第二章物理层和数据链路层

光纤2
F1
F2
F3
光纤3
棱柱/衍射光栅


共享光纤的光谱
光谱
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第二章 物理层和数据链路层
五、码分复用(CDM) 码分复用是蜂窝移动通信中发展的一种信号处理方式。 码分多址 CDMA(Code Division Multiple Access)。 每1个比特时间划分为 m 个短的间隔(一般m=64或 m=128),码片(chip)。 每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列。 如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。 如发送比特 0，则发送该码片序列二进制反码。 例如，S 站的 8 bit 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)
第二章 物理层和数据链路层
四、物理层下的传输介质
电信领域使用的电磁波的频谱
0 f (Hz) 10
102
104
106 无线电
108
1010
1012
1014
1016
1018
1020
1022
1024 射线
微波
红外线 可见光 紫外线
X射线
4 f (Hz) 10
105 双绞线
106
107 同轴电缆
108
109
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第二章 物理层和数据链路层
§2.2 多路复用与差错控制 一、多路复用原理(课本P44)
f 1 (t )
信号正交化 f 1 ' (t ) 处理单元 1 复 合 信道 信号正交分离 处理单元 n 器 信号正交分离 处理单元 1
f 1 " (t )
f n (t )
信号正交化 处理单元 n
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第二章 物理层和数据链路层
2.信道类型 （1）有线信道和无线信道 （2）模拟信道和数字信道 （3）专用信道和公共信道 （4）物理信道和逻辑信道 （5）前向信道和反向信道 3.信道技术参数 （1）带宽 （2）频带利用率 （3）信道容量
S C Blog 2 1 N C 2Blog2 M
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第二章 物理层和数据链路层
–任一个码片向量和该码片向量自己的归一 化内积都是1 。 –一个码片向量和该码片反码的向量的归一 化内积值是 –1。 –两个不同站的正交码片序列归一化内积是 0。
原理说明(课本P48)
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第二章 物理层和数据链路层
1 发送数据码元序列 A 站码片（8 个） A 站发送信号序列 SA B 站码片（8 个） B 站发送信号序列 SB
发送端 接收端
双向信道
接收端 发送端
(b)半双工通信Hale Waihona Puke Baidu
发送端 接收端
双向信道
接收端 发送端
(c)全双工通信
能否举例说明！
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第二章 物理层和数据链路层
3.同步传输和异步传输(课本P42)
块开始 标 志 数据块 块校验 块结束 序列 标 志
SYN
SYN
» ö Ò ¸ » ò ¶ à ¸ ö SYN× Ö · û
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第二章 物理层和数据链路层
数据通信系统实例
数据通信系统
数字比特流
正文 PC 机
模拟信号 公用电话网
模拟信号
数字比特流
正文
调制解调器
调制解调器 传输系统 传输 系统 目的系统
PC 机
源系统
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
传输介质 双绞线 50Ω 同轴电缆 传输方式 宽带 基带 基带 速率/ 工作频带
≤1Gb/s
传输距离
模拟: 10km 数字: 500m
性能 较好 较好
价格 低 较低
应用 模拟/数字 信号传输 基带数字信 号
10Mb/s
<3km
75Ω 同轴电缆
光纤 微波 卫星
宽带
≤450MHz
100km
较好
较低
模拟电视、 数据及音频
时间片1 时间片2
可用带宽
D
待发数据
统计TDM A1 B1
时间片1
B2
C2
时间片2
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第二章 物理层和数据链路层
四、波分复用(WDM) 波分复用即为频分复用运用于光纤信道，实质就是 光的频分复用(理由？)，与FDM的区别仅在于WDM使用 光复用器和光分用器。 F1

F2 F3 光纤1 共享光纤
Ø Ö ¿ Æ × Ö · û
ý ¾ Ê Ý × Ö · û
Ø Ö ¿ Æ × Ö · û
同步传输(Synchronous Transmission)
异步传输(Asynchronous Transmission)
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第二章 物理层和数据链路层
七、传输形式 1.基带传输 在数字信道上直接传送基带信号的方法称为基带传输。 2.频带传输 对原始基带信号进行调制后送入模拟信道传输，这种 利用模拟信道传输数据信号的方法就是频带传输。 基带与频带举例说明应用？
第二章 物理层和数据链路层
§2.1 基本概念
一、数据通信的定义及特点
1.数据通信的定义
指按照一定的通信协议，将数据以某种信号的方式， 通过数据通信系统来完成数据信息的传输、交换、存储 和处理的过程。 辨析： 信息、数据、信号、数字通信与数据通信。
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第二章 物理层和数据链路层
0
1 t t t
接收信号 SA+SB SB 和 A 站码片序列 归一化内积 SA 和 A 站码片序列 归一化内积
t
t t
归一化内积公式：
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1 m X Y X iYi m i 1
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第二章 物理层和数据链路层
数据码元比特 S 站的码片序列 S 发 送 端
1 m 个码片
b/s
b/s
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第二章 物理层和数据链路层
数字信号通过实际的信道

有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形

失真大，无法识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
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A1 D1
时间片1
时间片2
A2
D2
1
2
3
1
2
时隙号 时隙
MUX
A3
D3
D1
D2
D3
D1
D2
t
复用器 复用后的数据流 原始信号
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数字化信号
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3.统计时分复用(STDM) (课本P46) t1 t2 t3 A B C 同步TDM
带宽浪费
A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
CH3 CH3
f
带宽复用信号
复用器
原带宽
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移频后带宽
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第二章 物理层和数据链路层
三、时分多路复用(TDM) 按照时间参量的差别来分割各路信号。将信道工作 时间划分为周期T，每一周期又再划分为若干时间间隔， 在一个周期内每一路信号占用一个时间间隔（通常称为 时隙）。 1.时分多路复用原理
第二章 物理层和数据链路层
（3）光纤 单芯光缆
多芯光缆
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第二章 物理层和数据链路层
（4）微波
（5）无线电波
两者的区别：无线电波是一个广义的概念， 从含义上讲，无线电波是全向传播，而微波 是定向传播。 （6）红外线
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第二章 物理层和数据链路层

常用传输介质的比较
1010
1011 1012
1013
1014
1015 光纤
1016
卫星
地面微波
调幅 海事 无线电 无线电 波段
调频 移动 无线电 无线电
电视
LF
MF
HF
VHF UHF SHF
EHF THF
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第二章 物理层和数据链路层
（1）双绞线(课本P36)
（2）同轴电缆
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第二章 物理层和数据链路层
（2）可靠性：指接收信息的准确程度，可用错误率（差 错率）来度量。 错误比特数 误比特率（误信率）: Pb 传输总比特数 错误码元数 P 误码元率（误符号率）: s 传输总码元数 二、数据通信系统的模型 数据通信系统是指以计算机为中心，通过通信线路 连接分布在远程的数据终端设备而传输数据信息的通信 系统。 从系统结构来看，数据通信系统主要由数据终端设 备（DTE，Data Terminal Equipment）、数据电路终接 设备（DCE，Data Circuit-terminating Equipment）和 传输信道三个主要部分构成。
f n ' (t )
f n " (t )
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第二章 物理层和数据链路层
二、频分多路复用(FDM) 是指按照频率参量的差别来分割各路信号的。在发 送端使各复用信号的频谱互不重叠，在接收端用滤波器 把各路信号区分开。 (回忆？)
CH1 CH1
CH2
CH2
CH1 CH2 CH3
MUX
终点 输 出 信 息
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第二章 物理层和数据链路层
三、信道及技术参数 1.信道的定义 狭义信道、广义信道
信 源
编 码 器
调 制 器
转 换 器 狭义信道 广义信道（调制信道） 广义信道（编码信道） 传输媒介
转 换 器
解 调 器
译 码 器
信 宿
狭义信道和广义信道(课本P33)
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例1
数据
0
1
0
0
1
0
1
1
(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
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第二章 物理层和数据链路层
六、传输方式 1.并行传输和串行传输
请举例
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2.单工、半双工和全双工通信
发送端 (a)单工通信 单向信道 接收端
远距离高速 数据传输 远程通信 远程通信
基带 宽带 宽带
40Gb/s 4-6GHz 1-10GHz
20km以上 几百km 18000km
很好 好 很好
较高 中等 高
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第二章 物理层和数据链路层
五、数字基带传输编码(课本P40)
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第二章 物理层和数据链路层
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第二章 物理层和数据链路层
第二章 物理层和数据链路层
【教学目标】 1.了解：数据通信基本概念； 2.掌握：传输介质类型及其主要特征； 3.掌握：数据编码类型和基本方法； 4.掌握：差错控制方式和多路复用原理； 5.理解：数据交换方式，熟练掌握分组交换两种形式； 6.了解：常用物理层接口； 7. 掌握两种数据链路层流量控制协议； 8.熟悉：HDLC组成和PPP协议。 【重 点】差错控制方式，数据交换方式，流量控制协议 【难 点】流量控制协议分析，数据编码方法 【教学过程】
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第二章 物理层和数据链路层
数据通信系统模型
数据站 DTE 接口 DCE 数据 输入 输出 设备 数据 电路 终接 设备 数据电路 数据链路 传输信道 DCE 数据 电路 终接 设备 接口 数据站 DTE
传输 控制 器
通信 控制 器
中央 处理 机
数据通信系统模型(课本P32)
结点 3
主机 A 结点 1
比特流 主机 B 结点 2
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第二章 物理层和数据链路层
二、报文交换 基本思想：存储-转发(store-and-forward exchanging)
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第二章 物理层和数据链路层
第二章 物理层和数据链路层
本章主要讨论数据通信的一些基本概念、 原理和技术，物理层和数据链路层相关协议。 §2.1 数据通信基础知识 §2.2 多路复用 §2.3 数据交换 §2.4 物理层 §2.5 数据链路层
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第二章 物理层和数据链路层
2.数据通信的质量指标 （1）有效性：指在给定的信道中单位时间内能传输信息 量的多少，即用传输信息的速率来衡量。 信息速率，也称信息传输速率（或称比特率），用 Rb来标记，它表示单位时间内通过信道的信息量，单位 是比特/秒（b/s或bps）。 码元速率，也称码元传输速率（或称调制速率、波 特率），用Rs标记，它表示单位时间内信道上实际传输 码元个数或脉冲个数（可以是多进制），单位是波特 （Baud）。 1 Rb Rslog2M b/s Baud Rs T
1
0
t t t t
S 站发送的信号 Sx
T 站发送的信号 Tx
总的发送信号 Sx + Tx
接 收 端 归一化内积 S Sx
t t
t
归一化内积 S Tx
CDMA正交原理分析
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第二章 物理层和数据链路层
§2.3 数据交换 数据交换本身不关心传输数据的内容，仅执行交换 的动作，经历电路交换、报文交换、分组交换和快速交 换几个阶段。 一、电路交换(线路交换) (课本P50)