第6章數(shù)據(jù)通信與物理層協(xié)議

1、第第6章章 數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信與物理層協(xié)議與物理層協(xié)議v 物理層協(xié)議主要功能物理層協(xié)議主要功能v 信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)之間關(guān)系信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)之間關(guān)系v 傳輸介質(zhì)類型及主要特征傳輸介質(zhì)類型及主要特征v 數(shù)據(jù)編碼的類型和基本方法數(shù)據(jù)編碼的類型和基本方法v 數(shù)據(jù)通信速率和帶寬的定義數(shù)據(jù)通信速率和帶寬的定義v 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)基本概念數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)基本概念6.1 物理層的基本概念物理層的基本概念6.1.1 物理層的主要服務(wù)功能物理層的主要服務(wù)功能v 處于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)最底層，向數(shù)據(jù)鏈路層提供比特流傳輸服務(wù)v 數(shù)據(jù)鏈路通過物理層接口傳送比特流數(shù)據(jù)v 將比特流進(jìn)行編碼，信號(hào)通過傳輸介質(zhì)傳輸

2、給下一個(gè)結(jié)點(diǎn)物理層物理層主要功能：物理層主要功能：v 物理連接建立v 維護(hù)與釋放v 比特流傳輸6.1.2物理層協(xié)議的類型物理層協(xié)議的類型1點(diǎn)點(diǎn)-點(diǎn)通信線路物理層協(xié)議點(diǎn)通信線路物理層協(xié)議v 為建立、維護(hù)、釋放數(shù)據(jù)鏈路之間比特傳輸?shù)奈锢磉B接（機(jī)械、電氣、功能、規(guī)程）v EIA-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了計(jì)算機(jī)串行通信接口與調(diào)制解調(diào)器之間物理接口（機(jī)械、電氣、功能、規(guī)程）具體參數(shù)與工作流程v 家庭接入通過ADSL物理層協(xié)議（上行/下行傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)、傳輸信號(hào)編碼格式、電平、同步方式、連接接口等內(nèi)容）v 線纜調(diào)制解調(diào)器（有線電視線纜接入）物理層標(biāo)準(zhǔn)有：“線纜數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口規(guī)范DOCSIS”、IEEE802.14

3、物理層標(biāo)準(zhǔn)6.1.2物理層協(xié)議的類型物理層協(xié)議的類型2廣播通信線路物理層協(xié)議廣播通信線路物理層協(xié)議v 廣播通信線路：有線、無線v 有線傳輸介質(zhì)（以太網(wǎng)802.3協(xié)議）包括多個(gè)物理層協(xié)議v 無線局域網(wǎng)（IEEE802.11）物理層標(biāo)準(zhǔn)：跳頻擴(kuò)頻、直接序列擴(kuò)頻v 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（IEEE802.15.4）物理層標(biāo)準(zhǔn)：無 線信道頻段、調(diào)制方式、信號(hào)編碼方式、發(fā)射與接收功率、同步方式 6.2 信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)6.2.1 信息與數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)v 通信目的：交換信息（信息載體是文字、語音、圖形、圖像v 數(shù)據(jù)通信：實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)之間傳輸（比特流模擬/數(shù)字信號(hào)傳輸）v 數(shù)據(jù)：信息的載體（涉及事

4、物表示形式，數(shù)據(jù)所表示內(nèi)容的解釋）v 數(shù)據(jù)通信:傳輸二進(jìn)制代碼比特流（而不是解釋代碼所表示的內(nèi)容）3種數(shù)據(jù)編碼：種數(shù)據(jù)編碼：v CCITT國際編碼（5bit字符）v 擴(kuò)充的二-十進(jìn)制交換碼（EBCDIC碼）v 美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)編碼（ASCII碼）6.2.2 信號(hào)與信道信號(hào)與信道v 通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（離散值，如0、1比特?cái)?shù)）、模擬數(shù)據(jù)（具有連續(xù)變化值，如音頻數(shù)據(jù)）v 電信：數(shù)字信號(hào)（離散信號(hào)，比特0、1表示不同電平信號(hào)）、模擬信號(hào)（電平幅度連續(xù)變化）6.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼技術(shù)6.3.1 數(shù)據(jù)編碼類型數(shù)據(jù)編碼類型數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)編碼關(guān)系6.3.2 模擬數(shù)據(jù)編碼方法模擬數(shù)據(jù)編碼方法v 移幅鍵控

5、ASKv 移頻鍵控FSKv 移相鍵控PSKl 絕對(duì)調(diào)相l(xiāng) 相對(duì)調(diào)相l(xiāng) 多相調(diào)制模擬數(shù)據(jù)信號(hào)編碼方法6.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法數(shù)字編碼方法6.3.4 脈沖編碼調(diào)制方法脈沖編碼調(diào)制方法PCM的工作原理6.3.4 脈沖編碼調(diào)制方法脈沖編碼調(diào)制方法采樣采樣、量化、編碼、量化、編碼6.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信方式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信方式6.4.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.4.2 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式1串行通信與并行通信串行通信與并行通信v 串行通信：收發(fā)雙方建立一條信道v 并行通信：收發(fā)雙方建立多條信道串行通信與并行通信6.4.2 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)

6、據(jù)通信方式2單單工工、半雙工、半雙工、全雙工通信全雙工通信6.4.2 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式3同步同步傳輸、異步傳輸傳輸、異步傳輸同步傳輸工作原理 異步傳輸工作原理6.5 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)6.5.1 雙絞線的主要特性雙絞線的主要特性6.5.2 同軸電纜的主要特性同軸電纜的主要特性v 基帶同軸：僅用于數(shù)字信號(hào)傳輸v 寬帶同軸：用于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)傳輸（頻分多路復(fù)用）6.5.3 光纖電纜的主要特性光纖電纜的主要特性光纖結(jié)構(gòu)與傳輸原理光纖傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.5.4 無線與衛(wèi)星通信技術(shù)無線與衛(wèi)星通信技術(shù)1電磁波譜與移動(dòng)通信電磁波譜與移動(dòng)通信6.5.4 無線與衛(wèi)星通信技術(shù)無線與衛(wèi)星通信技術(shù)2無線通信無線

7、通信頻段劃分頻段劃分頻率范圍頻率范圍低頻（LF）30300kHz中頻（MF）300kHz3MHz高頻（HF）330MHz甚高頻（UHF）30300MHz特高頻（VHF）300MHz3GHz超高頻（SHF）3-30GHz極高頻（EHF）30GHz6.5.4 無線與衛(wèi)星通信技術(shù)無線與衛(wèi)星通信技術(shù)3微波通信微波通信高頻無線電波的傳播路徑6.5.4 無線與衛(wèi)星通信技術(shù)無線與衛(wèi)星通信技術(shù)4蜂窩無線通信蜂窩無線通信v 第一代移動(dòng)通信（模擬方式），語音信息以模擬信號(hào)傳輸v 第二代移動(dòng)通信2G（數(shù)字方式），GSM、TDMA等數(shù)字制式，手機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)v 第三代移動(dòng)通信3G，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)無縫漫游，處理音樂、圖像、視

8、頻、網(wǎng)頁瀏覽，電子商務(wù)活v 第四代移動(dòng)通信4G，高速上網(wǎng)，已經(jīng)商用6.5.4 無線與衛(wèi)星通信技術(shù)無線與衛(wèi)星通信技術(shù)5衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信的工作原理6.6 數(shù)據(jù)傳輸速率的定義與信道速率的極限數(shù)據(jù)傳輸速率的定義與信道速率的極限6.6.1 數(shù)據(jù)傳輸速率的定義數(shù)據(jù)傳輸速率的定義v 數(shù)據(jù)傳輸速率：S=1/T（T 發(fā)送每個(gè)比特所需時(shí)間），網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重要標(biāo)志v 每秒傳輸數(shù)據(jù)代碼比特?cái)?shù)（bit/s，bps）注意幾點(diǎn)：注意幾點(diǎn)：v 指結(jié)點(diǎn)向傳輸介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)速率，即為發(fā)送速率v 計(jì)算速率使用十進(jìn)制，1kbps = 1000bps 1024bps（存儲(chǔ)計(jì)算用二進(jìn)制）v 比特率B（波特）：用于模擬信號(hào)傳輸（每秒載波

9、調(diào)制變化數(shù)，1/s）數(shù)據(jù)傳輸速率S（bps）、波特率B（baud）關(guān)系S = Blog2 k6.6.1 數(shù)據(jù)傳輸速率的定義數(shù)據(jù)傳輸速率的定義波特率（baud）多相調(diào)制的相數(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率（bps）1200二相調(diào)制（k=2）12001200四相調(diào)制（k=4）24001200八相調(diào)制（k=8）36001200十六相調(diào)制（k=16）4800第第9章章 物理層與物理層協(xié)議物理層與物理層協(xié)議6.6.2 信道帶寬與香農(nóng)定理信道帶寬與香農(nóng)定理香農(nóng)定理：香農(nóng)定理：在有隨機(jī)熱噪聲信道中傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，傳輸速率Rmax為：Rmax=Blog2(1+S/N)（bps）B：信道帶寬（Hz）、S/N：信噪比v 香農(nóng)定理給出

10、有限帶寬、有熱噪聲信道的最大傳輸速率極限值v 最大傳輸速率與帶寬之間存在明確關(guān)系，可以用“帶寬”表示“傳輸速率”6.7 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)6.7.1 多路復(fù)用的基本概念多路復(fù)用的基本概念1多路復(fù)用與通信信道多路復(fù)用與通信信道多路復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能6.7.1 多路復(fù)用的基本概念多路復(fù)用的基本概念2多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)1）頻分多路復(fù)用FDM：設(shè)置互不重疊多個(gè)頻率信道，傳輸多路信號(hào)2）波分多路復(fù)用WDM：光纖上復(fù)用多路光載波信號(hào)（光頻分復(fù)用）3）時(shí)分多路復(fù)用TDM：為多個(gè)信道分配互不重疊時(shí)間片，傳輸多路信號(hào)4）碼分多路復(fù)用CDM：3G手機(jī)移動(dòng)通信共享信道方法（CDMA）5）正交頻分多路復(fù)用OFDM：一種特殊的多載波傳輸技術(shù)6.7.2 時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用1時(shí)分多路復(fù)用的分類時(shí)分多路復(fù)用的分類v 同步時(shí)分多路復(fù)用將時(shí)間片預(yù)先分配給各個(gè)信道，時(shí)間片固定不變，各個(gè)信道發(fā)送和接收必須同步v 統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用異步時(shí)分多路復(fù)用，允許動(dòng)態(tài)