c是常数上述分解称为傅立叶级数.ppt

2005-9-7 State Key Lab. on ISN, Xidian University. 物理层 物理层为网络定义了机械的、电气的和时序的接口。 数据传输的理论分析 讨论三种传输介质：有导向的、无线的和卫星 举几个广泛用于广域计算机网路的通信系统的例子 2.1 数据通信理论基础 通过某种物理特性的变化，例如电压、电流，就可以在线路上传输信息。 如果物理特性可以以时间函数g(t) 描述，就可以对其进行建模，然后用数学的手段对其进行分析。 2.1.1 Fourier 分析 任何一个正常的周期为T的函数g(t),都可以展开成多个（可能无限个）正弦和余弦函数的和： 一个有限时间的数据信号可以想象成它在一遍一遍重复整个模式，也就是说T~2T之间的信号与0~T之间的信号完全一样，以此类推。 2.1.1 带宽受限信号 ‘b’ 编码为8位字节，以 传输 如果T = 8, 可以计算最初几项的平方根振幅为： 带宽：通常情况下，在从０到某个频率fc （Hz）的这段范围内，信号不会衰减。但是fc 之上的频率所对应的振幅都会有不同程度的衰减。将振幅衰减不明显的这段频率成为带宽（0到一半能量处0.707） 带宽对信号的限制：仅仅只有谐波数不超过T* fc谐波才能传输。 例如：传输率b位/秒，发送8为需要8/b秒，一次谐波频率为：b/8Hz，截止频率3000Hz，则最高可以通过的谐波次数大约是3000*8/b。 数据传输率与谐波的关系. 2.1.3 信道最大数据传输率 Nyquist准则（抽样定律）： maximum data rate = 2Hlog2V bps H为低通滤波器带宽，V为信号包含的离散级数 香农公式（信道容量） maximum data rate = Hlog2(1+S/N) bps S/N为信噪比 2.2 有导向的传输介质 2.2.1 磁介质 磁带或者可擦除的介质 特点：容量大，效率高，成本低，适于海量数据存储，但是几乎没有实时性。 例如： 200GB的磁带，一箱装1000个，其带宽为： 200*1000=200 terabytes/box/24hrs （by Federal Express） 1GB成本大概不到3美分，谁与争锋？ 2.2.2 双绞线 (a) 3类 UTP: 16 MHz (b) 5类 UTP: 100 MHz 2.2.3 同轴电缆 2.2.4 光纤 计算机CPU速率与通信传输速率的赛跑 (1981--2001) PC CPU : 4.77 MHz ~2 GHz 每10年20倍 (1981--2001) 通信速率 56 kbps to 1 Gbps 每10年125倍 并且错误率从10-5下降到几乎为零。 以后10G，100G 带宽有可能无限大，计算将成为瓶颈！因此网络应该尽可能避免计算开销，带宽考虑在其次。 光纤 (a) 三个例子：一束按照不同的角度从氧化硅内部射到空气/氧化硅的界面上. (b) 全反射，光在光纤中传输. 多模和单模 多模：光纤按多种模式传播。不同的光束以不同的反射角传播. 单模：直线传播不会反射，只有一种模式。 通过光纤传输光 红外区域的光通过光纤时的衰减情况 色散 光脉冲在光纤中传输过程中由于传播时延不同，到达时间不同的现象称为色散效应。色散对传输距离有很大的影响！ 利用啁啾效应形成光孤子可以降低或者消除色散，从而提高传输距离。 光缆 (a) 单根的结构. (b) 多根的结构 光纤的连接方式 连接器终止并插到插口（socket）中 机械手段 光纤融合 光源 半导体激光器和LED作为光源的比较 接收端 光电二极管 PIN APD 光纤网络1 带有有缘中继器的光纤环网. 光纤网络 (2) 光纤网络中无源星形连接. 无线传输 电磁波谱 无线电传输 微波传输 红外和毫米波 光波传输 电磁波谱 电磁波谱和它在通信中的用途. 频段Δf的计算 给定波段的宽度Δλ，可以用下式计算出对应的频段Δf，进而计算出该频段的数据传输率（容量） Δf = cΔλ/λ2 例如：1.30um的波段， Δλ=0.17*10-6 则Δf 大约为30THz，如果编码率为8位/Hz,则数据传输率为240Tbps 通常大多数传输使用窄的频段，以获得最佳的接收能力，但也有例外： 跳频 直接序列扩频 无线电传输 在VLF、LF和MF波段，无线电波沿着地面传播 在HF 波段,无线电波被电离层折射回来 2.3.2 微波传输 在100MHz以上的频段，电磁波几乎按直线传播 因为地球是圆的，所以要想远距离传输则必须中继，中继器之间的距离大