[信息与通信]第二章物理层.ppt

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 an = [cos(πn/4) -cos(3πn/4) + cos(6πn/4) -cos(7πn/4)] /πn bn = [sin(3πn/4) -sin(πn/4) + sin(7πn/4) -sin(6πn/4)] /πn c = 6/8 The root mean square amplitudes is (an2+bn2)1/2. 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 (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 MHz STP 3.2.2同轴电缆 基带同轴电缆（Baseband Coax）：阻抗匹配为50Ω，用于数字传输，1公里电缆可达1~2Gbps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，BNC，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75Ω，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 pulses to the receiver GI型（Multimode graded-index fiber）：acts to refract the light toward the center of the f