为了达到更高的信息传输速率，采用更为复杂的多元 的振幅相位混合调制方法：正交调制QAM
四种r,四种φ表示16种状态， 那么一个信息位有16种状态，即 4位二进制 C=Blog2L L=16 -> C=4B 采用QAM多元调制可提高数 据传输率
4．调制解调器使用异步通信方式
数据通信可分为同步通信和异步通信两大类。 同步通信:要求接收端的时钟频率和发送端的时钟 频率相等(这常称为收发双方的时钟是同步的)，以便 使接收端对收到的比特流的采样判决的时间是准确的。 异步通信:在发送端将欲发送的数据以字节(8个比 特)为单位进行逐个字节的封装,对每一个字节增加一 个起始比特和停止比特.
根据取样定理，只要取样频率不低于模拟信号最高频率的2倍，就可以从取样 脉冲信号无失真地恢复除原来的信号。
2）量化：振幅0-255，分128个等级
[0，2），[2，4），[4，6）…[254,255) 0 1 2 …127
3）编码：对每个已量化的值进行7位二进制编码
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2.5 信道复用技术

用一对传输线同时传送几路信息，称为多路复用


注意：实际应用中常告诉信噪比为多少分贝（dB）， 则此时指的是10log10S/N 信道的带宽越大或信道中的信噪比越大，则信息的 极限传输速率越高。
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例题1
一个数字信号通过两种物理状态 经信噪比为 20db的3KHZ信息传送，其速率不会超过多少？ 解： 由条件:L=2 W=3KHZ 10lgS/N=20 S/N=100 由奈式公式： C=2Wlog2L=2*3Klog22=6Kb/s 由香农公式： C= Wlog2(1+S/N) =3 log2(1+100)=18Kb/s 注意：要取两者中较小的值，所以最大速率为 6Kb/s
2.3 传输媒体(传输介质)
传输媒体是数据传输系统中在发送器和接受器之 间的物理通道，即指传送信息的载体。 1、导向传输媒体(有线传输介质) 双绞线（ Twisted Pair ） 同轴电缆（ Coaxial Cable ） 光缆(Optical Fiber)
2、非导向传输媒体(无线传输介质) 无线、微波、卫星通信、红外线 通过空气来进行信号的传播。
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2.2.3 信道上的最高码元传输速率


奈氏(Nyquist)准则：(1924年提出，是基于 无噪声的信道 即理想低通信道） 最高码元传输率 B=2W

W-理想低通信道的带宽，单位为赫。


最大数据传输率C=2Wlog2L 强调两点
(1)实际使用的信道与理想化的信道有很大差别，其能传输的最 高码元速率要低得多。 (2) 波特和比特是两个不同的概念：

异步通信是通过增加通信开销(每发送10个比特就有两个 比特的额外开销，因而数据的有效传输速率就降低了)使 接收端能够使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据 通信。
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2.4.3数字传输系统

解决问题：模拟信号在数字信道上传输入 实现方法：脉码调制PCM(Pluse Code Modulation)技术 三个步骤： 1）采样：采样频率=2倍信号频率


将数字数据转换为模拟信号的过程叫调制。 将模拟信号转换为数字数据的过程叫解调.


一般说来，模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信 号或数字信号。因此有以下四种情况：
（1）模拟数据、模拟信号。
（2）模拟数据、数字信号。 （3）数字数据、模拟信号。
（4）数字数据、数字信号。
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2.2.2 有关信道的几个基本概念
2.4 模拟传输与数字传输

模拟传输技术 模拟信号 数字信号 模拟信道 模拟信号 数字信号
调制
解调

数字传输技术
数字信号 模拟信号
数字信道 编码 解码
数字信号 模拟信号
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2.4.2 调制解调器
1．调制解调器的作用 解决失真的办法 在模拟信道两端各加 上一个调制解调器 把模拟信道改造为数 字信道 调制解调器(modem)由 调制器(MOdulator)和解 调器(DEModulator)组成 调制器的主要作用就是 个波形变换器，解调器 的作用就是个波形识别 器。
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计 算机的传输媒体上传输数据的比特流， 而不是连接计算机的物理设备或具体的 传输媒体。物理层规程(procedure) 机械特性： 电气特性： 功能特性： 规程特性：
3


2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型

两个PC机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。
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多模光纤:不同角度入射的 光线在一条光纤中传输

单模光纤:光纤的直径减小 到只有一个光的波长，则光 纤就像一根波导使光线一直 向前传播，而不会产生多次 反射


特点：




通信容量大,带宽在25000GHz~30000GHz 传输损耗小 抗雷电和电磁干扰性能好 无串音干扰，保密性能好 体积小，重量轻
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双绞线
把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则 的方法绞合(twist)起来就构成了双绞线。
屏蔽双绞线(STP)：具有屏蔽能力。 非屏蔽双绞线（UTP）：不具有屏蔽能力。 有5类UTP标准，常用的是第3类和第5类。 双绞线面临的主要问题：衰减和近端串扰
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同轴电缆

同轴电缆由内导体铜质芯线(单股实心线或多 股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽 层(也可以是单股的)以及保护塑料外层所组成
计算机网络
任课教师：吴慧韫 电子邮箱: wu_hui_yun@
学
时：64学时（理论48+实验16）
第二章 物理层
2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.3 物理层下面的传输媒体 2.4 模拟传输与数字传输 2.5 信道复用技术
2.7 物理层标准举例
2
2.1 物理层的基本概念
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CDMA的复用原理是基于码型分割信道。 每个用户分配有一个地址码，而这些码 型互不重叠，其特点是频率和时间资源 均为共享。
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2.7 物理层标准举例
2.7.1 EIA-232-E接口标准 EIA-232-E是美国电子工业协会制订的物理层 标准。1962年制订为RS-232，1969年修订 为RS-232-C，1981修订为EIA-232-D， 1991年修订为EIA-232-E。 DTE(Data Terminal Equipment)-数据终端 设备 DCE(Data Circuit-termination Equipment)-数据电路端接设备 CUS/DSU(Channel Service Unit/Data Service Unit)-信道服务单元/数据服务单元
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当使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发 性质，一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般是不高的。 当用户在某一段时间暂时无数据传输时(例如用户正在键盘上输 入数据或正在浏览屏幕上的信息)，那就只能让已经分配到手的
子信道空闲着，而其他用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。
见下图：
（1）调幅(AM) （2）调频(FM) （3）调相(PM)

正交幅度调制QAM
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0时无载波输出 1时有载波输出 0时f不变 1时f变大 1时改变相位
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上述的对数字信号的调频和调相，分别称为 移频键控FSK (Frequency Shift Keying) 移相键控PSK (Phase Shift Keying) -绝对移相键控 -相对移相键控(DPSK)

如图,一个数据通信系统可划分为三大部分，即
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源系统(或发送端)、传输系统(或传输网络)和目的系统(或接收端)。

数据(data)是运送信息的实体，而信号(signal)则是
数据的电气的或电磁的表现。

无论数据或信号，都可以是模拟的或数字的。
“模拟的”：表示是连续变化的 “数字的”：表示取值是离散的
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（1）50 同轴电缆 50 同轴电缆又称为基带同轴电缆。 在传输基带数字信号时，可以有多种不同的编码方法 曼彻斯特(Manchester)编码和差分曼彻斯特编码。
（2）75 同轴电缆 75 同轴电缆又称为宽带同轴电缆。 在计算机通信中，“宽带系统”是指采用了频分复用 和模拟传输技术的同轴电缆网络。


码元传输率也称为调制速率、波形速率或符号速率， 单位Baud-码元/秒 。 比特是信息量单位，b/秒。
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2.2.4 信道的极限信息传输率

香农(Shannon)公式(1948年提出，是 基于有噪声的信道)
最大数据传输率 C=W log2(1+S/N) b/s W为信道的带宽(以Hz为单位) S/N称为信噪比
1. 频分多路复用FDM 2. 时分多路复用TDM 3. 波分多路复用WDM 4. 码分多路复用CDM
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频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)

多路信号同时使用一个信道的不同频段 适用于模拟信号 应用：
1. 2. 3.
广播电视 电缆电视 数字数据传输：需要将数字信号转换为模拟信号
例题2
若要在一条50KHz信道上传输1.544Mb/s的T1 载波，信噪比至少要多大？ 解： 由条件W=50KHz C=1.544Mb/s 香农公式C=Wlog2(1+S/N) 1.544*103K=50Klog2(1+S/N) S/N=230 信噪比10lgS/N=10lg 230 (分贝)
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传送基带信号失真的原因：