【大学课件】本科网络课程讲义:物理层(PPT,62页).ppt
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1、Chapter 3 物理层,3.1数据通信的理论基础 3.2传输介质 3.3电话系统与调制解调 3.4交换技术,3.1数据通信的理论基础,3.1.1 Fourier 级数 任何正常的周期为T的函数g(t)都可以展开成Fourier级数,即,Example: 8 bit的ASCII码“b”的位模式 01100010, an = cos(n/4) -cos(3n/4) + cos(6n/4) -cos(7n/4) /n bn = sin(3n/4) -sin(n/4) + sin(7n/4) -sin(6n/4) /n c = 6/8 The root mean square amplitudes
2、 is (an2+bn2)1/2.,假定比特率为:a比特/秒 则周期T=8/a 秒 f=1/T=a/8 Hz 对于普通话音级线路,截止频率大约为3000 Hz。 即能通过的最高次谐波 nf=3000 n=3000/(a/8)=24000/a,传输速率与信道的带宽成正比 限制信道的带宽就是限制传输速率,3.1.2信道的最大传输速率,Nyquist 定理(有限带宽的无噪声信道) 如果一个任意的信号通过带宽为H的低通滤波器,那么每秒采样2H次就能完整地重现通过该滤波器的信号。 最大数据传输率=2H log2V (b/s) Shannon定理 对任何带宽为H Hz,信噪比为S/N的信道,最大数据传输速
3、率=H log2(1+S/N) (b/s),3.2传输介质,3.2.1双绞线 3.2.2同轴电缆 3.2.3光纤 3.2.4无线传输,3.2.1双绞线 TP(Twisted Pair),由两条相互绝缘的铜线组成,其典型粗细约1mm,两条象螺纹一样绞在一起。 Shielded Twisted Pair(STP) 屏蔽双绞线 Unshielded Twisted Pair(UTP)无屏蔽双绞线 双绞线的传输距离一般为100M,既可传输模拟信号,也可传输数字信号。,Categories of Unshielded Twisted Pair,Type Use Category 1 Voice Only
4、 (Telephone Wire) Category 2 Data to 4 Mbps (LocalTalk) Category 3 Data to 10 Mbps (Ethernet) Category 4 Data to 20 Mbps (16 Mbps Token Ring) Category 5 Data to 100 Mbps (Fast Ethernet) Category 5e Data to 100 Mbps (Fast Ethernet) Category 6 Data to 250 MHz (Gigabit Ethernet?) Category 7 Data to 600
5、 MHz,The EIA/TIA (Electronic Industry Association/Telecommunication Industry Association) has established standards of UTP.,568B:,Connection standard: 568A/568B,STP,3.2.2同轴电缆,基带同轴电缆(Baseband Coax):阻抗匹配为50,用于数字传输,1公里电缆可达12Gbps的传输速率。又分为: 粗缆(Thick):10Base-5,AUI,单段长度500米,最长5段达2.5公里。 细缆(Thin):10Base-2,BN
6、C,单段长度185米,最长5段达925米。 宽带同轴电缆(Broadband Coax):阻抗匹配为75,用于电视信号的模拟传输(CATV),带宽可达800MHz以上,采用FDM技术。传输数字信号时,要使用Cable MODEM这样的特殊设备,现在综合有线电视网络已成为MAN的一种形式。,粗、细同轴电缆的比较,3.2.3光纤,光纤由传导光波的高纯石英玻璃纤维和保护层(jacket)构成,其中纤芯(core)的折射率大于包裹着它的包层(cladding)折射率,这样光信号就被保持在纤芯中不会散播出去。 经常将多根光纤封装在坚固的外壳(sheath)中,形成所谓的多芯光缆。,光发射系统:光源、传输
7、介质、检测器 有两种光源可用于信号源:LED(发光二极管)和ILD(注入型激光二极管)。以光信号的有和无来表示二进制的“1”和“0”。 接收端由光电二极管构成的光检测器将光信号转换成电信号。 光纤的连接: 机械式:快速,一般不需特殊设备,新技术和连接器改善了接合的损耗(有些 0.1 dB),适合于小数量和应急的应用。 熔结:需要昂贵的特殊设备,极低的损耗(有的可达 0.05 dB),长距离链路的唯一方法。,光纤的类型,多模光纤 SI型( Multimode step-index fiber ):the reflective walls of the fiber move the light p
8、ulses to the receiver GI型(Multimode graded-index fiber):acts to refract the light toward the center of the fiber by variations in the density 单模光纤(Single mode fiber) the light is guided down the center of an extremely narrow core,Optical Fiber Transmission Modes,fiber optic multimode step-index,fibe
9、r optic multimode graded-index,fiber optic single mode,Fiber Optic Signals,实际的光纤,3.2.4无线传输,电磁波谱,无线电传输:在LF、MF沿着地面传播;在HF、VHF由电离层反射。 红外线与毫米波传输:不能穿透障碍物,适用于室内 微波传输:能量集中,天线必须对准。 激光传输:不能穿透雨或浓雾。,无线电波,低频LF、中频MF波段电波沿地表传播。而高频HF和甚高频VHF波段的地表电波会被地球吸收,但可通过地球上空的电离层反射实现长距离传输。,红外线与毫米波,有方向性,便宜,穿透能力差,传输距离短。 如:遥控器,防盗报警等
10、,微波传输,在100MHz以上,微波通过抛物状天线把能量集中于一小束,具有极高的信噪比,沿直线实现可视距传输。 在地面因地表弯曲,需中继站接续微波信号,100米高的塔可接续约80公里。 天气和频率的影响可造成多路减弱。 开放的波段:2.4 GHz 2.484 GHz,即工业/科学/医学波段。,Terrestrial Microwave Communications,Satellite Microwave Transmission,地球同步卫星 赤道上方约36000km处 卫星作为空间微波中继站 端-端传输时延250300ms 广播信道 主要卫星波段 C band: 4(下行3.74.2 GHz
11、) - 6(uplink 5.9256.425GHz),问题:拥挤串扰 Ku band: 11(下行11.712.2 GHz) -14(上行14.014.5 GHz),问题:雨水 Ka band: 20(下行17.721.7 GHz) - 30(上行27.530.5GHz),问题雨水,设备造价,低轨卫星,铱星 66颗,卫星高度750km,采用圆形极地轨道,上下行链路运行在L波段(1.6GHz)。,100Mbps光电转换器(光收发器),3COM CoreBuilder 3500 三层交换机,3.3电话系统与调制解调,3.3.1电话系统 3.3.2调制解调 3.3.3 RS-232-C 3.3.4
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