第二章第二章 物理层物理层n物理层下的传输介质物理层下的传输介质n模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输n同步与复用同步与复用n交换技术交换技术n信道的极限容量信道的极限容量n物理层的功能、模型与特性物理层的功能、模型与特性n物理层标准举例物理层标准举例 物理层是开放系统互联参考模型物理层是开放系统互联参考模型OSI/RMOSI/RM中的最底中的最底层，其作用是尽可能地屏蔽掉计算机网络中的物理设层，其作用是尽可能地屏蔽掉计算机网络中的物理设备、传输媒体和通信手段等的差异。备、传输媒体和通信手段等的差异。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质 传输介质传输介质是指通信中实际传送信息的载体，通常可以分为有线和无线两类。是指通信中实际传送信息的载体，通常可以分为有线和无线两类。 2.1.1 2.1.1 有线传输介质有线传输介质有线传输介质有线传输介质传输信号的性能较好，成本低，易安装和维护，主要适用于短传输信号的性能较好，成本低，易安装和维护，主要适用于短距离通信和架设电缆比较容易的场合。距离通信和架设电缆比较容易的场合。1.1.双绞线双绞线TP(Twist PairTP(Twist Pairwire)wire) 组成：组成：为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相扭绞在一起。扭绞在一起。传输特性：传输特性：模拟传输模拟传输每隔每隔5-65-6公里需加放大器将衰减了的信号放大到合适的量公里需加放大器将衰减了的信号放大到合适的量级；级；数字传输数字传输每隔每隔2-32-3公里需加中继器（转发器）公里需加中继器（转发器）对失真了的信号进行整形。对失真了的信号进行整形。特点：特点：成本低、易维护和安装，带宽较宽，通成本低、易维护和安装，带宽较宽，通信距离通常为几到几十公里，速率达信距离通常为几到几十公里，速率达100-155100-155MbpsMbps。适用：适用：电话系统、微机局域网。电话系统、微机局域网。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质非非屏屏蔽蔽双双绞绞线线1 1类类含含两两个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传输速率仅达到几十输速率仅达到几十KbpsKbps； 具有易具有易弯曲、弯曲、易安装、易安装、重量轻重量轻等优点，等优点，且更加且更加独立和独立和灵活，灵活，适用于适用于综合布综合布线，线， 2 2类类含含四四个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中；个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中； 3 3类类含含四四个电线对，数据传输速率相对个电线对，数据传输速率相对2 2类线要高，可以用于类线要高，可以用于1010MbpsMbps的以的以太网和太网和4 4MbpsMbps的令牌环网；的令牌环网； 4 4类类含含四四个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于1010MbpsMbps的以太网和的以太网和1616MbpsMbps的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰；的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰； 5 5类类含含四四个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传输特性，可以支持输特性，可以支持100100MbpsMbps数据传输速率和如数据传输速率和如ATMATM等快速连网技术；等快速连网技术； 双双绞绞线线 屏屏蔽蔽3 3类类具有较高的数据传输速率和较好的耐腐蚀能力；但由于其费用相对较高，不具有较高的数据传输速率和较好的耐腐蚀能力；但由于其费用相对较高，不易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术，易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术，所以并未真正得到流行。所以并未真正得到流行。 5 5类类 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质2.2.同轴电缆（同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）组成：组成：按同轴形式的一个线对构成。按同轴形式的一个线对构成。分类：分类：按照同轴电缆的按照同轴电缆的直径大小直径大小可将其分为可将其分为 粗缆粗缆适用于较大型的局域网，标准距离长，适用于较大型的局域网，标准距离长， 可靠性高，总体造价高，安装难度大，可靠性高，总体造价高，安装难度大， 但不必切断电缆。但不必切断电缆。 细缆细缆造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。传输特性：传输特性：按照按照特性阻抗数值特性阻抗数值的不同可以分为的不同可以分为 5050基带同轴电缆基带同轴电缆，传输，传输离散离散的数字信号，可以将的数字信号，可以将1010MbpsMbps速率的基带数字速率的基带数字 信号传送信号传送1 1Km-1.2KmKm-1.2Km，广泛应用于局域网中。广泛应用于局域网中。 7575宽带同轴电缆宽带同轴电缆，用于，用于模拟模拟传输系统（也可以传输数字信号，传输时需传输系统（也可以传输数字信号，传输时需 进行进行数模数模- -模数模数的转换），可用的转换），可用FDMFDM技术传输多路信号，覆盖范围广泛，技术传输多路信号，覆盖范围广泛， 远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆。远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质顶端器顶端器顶端器顶端器出电缆出电缆进电缆进电缆因放大器只能单向工作，因此模拟传输系统又可分为因放大器只能单向工作，因此模拟传输系统又可分为双缆系统双缆系统和和单缆系统单缆系统特点：特点：与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率较高，与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率较高， 传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。适用：适用：高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统和短距离高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统和短距离系统连接的通信线路以及局域网中）。系统连接的通信线路以及局域网中）。 3.3.光纤光纤( (fiber)fiber)组成：组成：光导纤维（光导纤维（Optical FiberOptical Fiber）简称光纤，由能传导光波的石英玻璃简称光纤，由能传导光波的石英玻璃 纤维外加低折射率的保护层组成。纤维外加低折射率的保护层组成。传输特性：传输特性：利用光导纤维传递光脉冲来进行利用光导纤维传递光脉冲来进行 的的, ,有光信号为有光信号为1 1，无光信号为，无光信号为0 0，光信号在光，光信号在光 纤中进行纤中进行全反射全反射。 光传输系统光传输系统一般由一般由光源光源、光纤线路光纤线路和和光探测器光探测器组成。组成。光源：光源：采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生出光脉冲；采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生出光脉冲；光纤线路：光纤线路：光脉冲在光纤线路上传送；光脉冲在光纤线路上传送；光探测器：光探测器：利用光电二极管做成光探测器，将检测出的光脉冲还原成电脉冲信号。利用光电二极管做成光探测器，将检测出的光脉冲还原成电脉冲信号。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质光纤的两种基本光纤的两种基本传输模式传输模式： 多模方式：多模方式：可以存在多条满足全反射的入射角不同可以存在多条满足全反射的入射角不同的光线在同一条光纤中传输；的光线在同一条光纤中传输；芯的直径芯的直径约为约为50-10050-100mm，光源可以使用普通的光源可以使用普通的发光二极管发光二极管，数据传输速率受限制。，数据传输速率受限制。 单模方式：单模方式：当光纤的直径减少到一个光的波长左右当光纤的直径减少到一个光的波长左右时，光纤像波导那样使光线一直向前传播而没有折射；时，光纤像波导那样使光线一直向前传播而没有折射；芯的直径芯的直径约为约为8-108-10mm，用价格较贵的用价格较贵的半导体激光器半导体激光器做做光源，衰耗小，效率高，传输距离长。光源，衰耗小，效率高，传输距离长。 特点：特点：传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且质量轻、体积小。质量轻、体积小。 适用：适用：光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。 光缆光缆 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质光纤的连接方法有三种：光纤的连接方法有三种： 将断点接入将断点接入连接头连接头, ,然后插入然后插入连接插座连接插座( (损耗损耗10%-20%10%-20%的光，但重新配置系统较容易的光，但重新配置系统较容易) )； 用用机械方法机械方法将切割好的光纤将切割好的光纤钳钳起来起来( (光的损失大约为光的损失大约为10%)10%)； 使用使用融合融合的方法将光纤的断点处融合在一起的方法将光纤的断点处融合在一起( (光的损耗最小，连接好的光纤和单根光纤差光的损耗最小，连接好的光纤和单根光纤差不多不多) )。 三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互作用！三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互作用！ 绕过这种问题的方法是采用环网。绕过这种问题的方法是采用环网。 接口的结构接口的结构计算机计算机光纤光纤光纤光纤与计算机相连与计算机相连 光发送器光发送器（发光二极管）（发光二极管）信号再生器信号再生器（电信号）（电信号） 光接收器光接收器（光电二极管）（光电二极管）铜线铜线光传播的方向光传播的方向 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质2.1.2 2.1.2 无线传输介质无线传输介质无线传输介质无线传输介质（又称为视线媒体）用自由空间作为传输介质来进行数据通信。（又称为视线媒体）用自由空间作为传输介质来进行数据通信。特点：特点：信号沿直线传播。信号沿直线传播。适用：适用：架设或铺埋电缆或光缆较困难的地方，广泛应用于电话领域构成的蜂窝架设或铺埋电缆或光缆较困难的地方，广泛应用于电话领域构成的蜂窝式无线电话网。式无线电话网。分类：分类：红外通信红外通信、激光通信激光通信和和微波通信微波通信（微波通信又主要有两种方式：微波通信又主要有两种方式：地面微地面微波接力通信波接力通信和和卫星通信卫星通信）。）。1.1.地面微波接力通信地面微波接力通信原理：原理：长距离传输时每隔一段距离就需架中继站，长距离传输时每隔一段距离就需架中继站， 将前一信号放大向后传。将前一信号放大向后传。 适用：适用：微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。优点：优点：频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、见效快、灵活等。频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、见效快、灵活等。缺缺点点：相相邻邻站站间间必必须须直直视视，不不能能有有障障碍碍物物；受受气气候候干干扰扰较较大大、保保密密性性差差、中中继继站站的的使使用与维护问题等。用与维护问题等。 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质2.2.卫星通信卫星通信原理：原理：用位于用位于3600036000KmKm高空的人造同步通信卫星作中继器的一种微波接力通信。高空的人造同步通信卫星作中继器的一种微波接力通信。特点：特点：通信距离远、费用与距离远近无关；具通信距离远、费用与距离远近无关；具 有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。优点：优点：频带很宽，通信容量大，信号受干扰小，频带很宽，通信容量大，信号受干扰小， 通信比较稳定。通信比较稳定。缺点：缺点：保密性较差，造价较高。保密性较差，造价较高。适用：适用：广播电视通信。广播电视通信。3.3.红外线与毫米波红外线与毫米波特点：特点：具有一定的方向性。具有一定的方向性。优点：优点：价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被窃听或截取。价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被窃听或截取。缺点：缺点：不能穿透坚硬的物体。不能穿透坚硬的物体。适用：适用：被广泛应用于被广泛应用于短距离短距离通信，红外线成为室内无线网的主要选择对象。通信，红外线成为室内无线网的主要选择对象。地球地球卫星卫星3586035860KmKm4175641756KmKm1275212752KmKm 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 2.2.1 基本概念、基本术语和数据通信系统基本概念、基本术语和数据通信系统1.1.基本概念和基本术语基本概念和基本术语数据：数据：能够由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。能够由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。分类：分类：模拟数据模拟数据可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音和图像；可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音和图像； 数字数据数字数据只能取离散的数值，如整数、二进制序列只能取离散的数值，如整数、二进制序列 。信号：信号：是数据的具体表现形式。是数据的具体表现形式。分类：分类： 从通信的发送端所产生的信号形式来看从通信的发送端所产生的信号形式来看 模拟信号：模拟信号：在各种介质上传送的连续变化的电磁波。在各种介质上传送的连续变化的电磁波。 数字信号：数字信号：在介质上传送的电压脉冲序列。在介质上传送的电压脉冲序列。 从通信线路上传送的信号来看从通信线路上传送的信号来看 基带信号：基带信号：将数字信号将数字信号1 1或或0 0直接用两种不同的电压来表示，在线路上传输。直接用两种不同的电压来表示，在线路上传输。 宽带信号：宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输信道：信道：一般用来表示某一个方向上传送信息的媒体。一般用来表示某一个方向上传送信息的媒体。分类：分类：传送模拟信号的传送模拟信号的模拟信道模拟信道和传送数字信号的和传送数字信号的数字信道数字信道。信号的传输方式信号的传输方式： 模拟传输模拟传输：将信息在传输介质中以将信息在传输介质中以模拟信号模拟信号传输的传输方式。传输的传输方式。 数字传输数字传输：将信息在传输介质中以：将信息在传输介质中以数字信号数字信号传输的传输方式。传输的传输方式。2.2.数据通信系统数据通信系统数据通信：数据通信：依据通信协依据通信协议，利用数据传输技术在议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数两个功能单元之间传递数据信息的技术，它可以实据信息的技术，它可以实现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。数据通信数据通信电话、电报业务电话、电报业务通信对象通信对象人人- -机、机机、机- -机之间通信机之间通信人人- -人之间通信人之间通信通信信号通信信号具有一定含义的二进制形式具有一定含义的二进制形式的字母、数字和符号的字母、数字和符号连续的语音信号或连续的语音信号或某种意义的报文某种意义的报文通信可靠性通信可靠性误码率要求较高误码率要求较高误码率要求较低误码率要求较低通信复杂性通信复杂性需要严格的协议，控制复杂需要严格的协议，控制复杂控制简单控制简单 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输数据通信系统：数据通信系统：是通过数据电路将分布在原地的远程终端设备如计算机系是通过数据电路将分布在原地的远程终端设备如计算机系 统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。数据通信系统的组成：数据通信系统的组成：主要由主要由远程终端设备远程终端设备、数据电路数据电路、中央计算机系统中央计算机系统三部分组成。三部分组成。数据数据输入输入输出输出设备设备传输传输控制控制器器通信通信控制控制器器主主机机数据数据电路电路端接端接设备设备DCE传输传输信道信道数据数据电路电路端接端接设备设备DCE (DTE)远程终端设备远程终端设备(DTE)中央计算机系统中央计算机系统接口接口接口接口数据电路数据电路数据链路数据链路 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输数据终端设备数据终端设备DTEDTE：由数据输入设备（数据源）、数据输出设备（数据宿）由数据输入设备（数据源）、数据输出设备（数据宿）和传输控制器组成。和传输控制器组成。 数据电路端接设备数据电路端接设备DCEDCE：是是DTEDTE与传输信道的接口设备，在与传输信道的接口设备，在DTEDTE和传输线路之和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接。间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接。 常用的常用的DCEDCE有有调制解调器调制解调器和和数据服务单元数据服务单元。 1.1.远程终端设备：远程终端设备：使用一般终端，具有一定的数据处理能力及发送和接收数据使用一般终端，具有一定的数据处理能力及发送和接收数据的能力，属于数据终端设备的能力，属于数据终端设备DTEDTE。2.2.数据电路：数据电路：由传输信道（传输线路）及两端的数据电路端接设备由传输信道（传输线路）及两端的数据电路端接设备DCEDCE组成，组成，位于远程终端设备和中央计算机之间，为数据通信提供数字传输信道。位于远程终端设备和中央计算机之间，为数据通信提供数字传输信道。 传输信道传输信道包括包括通信线路通信线路和和通信设备通信设备。3.3.中央计算机系统：中央计算机系统：由通信控制器及主机构成由通信控制器及主机构成，也属于，也属于DTEDTE。 通信控制器：通信控制器：是对是对DTEDTE的信号进行差错控制、终端接续控制、传输顺序的信号进行差错控制、终端接续控制、传输顺序控制、切断控制等，同时将线路的信号从并行转成串行或反之。控制、切断控制等，同时将线路的信号从并行转成串行或反之。 主机主机则主要进行数据处理。则主要进行数据处理。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.2.2 2.2.2 模拟传输系统模拟传输系统1.1.模拟数据以模拟信号传输模拟数据以模拟信号传输 传统的电话系统，采用传统的电话系统，采用分级交换分级交换；长途干线采用；长途干线采用频分复用频分复用的传输方式，即所谓的的传输方式，即所谓的载波电话载波电话。2.2.数字数据以模拟信号传输数字数据以模拟信号传输 在模拟信道中进行数字传输，必须先将数字信号转换为模拟信号！在模拟信道中进行数字传输，必须先将数字信号转换为模拟信号！发送的发送的基带信号基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0t接收到的接收到的失真信号失真信号tt取样时刻取样时刻0 1 0 0 1 0 1 0 0还原后还原后的数据的数据出现差错出现差错 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输解决办法：解决办法：选取某一频率的正（余）弦模拟信号作载波信号，运载所要传送的数字选取某一频率的正（余）弦模拟信号作载波信号，运载所要传送的数字信号。信号。 实现的具体方法：实现的具体方法：用要传送的数字信号改变载波的幅值、频率或相位，然后使用要传送的数字信号改变载波的幅值、频率或相位，然后使之在信道上传送，到达信道的另一端再将数字信号从载波上提取出来。之在信道上传送，到达信道的另一端再将数字信号从载波上提取出来。调调制制：将将数数字字信信号号放放到到载载波波上上去去的的过过程程，即即将将数数字字信信号号变变换换模模拟拟信信号号的的过过程程，实现设备称为实现设备称为调制器调制器（ModulatorModulator）；）；解解调调：是是从从载载波波上上提提取取信信号号的的过过程程，即即将将模模拟拟信信号号变变换换为为数数字字信信号号的的过过程程，实现设备称为实现设备称为解调器解调器（DEModulatorDEModulator）。）。调制解调器调制解调器（MODEMMODEM）是既能实现调制又能实现解调的设备。是既能实现调制又能实现解调的设备。工作站工作站A AModemModem工作站工作站B B 数字信号数字信号 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 公用电话网公用电话网 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输1.1.调制方法调制方法调幅（调幅（AMAM）：）：即载波的幅度随数字信号的值改变，也称为即载波的幅度随数字信号的值改变，也称为幅移键控法幅移键控法ASKASK。 特点：特点：技术简单，抗干扰性较差，适合光缆使用。技术简单，抗干扰性较差，适合光缆使用。 调频（调频（FMFM）：）：即载波的频率随数字信号的值改变即载波的频率随数字信号的值改变, , 也称为也称为频移键控法频移键控法FSKFSK。 特点：特点：抗干扰性较高，但抗干扰性较高，但所占频带较宽，是常用的一种所占频带较宽，是常用的一种调制方法。调制方法。调相（调相（PMPM）: :即载波的相位即载波的相位随数字信号的值改变，也称为随数字信号的值改变，也称为相移键控法相移键控法PSKPSK。 特点：特点：抗干扰性较高，抗干扰性较高，数据传输速率高，实现复杂。数据传输速率高，实现复杂。基带信号基带信号010 01 1 10 0调幅调幅调频调频调相调相 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输调相又可以分为：调相又可以分为： 绝对调相：绝对调相：用固定的不同相位分别代表数字信号用固定的不同相位分别代表数字信号1 1和和0 0。 相对（差分）调相：相对（差分）调相：用相对最近前一组位相位的变化来代表数字信号。用相对最近前一组位相位的变化来代表数字信号。 相对调相比绝对调相更易实现，且具有更好的抗干扰性和更高的数据传输速率相对调相比绝对调相更易实现，且具有更好的抗干扰性和更高的数据传输速率。2.2.调制解调器调制解调器按按调调制制方方法法分分可可分分为为：调调频频调调制制解解调调器器、调调相相调调制制解解调调器器和和复复合合调调制制的的调调制制解调器；解调器；按按数数据据率率分分可可分分为为：低低速速调调制制解解调调器器（低低于于600600bpsbps）、中中速速调调制制解解调调器器（600600bps-9600bpsbps-9600bps）和高速调制解调器（高于和高速调制解调器（高于96009600bpsbps）；）；按按拨号方式拨号方式分可分为：分可分为：手动拨号和自动拨号手动拨号和自动拨号；此外此外，还可分为内插和外接式调制解调器等等。还可分为内插和外接式调制解调器等等。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输3.3.数字数据以数数字数据以数字信号传输字信号传输 数字数据可以数字数据可以数字信号传输，数字信号传输，但需对信号进行但需对信号进行编码以编码以提高数据提高数据传输的效率传输的效率和和实实现通信双方的信现通信双方的信号同步号同步。 常用编码常用编码：不不归零码归零码、归零码归零码、曼彻斯特码曼彻斯特码和和差差分曼彻斯特码分曼彻斯特码。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 不归零码不归零码NRZNRZ是是一一种种最最简简单单和和最最原原始始的的编编码码方方式式，可可分分为为单单极极性性不不归归零零码码和和双双极极性性不不归归零零码码。 优优点点：有有效效利利用用了了带带宽宽，简简单单，低低频频相相应应性性能能较较好。好。 缺缺点点：当当连连续续发发 送送 “1”“1”或或“0”“0”时时，难难以以确确定定每每位位的的开开始始或结束。或结束。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 单极性不归零码：单极性不归零码：用用零电压零电压代表代表“0”“0”，用用正电压正电压代表代表“1”“1”，采样时间为每个码，采样时间为每个码元时间的中间点元时间的中间点, ,判决门限为判决门限为半幅度电平半幅度电平。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 双极性不归零码双极性不归零码用用负电压负电压代表代表“0”“0”，用正电压代表用正电压代表“1”“1”，采样时间为每个，采样时间为每个码元时间的中间点，但判决门限为码元时间的中间点，但判决门限为零电平零电平。 不归零码不归零码NRZNRZ是是一一种种最最简简单单和和最最原原始始的的编编码码方方式式，可可分分为为单单极极性性不不归归零零码码和和双双极极性性不不归归零零码码。 优优点点：有有效效利利用用了了带带宽宽，简简单单，低低频频相相应应性性能能较较好。好。 缺缺点点：当当连连续续发发 送送 “1”“1”或或“0”“0”时时，难难以以确确定定每每位位的的开开始始或结束。或结束。单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输 归零码特点：归零码特点：每一个码元脉冲间每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，度比码元间隔短，其采样时间和判决其采样时间和判决门限与不归零码类门限与不归零码类似。似。 归零码优点：归零码优点：接收端可以从收到接收端可以从收到的脉冲间隔中得到的脉冲间隔中得到同步信息同步信息。 归零码缺点：归零码缺点：当出现当出现长时间长时间“0”“0”码码时，同步信号将时，同步信号将会丢失。会丢失。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 单极性归零码：单极性归零码：发送发送“1”“1”信号时发出信号时发出一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，发送发送“0”“0”信号时，则完全不发出任何电信号时，则完全不发出任何电流。流。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 归零码特点：归零码特点：每一个码元脉冲间每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，度比码元间隔短，其采样时间和判决其采样时间和判决门限与不归零码类门限与不归零码类似。似。 归零码优点：归零码优点：接收端可以从收到接收端可以从收到的脉冲间隔中得到的脉冲间隔中得到同步信息同步信息。 归零码缺点：归零码缺点：当出现当出现长时间长时间“0”“0”码码时，同步信号将时，同步信号将会丢失。会丢失。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点 双极性归零码：双极性归零码：发送发送“1”“1”信号时信号时发出一个短于一个码元时间宽度发出一个短于一个码元时间宽度的的正脉冲正脉冲，发送，发送“0”“0”信号时发出短信号时发出短于一个码元时间宽度的于一个码元时间宽度的负脉冲负脉冲，其余时间则不发出任何电流。，其余时间则不发出任何电流。 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输判决门限判决门限 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (a) 单极性不归零码单极性不归零码 位值位值 5V 0V -5V ( (f) f) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码 ( (e) e) 曼彻斯特码曼彻斯特码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 位值位值 5V 0V - 5V判决门限判决门限 (b) 双极性不归零码双极性不归零码 位值位值 10V 5V 0V判决门限判决门限 (c) 单极性归零码单极性归零码 位值位值 5V 0V -5V判决门限判决门限 (d) 双极性归零码双极性归零码1 0 1 1 0 0 1 1时钟时钟 曼彻斯特码：曼彻斯特码：是是自带同步信号的编自带同步信号的编码，常用于局域网码，常用于局域网的传输。的传输。 特点：特点：每一位中每一位中间均有一次跳变，间均有一次跳变，该跳变既作为时钟该跳变既作为时钟信号又作为数据信信号又作为数据信号；号；每位编码的前每位编码的前半位表示数据信号半位表示数据信号的实际取值，后半的实际取值，后半位与之相反。位与之相反。 优点：优点：克服了不克服了不归零码和归零码的归零码和归零码的同步信号丢失问题。同步信号丢失问题。 单击图标显示编码特点单击图标显示编码特点 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输4.4.模拟数据以数字信号传输模拟数据以数字信号传输 数字传输的过程数字传输的过程: : 发送端：发送端：将模拟信号通过将模拟信号通过编码器（编码器（CoderCoder）变换为数字信号。变换为数字信号。 接收端：接收端：将收到的数字信号用将收到的数字信号用解码器（解码器（DecoderDecoder）还原成模拟信号。还原成模拟信号。 编码解码器编码解码器( (Codec):Codec):既有编码功能又有解码功能的装置。既有编码功能又有解码功能的装置。 脉脉码码调调制制技技术术( (Pulse Pulse Code Code Modulation-Modulation-PCMPCM) )：将将模模拟拟信信号号转转变变成成数数字字信信号号的技术，常用于对声音信号进行处理。的技术，常用于对声音信号进行处理。 脉码调制过程的三个脉码调制过程的三个步骤步骤：采样采样、量化量化和和编码编码。工作站工作站A编码编码解码器解码器工作站工作站B数字信号数字信号模拟信号模拟信号公用数据网公用数据网模拟信号模拟信号编码编码解码器解码器 第二节第二节 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输1.1.采样：采样：按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。 采采样样定定理理：只只要要采采样样频频率率不不低低于于模模拟拟信信号号最最高高频频率率的的2 2倍倍，就就可可以以从从采采样样脉冲信号无失真的恢复出原来的模拟信号。脉冲信号无失真的恢复出原来的模拟信号。2.2.量化：量化：将采样点测得的信号幅值分级取整的过程。将采样点测得的信号幅值分级取整的过程。 经过量化后的样本经过量化后的样本幅度为离散的整数值，幅度为离散的整数值，而不是连续的值。而不是连续的值。3.3.编码：编码：用相应位数的用相应位数的二进制码表示已经量化二进制码表示已经量化的采样样本的量级。的采样样本的量级。 如果有如果有N N个量化级，个量化级，则二进制位的位数为则二进制位的位数为loglog2 2N N。 3.01.46.21.32.85.94T( (B)B)抽样抽样( (A)A)原来信号原来信号( (C)C)量化及编码量化及编码31613640 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 第三节第三节 同步与复用同步与复用（b）带应答信号的形式带应答信号的形式发送设备发送设备传输信道传输信道接收设备接收设备AB信息信息（a）基本形式基本形式AB信息信息监测信号监测信号发送设备发送设备传输信道传输信道接收设备接收设备2.3.1 2.3.1 数据通信方式数据通信方式按照信号在信道或传输介质中的传输方向分为：按照信号在信道或传输介质中的传输方向分为：1.1.单工通信单工通信( (simplex)simplex)：数据总是沿信道的一个固定方向传送数据总是沿信道的一个固定方向传送( (如如广播、电视广播、电视) )。 数据是单工的，信号是双工的数据是单工的，信号是双工的 单击此处显示信息传输过程单击此处显示信息传输过程 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.2.半双工通信：半双工通信：信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限于在一个方向信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限于在一个方向传输。传输。 通信的双方通信的双方轮流轮流使用使用共享信道共享信道发送发送信息信息或或应答信号应答信号。单击此处显示信息传递过程单击此处显示信息传递过程信息信息传输信道传输信道AA发送设备发送设备接收设备接收设备接收设备接收设备B发送设备发送设备B 第三节第三节 同步与复用同步与复用3.3.全双工通信：全双工通信：数据能数据能同时同时沿信道的两个方向传输，即通信的一方在发送信息沿信道的两个方向传输，即通信的一方在发送信息的同时也能接收信息，其收、发信道分开设置，应答信号通常可利用另一的同时也能接收信息，其收、发信道分开设置，应答信号通常可利用另一传输信道传送。传输信道传送。四线制：四线制：采用采用两个单工两个单工通信设备完成全双工通信；通信设备完成全双工通信；二线制：二线制：采用采用频分多路复用频分多路复用技术，将一条线路分成高频和低频两条信道。技术，将一条线路分成高频和低频两条信道。单击此处显示信息传递过程单击此处显示信息传递过程信息信息传输信道传输信道发送设备发送设备A接收设备接收设备A接收设备接收设备B发送设备发送设备B传输信道传输信道 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.3.2 2.3.2 同步技术同步技术 同步：同步：通信双方的收发数据序列必须在时间上一致，以使接收方能准确地区通信双方的收发数据序列必须在时间上一致，以使接收方能准确地区分和接收发送方发来数据。分和接收发送方发来数据。 同步方式同步方式：同步传输、异步传输。：同步传输、异步传输。1.1.异步传输（起异步传输（起止式同步方式）止式同步方式） 异步传输：异步传输：发送端和接收端的时发送端和接收端的时钟信号是各自独立的。钟信号是各自独立的。 特点：特点：信息以信息以字符字符为单位传输。为单位传输。 字符组成：字符组成： 1 1位起始位位起始位 5-85-8位数据位位数据位 0-10-1位奇位奇/ /偶校验位偶校验位 1-21-2位停止位位停止位 优点：优点：无需统一的时钟信号，出错只需重发该字符即可，且控制简单。无需统一的时钟信号，出错只需重发该字符即可，且控制简单。 缺点：缺点：传输效率低、速度慢。传输效率低、速度慢。 适合：适合：终端误码率要求高或数据率低的线路中。终端误码率要求高或数据率低的线路中。1 1 1 1 0 0 0 10 0 1 0 0 1 1 0停止位停止位 线路空闲线路空闲停止位停止位起始位起始位校验位校验位起始位起始位校验位校验位 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.2.同步传输同步传输 同步传输：同步传输：发送端和接收端的时钟是一致（同步）的。发送端和接收端的时钟是一致（同步）的。 实现方法：实现方法：自同步法、外同步法。自同步法、外同步法。 自同步法：自同步法：从数据信息波形的本身提取同步信号（如曼彻斯特码、差分曼从数据信息波形的本身提取同步信号（如曼彻斯特码、差分曼 彻斯特码）。彻斯特码）。 外同步法：外同步法：不是在每个字符进行同步，而是在一组数据信息前后进行同步。不是在每个字符进行同步，而是在一组数据信息前后进行同步。 又可分为又可分为面向字符的同步方式面向字符的同步方式和和面向位的同步方式面向位的同步方式。 特点：特点：接收端靠提取其中的时钟信号来和发送方保持同步；每帧的控制信息接收端靠提取其中的时钟信号来和发送方保持同步；每帧的控制信息 常少于常少于100100比特。比特。 优点：优点：对于大块的数据，可获得更高的效率和速率。对于大块的数据，可获得更高的效率和速率。 缺点：缺点：若数据有一位出错，必须重发整块数据，且控制比较复杂。若数据有一位出错，必须重发整块数据，且控制比较复杂。 第三节第三节 同步与复用同步与复用 面向字符的同步方式：面向字符的同步方式：数据传输以数据传输以字符串字符串为单位，发送端在发送数据信息前，为单位，发送端在发送数据信息前，先向接收端发出一个或多个先向接收端发出一个或多个同步字符同步字符SYNSYN( (编码为编码为00101000) 00101000) 。 面向位的同步方式：面向位的同步方式：数据传输以数据传输以数据块数据块为单位，发送端在要发送的数据块的为单位，发送端在要发送的数据块的前后加上前后加上同步位模式同步位模式F F标志标志( (编码为编码为0111111001111110）。）。 插插0 0删删0 0技术技术SYN SYN 一个或多个一个或多个SYNSYN字符字符 控制字符控制字符 数据字符数据字符 控制字符控制字符 F 8 8比特标志比特标志 控制字符控制字符 数据字符数据字符 控制字符控制字符 8 8比特标志比特标志F 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.3.3 2.3.3 多路复用技术多路复用技术 多路复用技术：多路复用技术：通过通过多路复用器多路复用器将多路信号将多路信号组合组合在一条物理信道上传输，到在一条物理信道上传输，到接收端再用接收端再用多路译码器多路译码器将各路信号将各路信号分离分离开输出，从而大大降低通信成本，提开输出，从而大大降低通信成本，提高通信线路的利用率。高通信线路的利用率。1.1.频分多路复用频分多路复用FDMA(Frequency Division Multiplexing Access)FDMA(Frequency Division Multiplexing Access) 信号的频谱信号的频谱：信号的能量随频率的分布规律。：信号的能量随频率的分布规律。 信号的带宽信号的带宽：信号频谱中能量集中的区域。：信号频谱中能量集中的区域。 多多 路路 复用器复用器 多多 路路 译码器译码器n n个输入个输入n n个输出个输出 1 1条链路，条链路，n n个信道个信道 第三节第三节 同步与复用同步与复用 原理：原理：在信道带宽大于各路信号在信道带宽大于各路信号总带宽时，将具有一定带宽的信道总带宽时，将具有一定带宽的信道分割成若干个占有较小带宽的子信分割成若干个占有较小带宽的子信道，使每个子信道用来传输一路信道，使每个子信道用来传输一路信号；为保证各路信号的频谱不重叠，号；为保证各路信号的频谱不重叠，在复用前需通过在复用前需通过频谱搬移频谱搬移技术。技术。 适合：适合：较适用于传输较适用于传输模拟信号模拟信号。 优点：优点：原理简单，技术成熟，系统效率较高，可充分利用信道的频带原理简单，技术成熟，系统效率较高，可充分利用信道的频带。 缺点：缺点：各路信号之间容易产生串扰。各路信号之间容易产生串扰。 使用使用要求：要求：一、复用频谱之间有足够大的保护间隔；一、复用频谱之间有足够大的保护间隔； 二、调制系统具有很高的线性滤波功能。二、调制系统具有很高的线性滤波功能。 CCITTCCITT标标准准是是将将1212条条4 4KHzKHz的的话话音音信信道道复复用用在在60-10860-108KHzKHz的的频频带带上上（1212条条话话路路构构成成一一个个基群基群，5 5个基群组成一个个基群组成一个超群超群，5 5个超群组成一个个超群组成一个主群）主群）。 MUXDEMUX 1号信道号信道 1 1 2号信道号信道 2 2 6号信道号信道 6 6126126输入输入输出输出保护频带保护频带 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.2.时分多路复用时分多路复用TDMA(Time Division Multiplexing Access)TDMA(Time Division Multiplexing Access) 原理：原理：当信道能达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以当信道能达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的将使用信道的时间分成一个个的时间片时间片，按一定规则将这些时间片分配给各，按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占独占信道进行传输。信道进行传输。 (1).(1).同步时分多路复用同步时分多路复用 原理：原理：分配给每个终端数据源的时间分配给每个终端数据源的时间片是片是固定的固定的，不管该终端是否有数据发，不管该终端是否有数据发送，其时间片都不能被其它终端占用。送，其时间片都不能被其它终端占用。 特点：特点：复用同一信道的各个信号源所复用同一信道的各个信号源所分配的时隙随固定但分配的时隙随固定但可以不相等可以不相等。 优点：优点：控制简单。控制简单。 缺点：缺点：不能充分利用信道。不能充分利用信道。 适用：适用：主要用于主要用于电话系统电话系统中。中。MUX输入输入DEMUX输出输出时时隙隙1时时隙隙2时时隙隙6时时隙隙1时时隙隙2 第三节第三节 同步与复用同步与复用 典例典例- -T1T1信道：信道：利用利用PCMPCM和和TDMTDM技术，使技术，使2424路话音信号分时复用一个信道。路话音信号分时复用一个信道。 实现：实现： 每路话音信号的每路话音信号的带宽是带宽是34003400HzHz，根据根据采样定理采样定理，在发送端以，在发送端以每秒每秒80008000次次的的 速率依次对每路声音信号进行采样，采样值送入速率依次对每路声音信号进行采样，采样值送入编码解码器编码解码器； 每个采样值被编码成每个采样值被编码成7 7比特数字信号比特数字信号，再加上，再加上1 1比特控制信号比特控制信号，插入信道；，插入信道； 2424路路信号的一次采样值信号的一次采样值组成一帧组成一帧，另外加上便于帧同步的，另外加上便于帧同步的1 1个帧同步比特个帧同步比特； 于是一帧共有于是一帧共有(7+1)24+1(7+1)24+1193193比特比特； 每秒传输每秒传输80008000帧，因而总的帧，因而总的数据速率为数据速率为193800019380001.5441.544MbpsMbps。 T1T1信道广泛用于信道广泛用于北美北美和和日本日本的电话系统中。的电话系统中。C1C2 C247个数据位个数据位第第8位是控制信号位是控制信号第第193位是位是帧同步比特帧同步比特193位（位（125s）帧帧 第三节第三节 同步与复用同步与复用2.2.异步时分多路复用异步时分多路复用 又称为又称为异步异步TDMATDMA、统计时分多路复用统计时分多路复用、智能时分多路复用智能时分多路复用。 原原理理：允允许许动动态态的的按按需需分分配配时时间间片片，需需要要发发送送数数据据的的终终端端须须提提出出申申请请才才能能获获得所需的时间片，否则时间片可以被其它终端占用。得所需的时间片，否则时间片可以被其它终端占用。 特点：特点：可以有可以有n n个信息源，个信息源，k k个个可用的时隙（可用的时隙（knkn），），且输出数且输出数据速率比输入数据速率要小。据速率比输入数据速率要小。 优点：优点：可以充分利用信道。可以充分利用信道。 缺点：缺点：控制较为复杂控制较为复杂( (当输入超当输入超过容量高峰时，需在复用器上加设缓冲过容量高峰时，需在复用器上加设缓冲器，以容纳临时超出的输入数据器，以容纳临时超出的输入数据) )。 适用：适用：主要用于主要用于计算机网络计算机网络中。中。 A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2第第1帧帧第第2帧帧（A）同步同步TDM数据数据第第2帧帧（B）异步异步TDMA1 B1 B2 C1第第1帧帧地址地址 t0 t1 t2 t3复用链路复用链路用户终端用户终端A用户终端用户终端B用户终端用户终端C用户终端用户终端D 第三节第三节 同步与复用同步与复用 典例典例- -E1E1信道：信道：利用利用PCMPCM和和TDMTDM技术，使技术，使3030路话音信号分时复用一个信道。路话音信号分时复用一个信道。 实现：实现： 将信道的使用时间划分为将信道的使用时间划分为3232个时隙，其中个时隙，其中3030个时隙用于传用户的话个时隙用于传用户的话 音信号，音信号，1 1个时隙用作帧同步，还有个时隙用作帧同步，还有1 1个用于传输信令；个用于传输信令； 每个时隙传送每个时隙传送8 8比特比特二进制位，二进制位，采样频率采样频率也是也是80008000次秒次秒； 总的总的数据速率数据速率是是8328000=8328000=2.0482.048MbpsMbps。 E1E1信道用于信道用于欧洲欧洲和和我国我国的电话系统中。的电话系统中。 CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH0CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 8 bitbit125125s s帧同步字段帧同步字段 15 15个话路个话路 信令字段信令字段 15 15个话路个话路 第三节第三节 同步与复用同步与复用3.3.波分多路复用波分多路复用WDMA(Wavelength Division Multiplexing Access)WDMA(Wavelength Division Multiplexing Access) 是计算机网络今后的主要通信传输复用技术之一是计算机网络今后的主要通信传输复用技术之一 原理：原理：类似于类似于FDMAFDMA，为了能同时进行多路传输，需要将信道的带宽划分多个为了能同时进行多路传输，需要将信道的带宽划分多个波段，是将波段，是将FDMAFDMA应用于应用于全光纤网全光纤网组成的通信系统中。组成的通信系统中。 实现：实现：不同的信源使用不同波长不同的信源使用不同波长( (频率频率) )的光波来传送数据，各路的光波来传送数据，各路光波经过一个棱镜光波经过一个棱镜( (或衍射光栅或衍射光栅) )合成一个光束在光纤干道上传输，合成一个光束在光纤干道上传输，在接收端利用相同的设备将各路在接收端利用相同的设备将各路光波分开光波分开。 目前目前1010GbpsGbps的光纤传输线路已实用化，的光纤传输线路已实用化，按一个话路按一个话路6464KbpsKbps计算，在一条光纤上计算，在一条光纤上能同时传送能同时传送156250156250个话路。个话路。能能量量光光 纤纤 1 1光光 谱谱光光 纤纤 2 光光 谱谱共共 享享 光光 纤纤 上上 的的 光光 谱谱能能量量能能量量棱棱 柱柱 或或 衍衍 射射 光光 栅栅光光纤纤1光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤4共共 享享光光 纤纤 第三节第三节 同步与复用同步与复用4.4.码分多路复用码分多路复用CDMA(Coding Division Multiplexing Access)CDMA(Coding Division Multiplexing Access) 特点：特点：允许所有站在同一时间使用整个信道进行数据传送。允许所有站在同一时间使用整个信道进行数据传送。 原理：原理：每个比特时间再分成每个比特时间再分成m m个码片个码片； 每个站分配一个每个站分配一个唯一的唯一的m m比特码序列比特码序列； 当某个站欲发送当某个站欲发送“1”“1”时，就在信道中发送它的时，就在信道中发送它的码序列；码序列； 当欲发送当欲发送“0”“0”时，就发送它的时，就发送它的码序列的反码；码序列的反码； 当两个或多个站当两个或多个站同时发送时同时发送时，各路数据在信道中被，各路数据在信道中被线性相加线性相加。 码序列的性质：码序列的性质：不同的码序列之间是相互不同的码序列之间是相互正交正交的。的。 例如：例如：用用S S和和T T分别表示两个不同的码序列，用分别表示两个不同的码序列，用S S和和T T表示各自码序列的反码，那么应表示各自码序列的反码，那么应 有如下关系式：有如下关系式：STST0 0，STST0 0，SSSS1 1和和SSSS-1-1。当某个站想要接收当某个站想要接收站站X X发发 送的数据时，它首先必须知道送的数据时，它首先必须知道X X的的码序列码序列( (设为设为S)S)；假如从信道中收到的假如从信道中收到的和矢和矢 量为量为P P，那么通过计算那么通过计算SPSP的值就可以提取出的值就可以提取出X X发送的数据，如发送的数据，如SP=0SP=0表示表示X X没没有有 发送数据，发送数据，SPSP1 1表示表示X X发送了发送了“1”“1”，SPSP-1-1表示表示X X发送了发送了“0”“0”。第四节第四节 交换技术交换技术 交换交换: :在网络中两个相距很远的设备间必须通过中间节点来进行通信的技术。在网络中两个相距很远的设备间必须通过中间节点来进行通信的技术。 典型的交换技术：典型的交换技术：2.4.1 2.4.1 电路交换（电路交换（Circuit SwitchingCircuit Switching） 原理：原理：通过呼叫（拨号）在通信的双方之间通过呼叫（拨号）在通信的双方之间建立建立起一条传输信息的实际的物起一条传输信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信双方理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信双方独占独占而不能被其它而不能被其它站使用，直到数据传输结束。站使用，直到数据传输结束。 包括包括建立电路建立电路、传输数据传输数据和和电路拆除电路拆除三个阶段。三个阶段。 特点：特点：通信双方形成一条专用物理通路。通信双方形成一条专用物理通路。 单击此处显示信息传递过程单击此处显示信息传递过程 优点：优点：数据传输可靠、速度快，且按序传送。数据传输可靠、速度快，且按序传送。 缺点：缺点：线路利用率低；电路建立和拆除的时间较长，通信量较小时，为建立线路利用率低；电路建立和拆除的时间较长，通信量较小时，为建立和拆除电路所花费的时间得不偿失。和拆除电路所花费的时间得不偿失。 适用：适用：实时通信、语音通信或系统间要求高质量、大数据量的数据传输。实时通信、语音通信或系统间要求高质量、大数据量的数据传输。 报文交换报文交换分组交换分组交换电路交换电路交换存储转发交换存储转发交换第四节第四节 交换技术交换技术2.4.2 2.4.2 报文交换报文交换 原理：原理：以以报文报文为数据传输单位，将报文连同目的地址等辅助信息采用为数据传输单位，将报文连同目的地址等辅助信息采用“存储存储转发转发”交换技术向前转发。交换技术向前转发。 特点：特点：无需建立专用通道。无需建立专用通道。 优点：优点：一、一、无需建立专用通道，传送的报文可无需建立专用通道，传送的报文可分时共享分时共享通路，从而提高线路利用率；通路，从而提高线路利用率； 二、二、可以进行不同速率、不同码型的交换，从而可以进行不同速率、不同码型的交换，从而实现不同种类的终端间的数据传送；实现不同种类的终端间的数据传送； 三、三、可实现把一个报文送到多个目的站点。可实现把一个报文送到多个目的站点。 缺点缺点: :一、报文不按顺序到达；一、报文不按顺序到达； 二、延迟时间较长二、延迟时间较长, ,为为“报文接收时间排队等待时间报文转发时间报文接收时间排队等待时间报文转发时间”； 三、中间节点须具备很大的存储空间，且大报文从外存调入内存增加了延迟时间；三、中间节点须具备很大的存储空间，且大报文从外存调入内存增加了延迟时间； 四、大报文长时间占用线路进行传输，增加了其他小报文在网络中的延迟时间；四、大报文长时间占用线路进行传输，增加了其他小报文在网络中的延迟时间； 五、大报文出错率较高而引起频繁的重发，影响传输效率。五、大报文出错率较高而引起频繁的重发，影响传输效率。 适用：适用：电报、电子邮件等非实时系统电报、电子邮件等非实时系统。单击此处显示数据传输过程单击此处显示数据传输过程第四节第四节 交换技术交换技术2.4.3 2.4.3 分组交换分组交换 分组：分组：将较长的报文分割成若干个一定长度（等长）的段，每段加上交换时将较长的报文分割成若干个一定长度（等长）的段，每段加上交换时所需的地址信息、差错校验信息，按规定格式构成的数据单元。所需的地址信息、差错校验信息，按规定格式构成的数据单元。 基本思想：基本思想：限制信息的长度，以分组为单位进行存储转发，在接收端再将各限制信息的长度，以分组为单位进行存储转发，在接收端再将各分组重新组装成一个完整的报文。分组重新组装成一个完整的报文。 优点：优点：缩短报文整体传播时间，出错重发率降低，提高了传输效率。缩短报文整体传播时间，出错重发率降低，提高了传输效率。 缺点：缺点：实现复杂。实现复杂。 适合：适合：计算机间联网通信，是目前数据网络中最广泛使用的一种交换技术。计算机间联网通信，是目前数据网络中最广泛使用的一种交换技术。1.1.虚电路分组交换虚电路分组交换 特点：特点：分组传送前在发送站和接收站间建立一条分组传送前在发送站和接收站间建立一条逻辑电路逻辑电路。 优优点点：数数据据传传送送前前仅仅作作一一次次路路由由选选择择；数数据据传传送送时时不不需需目目的的地地址址减减少少了了分分组组长度，节省通信处理时间等长度，节省通信处理时间等额外的开销额外的开销；保证每个分组；保证每个分组正确有序正确有序的到达。的到达。 缺点：缺点：当某个节点出故障时，沿途经过的虚电路瘫痪。当某个节点出故障时，沿途经过的虚电路瘫痪。 适合：适合：系统之间长时间的数据交换。系统之间长时间的数据交换。 第四节第四节 交换技术交换技术2.2.数据报分组交换数据报分组交换 数据报数据报: :指每个独立处理的报文分组。指每个独立处理的报文分组。 特点：特点：没有建立连接没有建立连接的过程；以的过程；以数据报数据报为信息单元来处理；接收节点根据网为信息单元来处理；接收节点根据网络中的实际情况等来络中的实际情况等来选择路由选择路由；每个数据报经过的路径可能不同，到达时；每个数据报经过的路径可能不同，到达时可能可能不按序不按序，甚至有的，甚至有的数据报可能会丢失数据报可能会丢失。 优点：优点：传输传输少数少数分组时速度分组时速度更快、灵活更快、灵活；且；且传输较为可靠传输较为可靠，当某个节点出故当某个节点出故障而失效，报文分组还可以通过其它路径进行传送。障而失效，报文分组还可以通过其它路径进行传送。 缺点：缺点：分组不按序到达，不能及时发现分组丢失。分组不按序到达，不能及时发现分组丢失。2.4.4 2.4.4 交换方式的选择与比较交换方式的选择与比较（a a）电路交换：电路交换：先建立到终点间的连接，连接建立后，则无需路由选择，故先建立到终点间的连接，连接建立后，则无需路由选择，故无显著的延迟等待时间无显著的延迟等待时间。（b b）报文交换：报文交换：无需建立呼叫连接，但整个报文必须在节点开始重发前全部无需建立呼叫连接，但整个报文必须在节点开始重发前全部收到，且每次传送需重新选择路由，故收到，且每次传送需重新选择路由，故整个延迟比电路交换整个延迟比电路交换长。长。单击此处显示数据传输过程单击此处显示数据传输过程第四节第四节 交换技术交换技术（c c）虚电路分组交换：虚电路分组交换：申请虚拟连接，且分组申请虚拟连接，且分组到达每个节点都需要排到达每个节点都需要排队等待，故该方式不太队等待，故该方式不太适于实时的数据通信。适于实时的数据通信。（d d）数据报分组交换：数据报分组交换：每个分组一到达各节点每个分组一到达各节点就可排队等待空闲时传就可排队等待空闲时传输，不用等待整个报文，输，不用等待整个报文，故明显快于报文交换。故明显快于报文交换。PKT1PKT2PKT3PKT1PKT2PKT3PKT1PKT2PKT3 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4呼叫呼叫接受接受分组分组呼叫呼叫请求请求分组分组PKT1PKT2PKT3PKT1PKT2PKT3PKT1PKT2PKT3呼叫呼叫请求请求分组分组回复回复信号信号报文报文报文报文报文报文呼叫呼叫请求请求分组分组传输延迟传输延迟处理延迟处理延迟链路链路 链路链路 链路链路回复回复分组分组节点节点( (a)a)电路交换电路交换 ( (b)b)报文交换报文交换 ( (c)c)虚拟电路虚拟电路 ( (d)d)数据报数据报 分组交换分组交换 分组交换分组交换第四节第四节 交换技术交换技术由表可知由表可知分组交换分组交换适于报文适于报文短短的数据通信；的数据通信；电路交换电路交换适于报文长且数据量适于报文长且数据量大大的数据通信。的数据通信。 方式方式项目项目 电路交换电路交换 报文交换报文交换 分组交换分组交换 持续时间持续时间 较长较长 较短较短 较短较短 信道传输时延信道传输时延 时延短偏差小时延短偏差小 时延长偏差大时延长偏差大 时延长偏差大时延长偏差大 传输质量传输质量 1010-7-7 1010-9-9-10-10-10-10 1010-11-11-10-10-14-14 数据可靠性数据可靠性 一般一般 较高较高 高高 电路利用率电路利用率 低低 高高高高异种终端相互通信异种终端相互通信 不可以不可以 可以可以 可以可以 实时会话业务实时会话业务 适用适用 不适用不适用 适用适用 数据交换为主的业务数据交换为主的业务 不适用不适用适用适用适用适用数字传真、可视图文业务数字传真、可视图文业务 不适用不适用不适用不适用适用适用实时多功能通信实时多功能通信 不可以不可以 可以可以 可以可以 第五节第五节 信道的极限容量信道的极限容量 2.5.1 2.5.1 数据传输速率数据传输速率 数据传输速率数据传输速率是衡量系统传输能力的主要指标。是衡量系统传输能力的主要指标。 通常有以下三种定义：通常有以下三种定义：调制速率调制速率、数据传输速率数据传输速率和和数据传送速率数据传送速率。 1.1.调制速率调制速率 N NBd Bd ( (波特率、符号速率、码元速率波特率、符号速率、码元速率) ) 定义：定义：每秒种发送的信号码元的个数，单位为每秒种发送的信号码元的个数，单位为波特波特( (BaudBaud、Bd)Bd)。 如果信号码元的持续时间为如果信号码元的持续时间为T T秒，即信号脉冲的周期为秒，即信号脉冲的周期为T T秒，则调制速率为秒，则调制速率为N NBd Bd = 1= 1T (Bd)T (Bd) 例如：例如：T=83310T=83310-6-6秒，则调制速率为：秒，则调制速率为：N NBd Bd = 1= 1T = 1/(83310T = 1/(83310-6-6) 1200 Bd) 1200 Bd 第五节第五节 信道的极限容量信道的极限容量 2.2.数据传输速率数据传输速率 R R ( (比特率比特率) ) 定定义义：每每秒秒种种传传输输的的二二进进制制位位的的个个数数，单单位位为为比比特特秒秒( (记记作作b/sb/s或或bps)bps)、千千比特秒比特秒( (记作记作Kb/sKb/s或或Kbps)Kbps)，兆比特秒兆比特秒( (记作记作Mb/sMb/s或或Mbps)Mbps)。 码码元元的的不不同同状状态态：指指在在数数字字传传输输系系统统中中用用来来携携带带数数据据信信息息的的码码元元的的某某些些特特征征（如幅值、相位等）的不同组合情况，其中每种状态可以用来表示一个数。（如幅值、相位等）的不同组合情况，其中每种状态可以用来表示一个数。 数数据据传传输输速速率率和和调调制制速速率率间间的的关关系系：若若某某数数字字传传输输系系统统的的码码元元状状态态数数为为M M，也称数据信号为也称数据信号为M M电平或电平或M M进制，则该系统中两速率间的关系为：进制，则该系统中两速率间的关系为：R= NR= NBdBdloglog2 2M (bps)M (bps) 当当M=2M=2时，时，R=NR=NBdBd，即比特率在数值上等于波特率。即比特率在数值上等于波特率。 在研究在研究传输数据速率传输数据速率时，常用时，常用数据传输速率数据传输速率； 在研究在研究频带宽度频带宽度时，常用时，常用调制速率调制速率； 在涉及系统在涉及系统实际传送能力实际传送能力时，则常用时，则常用数据传送速率数据传送速率。 第五节第五节 信道的极限容量信道的极限容量 2.5.2 2.5.2 信道容量信道容量 信道带宽信道带宽：在信道上所能传输的电信号的频率范围，单位为赫兹。：在信道上所能传输的电信号的频率范围，单位为赫兹。 信信道道容容量量：以以数数据据传传输输速速率率作作为为指指标标来来表表征征一一个个信信道道传传输输数数字字信信号号的的能能力力，即信道所能支持的即信道所能支持的最大数据传输速率最大数据传输速率。 它取决于信道本身的特征它取决于信道本身的特征带宽和信噪比，与具体的通信手段无关。带宽和信噪比，与具体的通信手段无关。 数据传输速率：数据传输速率：信道信道实际上实际上每秒钟传输的二进制比特的个数。每秒钟传输的二进制比特的个数。1.1.奈奎斯特定理奈奎斯特定理 定定义义：对对具具有有矩矩形形频频谱谱的的无无噪噪声声信信道道，若若信信道道带带宽宽为为BHzBHz，所所能能传传送送的的信信号号最最高码元速率为高码元速率为2 2B B波特，则离散的、无噪声的数字信道的波特，则离散的、无噪声的数字信道的信道容量信道容量C C为：为：C C2Blog2Blog2 2M M。 C C与与码码元元状状态态数数M M有有关关，M M越越高高C C就就越越高高，对对于于无无噪噪信信道道，M M可可以以取取任任意意值值，因因而而无无噪噪信信道的信道容量在道的信道容量在理论上理论上是无限的。是无限的。 例例如如：若若信信道道带带宽宽为为30003000HzHz，则则极极限限数数据据传传输输速速率率为为60006000bpsbps；当当信信号号电电平平数数M M为为8 8时时，即即loglog2 28=38=3，则极限数据传输速率为则极限数据传输速率为1800018000bpsbps。 第五节第五节 信道的极限容量信道的极限容量 2.2.香农定理香农定理 香香农农定定理理推推导导出出了了带带宽宽受受限限制制且且有有随随机机热热噪噪声声干干扰扰的的信信道道的的极极限限数数据据传传输输速速率率，信信号号的的极极限限数数据据传传输输速速率率除除了了与与信信道道带带宽宽B B有有关关外外，还还与与信信号号功功率率对对噪噪声声功率的比值功率的比值S/NS/N（信噪比）信噪比）有关，其最大的数据传输速率有关，其最大的数据传输速率( (信道容量信道容量) )为：为：C=BlogC=Blog2 2(1+S(1+SN)(bps)N)(bps) 实际中，用实际中，用 1010 lg(S/N)lg(S/N) 来表示信道的信噪比，单位为来表示信道的信噪比，单位为分贝分贝( (dB)dB)。 例如：例如：若信道带宽为若信道带宽为30003000HzHz，信噪比为信噪比为3030dBdB，则极限数据传输速率为：则极限数据传输速率为：S/N =S/N =1010(30/10)(30/10) =1000 =1000 C=C=3000 3000 log log2 2(1+1000) 30009.9729910bps30000bps(1+1000) 30009.9729910bps30000bps 信道的带宽信道的带宽B B越大或信道中的信噪比越大或信道中的信噪比S/NS/N越大，则信息的极限数据传输速率就越高。越大，则信息的极限数据传输速率就越高。 信信号号在在信信道道里里实实际际传传输输的的过过程程中中还还受受其其他他的的损损失失，故故实实际际信信道道所所能能够够达达到到的的信信息息传传输输速度要比香农定理的极限数据传输速率低得多。速度要比香农定理的极限数据传输速率低得多。 第六节第六节 物理层的功能、模型与特性物理层的功能、模型与特性 物理层的数据传输单位物理层的数据传输单位是是二进制位二进制位。 物理层的作用：物理层的作用：向其上的数据链路层提供透明地传输二进制比特流的能力。向其上的数据链路层提供透明地传输二进制比特流的能力。 物理层的主要任务：物理层的主要任务：规定了与传输媒体的接口的四个特性。规定了与传输媒体的接口的四个特性。2.6.1 2.6.1 物理层的功能物理层的功能 1.1.物理连接的建立、维持与释放物理连接的建立、维持与释放 “建立建立”或或“激活激活”一个连接：准备好一些必要的资源供发送和接收比特流时使用。一个连接：准备好一些必要的资源供发送和接收比特流时使用。 “释放释放”或或“去活去活”一个连接：释放这些资源，以供其他的连接使用。一个连接：释放这些资源，以供其他的连接使用。2.2.物理服务数据单元的传输物理服务数据单元的传输 串行传输：串行传输：按照时间顺序一个比特、一个比特地进行传送。按照时间顺序一个比特、一个比特地进行传送。 串行传输的方式串行传输的方式可采用可采用同步同步传输方式，也可采用传输方式，也可采用异步异步传输方式。传输方式。3.3.物理层管理物理层管理 物物理理层层管管理理：完完成成物物理理层层的的某某些些管管理理事事务务，如如确确定定代代码码格格式式、通通信信方方式式、同同步步方方式式以以及异常情况处理、故障情况报告等。及异常情况处理、故障情况报告等。 第六节第六节 物理层的功能、模型与特性物理层的功能、模型与特性 DTEDTE数据终数据终端设备端设备 DCEDCE数据电路数据电路端接设备端接设备信号线与控制线信号线与控制线用户环境用户环境通信环境通信环境用户环境用户环境 DCEDCE数据电路数据电路端接设备端接设备 DTEDTE数据终数据终端设备端设备信号线与控制线信号线与控制线用户设施用户设施用户设施用户设施通信设施通信设施2.6.2 2.6.2 物理层的模型物理层的模型 数据终端设备数据终端设备DTEDTE：指具有一定的数据处理能力以及发送和接收能力的设备。指具有一定的数据处理能力以及发送和接收能力的设备。 DTEDTE可以是一台计算机或一个终端，也可以是各种可以是一台计算机或一个终端，也可以是各种I/OI/O设备；设备； 两个互相通信的两个互相通信的DTEDTE可以将其中的一个称为是可以将其中的一个称为是信源信源，而将另一个称为是，而将另一个称为是信宿信宿。 数据电路端接设备数据电路端接设备DCEDCE：是在是在DTEDTE和传输线路之间增加的一个中间设备。和传输线路之间增加的一个中间设备。 作用：作用：在在DTEDTE和传输网络间提供信号变换和编码的功能，并负责建立、维持和释放和传输网络间提供信号变换和编码的功能，并负责建立、维持和释放 数据链路的连接。数据链路的连接。 第六节第六节 物理层的功能、模型与特性物理层的功能、模型与特性2.6.3 2.6.3 物理层的特性物理层的特性 物理层物理层接口有四个接口有四个技术特性技术特性: :1.1.机机械械特特性性：规规定定了了物物理理连连接接时时接接口口所所需需连连接接插插件件的的形形状状、规规格格尺尺寸寸、引引脚脚数量、排列情况以及固定和锁定装置等。数量、排列情况以及固定和锁定装置等。2.2.电气特性：电气特性：规定了规定了DTEDTE和和DCEDCE间导线的电气连接及有关电路方面的特性。间导线的电气连接及有关电路方面的特性。 DTEDTE和和DCEDCE之间各根导线的之间各根导线的电气连接方式电气连接方式有：有： 非平衡方式非平衡方式、采用差动接收器的非平衡方式采用差动接收器的非平衡方式、平衡方式平衡方式。3.3.功功能能特特性性：定定义义了了DTEDTE和和DCEDCE间间各各信信号号线线的的功功能能，即即某某条条信信号号线线上上出出现现的的某某一电平的电压表示何种确切含义。一电平的电压表示何种确切含义。 按功能可以分为：按功能可以分为：数据数据信号线、信号线、控制控制信号线、信号线、定时定时信号线、信号线、接地接地信号线。信号线。 4.4.规规程程特特性性：定定义义了了利利用用信信号号线线进进行行二二进进制制比比特特流流传传输输的的一一组组操操作作过过程程，即即在在建建立立、维维持持、拆拆除除物物理理连连接接及及信信息息交交换换过过程程中中，各各信信号号线线的的工工作作规规则则和和先先后顺序。后顺序。 第六节第六节 物理层的功能、模型与特性物理层的功能、模型与特性 DTEDTE和和DCEDCE之间的各根导线的电气连接方式：之间的各根导线的电气连接方式：非平衡方式非平衡方式：采用分立元件技术设计的采用分立元件技术设计的非平非平衡接口衡接口；每个电路使用一根导线，收发两方向；每个电路使用一根导线，收发两方向共共用一根信号地线用一根信号地线，所以会产生比较大的串扰；信，所以会产生比较大的串扰；信号速率号速率2020KbpsKbps，传输距离传输距离1515m m。采用差动接收器的非平衡方式：采用差动接收器的非平衡方式：采用集成采用集成电路技术设计的电路技术设计的非平衡接口非平衡接口，使用，使用非平衡式发送非平衡式发送器器和和差动接收器差动接收器；每个电路使用一根导线，但每方向都用；每个电路使用一根导线，但每方向都用独立的信号地线独立的信号地线，使串扰信，使串扰信号减小；信号速率可达号减小；信号速率可达300300KbpsKbps，传输距离为传输距离为1010m(300Kbpsm(300Kbps时时)-1000)-1000m(3Kbpsm(3Kbps时时) )。 平衡方式：平衡方式：采用集成电路技术设计的采用集成电路技术设计的平衡接口平衡接口，使用，使用平衡式发送器平衡式发送器和和差动接收器差动接收器；每个电路采用两根导线，构成各自每个电路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路完全独立的信号回路，使串扰信号减至最小；信号，使串扰信号减至最小；信号速率速率1010MbpsMbps，传输距离为传输距离为1010m(10Mbpsm(10Mbps时时)1000)1000m(100Kbpsm(100Kbps时时) )。 非平衡发送器非平衡发送器接收器接收器(a)非平衡发送器非平衡发送器差动接收器差动接收器(b)平衡发送器平衡发送器差动接收器差动接收器(c) 第七节第七节 物理层标准举例物理层标准举例 113142547.1746.9125.1224.871569 (a) DB-25 DB-25 标准准连接器接器 (b) 9 9芯芯连接器接器 物理层规程主要分为：用于物理层规程主要分为：用于模拟信道模拟信道和用于和用于数字信道数字信道两种。两种。 V V系系列列标标准准: :指指数数据据终终端端设设备备与与调调制制解解调调器器或或网网络络控控制制器器之之间间的的接接口口，用用于于模模拟信道接口拟信道接口, ,较较复杂复杂, ,如计算机异步通信接口如计算机异步通信接口EIA RS-232-EEIA RS-232-E ； X X系系列列标标准准: :适适用用于于公公共共数数据据网网的的宅宅内内电电路路终终接接设设备备和和数数据据终终端端设设备备之之间间的的接接口，用于口，用于数字信道接口数字信道接口, ,较较简单简单，如较新的，如较新的EIA RS-449EIA RS-449及及X.21X.21建议。建议。2.7.1 2.7.1 EIA RS-232-E EIA RS-232-E EIA EIA RS-232-ERS-232-E（相相当当于于CCITTCCITT建建议议书书中中的的V.24V.24）是是美美国国电电子子工工业业协协会会EIAEIA制制订订的的著著名名物物理理层层标标准准，规规定定了了DTEDTE和和DCEDCE间间的的接接口口标标准准，是是使使用用得得最最广广泛泛的的串串行行物物理接口标准。理接口标准。 EIA RS-232-EEIA RS-232-E的的主要特点主要特点：1.1.机械特性：机械特性：使用使用2525根引脚的根引脚的DB-25DB-25标准连接器，插头用于标准连接器，插头用于DTEDTE侧，插座用于侧，插座用于DCEDCE侧。侧。 第七节第七节 物理层标准举例物理层标准举例 -15(v)+15+3-3逻辑逻辑“0”过渡区域过渡区域逻辑逻辑“1” 逻逻 辑辑 状状 态态 信信 号号 状状 态态 功功 能能 状状 态态 负负 电电 平平 1 传传 号号 OFF（断）断） 正正 电电 平平 0 空空 号号 ON（通）通）2.2.电气特性电气特性 采采用用负负逻逻辑辑，即即逻逻辑辑0 0相相当当于于对对信信号号地地线线有有+3+3V V或或更更高高的的电电压压；而而逻逻辑辑l l相相当当于对信号地线有于对信号地线有-3-3V V或更低的电压；或更低的电压；33V V电压之间为电压之间为过渡区过渡区。 其其中中逻逻辑辑0 0相相当当于于数数据据的的“0”(“0”(空空号号) )或或控控制制线线的的“接接通通”状状态态；而而逻逻辑辑1 1则则相当于数据的相当于数据的“1”(“1”(传号传号) )或控制线的或控制线的“断开断开”状态。状态。 采采用用的的电电气气连连接接方方式式是是非非平平衡衡方方式式，当当两两台台设设备备直直接接相相连连时时，最最大大传传输输距距离离不超过不超过1515m m时，允许接口数据传输速率不超过时，允许接口数据传输速率不超过2020KbpsKbps。 第七节第七节 物理层标准举例物理层标准举例 3.3.功能特性功能特性 规定了规定了DTEDTE和和DCEDCE之间各个信号线的之间各个信号线的 连接情况及其功能和作用。连接情况及其功能和作用。 定义了定义了2525芯标准连接器中的芯标准连接器中的2020根根信信号线，其中包括号线，其中包括地线地线、数据线数据线、控制控制线线和和定时信号线定时信号线，另外还有，另外还有5 5根线没根线没有定义，作为备用。有定义，作为备用。4.4.规程特性规程特性 规定了规定了DTEDTE和和DCEDCE之间信号时序的应之间信号时序的应 答关系和操作过程。答关系和操作过程。 发送数据过程的三个阶段：发送数据过程的三个阶段：建建立立连连接接阶阶段段： 拨拨号号及及设设备备准准备备阶阶段段； 线线路路保保证证阶阶段段； 信信道道准准备备阶段。阶段。数据交换阶段数据交换阶段 断开连接阶段断开连接阶段 （1 1） 保护地保护地 （2 2） 发送发送 （3 3） 接收接收 （4 4） 请求发送请求发送 （5 5） 允许发送允许发送 （6 6） DCEDCE就绪就绪 （7 7） 信号地信号地 （8 8） 载波检测载波检测 （2020） DTEDTE就绪就绪 （2222） 振铃指示振铃指示DTE计计 算算 机机或或 终终 端端DCE调调 制制 解解 调调 器器 第七节第七节 物理层标准举例物理层标准举例 2.7.2 2.7.2 RS-449RS-449接口标准接口标准 EIA RS-232EIA RS-232的接口标准的接口标准有两个较大的有两个较大的弱点弱点： 数据的传输速率最高仅为数据的传输速率最高仅为20 20 KbpsKbps、连接电缆的最大长度不超过连接电缆的最大长度不超过1515m m RS-449RS-449（相相当当于于CCITTCCITT的的建建议议书书中中的的V.35V.35）是是一一个个一一体体化化的的3 3个个标标准准，包包含含两两个个电电气气子子标标准准RS-423-ARS-423-A和和RS-422-ARS-422-A，在在保保持持与与RS-232RS-232兼兼容容的的前前提提下下，重重新新定定义义了信号电平、改进了电气连接方式，提高了数据传输速率和最大传输距离。了信号电平、改进了电气连接方式，提高了数据传输速率和最大传输距离。 功能特性：功能特性：采用了采用了3737根根和和9 9根根引脚的插头座。引脚的插头座。 电气特性：电气特性： RS-423-A RS-423-A 规规定定采采用用半半平平衡衡式式电电气气标标准准，将将信信号号电电平平定定义义为为66V V（4V4V为为过渡区）的负逻辑，提高了传输速率和传输距离。过渡区）的负逻辑，提高了传输速率和传输距离。 RS-422-A RS-422-A 规规定定采采用用平平衡衡式式电电气气标标准准，将将信信号号电电平平定定义义为为66V V（2V2V为为过过渡渡区区）的的负负逻逻辑辑，并并且且采采用用完完全全独独立立的的双双线线平平衡衡传传输输，抗抗串串扰扰能能力力大大大大增增强强，可将传输速率提高到可将传输速率提高到2 2MbpsMbps，连接电缆长度可超过连接电缆长度可超过6060m m。 第七节第七节 物理层标准举例物理层标准举例 EIA EIA RS-RS-232232V.24V.24用用于于标标准准电电话话线线路路( (一一个个话话路路) )的的物物理理层层接口；接口； RS-RS-449449V.35V.35则则用用于于宽宽带带电电路路( (一一般般都都是是租租用用电电路路) )，其其典典型型的的传传输输速速率率为为4816848168KbpsKbps，都是用于点到点的同步传输。都是用于点到点的同步传输。 RS-423-ARS-423-A电电气气标标准准可可以以看看作作是是从从EIA EIA RS-232RS-232向向RS-449RS-449全全面面过渡的一个中间过程。过渡的一个中间过程。 DTETTSTRTTRRRDMRTSCTSRXDTXD DCE终端定时终端定时发送定时发送定时接收定时接收定时终端准备好终端准备好接收就绪接收就绪数据方式数据方式请求发送请求发送允许发送允许发送接收发送接收发送发送数据发送数据2 22 22 22 22 22 22 22 22 22 2保护地保护地 第七节第七节 物理层标准举例物理层标准举例 2.7.3 2.7.3 CCITT X.21CCITT X.21 X.21X.21建议是建议是CCITTCCITT制订的一个用户计算机制订的一个用户计算机DTEDTE与数字化与数字化DCEDCE交换信号的交换信号的数字接口标准数字接口标准，适用于由数字线路访问公共数据网。适用于由数字线路访问公共数据网。 机械特性：机械特性：采用采用1515根根引脚的标准连接器，引脚的标准连接器，并且仅定义了其中并且仅定义了其中8 8根引脚。根引脚。 其中其中T T线线和和C C线线由由DTEDTE用来传送数据和控制信息；用来传送数据和控制信息；R R线线和和I I线线由由DCEDCE用来传送数据和控制信息；用来传送数据和控制信息；S S线线和和B B线线由由DCEDCE用来向用来向DTEDTE发送同步时钟信号。发送同步时钟信号。 电电气气特特性性：采采用用平平衡衡电电气气连连接接方方式式，可可实实现现半半双双工工或或全全双双工工的的同同步步传传输输，最最大传输速率可达到大传输速率可达到1010MbpsMbps，最大传输距离为最大传输距离为300300m m。 本地本地DTEDTE与远程与远程DTEDTE的通信过程可分为的通信过程可分为四个阶段四个阶段： 空闲或静止空闲或静止阶段。阶段。 呼叫建立连接呼叫建立连接阶段。阶段。 数据传输数据传输阶段。阶段。 连接清除连接清除阶段。阶段。T（发送）发送） C（控制）控制）R（接收）接收）I（指示）指示）S（比特定时）比特定时）B（字节定时，可选）字节定时，可选）Ga（DTE公共回线）公共回线）G（地）地）DTEDCE