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1、第第3章章 物理层物理层3.13.1物理层的基本概念物理层的基本概念物理层主要考虑如何能在连接各种计算机的传输媒体上传输数物理层主要考虑如何能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流，而不关切连接计算机的具体的物理设备或具体的传输据的比特流，而不关切连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体，即尽可能屏蔽掉现有计算机网络中种类繁多的物理设备和传媒体，即尽可能屏蔽掉现有计算机网络中种类繁多的物理设备和传输媒体，比如运用的是什么传输介质，在传输介质上如何进行数据输媒体，比如运用的是什么传输介质，在传输介质上如何进行数据传输等，使物理层上层的数据链路层感觉不到差异，为其供应一个传输等，使物理层上
2、层的数据链路层感觉不到差异，为其供应一个物理连接，以透亮的传送比特流。物理连接，以透亮的传送比特流。物理层本身并不是物理设备或物理媒体，它定义了建立、维护、物理层本身并不是物理设备或物理媒体，它定义了建立、维护、拆除物理链路的规范和协议，同时定义了物理层接口通信的标准，拆除物理链路的规范和协议，同时定义了物理层接口通信的标准，包括机械的、电器的、功能的和规程的特性。包括机械的、电器的、功能的和规程的特性。11/4/20221 物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的特性：（1）机械特性：指明接口所用接线器的形态和尺寸、引线数目和 排列、固定和锁定装置等。这很象平常常见的各 种规格的电源插头都是
3、标准尺寸一样。（2）电气特性：指明在接口电缆的哪条线上出现的电压的范围。即说明哪根线上出现的电压应为什么范围。（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示的意义。即说明某根线上出现的某一电平的电压代表何种 意义，如“+5V”表示“1”，“0V”表示“0”。（4）规程特性：指明对于不同功能的各种可能事务的出现依次。11/4/20222 留意：传输媒体不是是物理层！传输媒体在物理层的下面。由于物理层是体系结构的第一层，因此，有时称传输媒体为0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。也就是说，传输媒体不知道所传输的信号什么时候是1什么时候是0。但物理层由于规
4、定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。11/4/20223数据在物理连接上的传输方式：1并行传输方式接受并行传输方式，可以一次传输多个比特。相应地，从发送端到接收端的信道须要若干根传输线。例如，计算机的并行口常用于连接打印机，每次并行输出8个比特，如图所示。发送端接收端信道1信道2信道3信道4信道5信道6信道7信道811/4/202242串行传输方式 串行传输是一个一个比特依据时间依次传送，从发送端到接收端只要一根传输线即可,如图所示。（远距离数据传输常用）发送端并串转换12345678串并转换接收端123456781 2 3 4 5 6 7 811/4/2022511/4/202263.
5、2 数据通信的基础学问 数据通信的几个基本概念：数据通信：依照确定的协议，利用数据传输技术在两个终端之 间传递数据信息的一种通信方式和通信业务。数据(Data)：传递（携带）信息的实体。模拟(Analog)数据：用连续变更形式表示的数据。数字(Digital)数据：用不连续变更形式表示的数据。信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），是数据 的电气或电磁表现，数据以信号的形式传播。模拟信号：是指随时间连续变更的信号，时间上连续，包 含无穷多个值。数字信号：是指其值用离散状态（即所谓的“二进制信号”）表示的信号。时间上离散，仅包含有限数目的 预定值。11/4/20227 基带信号：
6、将数字信号基带信号：将数字信号1或或0干脆用不同的电压来表示，然后送干脆用不同的电压来表示，然后送 到线路上去传输。到线路上去传输。宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。经过调制的基带信号的频谱被搬移到不同的频段，经过调制的基带信号的频谱被搬移到不同的频段，因而可以作到在一条电缆中同时传输多路数字信号因而可以作到在一条电缆中同时传输多路数字信号 而不会发生相互干扰，提高了线路的利用率。而不会发生相互干扰，提高了线路的利用率。11/4/20228tta)模拟信号b)数字信号ttTTTTTT周期信号非周期信号用电平的凹凸分用电平
7、的凹凸分别表示别表示0或或1信号种类图示：11/4/20229模拟与数字的特点模拟：波动性；持续变更；反映事物的本质；在电信业已经被广泛 运用超过100年；数字：离散性；跃变性；设备性能先进，较为便宜；11/4/202210 3.2.1 数据通信系统的模型 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源系统目的系统传输系统输出信息PC机11/4/202211源站：源站设备产生须要传输的数据；发送器：将源站产生的数据通过编码使其能够在传输系统中进行传输。接收器：接收传输系统传来的信号，并将
8、其转换为能够被目的设备处理的信息。目的站：目的站设备从接收器获得传送来的信息。在源系统和目的系统之间的传输系统可能是简洁的传输线，也可能是连接在两系统间困难的网络系统。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 传输系统传输系统源系统目的系统11/4/2022123.2.2 有关信道的几个基本概念 信道是指信息传输的通道，即信息进行传输时所经过的一条通路。一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，信道和电路并不能等同。一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。一般分为数字信道和模拟信道：数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。模拟信道：以
9、连续模拟信号形式传输数据的信道。11/4/202213 数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信道：模拟信道、数字信道不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种相应地须要进行不同的编码处理。11/4/202214话音话音模拟传输模拟传输模拟模拟数字数字调制器调制器模拟模拟模拟模拟CODEC数字数字数字数字数字发送器数字发送器数字数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号1010101011/4/202215 模拟传输与数字传输 （1）模拟数据在模拟信道上传输 典型的例子是话音信号在一般的电话系统中传输。一般人的语音频率范围是3003400
10、Hz，为了进行传输，在线路上给它安排确定的带宽，国际标准取4KHz为一个标准话路所占用的频带宽度。在这个传输过程中：语音信号以3003400Hz频率输入，发送方的电话机把这个语音信号转变成模拟信号，这个模拟信号经过一个频分多路复用器进行变更，使得线路上可以同时传输多路模拟信号，当到达接收端以后再经过一个解频的过程把它复原到原来的频率范围的模拟信号，再由接收方电话机把模拟信号转换成声音信号。电话机电话机模拟信号语音模拟信号语音多路复用器多路复用器11/4/202216 （2）数字数据在模拟信道上传输 计算机和终端设备都是数字设备，它们只能接收和发送数字数据，而电话系统只能传输模拟信号，所以这个数
11、字数据要进入到模拟信道以前要有一个变换器进行数字信号到模拟信号的转换，以便它能在模拟信道上传输，这样的一个变换过程叫调制（留意：这个调制过程并不变更数据的内容，仅是把数据的表示形式进行了变更）。这个变换器又叫做调制器(MOdulator)。调制器也即波形变换器,它将基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。而当调制后的模拟信号传到接收端以后，在接收端也有一个变换器再对这个信号进行反变换，即又把它变回数字信号，这样的一个变换过程叫解调。这个变换器又叫解调器(DEModulator)。解调器也即波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号复原成原来的数字信号。11/4/202217 由于计算
12、机和终端设备之间的数据通信一般是双向的，因此在数据通信的双方既有用于发送信号的调制器又有用于接收信号的解调器，所以把这两个设备合在一起形成我们通常所说的调制解调器（Modem）。调制解调器就是运用一条标准话路（3.1kHz的标准话路带宽）供应全双工的数字信道。调制器调制器解调器解调器数据数据数据数据11/4/202218 通常状况下，将实现调制与解调的设备称为调制解调器通常状况下，将实现调制与解调的设备称为调制解调器(modem)(modem)，俗称，俗称猫猫。电话线RS232电缆线COM1或COM2串行口11/4/20221911/4/202220 调制解调器最基本的调制方法有以下几种（在图
13、中给出了这几种波形传输数据的波形的示意图）：（1）调幅（AM）即载波的振幅随基带数字信号而变更。例如，0对应于无载波输出，而1对应于有载波输出。（2）调频（FM）即载波的频率随基带数字信号而变更。例如，0对应于频率f1，而1对应于频率f2。（3）调相（PM）即载波的初始相位随基带数字信号而变更。例如，0对应于相位0度，而1对应于180度。11/4/202221 （3）模拟数据在数字信道上传输 用数字信道传输模拟数据时，须要对模拟数据进行脉冲编码调制（PCM）。PCM最初并不是为传送计算机数据所设计的，它的目的是为了能使电话局之间的一条中继线不只传送一路电话而是可以同时传送几十路电话所设计的。P
14、CM是将模拟电话信号转变为数字信号.11/4/202222 （4）数字数据在数字信道上传输 这种方式最典型的例子是在两个装有Windows 98操作系统的计算机上，利用Windows 98中自带的“干脆电缆连接”功能把两个计算机通过串行口或并行口干脆相连。在这种状况下通信的双方发出的数据和接收的数据以及在信道上所传输的全部都是数字信号。11/4/202223IP 电话的原理话音编码装成分组分组缓存话音解码因特网11/4/202224公用电话网IP 电话 网关 因特网PC普通电话 因特网PCPCIP 电话的几种连接方法电话的几种连接方法公用电话网公用电话网IP IP 电话电话 网关网关IP 电话
15、 网关因特网普通电话普通电话分组交换电路交换电路交换（市内电话）（市内电话）IPIP 电话网关是电话网关是传统电话与传统电话与 IP IP 电话电话的接口设备的接口设备11/4/202225IP 电话的质量电话的质量TCP协议的重传技术会产生时延。打电话是实时通信，不允许过大的时延。因此IP电话不运用TCP协议，而是运用UDP协议。IP电话宁可把出错的分组丢弃，也不要迟到的、没有差错的分组。因此，IP电话的质量目前还不如传统电话的质量（分组丢失、时延、时延抖动）。为了提高IP电话的质量，有的ISP在IP电话网关之间运用专用的宽带线路。11/4/202226高速高速(56Kbps)MODEMA/
16、DA/DD/A V.90(56kbps)ISP数字数字数字数字模拟模拟上行仍需上行仍需模数模数(A/D)转换转换，速率最高为，速率最高为35kbps；下行则可达；下行则可达56Kbps至因特网至因特网(数字信号数字信号)交换机交换机11/4/202227构成：本地回路、交换局、干线端局端局端局端局长途局长途局中心局中心局长途局长途局本地回路本地回路准长途干线准长途干线高带宽长高带宽长途干线途干线准长途干线准长途干线本地回路本地回路光纤、微波、同轴光纤、微波、同轴双绞线双绞线双绞线双绞线公用电话交换网PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)11/4/202228本
17、地回路本地回路编码解码器编码解码器Codec编码解码器编码解码器Codec用户设备用户设备用户设备用户设备ModemModem端局端局端局端局长途局长途局数字干线数字干线模拟线路模拟线路（本地回路）（本地回路）模拟线路模拟线路（本地回路）（本地回路）绝大多数为模拟线路绝大多数为模拟线路计算机间传输：以计算机间传输：以模拟模拟为主，所以信号要经过为主，所以信号要经过多次变换：多次变换：数字数字模拟模拟数字数字模拟模拟数字数字11/4/202229 依据通信双方信息在传输链路上的传送方向，可分为：（1）单工通信：即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。如广播，电视。单工通信只须要一条信道。发 送
18、 设 备接 收 设 备数据流通信连接单工11/4/202230 （2）半双工通信：信息的传递可以是双向的，但不能双方同时发 送。如对讲机。发 送 设 备接 收 设 备发 送 设 备接 收 设 备数据流半 双 工通信连接11/4/202231（3）全双工通信：通信的双方可以同时发送和接收信息。双向交替或同时通信都须要两条信道，来回各一条。双向同时通信的传输效率最高。如：电话。发 送 设 备接 收 设 备接 收 设 备发 送 设 备数据流全双工通信连接11/4/202232 传输媒体也称为传输介质或传输媒介,它是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。导向传输媒体：电磁波被导向沿着固体媒体（
19、铜线或光纤）传播。传输媒体非导向传输媒体：通常是指自由空间，电磁波的传输常称为无线传输。3.3.1 导向传输媒体1.双绞线(屏蔽STP、非屏蔽UTP)3.3物理层下面的传输媒体11/4/202233内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘箔屏蔽箔屏蔽铜屏蔽铜屏蔽外套外套-螺旋绞合的双导线，螺旋绞合的双导线，1mm-每根每根4对、对、25对、对、1800对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点：成本低成本低 密度高、节约空间密度高、节约空间 安装简洁（综合布线系统）安装简洁（综合布线系统）平衡传输（高速率）平衡传输（高速率）抗干扰性一般抗干扰性一般 连接
20、距离较短连接距离较短模拟传输和数字传输都可以运用双绞线，其通信距离一般为几到几十公里。距离太长时需接受放大器将衰减的信号放大到合适的数值（对于模拟传输），或者加中继器以将失真的数字信号进行整形（对于数字传输）。导线越粗，其通信距离越远，导线价格越高。11/4/202234屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线(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)以铝箔屏蔽以削减干扰和串音3类、5类、6类（16M、155M、1200M）双绞线外没有任何附加屏蔽11/4/20223511/4/2022362.同轴电缆同轴电缆 按电缆的直径分：按电缆的直径分：细同
21、轴细同轴 -50 ，D=1.02cm，10Mbps -185m、4中继、中继、5段（段（925m）-优缺点：价格低优缺点：价格低 安装便利（安装便利（T型连接器、型连接器、BNC接头、接头、Terminator）抗干扰实力强抗干扰实力强 距离短距离短 牢靠性差牢靠性差 粗同轴粗同轴 -50 ，D=2.54cm，10Mbps -500m、4中继、中继、5段（段（2500m）-优缺点：价格稍高优缺点：价格稍高 安装便利（收发器、收发器电缆、安装便利（收发器、收发器电缆、Terminator）抗干扰实力强抗干扰实力强 距离中等距离中等 牢靠性好牢靠性好 11/4/202237按特性阻抗数值的不同：按
22、特性阻抗数值的不同：按特性阻抗数值的不同：按特性阻抗数值的不同：基带同轴电缆基带同轴电缆 一条电缆只用于一个信道，一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输，用于数字传输宽带同轴电缆宽带同轴电缆 一条电缆同时传输不同频率一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，的多路模拟信号，75 ，用于，用于模拟传输，模拟传输，300450MHz，100km，须要放大器，须要放大器铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层爱护套爱护套11/4/202238 BNC T型接头型接头 BNC 桶型连接器桶型连接器 BNC 终结器（终结器（50欧）欧）11/4/20223911/4/202240“5-4-3规则”
23、，是指在10M以太网中中，网络总长度不得超过5个区段，4台网络延长设备，且5个区段中只有3个区段可接网络设备。即：一个网段最多只能分5个子网段；一个网段最多只能有4个中继器；一个网段最多只能有三个子网段含有PC。5-4-3规则的接受与网络所允许的最大延迟有关。计算机发送数据后，假如在确定的时间两没有得到回应，那么，将认为是数据发送失败，而不断地重复发送，但对方却恒久无法收到。11/4/202241 3.3.光缆光缆光缆光缆依靠光波承载信息速率高，通信容量大传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好，保密性好灵活（1公里长的1000对双绞线约重8000kg，而同样长度但容量大的多的一对光纤仅重10
24、0kg）光纤传输原理利用了光的反射光从一种介质(高折射率)入射到另一种介质（低折射率）时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角临界值时产生全反射，不会泄漏。光纤：纤芯-折射率高、玻璃包层-折射率低光传输系统：光源:发光二极管/激光二极管介质:光纤光检测器:光电二极管PIN/雪崩二极管APD11/4/202242折射角入射角包层（低折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）包层纤芯高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射11/4/202243 单向传输，双向需两根光纤单向传输，双向需两根光纤光纤传送模式：光纤传送模式：MMFMMF、SMFSMF输入脉冲输出脉冲单
25、模光纤输入脉冲输出脉冲11/4/202244 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单芯光缆单芯光缆多芯光缆多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常见规格：玻璃内芯常见规格：玻璃内芯50um缓变型缓变型MMF 62.5um缓变缓变/增加型增加型MMF 8.3um突变型突变型SMF 玻璃包层玻璃包层125um11/4/20224511/4/20224611/4/202247 高密度多芯光缆高密度多芯光缆剖面结构剖面结构芯芯封套封套外套加强芯光纤光纤外鞘外鞘加强芯加强芯光纤束光纤束11/4/20224811/4/2022
26、4911/4/20225011/4/20225111/4/2022523.3.2 3.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体非导向传输媒体非导向传输媒体运用电磁波或光波携带信息无需物理连接适用于长距离或不便布线的场合易受干扰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)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 10
27、18 1020 1022 1024 移动无线电 电信领域运用的电磁波的频谱电信领域运用的电磁波的频谱电信领域运用的电磁波的频谱电信领域运用的电磁波的频谱11/4/2022531.1.无线传输无线传输无线传输无线传输固定终端点（基站）和终端之间是无线链路BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F2 2F F3 3F F1 1F1,F2,F3=运用的频率GSM(GroupSpecialMobile)11/4/2022542.2
28、.地面微波接力通信地面微波接力通信地面微波接力通信地面微波接力通信两个地面站之间传送距离：50-100km通信容量大受干扰小成本较有线通信小相邻站间必需无障碍易受天气干扰隐藏、保密性差维护成本高地球地球地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路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微波传送塔微波传送塔11/4/2022553.3.卫星通信卫星通信卫星通信卫星通信与地面站相对固定位置运用3个卫星覆盖全球通信容量大信号手干扰小传输延迟时间长（270ms）保密性差成本高36,00036,000公里公里公里公里地球地球地球地球11/4/202256常用传输媒体的比较常用传
29、输媒体的比较11/4/202257 多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用特地的设备将到接收端再用特地的设备将 各路信号分别开来。这样使一条物理信各路信号分别开来。这样使一条物理信道资源道资源 被多路信号共享。被多路信号共享。（Multiplexing Multiplexing）。）。DEMUX复用器复用器解复用器解复用器共享信道MUX3.5 信道复用技术信道复用技术复用 多个信息源共享一个公共信道 为何要复用？线路成本11/4/202258 多路复用的方法主要有以下几种：1.频分多路复用（Frequency
30、-Division Multiplexing,FDM）频分多路复用FDM是利用传输介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽这一优点。频分多路复用FDM是把整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道，频率通道之间留有防护频带，即信号的带宽不会相互重叠，然后在传输介质上进行传输，这样在传输介质上就可以同时传输很多路信号。如：无线电广播、电视。FDM的全部用户在同一时间占用不同的带宽资源。CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽移频后带宽MUXCH1 CH2 CH3带宽复用带宽复用f11/4/202259频分多路复用 (续)11/4/202260频分多路复用带宽安排例
31、fA11/4/202261FDM多路复用过程例FDM多适用于模拟信号传输多适用于模拟信号传输 11/4/202262FDM 解多路复用过程例11/4/202263FDM 中的移频与叠加（频谱）中的移频与叠加（频谱）11/4/202264FDM多路复用与解复用全过程例11/4/202265FDM 分层多路复用分层多路复用群群超群超群主群主群巨群巨群11/4/202266 2.时分多路复用（Time-Division Multiplexing,TDM）当传输介质所能达到的数据传输速率超过各路信号的数据传输速率的总和时，可以将物理信道按时间分成若干时间片轮换地安排给多路信号运用，每一路信号在自己的时
32、间片内独占信道传输，这就是时分多路复用。时分多路复用TDM利用每个信号在时间上交叉，将物理信道按时间分成时间片，供多个信源轮番运用。可以在一个传输通路上传输多个数字信号。TDM的全部用户在不同的时间占用同样的带宽资源。时分多路复用TDM多用来传输数字信号，但并不局限于传输数字信号，有时也可以用来分时传输模拟信号。11/4/202267A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据复用后数据时隙时隙1234D3D2D1适用于数字信号传输适用于数字信号传输 时间片时间片11/4/202268时分多路复用(续)TDM多适用于数字信号传输多适用于数字信号传输11/4/202269时分多路复
33、用(续)11/4/202270统计统计(异步异步)TDM STDMTDM的缺点：某用的缺点：某用户户多数据多数据发发送，其他用送，其他用户户也不能占用也不能占用该该 通道，将会造成通道，将会造成带宽带宽奢侈。奢侈。改改进进：运用运用统计时统计时分多路复用（分多路复用（STDM），用），用户户不固不固 定占用某个通道，有空定占用某个通道，有空时间时间片就将数据放入。片就将数据放入。统计统计TDM各数据之前要附有该路地址，各数据之前要附有该路地址，以便接收方能分出各路信号以便接收方能分出各路信号11/4/202271 3.3.统计分时复用统计分时复用STDMSTDMABCD待发数据待发数据t1 t
34、2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步 TDM带宽浪费A1B1C2B2周期周期1周期周期2统计统计TDM可用带宽 FDM、TDM的的缺缺点点：某某用用户户多多数数据据发发送送，其其他他用用户户也也不不能能占占用用该该通道，将会造成通道，将会造成带宽带宽奢侈。奢侈。改改进进：统统计计时时分分多多路路复复用用（STDM），用用户户不不固固定定占占用用某某个个通通道道，有空槽就将数据放入。有空槽就将数据放入。动态动态地依据地依据须须要来安排要来安排时时隙的多路复用方式。隙的多路复用方式。11/4/202272TDM 和 STDM 的比较ABCD待发数据待发数据t1 t2
35、 t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步 TDM带宽浪费带宽浪费A1B1C2B2周期周期1周期周期2可用带宽可用带宽统计统计TDM(数据之前附有该路地址数据之前附有该路地址)11/4/2022734.波分多路复用（Wave-Division Multiplexing,WDM）目前一根单模光纤的传输速率可达到 2.5Gb/s，如能接受色散补偿技术解决光纤传输中的色散问题(指光脉冲中由于不同频率重量传输速率不同导致信号失真产生误码的现象)，则一根单模光纤的传输速率可达到10Gb/s，这已是当前单个光载波信号传输的极限值。11/4/202274波分多路复用(续)波分多路复用
36、（波分多路复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是光的频分复用。不同的信源运用不同波长的光波来传输是光的频分复用。不同的信源运用不同波长的光波来传输数据，各路光波经过一个棱镜（或衍射光栅）合成一个光数据，各路光波经过一个棱镜（或衍射光栅）合成一个光束在光纤干道上传输，在接收端利用相同的设备将各路光束在光纤干道上传输，在接收端利用相同的设备将各路光波分开。这样复用后，可以使光纤的传输实力成几倍几十波分开。这样复用后，可以使光纤的传输实力成几倍几十倍的提高。倍的提高。11/4/202275波分多路复用(续)密集波分复用(Density Wave Divis
37、ion Multiplexing，DWDM)在1.55微米波长区同时用4、8、16或n个波长，在一对光纤（少数系统接受单光纤）构成的光通信系统。由DWDM光纤系统组成的光纤网可快速增加网络容量，还具有透亮性，可传送语音、数据、图像等多媒体信息。由于多个光信道共用光放大器而显著降低了网络成本。在用DWDM系统构成的光网络中，可接受光线路爱护技术，以提高牢靠性与可用性。11/4/202276DWDM传输（常用在干线上传输）1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554
38、nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120km11/4/202277DWDM传输（续）前图中，8路2.5Gb/s的光载波(波长1310nm)，经光的调制后，分别将波长变换到15501557nm，经光复用器后在一根光纤中传输，传输总速率可达20Gb/s，经一段距离传输后光信号衰减，运用掺铒光纤放大器EDFA放大(这种光放大器不需光电转换，能干脆对光信号放大)，两放大器间距120km，复用器分用器间无光电转换距离可600km。若光缆中有几十根这样的光纤，总数据率可达Tb/s级。11/4/202278 5.码分复用CDM(code
39、 division multiplexing)主要用于移动通信。CDM是另一种共享信道的方法,即人们常用的码分多址CDMA(code division multiplexing access),它使每一个用户可以在同样的时间运用同样的频带进行通信。由于各个用户接受经过特殊选择的不同码型，因此不会造成干扰。原理:基于码型分割信道,每个用户安排一个地址码,地址码相互不重叠,特点为频率和时间资源均共享。FDM、WDM独占频道共享时间 TDM共享频道独占时间片11/4/202279本章重点：1.物理层的作用：尽可能屏蔽传输媒体的差异，透亮传送和接收比特流。2.物理层的主要任务：确定与传输媒体接口的一些特性机械特性电气特性功能特性规程特性3.各种传输媒体特性：导向与非导向传输媒体。4.了解数据、信号、信道、并行传输、串行传输、调制解调器的概念及工作原理。5.驾驭信道复用技术：频分、时分、波分、统计分时、码分复用的概念及工作原理。11/4/202280