/TIA568A或或EIA/TIA568B标准，每组绕线是一一对应的。标准，每组绕线是一一对应的。适用场合：适用场合：交换机（或集线器）交换机（或集线器）UPLINK口口-交换机交换机（或集线器）普通端口（或集线器）普通端口交换机（或集线器）普通端口交换机（或集线器）普通端口 -计算机计算机（终端）网卡（终端）网卡2.3.1.1 2.3.1.1 双绞线双绞线双绞线的两端的连接：交叉线（也称反线）双绞线的两端的连接
26、：交叉线（也称反线）双绞线的两端的连接：交叉线（也称反线）双绞线的两端的连接：交叉线（也称反线）EIA/TIAEIA/TIA568B568B23456782345678EIA/TIAEIA/TIA568A568ATX+TX-RX+未使用未使用RX-未使用未使用TX+TX-RX+未使用未使用RX-未使用未使用2.3.1.1 2.3.1.1 双绞线双绞线白白橙橙橙橙白白绿绿蓝蓝白白蓝蓝绿绿白白棕棕 棕棕 白白橙橙橙橙白白绿绿蓝蓝白白蓝蓝绿绿白白棕棕 棕棕 交叉线缆交叉线缆水水晶晶头头一一端端遵遵循循EIA/TIA568AEIA/TIA568A，而而另另一一端端遵遵循循EIA/TIA568BEIA/
27、TIA568B标标准准。即即两两个个水水晶晶头头的的连连线线交交叉叉连连接接，A A水水晶晶头头的的1 1，2 2对对应应B B水水晶晶头头的的3 3，6 6；而而A A水晶头的水晶头的3 3，6 6对应对应B B水晶头的水晶头的1 1，2 2。适用场合：适用场合：交交换换机机（或或集集线线器器）普普通通端端口口 -交交换换机机（或或集线器）普通端口集线器）普通端口计算机网卡（终端）计算机网卡（终端）-计算机网卡（终端）计算机网卡（终端）2.3.1.1 2.3.1.1 双绞线双绞线二、同轴电缆二、同轴电缆同同同同轴轴轴轴电电电电缆缆缆缆由由由由内内内内导导导导体体体体铜铜铜铜质质质质芯芯芯芯线
28、线线线(单单单单股股股股实实实实心心心心线线线线或或或或多多多多股股股股绞绞绞绞合合合合线线线线)、绝绝绝绝缘缘缘缘层层层层、网网网网状状状状编编编编织织织织的的的的外外外外导导导导体体体体屏屏屏屏蔽蔽蔽蔽层层层层(也可以是单股的也可以是单股的也可以是单股的也可以是单股的)以及保护塑料外层所组成。以及保护塑料外层所组成。以及保护塑料外层所组成。以及保护塑料外层所组成。2.3.1 2.3.1 导向传输媒体导向传输媒体通常按特性阻抗数值的不同，将同轴电缆分为两类：通常按特性阻抗数值的不同，将同轴电缆分为两类：通常按特性阻抗数值的不同，将同轴电缆分为两类：通常按特性阻抗数值的不同，将同轴电缆分为两类
29、：（1 1 1 1）50 50 50 50 同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆50 50 50 50 同轴电缆又称为同轴电缆又称为同轴电缆又称为同轴电缆又称为基带同轴电缆基带同轴电缆基带同轴电缆基带同轴电缆。一条电缆一条电缆只用于一个信道，只用于一个信道，用于数字传输。用于数字传输。在传输基带数字信号时，可以有多种不同的编在传输基带数字信号时，可以有多种不同的编在传输基带数字信号时，可以有多种不同的编在传输基带数字信号时，可以有多种不同的编码方法。后面的图画的是未经编码的原基带数字信码方法。后面的图画的是未经编码的原基带数字信码方法。后面的图画的是未经编码的原基带数字信码方法。后面的图画的是未经
30、编码的原基带数字信号和在计算机网络中常用的两种编码方法，即：号和在计算机网络中常用的两种编码方法，即：号和在计算机网络中常用的两种编码方法，即：号和在计算机网络中常用的两种编码方法，即：曼曼曼曼彻斯特彻斯特彻斯特彻斯特(Manchester)(Manchester)(Manchester)(Manchester)编码编码编码编码和和和和差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码。2.3.1.2 2.3.1.2 同轴电缆同轴电缆2.3.1.2 2.3.1.2 同轴电缆同轴电缆（2 2 2 2）75 75 75 75 同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆75 75 75 75 同
31、同同同轴轴轴轴电电电电缆缆缆缆又又又又称称称称为为为为宽宽宽宽带带带带同同同同轴轴轴轴电电电电缆缆缆缆。在在在在计计计计算算算算机机机机通通通通信信信信中中中中，“宽宽宽宽带带带带系系系系统统统统”是是是是指指指指采采采采用用用用了了了了频频频频分分分分复复复复用用用用和和和和模模模模拟拟拟拟传传传传输输输输技技技技术术术术的的的的同同同同轴轴轴轴电电电电缆缆缆缆网网网网络络络络。一一条条电电缆缆同同时时传传输输不不同同频频率率的的多多路路模模拟拟信信号号，用用于于模模拟拟传传输输，300300450MHz450MHz，100km100km，需要放大器，需要放大器双双双双 电电电电 缆缆缆缆
32、系系系系 统统统统 的的的的 示示示示 意意意意 图图图图 如如如如 图图图图(a)(a)(a)(a)所所所所 示示示示。头头头头 端端端端(headend)(headend)(headend)(headend)的的的的作作作作用用用用是是是是将将将将各各各各计计计计算算算算机机机机从从从从发发发发送送送送电电电电缆缆缆缆发发发发过过过过来来来来的的的的信信信信息息息息转转转转换换换换到到到到接接接接收收收收电电电电缆缆缆缆，使使使使得得得得各各各各计计计计算算算算机机机机能能能能从从从从接接接接收收收收电电电电缆上收到发送给它们的信息。缆上收到发送给它们的信息。缆上收到发送给它们的信息。缆上
33、收到发送给它们的信息。图图图图(b)(b)(b)(b)为为为为单电缆系统单电缆系统单电缆系统单电缆系统。2.3.1.2 2.3.1.2 同轴电缆同轴电缆2.3.1.2 2.3.1.2 同轴电缆同轴电缆三、光纤三、光纤 光纤光纤光纤光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有其直径只有其直径只有其直径只有8 1
34、00 8 100 8 100 8 100 m m m m。正是这个纤芯用来传导光波。正是这个纤芯用来传导光波。正是这个纤芯用来传导光波。正是这个纤芯用来传导光波。其特点是：其特点是：其特点是：其特点是：2.3.1 2.3.1 导向传输媒体导向传输媒体-依靠光波承载信息依靠光波承载信息-速率高，通信容量大速率高，通信容量大 仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（100Gb/s100Gb/s）-传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输-抗干扰性能极好，保密性好抗干扰性能极好，保密性好-轻便轻便光纤传输原理光纤传输原理-光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取光从一种
35、介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角决于两种介质的折射率。当入射角临界值时产生全反射，临界值时产生全反射，不会泄漏。不会泄漏。-纤芯的折射率高、玻璃包层的折射率低纤芯的折射率高、玻璃包层的折射率低 -有光脉冲有光脉冲-1，无光脉冲，无光脉冲-0 2.3.1.3 2.3.1.3 光纤光纤2.3.1.3 2.3.1.3 光纤光纤2.3.1.3 2.3.1.3 光纤光纤光纤收发问题光纤收发问题光光电电转转换换器器光光电电转转换换器器电信号电信号电信号电信号光信光信号号光纤传输系统组成：光源，传输介质，监测器光纤传输系统组成：光源，传输介质，监测器光源分：激光和发光
36、二极管光源分：激光和发光二极管典型的光缆典型的光缆玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳2.3.1.3 2.3.1.3 光纤光纤多芯光纤结构多芯光纤结构芯芯封套封套外套外套加强芯加强芯光纤光纤外鞘外鞘加强芯加强芯光纤束光纤束2.3.1.3 2.3.1.3 光纤光纤光光光光纤纤纤纤不不不不仅仅仅仅具具具具有有有有通通通通信信信信容容容容量量量量非非非非常常常常大大大大的的的的优优优优点点点点，而而而而且且且且还具有其他的一些特点：还具有其他的一些特点：还具有其他的一些特点：还具有其他的一些特点：（1
37、 1 1 1）传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。）传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。）传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。）传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。（2 2 2 2）抗抗抗抗雷雷雷雷电电电电和和和和电电电电磁磁磁磁干干干干扰扰扰扰性性性性能能能能好好好好。这这这这在在在在有有有有大大大大电电电电流流流流脉脉脉脉冲冲冲冲干干干干扰扰扰扰的的的的环境下尤为重要。环境下尤为重要。环境下尤为重要。环境下尤为重要。（3 3 3 3）无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。）无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。）无串音干扰，保密性好，
38、也不易被窃听或截取数据。）无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。（4 4 4 4）体积小，重量轻。）体积小，重量轻。）体积小，重量轻。）体积小，重量轻。缺点：缺点：缺点：缺点：对接复杂对接复杂对接复杂对接复杂当当采采用用光光纤纤连连网网时时，常常常常将将一一段段段段点点到到点点的的链链路路串串接接起起来来构构成成一一个个环环路路，通通过过T T形形接接头头连连接接到到计计算机。算机。T T形形接接头头有有两两种种：无无源源的的和和有有源源的的。无无源源的的T T形形接头由于完全是无源的，因此非常可靠。接头由于完全是无源的，因此非常可靠。2.3.1.3 2.3.1.3 光纤光纤有源的有源
39、的有源的有源的T T T T形接头实际上就是一个形接头实际上就是一个形接头实际上就是一个形接头实际上就是一个有源转发器有源转发器有源转发器有源转发器(如图所示如图所示如图所示如图所示)。2.3.1.3 2.3.1.3 光纤光纤2.3.2 2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体1 1短波通信短波通信：高频、电离层反射、通信质量差、速率低高频、电离层反射、通信质量差、速率低2 2地面微波接力通信地面微波接力通信其主要特点是：其主要特点是：微微波波波波段段频频率率很很高高，其其频频段段范范围围也也很很宽宽，因因此此其其通信信道的容量很大；通信信道的容量很大；因因为为工工业业干干扰扰和和天天电电干干
40、扰扰的的主主要要频频谱谱成成分分比比微微波波频频率率低低得得多多，对对微微波波通通信信的的危危害害比比对对短短波波和和米米波波通通信小得多，因而微波传输质量较高；信小得多，因而微波传输质量较高；与与相相同同容容量量和和长长度度的的电电缆缆载载波波通通信信比比较较，微微波波接接力通信建设投资少，见效快。力通信建设投资少，见效快。2.3.2 2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体n n两个地面站之间传送两个地面站之间传送两个地面站之间传送两个地面站之间传送n n距离：距离：距离：距离：50-100 km50-100 km地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔2.3
41、.2 2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体微波接力通信微波接力通信缺点：缺点：相邻站之间必须直视，不能有障碍物，有时一个天线发射相邻站之间必须直视，不能有障碍物，有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而造成失真；造成失真；微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。3 3 3 3卫星通信
42、卫星通信卫星通信卫星通信卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。与通信距离无关。广播式通信、保密差、技术复杂、成本高。广播式通信、保密差、技术复杂、成本高。卫星通信的另一特点就是具有卫星通信的另一特点就是具有较大的传播时延较大的传播时延。2.3.2 2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体n n与地面站相对固定位置与地面站相对固定位置与地面站相对固定位置与地面站相对固定位置n n使用使用使用使用3 3个卫星覆盖全球个卫星覆盖全球个卫星覆盖全球个卫星覆盖全球n n传输延迟时间长传输延迟时间长传输延迟时间长传输延迟时间长地球地球地球地球2
43、.3.2 2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体常用传输媒体的比较常用传输媒体的比较2.4 2.4 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 模拟传输系统模拟传输系统模拟传输系统模拟传输系统早期电话系统，可用早期电话系统，可用早期电话系统，可用早期电话系统，可用FDMFDMFDMFDM技术技术技术技术提高线路利用率提高线路利用率提高线路利用率提高线路利用率2.4.2 2.4.2 2.4.2 2.4.2 调制解调器（调制解调器（调制解调器（调制解调器（数字数据的模拟传输数字数据的模拟传输数字数据的模拟传输数字数据的模拟传输）1 1 1 1调制解调器的作
44、用调制解调器的作用调制解调器的作用调制解调器的作用 若若若若所所所所传传传传送送送送的的的的码码码码元元元元速速速速率率率率越越越越高高高高，信信信信号号号号的的的的失失失失真真真真就就就就越越越越严严严严重。重。重。重。调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器(modem)(modem)(modem)(modem)就是由就是由就是由就是由调制器调制器调制器调制器(MOdulator)(MOdulator)(MOdulator)(MOdulator)和和和和解调器解调器解调器解调器(DEModulator)(DEModulator)(DEModulator)(DEModulator)这两个字各
45、取这两个字各取这两个字各取这两个字各取其字头合并而成的。其字头合并而成的。其字头合并而成的。其字头合并而成的。调制器的主要作用就是：在一条标准的二线调制器的主要作用就是：在一条标准的二线调制器的主要作用就是：在一条标准的二线调制器的主要作用就是：在一条标准的二线模拟话路模拟话路模拟话路模拟话路(3.1kHz)(3.1kHz)(3.1kHz)(3.1kHz)上提供上提供上提供上提供全双工全双工全双工全双工的的的的异步数字异步数字异步数字异步数字通信。通信。通信。通信。调制进行调制进行调制进行调制进行波形变换、波形变换、波形变换、波形变换、解调进行解调进行解调进行解调进行波形识别波形识别波形识别波
46、形识别。2.4 2.4 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2 2 2 2几种最基本的调制方法几种最基本的调制方法几种最基本的调制方法几种最基本的调制方法所所所所谓谓谓谓调调调调制制制制就就就就是是是是进进进进行行行行波波波波形形形形变变变变换换换换。或或或或者者者者更更更更严严严严格格格格些些些些，是是是是进进进进行行行行频频频频谱谱谱谱变变变变换换换换，将将将将基基基基带带带带数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的频频频频谱谱谱谱变变变变换换换换成成成成为为为为适适适适合合合合于于于于模模模模拟拟拟拟信信信信道道道道传传传传输输输输的的的的频频频频谱谱谱谱。最最最最基基基基本本本本的的的
47、的二二二二元元元元制制制制调调调调制制制制方方方方法法法法有以下几种：有以下几种：有以下几种：有以下几种：（1 1 1 1）调幅调幅调幅调幅(AM)(AM)(AM)(AM)：载波的载波的载波的载波的振幅振幅振幅振幅随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化（2 2 2 2）调频调频调频调频(FM)(FM)(FM)(FM)：载波的载波的载波的载波的频率频率频率频率随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化（3 3 3 3）调相调相调相调相(PM)(PM)(PM)(PM)：载波的载波的载波的载波的初始相位初始相位初始相位初
48、始相位随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化2.4 2.4 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输调频又称为调频又称为调频又称为调频又称为移频键控移频键控移频键控移频键控FSK(Frequency Shift FSK(Frequency Shift Keying)Keying)而调相又称为而调相又称为而调相又称为而调相又称为移相键控移相键控移相键控移相键控PSK(Phase Shift PSK(Phase Shift Keying)Keying)。移相键控还可再分为。移相键控还可再分为。移相键控还可再分为。移相键控还可再分为绝对移相键控绝对移相键控绝对移
49、相键控绝对移相键控和和和和相对移相键控相对移相键控相对移相键控相对移相键控(DPSK(DPSK(DPSK(DPSK差分码，抗干扰性好差分码，抗干扰性好差分码，抗干扰性好差分码，抗干扰性好)。为了达到更高的信息传输速率，可以采用技为了达到更高的信息传输速率，可以采用技术上更复杂的术上更复杂的多元制振幅相位混合调制多元制振幅相位混合调制方法。后方法。后面为正交调制面为正交调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)的星座图。的星座图。2.4 2.4 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输可以看出，可以看出，若每一个码元可表示的比特数越多若每一个码元可表示的比特数越多(
50、即即在星座图中的点数越多在星座图中的点数越多)，则在接收端进行解调时，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。要正确识别每一种状态就越困难。2.4 2.4 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输3 3 3 3关于调制解调器的速率关于调制解调器的速率关于调制解调器的速率关于调制解调器的速率图图图图(a)(a)(a)(a)表示两个计算机用户表示两个计算机用户表示两个计算机用户表示两个计算机用户A A A A和和和和B B B B通过通过通过通过V.34V.34V.34V.34调调调调制解调器制解调器制解调器制解调器(33.6 kbit/s)(33.6 kbit/s)(33.6 kbit/s