第二章物理层1

2.2 传输介质
有线介质 如：同轴电缆、双绞线、光纤等。 特点：需布线，抗干扰性好

通过空间进行各种形式的传播，如：微波、 红外线、卫星等。 特点：无需布线，抗干扰性差
1、 双绞线 （2）
双绞线（3）


分3类，5类，6类 编码方法

4B5B（含光纤）：发送5个比特，4个作为数据 8B10B：发送10比特，8个作为数据位 4B3T：
三、 无线介质（续3） 蜂窝组网结构
G F G F B A E B A E C D G F C D G F B A E G B A E C D G F C
F
B
D
G F B A E
B A E C D
C D
A
E C D
三、 无线介质（续3）



不同的区群可以有 相同的带宽 相邻小区不能使用相同 的带宽 蜂窝通信不是一窝蜂通信 有章可循的规则：
双绞线（5）

5类线如何实现100mb/s的传输速率


协议：100base Tx 采用2对双绞线，1发，1收 4B5B 编码 32个组合里，取其中的16种作为0——9，A—F 125mb/s的传输速率 等效100mb/s
双绞线（6）

双绞线的接法 确定一个RJ45的方向，选出pin1
香农定理
香农的主要结论是： 带宽为 H 赫兹，信噪比为S/N的任意信道的最 大数据传输率为 最大数据传输率Rb = Hlog2(1 + S/N) (bps)
2.2 传输介质
一、传输介质的分类
磁介质 A. 50cm X 50 cm X 50cm B.1000盘 C. 7GB/盒 D. 带宽Bandwidth=7GB X 1000/ (24X3600) =7X8Gb X 1000/(24X3600） =674Mb/s F. 大于 ATM（622Mb/s）
3、光纤（2）(续2)

光纤波段——波段的范围特性


c= 入 x f f=c/入 df/d入=-c/入2 df=-(c x d入)/入2 ‫ ׀‬df ‫( = ׀‬c x d入)/入2 （光波没有正负） Δf = (c x Δ入)/入2 （把微分的微分小变为实用的范 围——波段——光的带宽） 例如，当入= 1.30um， Δ入=0.17um 时，光在此波段 的带宽Δf 就为30Thz.*
光纤传送模式：MMF、SMF
芯/封套特性 输入电信号 h2 h1 输出电信号
波长 : 850,1300 多束光线以不同的反射角传播 nm
h2 h1 光纤的直径减小 到一个光波波长
多模 MMF
单模 SMF
单束光线沿直线传播
波长: 1300,1550 nm
三、 无线介质
电磁频谱(自学)
无线电传输 长波 短波
2、同轴电缆（2）
连接方式
一般采用多点连接方式。
传输数字信号时， 顶端要加A/D转 换器。*
A. 发送与接收采用不同频道 B. 发送与接收采用不同电缆
3、光纤（1）
不受电磁干扰。 光纤数字通信要通过光收发器 组网方式 点到点：四根线（两根用于保护倒换） 环：两根线（一根用于保护倒换） 光纤集线器
第二章 物理层

主要内容



数据通信的理论基础 传输介质 数据通信技术 交换技术
几个概念的补充



带宽：衡量线路通信能力的量度 宽带，窄带：宽带与窄带是通信领域里不同 的两种业务 线路：传输信号的介质，分为有线和无线 信道：



传送特定信息的渠道 一条线路可以有多个信道 多条线路可以对应一条信道
傅立叶分析 (2)
已知 g(t)，求c, an, bn 1) 将等式两边从０到Ｔ积分可得c c= 2) 用sin(2kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分*，可得an an = 3) 用cos(2kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，可得bn
2 T g (t ) sin( 2nft )dt T 0 2 T g (t )dt T 0
2.1 数据通信的理论基础
一、傅立叶分析 1. 法国数学家傅立叶证明，任何周期为T的 单值函数g(t)，都可以由无限个正弦和余 弦函数之和： g(t) =
an sin( 2nft ) bn cos(2nft ) C/2+ +
n 1 n 1
an, bn 为n次谐波项的正弦和余弦振幅值

3、光纤（2）
目前，在试验室中光纤带宽超过50Tbps；8 2.5 Gbps，8 10 Gbps ，32 10 Gbps的光 纤传输已经实用； 光纤分类：单模光纤和多模光纤 模式（mode）：是一个与很多参数有关的量， 可以简单地理解为偏振方向，单模光纤可以传 输多种波长，但每个波长只能有一种模式。


一个T 为3进制，0，1，2（通过信号幅度）* 发送3个T，其中的16个组合作为4B的数据位

8B6T
双绞线（4）

3类线如何实现100mb/s的传输速率


协议：100base T4 采用3对作为数据传输，一对保留为8B6T 每对上的数据为0，1，2 3对上的组合为27种 取其中的16种作为0——9，A——F 25mb/s的传输速率 等效100mb/s
bn =
2 T g (t ) cos(2nft )dt T 0
傅立叶分析 (3)
二、有限带宽信号 (Bandwidth Limited Signals) A .衡量线路能力的量度为带宽
B. 由于有线路的阻滞和干扰，任何一条通信线路都是 一个低通滤波器。只能允许有限个正弦和有限个余弦 通过，从而造成发送端与接收端信号的不一致。
三、信道的最大数据传输速率
A.尼奎斯特（H. Nyquist）定理： 无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式： 最大数据传输率Rb = 2Hlog2V (bps) Ｈ为信道的有效带宽，V为信号电平的分级。 B.香农（C. Shannon）定理 有噪音的数据传输率公式： 信噪比通常用分贝来表示。 分贝（db）：10log10S/N Ｓ：信号功率， Ｎ：噪声功率
微波传输*
红外线和毫米波*
三、 无线介质（续1）
卫星通信——微波通讯的特例 地球同步卫星 低轨 卫星
移动无线通信 CDMA GPRS 小灵通 大龄童
三、 无线ห้องสมุดไป่ตู้质（续2）
移动通信的基本原理： 频分 通过不同的带宽区分不同的区域 通过相同的带宽在不同的地域复 用 通过不同的带宽区分上行与下行 （发送与接收） 通过不同的带宽区分用户 码分 频率相同 通过码分来区别你我
N=i2 + ij + j2
其中：N为小区的数目 i为沿六边形垂直方向延伸的小区数目 j为向右旋转60度的小区数目 注：ij 互换，则旋转方向互换

3、光纤（2）(续1)

光波传递的衰减性* * 常用的三个波长窗口（光纤波段）



0.85um：衰减（attenuation)大，传输速率和距离 受限制，但价格便宜； 1.30um：衰减小，无色散（dispersion）补偿、功 率放大情况下，最大传40km（最坏情况）； 1.55um：衰减小，无色散补偿、功率放大情况下， 最大传80km（最坏情况）

双绞线对对应RJ45 pin：（1，2）（3， 6）（4，5）（7，8）
两端一致

2、同轴电缆（2）
A 基带传输* B 模拟传输
2、同轴电缆（1）
其结构是一个空心外部导体围裹着一个内部导体。 同轴电缆按阻抗可分为： 75同轴电缆：即CATV电缆。宽带宽 （300~400MHz），适于传输模拟信号，传输距离 可达几十公里。 （通常传递视频信号时6Mhz/频道）* 50同轴电缆：仅用户传输数字信号，传输距离可 达几公里，又可分为：细缆（10Base2）和粗缆 (10Base5）。