第2章 物理层

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以正弦波为代表模拟信号传输距离比较远。
将数字数据进行调制后变换成便于在信道中传输
的、具有较高频率的模拟信号，再将这种信号在
模拟信道中传输的方式也称为频带传输。
数字数据的模拟信号编码，也称为连续波调制。
通过改变正弦载波的振幅、频率或者相位来传输
数字数据。
调制方式：幅移键控、频移键控和相移键控。
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PCM基群
美国和日本采用T1标准的PCM基群。 T1一个TDM帧划分了24个时间片，每个时间片传输8bit。 T1每个TDM帧间有1bit的同步码。 T1标准PCM基群速率 (24*8+1)bit/帧×8k帧/s=1.544Mbps T1标准可以传输24路话音。
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2.2.1 频分复用
频分多路复用技术（FDM）是按照不同的频率来区分信号的
一种方法。 频分多路复用实现简单，实现技术也比较成熟，如：模拟 电视、模拟无线广播、载波电话等。
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ADSL
ADSL就使用了频分多路复用技术。
DSL表示以电话线为传输介质的网络传输技术。 ADSL是一种非对称全双工的DSL技术，所谓非对称是指用
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2.1.1 通信的基本概念
2．数据与信号
数据：信源产生的需要通信系统传输的实体。 信号：数据的电气电磁表现，信道可高效传输的实体。
模拟：可取值的数量无限多的数据或信号。
数字：可取值被限制在有限个数值之内的数据或信号。 调制：将数据进行处理，并加到载波信号上。 解调：从携带数据的已调制信号中恢复数据的过程。 调制解调器
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2.1.2 脉冲编码调制
模拟信号的数字化
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2.1.2 脉冲编码调制
语音数字编码
语音频率一般为300～3400Hz。 根据采样定理，采样频率大于或等于最高频率的两倍。
采样频率定为8000Hz，相当于采样周期T=125μs：
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2.1.3 数字数据的模拟信号编码
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2.1.4 数字数据的数字信号编码
在信道中传输由数字数据直接对应的数字信号的传 输方式就是基带传输。 基带传输不能用于远距离通信。 数字数据的数字信号编码就是要解决数字数据的数 字信号表示问题。 表示二进制数字的码元形式不同，产生的编码方法
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ADSL
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2.2.2 时分复用
时分多路复用技术（TDM）是将信道传输数据的时间划分成
一段段等长的时分复用帧（TDM帧），每个时分复用用户在 每个TDM帧中占用固定序号的时间片使用公共线路。 将一条物理信道按时间片轮流分配给多路信号使用。
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2.3 传输介质
2.3.1 双绞线 2.3.2 同轴电缆 2.3.3 光纤 2.3.4 无线通信
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2.4 综合布线技术
2.4.1 综合布线系统的设计 2.4.2 无屏蔽双绞线的制作与测试 2.4.3 光纤的制作与测试
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分复用技术（DWDM）。
使用EDFA（掺铒光纤放大器）将光信号直接放大传输。 传输的最大距离为600km。
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DWDM
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2.2.4 码分复用
码分多路复用技术（CDM）就是将不同码型的信号复用到一
个信道进行传输的技术。 许多时候人们将CDM等同于码分多址CDMA。 每个站分配一个唯一的m比特码片序列。
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2.1.1 通信的基本概念
3．数据传输
<a>： 模拟数据 <b>：模拟数据 <c>： 数字数据
放大器 调制器 PCM 编码器 模拟信号
数字信号
调制器
模拟信号
<d>： 数字数据
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数字 发送器
数字信号
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2.1.2 脉冲编码调制
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2.1.3 数字数据的模拟信号编码
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2.1.3 数字数据的模拟信号编码
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数字数据常使用多进制（如4进制、16进制等）形式进行
传输，需要载波参数有多种不同的取值。 多进制相移键控（MPSK）就可以使用一个码元传输一个 多进制数据。 4PSK各相位之间的差为90°，是正交的，所以也叫正交相 移键控（QPSK）。 正交振幅调制（QAM）就是一种通过混合QPSK和ASK，实 现多进制数据使用一个码元传输。 16-QAM是最早的一种QAM，16种组合来表示四位十六进 制数。
量化级数通常为128或256，经过量化后，每个采样点用 一个7位或8位的二进制编码来表示。 一个标准的模拟电话转换出的PCM信号的速率是每秒 8000个8位二进制编码，传输速率为64000bps。 64kbps的标准电话交换机已经遍及世界。
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2.1.3 数字数据的模拟信号编码
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2.2.3 波分复用
波分多路复用技术（WDM）就是光的频分多路复用，它是把
不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传输的技术。 一根单模光纤的传输速率一般最大为2.5Gbps。 最早的WDM技术只能在一根光纤上复用两路光载波信号。
现在可以复用80路甚至更多的光信号，这也被称为密集波
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第 2章
物理层
目 录
2.1 数据传输技术
2.1.1 通信的基本概念 2.1.2 脉冲编码调制 2.1.3 数字数据的模拟信号编码 2.1.4 数字数据的数字信号编码
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2.2 多路复用技术
2.2.1Байду номын сангаас频分复用 2.2.2 时分复用 2.2.3 波分复用 2.2.4 码分复用
2.1.1 通信的基本概念
1．通信系统的组成
源系统包括信源和发送器两部分：信源产生要传输的数 据，发送器将数据转换成传输系统可传输的信号。现在
的PC机一般都将发送器内置。
目的系统包括接收器和信宿两部分：接收器将传输系统 传过来的信号转换成信宿可以识别的数据，信宿对接收
的数据进行还原、处理等。
用TDM的方法封装成TDM帧，形成一个PCM基群。 国际上推荐的PCM基群有E1和T1两种标准。 我国和欧洲国家都采用E1标准的PCM基群。 E1的一个TDM帧划分了32时间片，每个时间片传输8bit。 在32个时间片中，有两个时间片分别用于传输帧同步和传 送信令，直接用于通话的时间片为30个，传输30路话音。 E1标准PCM基群速率为32*8bit/帧×8k帧/s＝2.048Mbps。
2.1 数据传输技术
2.1.1 通信的基本概念
现代通信指使用电波或光波传递信息的技术，也简称通 信，如电报、电话、传真等。 通信系统由源系统、传输系统、目的系统三部分组成。
数据 信源 PC 机 发送器
信号 信道
信号
接收器
数据 信宿 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
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SONET/SDH
E1和T1两种标准互不兼容，其高次群(如：4个E1基群可以
复用成一个二次群E2，4个E2可以复用成一个三次群E3， 依次类推)更是难以兼容。 高次群必须要精确同步，也难以实现。 美国在1988年推出了同步光纤网SONET，能够和E1、T1两 种标准兼容。 SONET各网时钟都来自于一个非常精确的铯原子主时钟 ITU-T以SONET为基础，制定了同步数字系列SDH。 SDH以相当于2430个话路的155.52Mbps速率为基群STM-1， 标准已经制定到STM-256，速率约40Gbps。 SDH/SONET就可以将以E1和T1为基群的系统进行互连。
传输系统连接源系统和目的系统，可能是一个复杂的网 络，也可能是一条简单的线路。信息的传输线路也称为 信道。
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2.1.1 通信的基本概念
通信的基本方式
单工通信：信息只能沿着一个方向被传输，如寻呼。 半双工通信：信息交换双向交替进行，如对讲机。
全双工通信：同时进行两个方向的信息传输，如电话。
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2.1.1 通信的基本概念
3．数据传输
模拟数据：指信源所产生的对象是模拟的。现 实生活中的信息大部分都是模拟的。
数字数据：指信源所产生的对象是数字的。计 算机所产生的数据都是数字数据。
模拟信号：数据通过模拟的方式在信道内传输， 信号参数的取值是连续的。 数字信号：数据通过数字的方式在信道内传输， 信号参数的取值是离散的。
群同步：传输的信息被分成若干“群”，每个群的前面
冠以起始位、结束处加上终止位。
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2.2 多路复用技术
多路复用技术可以使多个计算机或终端设备共享信道资源，
这就提高了信道的利用率。 常用的多路复用技术包括频分、时分、波分和码分等几种 类型。
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两个码片序列正交，则：
1 m A B Ai Bi 0 m i 1 1 m 1 m A B Ai Bi Ai Bi 0 m i 1 m i 1
1 m 1 m 2 1 m A A Ai Ai Ai (1)2 1 m i 1 m i 1 m i 1
户线的上行速率与下行速率不同。 ADSL上行速率512k～1Mb/s，下行速率1M～8Mb/s，传输距 离3～5km。 ADSL采用一种叫做DMT（离散多音调）的频分复用技术， 将40kHz以上到1.1MHz的高端频谱划分成多个子信道。 ADSL采用自适应调制技术使用户线传送尽可能高的速率。
1 m 1 m 2 A A Ai Ai Ai 1 m i 1 m i 1
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2.2.4 码分复用
例如：码片分别为1010、1111、0011、1001的四个站A、B、
C、D，在某一时刻它们发送的比特分别为1、0、1、0。设 四个站的码片序列叠加后得到和为S，则：
PCM技术简介
对模拟数据使用数字信号进行传输，可以提高信号的抗 干扰能力，并能对数字化的信号进行加密。
最常用的模拟数据数字信号编码方法是PCM技术，最初 用于话音信号的编码。
PCM是以采样定理为基础的：
若对连续变化的模拟信号进行周期性的采样，只要采样 频率大于或等于有效信号最高频率的两倍，采样值便可 包含原始信号的全部信息。
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2.2.2 时分复用
统计时分复用（异步时分复用）可以提高信道的利用率。 每一个帧中的时间片不再固定分配给某个用户，而是按需
动态地给每个用户分配时间片。 每个时间片中传输用户的地址信息。
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PCM基群
为了有效的利用传输线路，通常将多路电话语音的PCM信号
当要发送1时，就在信道中发送它m比特的码片序列； 当要发送0时，就发送它m比特的码片序列的二进制反码。 同一个CDMA系统中的每一个站分配的码片不但是唯一的，
而且任意两个站的码片还必须要互相正交。
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2.2.4 码分复用
假设向量A、B分别为站A、B的码片序列所对应的向量，若
也不同。
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2.1.4 数字数据的数字信号编码
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2.1.4 数字数据的数字信号编码
同步是基带传输所要面对的一个重要问题。 两种同步方法：位同步和群同步：
位同步：接收端每一位数据都要和发送端同步。上述双
极性归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码都属于 位同步编码。