1、第二章 物理層第一節 數據通訊基礎一. 信息量H針對離散信息源定義:對于一個以概率P1,P2,.Pn發出信號A1,A2,.An的信息源, 其信息量當Pi = 1/n時，對于發出m位二進制數的信息源 H=Hmax=log2n= log22m =mH= log2p(x) dx針對信息源輸出模擬量（連續量）x的連續信息源其信息為： 1二 通信模型信道（消息、信號）通常可分為： 連續的（模擬的） 帶寬（半半功率點間頻寬） 離散的（數字的） 容量（Capability） （單位時間內信道能傳送的最大信息量，從物理上看，信道的容量可以視為最大傳輸速率。）。 消息信息源接收者發射機接收機消息信道發送信號接收

2、信號噪聲源2三奈奎斯特定理奈奎斯特證明（采樣定理）： 模擬信號經F頻率采樣成為離散信號，要無失真恢復，要求： F2f （）其中，f是模擬信號的最高頻率。耐奎斯特定理解決了數字通道傳送模擬信號的最高頻率問題。例如話音的頻譜為1003000Hz，數字話音的采樣頻率應大于23000Hz取為8000Hz，即每秒采樣8000點。并采用8位A/D轉換。所以一路數字話音，需要88000=64000（bps）的容量的數字通道來傳輸。3四香農（ Shannon）定理與耐奎斯特定相相反，香農定理解決了用模擬通道來傳輸數字信號的最大傳輸率問題。香農定理：帶寬為H，信噪比為S/N的模擬信道，通過MODEM所能傳送的數

3、字信號的最大數據傳輸率為：R=Hlog2(1+S/N)例題：求信噪比為1000，帶寬為3000Hz的模擬信道采用56kbps MODEM，求所能傳送的數字信號的最大的數據傳輸率。解：R=Hlog2(1+S/N)=3000 x log2(1+1000)=30kbps信道噪聲比常用分貝為計量單位，分貝數= 10log10s/n 例如 30db對應于1000：1的信噪比.。4第二章習題 1.通過MODEM在電話線上傳送19.2Kbps的數字信號，問信號噪聲比為多少才可能？ 2.測量模似信號(電壓)，其頻譜分布為0100赫茲，通過采樣和8位串行A/D轉換后在數字通道上傳送，試問采樣頻率應取多高? 3.

4、有個信號源輸出七個符號A、B、C、D、E、F和G其概率分別0.20、0.19、0.18、0.17、0.15、0.10和0.01.問其信息量為多少？5第二節 傳輸介質曼徹斯特編碼：每位中點時刻 表示0，表示1。=1/2差發分曼徹斯特編碼：每位前沿時刻電平跳變表示0，不變表示1。 1相鄰，則前一個1的中點時刻電平跳變。 =11000100111二進制的編碼曼徹斯特編碼信號差分曼徹斯特編碼信號編碼效率：同一介質某編碼的容量和二進制編碼的容量之比6用來傳送數字信號的電纜稱為基帶電纜，分為兩種：粗纜：標準為10BASE -5，無中繼傳輸距離500米，容量為10Mbps。細纜：標準為10BASE-2，無中

5、繼傳輸距離186米，容量為10Mbps。同軸電纜的特征阻抗為50，電纜要接端接器即50電阻以保證匹配。傳輸的數字信號采用曼徹斯特編碼。早期的以太網普遍采用同軸電纜，這是典型的總線結構，但是它們存在著一系列的缺點：只支持10Mbps的容量，不能傳送100Mbps的信號;并且不可靠，一旦電纜損壞會造成整段網絡不匹配而癱瘓，所以同軸電纜現在已被淘汰。用來傳送模擬信號的電纜稱為寬帶電纜：用于令牌總線網 傳送1M 5M 10Mbps信號，距離1800m，特征阻抗75歐姆一、同軸電纜7二、雙絞線100歐姆雙絞線按其性能（單位長度的帶寬）分為：3類：規定為16MHz 4類：規定為20MHz5類/5E類：規定

6、為100MHz 6類：規定為250MHz7類：規定為600MHz10Mbps/100Mbps/1000Mbps以太網的雙絞線標準如下：10BASE-T：采用三類非屏蔽雙絞線UTP容量10Mbps衰減限制距離100米，采用曼徹斯特編碼。100BASE-T：采用五類非屏蔽雙絞線UTP容量100Mbps衰減限制距離100米，采用4B/5B編碼。1000BASE-ab：采用五類非屏蔽雙絞線四對，容量1000Mbps衰減限制距離25米。采用8B/10B編碼。采用六類雙絞線的以太網標準，即將制定出來。距離將達到100米。8三、光纖光纖優點：傳輸頻帶非常寬（或傳輸的數據率非常高）； 傳輸損耗小，中繼距離長；

7、 抗雷電和電磁干擾性能好； 無串音干擾，保密性好； 體積小，重量輕。以太網光纖標準如下：10BASE-T，容量10Mbps，CSMA/CD限制（下詳）距離5000米，采用曼徹斯特編碼。100BASE-FX，容量100Mbps， CSMA/CD限制距離500米，采用4/5編碼。1000BASE-SX（LX），衰減限制距離220550米（ 550米），容量1000Mbps， 采用全雙工，CSMA/CD限制不復存在。采用8B/10B編碼。標準功率光端機光纖的衰減限制距離： 10Mbps100Mbps多模2公里，單模20公里；1000Mbps單模5公里，大功率光端機可達100公里。9四、 無線傳輸介質

8、 1. 無線頻率采用擴頻方式通信 有902MHz、928MHz和2.4GHz三個頻段。容量26Mbps，通信距離可達幾十到幾百公里。2. 地面微波具有兩個頻段：46GHz和2123GHz，容量為1Mbps10Mbps，距離為幾十上百公里3. 衛星同步衛星距地面距離為3600公里，根據開普勒定律，周期正比于半徑的3/2次方。此時其周期正好等于24小時。同步衛星就像固定在空中一樣。有三顆衛星就能在全世界范圍內通信。通信容量為19.2 Kbps到幾Mbps。1994年以來出現了低價微型地面站，稱為甚小孔徑終端VSAT（Very Small Aperture Terminal）通信容量上行19.2Kb

9、ps，下行為512Kbps。10 同步衛星只有三個波段（實為頻段）： 1. C波段，即4/6波段，上行頻率為5.9256.425GHz，下 行頻率為3.74.2GHz。 2. Ku波段即11/14波段，上行頻率為14.014.5GHz，下行頻率為11.711.2GHz。 3. Ka波段即20/30波段，上行頻率為27.530.5GHz， 1990年摩托羅拉首先提出銥計劃，準備發射77顆低軌道衛星（這好像77號元素銥原子模型）。后來修改為鏑計劃，發射66顆低軌道衛星（鎬為66號元素），這66顆衛星的軌道能保證當一顆衛星超出視野時，總有另一顆進入視野。它采用L波段（1.6GHz左右）作為上行頻率和

10、下行頻率，這樣可用于電池供電的便攜式設備（手機）。手機上網容量當前為19.2Kbps。11五、 利用現有的模擬傳輸系統調制解調器MODEM。數字調制技術：調頻、調幅、調相或其混合 例如：調幅（幅度兩級）和調相（相位4種）混合，共有8種組合，每次調制3位。 波特率B：每秒調制次數 （次/秒） 比特率C：每秒傳送的位數 （bit/s，bps）在上例中，假設每秒調制1200次，那么波特率為1200次/秒，則其比特率為3600bps。二者關系： C=B log2L其中L為組合數12MPCMISPPSTNPCCMISP雙向CATY前端Cable MODEM的典型應用MODEM的典型應用13六、利用現有的

11、數字傳輸系統脈碼調制PCM1 PCM 0次群每秒8000次采樣 64kbps 2 PCM 1次群 E1 CCITT標準 歐洲、我國 64kbps * 32 = 2.048Mbps 32個3 PCM 1次群 T1貝爾標準標準 北美每125微秒傳193bit（24*8+1=193） 1.544Mbps 24路話音4 PCM 高次群標準 E1 E2E3 T1T2T3話路數 30120480 2496672數據率 2.0488.448 33.368 1.544 6.312 43.736 141516 LAN1 E1 LAN2用E1連接以太網1和以太網2R1R217第五節 物理層接口標準舉例廣域網，例如

12、X.25、幀中繼等的物理接口在本節討論 局域網的接口應該說就是各種網卡在下節討論，一EIA-232-E接口標準電氣指標： “0”：電平= +3v+15v “1”：電平= -3v -15v距離：15m最大速率：異步19.2 kbps 同步64 kbps 網絡用得比較多：分為數據終端設備DTE端和數據終端設備DCE端25針插頭座 異步（略） 同步DTE定時（24引腳）、DCE定時（15引腳）和接收器定時（17引腳）。RS -232 的缺點： 數據的傳輸速率低和距離短 18二RS-449RS-449由3個標準組成。RS-449規定接口的機械特性、功能特性和過程特性。RS-449采用37根引腳的插頭座

13、。RS-423-A規定在采用非平衡傳輸時（即所有的電路共用一個公共地）的電氣特性。當連接電纜長度為10m時，數據的傳輸速率可達300kb/s。RS-422-A規定在采用平衡傳輸時（即所有的電路沒有公共地）的電氣特性。它可將傳輸速率提高到2Mb/s。而連接電纜長度可超過60m。當連接電纜長度更短時（如10m），則傳輸速率還可以更高些（如達到10Mb/s）。現在廣泛采用平衡傳輸。19三V35V.35分為DTE端和DCE端，常采用34引腳插座，.其控制信號沿用V.28標準，類似于RS-232。其數據和時鐘信號采用平衡傳送信號，類似于RS-422。因此其典型數據傳送速率為48Kbps168Kbps，近

14、來可達到2Mbps。RS-499和V.35在網絡設備中均工作在同步方式，在傳送數據的同時，還需用另一條線傳送時鐘，這與下述的G.703是不同的。 容量： n64kbps 2Mbps20四 G703G.703是高速鏈路接口， 每個方向一根同軸電纜或一對雙絞線， 每個方向應傳送三個信號： n 64Kbps的數據信號、 n 64kHz的位定時時鐘信號和n 8kHz的字節定時時鐘信號。它們應編碼在一起。 容量：n64kbps 2Mbps2.048Mbps的G.703接口標準，每個方向采用一條同軸線或平衡對稱雙絞線來傳送。采用HDB3編碼（高密度雙極性編碼），它使用3種電平B、B和0傳送信息。 21第五節網卡網卡，又稱網絡接口卡NIC。網卡是計算機或網絡設備和介質的硬件接口。從OSI的觀點看，網卡包含了物理層和介質訪問控制（MAC）子層。從TCP/IP協議權的觀點看它對應于底層（主機網絡層）從協議來分，網卡