第二章物理層1.1

物理層的基本概念及傳輸媒體1.2

數據通信的基礎知識1.3

模擬傳輸與數字傳輸1.4

信道復用技術物理層本章教學內容ISO/OSI

關于物理層的定義：

物理層提供機械的、電氣的、功能的和規程的特性，目的是啟動、維護和關閉數據鏈路實體之間進行比特傳輸的物理連接。這種連接可能通過中繼系統，在中繼系統內的傳輸也是在物理層的。物理層的基本概念【物理層的定義】應表會用示話層層層傳輸層網絡層數

據

鏈

路

層物理層傳

輸

介

質傳

輸

介質傳

輸

介

質主

機CCP網絡層數

據

鏈

路

層物理層應表會用示話層層層傳輸層網絡層數

據

鏈

路

層物理層主

機CCP網絡層數

據

鏈

路

層物理層

物理層的基本概念【物理層的主要功能】

r是實現比特流的透明傳輸，為數據鏈路層提供數

據傳輸服務；r不是指與計算機相連接的具體的物理設備或者具體的傳輸介質；r如何在連接開放系統的傳輸介質上透明地傳輸各種數據的比特流；r數據鏈路層在實現過程中不需要考慮物理傳輸設備與傳輸介質的差異的存在；r物理層的主要任務描述為確定與傳輸介質的接口有關的一些特性。【進一步說明的幾點】物理層的基本概念機械特性電氣特性功能特性過程特性規定物理連接時所采用的規格、引腳的數量和排列情況規定傳輸二進制位時，線路上信號的電壓高低、阻抗匹配、傳輸速率和距離限制指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義規范各條物理線路的工作規程和時序關系

物理層的基本概念【物理層接口的四大特性】

主要定義物理連接的邊界點，即接插裝置。r1960年美國電子工業協會EIA提出RS-232，1963年提

出RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969年提出

RS-232-C。用于DTE/DCE之間的接口。RS—推薦標

準，232—標識號碼，E—標準已被修改過的次數。rEIA-232是DTE與DCE之間的接口標準，只控制DTE與

DCE之間的通信，與連接在兩個DCE之間的電話網沒有

直接的關系。【物理層標準舉例—EIA-232接口標準】物理層的基本概念DTE-BDTE-A接口接口r通常DTE就是計算機或終端，甚至是各種I/O設備。r當計算機利用電話網絡進行通信時，典型的DCE就是調

制解調器。

物理層的基本概念【DTE/DCE的概念】,

據終端設

,數指具有一定的數作

DTE

（

Terminal

Equipment

DCE-A

DCE-BDCE

(Data

Data

Circuit-terninal

數

Equipment

備):據電路端接設備)據用就是

在DTE理能力和發送、接收數據能力的設備。功能，并且負責

232/V.24

232/V.24處和傳輸線路之間提供信號變換和編碼的rDCE將DTE傳過來的數據按比特順序逐個發往傳輸線路，

或從傳輸線路收下串行的比特流交給DTE。r為了減輕數據處理設備用戶的負擔，必須對DCE與DTE

的接口進行標準化。這種接口標準就是物理層協議。DCE-BDTE-BDTE-ADCE-A

網絡串行比特傳輸調制解調器調制解調器EIA-232/V.24

接口EIA-232/V.24

接口物理層的基本概念

信號線與控制線rEIA—232機械特性：規定使用一個25芯的標準連接

器，并對該連接器的尺寸及針或孔芯的排列位置等都

做了詳細說明。rEIA—232電氣特性：EIA—232采用負邏輯。n

邏輯“1”表示-3V～-15V的電壓，邏輯“0”表示+3V～+15V的電壓。n

邏輯“0”相當于數據線的“0”或控制線的“接通”

狀態，邏輯“1”相當于數據線的“1”或控制線的

“斷開”狀態。n

當連接電纜線的長度不超過15m時,允許數據傳輸速率

不超過20kb/s。當連接電纜長度較短時，數據傳輸速

率可以提高。物理層的基本概念

物理層的基本概念rEIA

-232功能特性：規定什么電路應當連接到引腳中

的哪一根以及該引腳的作用。(1)

保護地(2)

發送數據(3)

接收數據(4)

請求發送(5)

允許發送(6)

DCE

就緒

(7)

信號地

(8)

載波檢測

(20)

DTE

就緒

(22)

振鈴指示rEIA-232過程特性：規定在DTE與DCE之間所發生的

事件的合法序列。

DTE計算機

或

終端

DCE調制解調器物理層的基本概念rEIA-232接口標準用于標準電話線路（一個話路）

的物理層接口。有兩個較大的弱點：(1)數據的傳輸速率最高為20Kb/s；(2)連接電纜的最大長度不超過15m。r美國電子工業協會EIA于1997年制定了標準RS-449。物理層的基本概念§§EIA

RS-449

是為替代RS-232-C而提出的物理層標準接口。實際上是一體化的三個標準。主要改進

-

改善了性能，加長了接口電纜距離，加大了數據傳

輸率；

-

增加了新的接口功能，例如，回送檢查；

-

解決了機械接口問題。

物理層的基本概念【物理層標準舉例—RS-449接口標準】§§§§機械特性

-

37芯或9芯連接器。電氣特性

-

與RS-232-C相連，采用非平衡型電氣特性

RS-423-A，

20Kbps以下

-

其他情況，采用平衡型電氣特性

RS-422-A

和RS-423-A，

20Kbps

~

2Mbps功能特性

-

定義了30條功能線。規程特性

-

基本上以RS-232-C為基礎。物理層的基本概念lRS-449：用于寬帶電路，其典型的傳輸速率為

48-168Kb/s，都是用于點到點的同步傳輸。lRS-423-A：當連接電纜長度為10m，數據的傳輸速率為300Kb/s。lRS-422-A：數據的傳輸速率提高為2Mb/s，而連接電纜長度可超過為60m。當連接電纜長度為10m時，則數據傳輸速率還可以達到10Mb/s。【物理層標準舉例—RS-449接口標準】rRS-449由三個標準組成：物理層的基本概念物理層第一層

0層傳輸媒體

物理層信號

物理層下的傳輸媒體

二、物理層下的傳輸媒體

【傳輸媒體的基本概念】r傳輸媒體也稱傳輸介質，就是網絡中連接發方與接方之間的物理通路，是通信中實際傳送信息的載體。

比特流

100110101100?

STP

屏蔽雙絞線

ì細同軸電纜ì基帶同軸電纜

í??

?光纜

íì地面微波接力通信?非導向傳輸介質í?衛星通信?

???（無線傳輸）ì雙絞線

í??ì非屏蔽雙絞線UTP

ì導向傳輸介質

í同軸電纜

í

?粗同軸電纜

?

?

?寬帶同軸電纜

?

?

ì多模光纖傳輸介質í

?單模光纖物理層的傳輸媒體①物理特性：說明傳輸媒體的特性。②傳輸特性：包括是使用模擬信號發送還是使用數字信號發送、傳輸容量及傳輸頻率范圍。③連通性：采用點到點連接還是多點連接。④地理范圍：在不用中間設備并將失真限制在允許范圍內的情況下，整個網絡所允許的最大距離。⑤抗干擾性：防止噪音、電磁干擾對傳輸數據影響的能力。⑥相對價格：包括元件、安裝和維護等價格。【傳輸介質的特性】物理層的傳輸媒體【雙絞線】

由兩條互相絕緣的銅線組成，其

典型粗細為直徑1mm，這兩條

線像螺紋一樣擰在一起，這樣可

以減少鄰近線路的電氣干擾。【特點】：

1.成本低、柔性好、易于

連接；

2.抗電磁干擾性較差；

3.導線越粗，其通信距離

越遠，導線的價格越高;

4.頻率越高衰減越大。物理層的傳輸媒體（1）【雙絞線】【特點】：

5.其通信距離一般為幾到十幾

公里；

6.對于模擬傳輸，距離太長時

就要加放大器以便信號放

大；

7.對于數字傳輸，加上中繼器

以便將數字信號進行整形。物理層的傳輸媒體（1）【雙絞線】非屏蔽雙絞線

(UTP)沒有任何附加屏蔽【分類】：

屏蔽雙絞線(STP)

以箔屏蔽以減少干擾和串音物理層的傳輸媒體（1）非屏蔽雙絞線：由四對雙絞線和一個塑料外皮構成。r非屏蔽雙絞線(UTP)易受外部干擾，但其價格低廉且易于安裝和使用，應用非常廣泛。r在建筑物內部，作為局域網傳輸介質而被普遍使用，最大長度一般限制在100米之內。物理層的傳輸媒體（1）§EIA為非屏蔽雙絞線定義了6種質量級別：

-

第1、2類：電話通信中的語音和低速數據線，其最高傳輸速率為

4Mb/s

-

第3類：計算機網絡中的數據線，其最高傳輸速率為10Mb/s

-

第4類：計算機網絡中的數據線，其最高傳輸速率為16Mb/s

-

第5類：使用最多的一類，其最高傳輸速率為100Mb/s，是連接桌面

設備的首

選傳輸介質

-

第6類：具有200MHz以下的傳輸特性，最高傳輸速率1000Mb/s物理層的傳輸媒體（1）①②③④⑤⑥⑦⑧EIA/TIA-568AEIA/TIA-568B

以

太

網

用

的

插

頭

RJ-45

電

話

線

使

用

的

插

頭

RJ-11在通常的工程實踐中，T568B使用得較多。物理層的傳輸媒體（1）

白橙白藍白

綠白棕橙綠藍棕①②③④⑤⑥⑦⑧EIA/TIA-568AEIA/TIA-568B

以

太

網

用

的

插

頭

RJ-45

電

話

線

使

用

的

插

頭

RJ-11線序是不能隨意改動的。否則抗干擾能力就要下降，誤碼率就可能增大，這樣就不能保證網絡的正常工作。物理層的傳輸媒體（1）

白橙白藍白

綠白棕橙綠藍棕

針號：

1一端：白綠另端：白綠

2綠綠

3白橙白橙

4藍藍

5白藍白藍

6橙橙

7白棕白棕

8棕棕

(a)采用EIA/TIA

568A連接標準的直通方式27

物理層的傳輸媒體（1）

RJ-45的兩種連接情況(EIA/TIA568A標準)?

直通方式：聯線兩邊都是568A標準，或者568B

標準?

適用場合：主機與交換機相連

EIA/TIA

568A連接標準

集線器

工作站工作站工作站針號：

12345678一端：白綠另端：白橙綠橙白橙白綠藍藍白藍

橙白藍

綠白棕白棕棕棕

(b)采用EIA/TIA568A連接標準交叉方式

注意：有些網卡或交換機能自適應直通和交叉方式28

物理層的傳輸媒體（1）v交叉方式：聯線一邊是568A標準，另一邊568B

標準v適用場合：兩主機或交換機直接相連

EIA/TIA568A連接標準物理層的傳輸媒體（1）屏蔽雙絞線：內部與非屏蔽雙絞線電纜一樣是雙絞銅線，外層由鋁箔包著。rSTP在抗干擾方面優于UTP，但相對要貴一些。r屏蔽雙絞線除了用于IBM網絡產品安裝，并未普遍流行起來。物理層的傳輸媒體（1）【同軸電纜】【結構】：

r

內導體；

r

絕緣層；

r

網狀外導體屏蔽

層；

r

外部保護層。物理層的傳輸媒體（2）【同軸電纜】【特點】：rrrr高帶寬；抗干擾能力好；性能價格比高；連接麻煩。物理層的傳輸媒體（2）【分類】：r基帶同軸電纜：一條電纜只用于一個信道，阻抗為50Ω，用于數字傳輸。數據速率一般是10Mbps，最大距離限制在幾公里。曾經廣泛用于局域以太網。r寬帶同軸電纜：一條電纜劃分為若干個獨立信道，

阻抗75W，既可傳輸數字信號也可傳輸模擬信號。

用于模擬傳輸，頻帶達300—450MHz，傳輸距

離100km。一條電纜同時傳輸不同頻率的幾路

模擬信號，廣泛應用于有線電視技術。物理層的傳輸媒體（2）§

目前，在試驗室中光纖帶寬超過50Tbps；8

′

2.5

Gbps，8′

10

Gbps

，32

′

10

Gbps的光纖傳輸已經實用；§

常用的三個波長窗口（光纖波段）?

0.85um：衰減（attenuation)大，傳輸速率和距離受限制，但價格便宜；?

1.30um：衰減小，無色散（dispersion）補償、功率放大情況下，最大傳40km（最壞情況）；?

1.55um：衰減小，無色散補償、功率放大情況下，最大傳80km（最壞情況）物理層的傳輸媒體（3）【光纖】折射角

包層（低折射率的媒體）包層纖芯

物理層的傳輸媒體（3）【光纖】

纖芯

（高折射率的媒體）

入射角

包層

（低折射率的媒體）l

由玻璃內芯、玻璃封套、塑料外套構成；l

纖芯-折射率高，玻璃包層-折射率低。物理層的傳輸媒體（3）高折射率

(纖芯)低折射率

(包層)

光線在纖芯中傳輸的方式是不斷地全反射l

工作原理：利用大入射角時光的全反射原理。玻璃封套塑料外套玻璃內芯單芯光纜玻璃內芯塑料外套玻璃封套外

殼多芯光纜物理層的傳輸媒體（3）【光纖特點】：1.通信容量非常大(具有25000～30000GHz帶寬)；2.傳輸損耗小，中繼距離長；3.抗雷電和電磁干擾性能好；4.無串音干擾，保密性好，不易被截取數據；5.體積小，重量輕；6.價格昂貴，安裝麻煩。物理層的傳輸媒體（3）r

多模光纖：指光纖的光

信號與光纖軸成多個可

分辨角度的多光線傳輸。r

【特點】：頻帶較窄，

傳輸衰減大，易于連接，

價格便宜，一般用于中、

短距離的傳輸。多模輸入電信號單模波長:

1300,1550

nm輸出電信號

波長

:

850,1300

nm【光纖】【分類】：物理層的傳輸媒體（3）r

單模光纖：指光纖的光信號

僅與光纖軸成單個可分辨角

度的單光線傳輸。r

【特點】：頻帶較寬，傳輸

損耗小，在2.5Gb/s的高速率

下可傳輸數公里而不必采用

中繼器。但連接較困難。光

源要使用昂貴的半導體激光

器，通常做無中繼的長距離傳輸。多模輸入電信號單模波長:

1300,1550

nm輸出電信號

波長

:

850,1300

nm【光纖】【分類】：物理層的傳輸媒體（3）1010101010101010101001021041081010141016201022

6無線電微波

12紅外紫外線可見光

18X-射線

24γ

-射線1041051061071081091010111012131014101516f(Hz)f(Hz)雙絞線同軸電纜無線電(AM)無線電(FM)

電視頻道衛星通信

地面微波通信光纖頻段LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF無線傳輸所使用的頻段很廣。短波主要靠電離層的反射，但通信質量較差。頻率3-30M微波在數據通信中占重要地位。頻率：300MHz-300GHz。微波在空間是直線傳播。地面微波接力通信和衛星通信。物理層的傳輸媒體（4）【無線傳輸】rrrr距離：1000km；頻率：100M以下；全方向，易于穿透建筑物；應用：廣泛應用于通信領域。

物理層的傳輸媒體（4）（1）無線電傳輸物理層的傳輸媒體（4）（1）無線電傳輸(a)

在VLF,

LF,

and

MF

波段,無線電波沿地面傳播；(b)

在HF波段,

無線電波被電離層折射回來。應用：長距離傳輸話音和電視信號。微波傳送塔地球兩個地面站之間傳送；距離：50-100km；頻率：2G-40G；依賴于天氣和頻率；

地面站之間的直視線路rrrrr

物理層的傳輸媒體（4）（2）微波傳輸兩個地面站之間“接力”傳送，距離：50

-100

km。rrrr物理層的傳輸媒體（4）

【特點】通信信道的容量很大；傳送質量較高；可靠性較高；建設投資少，見效快。

微波傳送塔

地球rrrr物理層的傳輸媒體（4）

【缺點】相鄰站之間必須直視，不能有障礙物；會受到惡劣氣候的影響；隱蔽性和保密性較差；中繼站的使用和維護要耗費一定的人力和物力。

微波傳送塔

地球光接收器

物理層的傳輸媒體（4）（3）光波傳輸

激光束偏離了接收器

激光

擾動區

大樓產生

的熱氣流氣流可以干擾激光通信系統r用轉發器接收、放大和轉發；r支持點到多點傳送；【應用】：r傳輸電視信號、

遠距離話音傳輸、組建專用網。物理層的傳輸媒體（4）

（4）通信衛星r使用微波；地球地面站地面站將微波中繼站放在衛星上，

便形成了衛星通信系統。r通信距離遠，且費用與距離無關；r頻帶很寬，通信容量很大；r信號所受干擾較小；r具有較大的傳播時延(250-300ms)，但傳送數據比其他信道時延小；r適合于廣播通信，但安全性較差。【特點】物理層的傳輸媒體（4）Communication

satellites

and

some

of

their

properties,

including

altitude

above

theearth,

round-trip

delay

time

and

number

ofsatellites

needed

for

global

coverage.物理層的傳輸媒體（4）The

principal

satellite

bands.物理層的傳輸媒體（4）地球同步衛星：使用

3顆衛星覆蓋全球物理層的傳輸媒體（4）u

GEO衛星(Geostationary

Earth

Orbit)uMEO衛星

(Medium-Earth

Orbit)

rGPS（Global

Positioning

System，

全球定位系統）

r高度：18000KM

r24顆物理層的傳輸媒體（4）(a)

Iridium(銥)衛星66顆，構成6條項鏈，覆蓋整個地球(b)

1628

個移動的蜂窩覆蓋地球物理層的傳輸媒體（4）uLEO衛星

(Low-Earth

Orbit)物理層的傳輸媒體（4）在空中通過

衛星交換彎曲管道

衛星

在地面上

交換

Globalstar(a)

在太空中轉發信號；(b)在地面上轉發信號物理層的傳輸媒體（4）光纖衛星①原理上一根光纖就比現在所有發射的衛

星帶寬多；②市場領域是移動通信；③本質上的傳輸模式為廣播的場合；④位于惡劣地形或地面設施建設很差的地

區通信；⑤很難獲得路權來鋪設光纖的地區；⑥當快速部署網絡顯得非常重要的時候。1.1

物理層的基本概念及傳輸媒體1.2

數據通信的基礎知識1.3

模擬傳輸與數字傳輸1.4

信道復用技術物理層本章教學內容傳輸系統輸入信息輸入數據

發送的信號

接收的信號輸出數據源點終點發送器接收器PC

機公用電話網數字比特流數字比特流模擬信號模擬信號正文正文

調制解調器源系統調制解調器

目的系統傳輸系統輸出信息PC

機一個數據通信系統可劃分為三大部分：源系統（發送端）、傳輸系統（傳輸網絡）、目的系統（接收端）。數據通信的基本概念

數據通信系統傳輸系統輸入信息輸入數據

發送的信號

接收的信號輸出數據源點終點發送器接收器PC

機公用電話網數字比特流數字比特流模擬信號模擬信號正文正文

調制解調器源系統調制解調器

目的系統傳輸系統輸出信息PC

機源系統一般包括兩個部分：r源

點：產生要傳輸的數據。r發送器：通常源點生成的數據要通過發送器編碼后才能夠在傳輸系統中傳輸。數據通信的基本概念

數據通信系統傳輸系統輸入信息輸入數據

發送的信號

接收的信號輸出數據源點終點發送器接收器PC

機公用電話網數字比特流數字比特流模擬信號模擬信號正文正文

調制解調器源系統調制解調器

目的系統傳輸系統輸出信息PC

機目的系統一般也包括兩個部分：r接收器：接收傳輸系統傳送過來的信號，并將其轉換成為目的設備能夠識別處理的信息。r終

點：從接收器獲取傳送來的信息。數據通信的基本概念

數據通信系統傳輸系統輸入信息輸入數據

發送的信號

接收的信號輸出數據源點終點發送器接收器PC

機公用電話網數字比特流數字比特流模擬信號模擬信號正文正文

調制解調器源系統調制解調器

目的系統傳輸系統輸出信息PC

機在源系統和目的系統之間的傳輸系統可能是簡單的傳輸線，也可能是復雜的網絡系統。數據通信的基本概念

數據通信系統1.

信息、數據與信號2.

數據傳輸類型3.

數據通信方式4.

信道的極限容量數據通信的基本概念本節內容傳輸系統輸入信息輸入數據

發送的信號

接收的信號輸出數據源點終點發送器接收器PC

機公用電話網數字比特流數字比特流模擬信號模擬信號正文正文

調制解調器源系統調制解調器

目的系統傳輸系統輸出信息PC

機信息（information）：通信的目的是傳送信息。如話音、文字、圖像等。數據通信的基本概念

數據通信系統傳輸系統輸入信息輸入數據

發送的信號

接收的信號輸出數據源點終點發送器接收器PC

機公用電話網數字比特流數字比特流模擬信號模擬信號正文正文

調制解調器源系統調制解調器

目的系統傳輸系統輸出信息PC

機數據(data)：是運送信息的實體。數據通信的基本概念

數據通信系統傳輸系統輸入信息輸入數據

發送的信號

接收的信號輸出數據源點終點發送器接收器PC

機公用電話網數字比特流數字比特流模擬信號模擬信號正文正文

調制解調器源系統調制解調器

目的系統傳輸系統輸出信息PC

機信號（signal）：是數據在傳輸過程中的電信號的表示形式。數據通信的基本概念

數據通信系統1.

信息、數據與信號2.

數據傳輸類型3.

數據通信方式4.

信道的極限容量數據通信的基本概念本節內容模擬數據：連續變化的值；數字數據：取值是離散數值。模擬信號（analog

signal）：取值是連續的；數字信號（digital

signal）：取值是離散的；基帶信號（baseband）：將數字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示并傳輸；寬帶信號（broadband）：將基帶信號進行調制后形成的頻分復用模擬信號。【數據形式】【信號形式】數據通信的基本概念模擬信號與數字信號波形圖(

a

)v

(

t

)v

(

t

)tt(

b

)數據通信的基本概念信道（channel）：向某一方向傳送信息的媒體。電路：包含一條發送信道和一條接收信道。模擬信道：傳送模擬信號的信道。數字信道：傳送數字信號的信道。模擬傳輸:

指信道傳輸信號為模擬信號的通信。數字傳輸:

指信道傳輸信號為數字信號的通信。數字傳輸系統：利用數字信號來傳遞消息的通信系統。模擬傳輸系統：利用模擬信號來傳遞消息的通信系統。數據通信的基本概念【信道形式】模擬數據模擬數據

數字數據數字數據

模擬信號

數字信號模擬信號

數字信號

放大器

調制器

PCM

編碼器

調制器

數字

數據編碼數據和信號間的轉換數據通信的基本概念計算機間通過電話系統傳輸信號要經過多次變換：數字→模擬→數字→模擬→數字數據通信的基本概念1.

信息、數據與信號2.

數據傳輸類型3.

數據通信方式4.

信道的極限容量數據通信的基本概念本節內容r串行通信：將待傳送的每個字符的二進制代碼按由低位到高位的順序依次發送的方式。r并行通信：將表示一個字符的二進制代碼同時通過多條并行的通信信道發送出去，每次發送一個字符代碼的方式。數據通信的基本概念【通信形式—按使用的信道數】發

送發

送接

收發

送接

收接

收接

收發

送接

收發

送單

向

通

道

(

a

)雙

向

通

道

(

b

)雙

向

通

道

(

c

)

數據通信的基本概念

【通信形式—按信息交互方式】單向通信（單工）:只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工）:通信雙方都可以發送信息，但不能雙方同時發送(或接收)。雙向同時通信（全雙工）:通信雙方可以同時發送和接收信息。1.

信息、數據與信號2.

數據傳輸類型3.

數據通信方式4.

信道的極限容量數據通信的基本概念本節內容碼元：是承載信息的基本信號單位；波特（

Baud

）：每秒傳輸多少個碼元，是碼元傳輸速率（RB）的單位；比特：信息量的單位，與“波特”是完全不同的概念信息速率(Rb)：指每秒傳送的信息量，它以比特/秒為單位，簡稱bps。數據通信的基本概念【數據通信術語】一個碼元的信息量是由碼元所能表示的數據有效狀態值個數決定的，若一個碼元有00、01、10、11四個有效狀態值，則一個碼元能攜帶2bit的信息。1碼元=log2M比特（M為1碼元所表示的有效狀態值）數據通信的基本概念【碼元與比特的關系】碼元傳輸速率“波特”與信息傳輸速率“比特/每秒”的關系：Rb＝RBLog2M(其中：

Rb為信息傳輸速率，RB為碼元傳輸速率，M表示信號的進制，即信號的電平級數)r

若1個碼元只攜帶1bit的信息量，則“比特/秒”和“波特”在數值上相等。r

若1個碼元攜帶n

bit的信息量，則m

Baud的碼元傳輸速率所對應的信息傳輸速率為m×n

b/s。數據通信的基本概念

輸入信號波形輸入信號波形

輸出信號波形

(失真不嚴重)輸出信號波形

(失真嚴重)

數據通信的基本概念【信道的最高碼元傳輸速率】

失真不嚴重

實際的信道

（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）

失真嚴重

實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）

數據通信的基本概念

【信道的最高碼元傳輸速率（奈氏準則）】r1924年，奈奎斯特推導出在理想低通信道下的最

高碼元傳輸速率的公式：r理想低通信道的最大碼元速率為=2W

Baud；W是帶寬，單位為赫茲(Hz）

能通過

0

Baud(波特)是碼元傳輸速率的單位，

1波特為每鈔傳送1個碼元。不能通過

頻率(Hz)

W

(Hz)r每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每

秒2個碼元。

數據通信的基本概念r理想帶通信道的最高碼元傳輸速率

=

W

Baudr每赫帶寬的理想帶通信道的最高碼元傳輸速率

是每秒

1

個碼元。不能通過0頻率(Hz)

能通過W

(Hz)不能通過舉一個例子r

帶寬3kHz的理想低通信道，一個碼元攜帶3bit信息，那么最高的碼元傳輸速率：2W=6000Baud最高的信息傳輸速率：

6000Baud

×3=18000b/s數據通信的基本概念r奈氏準則指出了：碼元傳輸的速率是受限的，

不能任意提高，否則在接收端就無法正確判定

碼元是1還是0。r一個實際的信道所能傳輸的最高碼元速率，要

明顯地低于奈氏準則給出的這個上限數值。r要提高信息的傳輸速率，就必須設法使每一個

碼元攜帶更多個比特的信息量。這就需要采用

多元制的調制方法。數據通信的基本概念【強調幾點】碼元攜帶n

bit信息假定基帶信號：101

011

000

110

111

010…….一個碼元攜帶3

bits設用相位Ф0表示000，Ф1表示001，…即原來的信號為Ф5Ф3Ф0Ф6Ф7Ф2

……原來要發送18個碼元每碼元攜帶1比特，經變化后只需要發送6個碼元每碼元攜帶3比特。若以同樣的速率發送碼元則同樣時間內傳送的信息量提高3倍。數據通信的基本概念nn任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產生各種失真以及帶來多種干擾。碼元傳輸的速率越高，或信號傳輸的距離越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。數據通信的基本概念r1948年香農(Shannon)推導出了帶寬受限且具有

高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳

輸速率。C=Wlog2（1+S/N）b/s?

W—信道帶寬（以Hz為單位）；?

S—信道內所傳信號的平均功率；?

N—信道內部的高斯噪聲功率。數據通信的基本概念【信道的極限信息傳輸速率（香農定理）】S/N10100100010lgS/N

10dB

20dB

30dB例：信道帶寬W=3KHz，信噪比為30dB，則

C=3000×log2（1+1000）≈30Kbps

數據通信的基本概念rS/N為信道中的信噪比，噪聲的大小用信噪比來衡

量。通常使用10lgS/N，其單位為：分貝（dB）r信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。r只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，

就一定可以找到某種辦法來實現無差錯的傳輸。r若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限（當然實際信

道不可能），則信道的極限信息傳輸速率C也就沒

有上限。r實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農的極限傳輸速率低不少。數據通信的基本概念【香農公式表明：】源系統發送的信號輸出信息輸出數據輸入信息源點發送器接受器終點輸入數據傳輸系統目的系統

傳輸系統

接受的信號碼元傳輸速率受奈氏準則的限制信息傳輸速率受香農公式的限制數據通信的基本概念

奈氏準則與香農定理

在數據通信系統中的作用范圍1.1

物理層的基本概念及傳輸媒體1.2

數據通信的基礎知識1.3

模擬傳輸與數字傳輸1.4

信道復用技術物理層本章教學內容信道復用技術l

頻分復用l

時分復用l

波分復用l

碼分復用本節教學內容r

常用的名詞是碼分多址CDMA(Code

Division

Multiple

Access)。r

這種系統發送的信號有很強的抗干擾能力,其

頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發現。r

碼分復用的每一個用戶可以在同樣的時間使用