数据通信与网络技术课件.ppt

1、第第2 2章章 物理层的基本概念物理层的基本概念数据通信系统数据通信系统物理层的概念物理层的概念传输介质传输介质复用技术复用技术数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT2数据通信系统wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT32.2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型*l 数据通信系统模型：(P37)l任何一个通信系统任何一个通信系统( (如模拟电话、数字电话如模拟电话、数字电话) )都可以用该模型都可以用该模型来抽象描述。该模型包含了许多基本

2、概念和基本知识，也涉来抽象描述。该模型包含了许多基本概念和基本知识，也涉及大量复杂的通信技术。及大量复杂的通信技术。输输出出数数据据发发送送信信号号接接收收信信号号源点源点发送器发送器信道信道接收器接收器终点终点输输入入数数据据噪声源噪声源输输入入信信息息输输出出信信息息源系统源系统目的系统目的系统传输传输系统系统(1)(2)(3)wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT42.2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型 (续1)l几个术语几个术语p数据数据(data) 运送信息的实体；数据通信系统中，数运送信息的实体；数据通信系统中，数据通

3、常是广义地指声音、图形据通常是广义地指声音、图形/图象、文本等在网络中存图象、文本等在网络中存储、处理和传输的二进制数字信息。储、处理和传输的二进制数字信息。p信号信号(signal) 数据的电气的或电磁的表现，是携带数数据的电气的或电磁的表现，是携带数据的传输介质据的传输介质 ； p“模拟的模拟的”(analogous) 连续变化的；连续变化的；p“数字的数字的”(digital) 取值是离散数值；取值是离散数值；p调制调制 把数字信号转换为模拟信号的过程；把数字信号转换为模拟信号的过程；p解调解调 把模拟信号转换为数字信号的过程。把模拟信号转换为数字信号的过程。wenzhanSchool

4、of Communication Engineering, CUIT52.2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型 (续2)l源系统：源系统：p源点源点- 源点设备产生要传输的数据，也称为源站；源点设备产生要传输的数据，也称为源站；p发送器发送器- 通常源点生成的数据要通过发送器编码后才通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传送系统中传输。能在传送系统中传输。l目的系统：p接收器接收器- 接收传输系统传来的信号，并转换为能被目接收传输系统传来的信号，并转换为能被目的设备处理的信息；的设备处理的信息；p终点终点- 从接收器获取传来的数字比特流，然后输出信从接收器获取传来的数字比特流，然后输出

5、信息。也称为目的站。息。也称为目的站。l传输系统：可以是简单的传输线，也可以是复杂的网络可以是简单的传输线，也可以是复杂的网络系统，如公用电话网系统，如公用电话网(有许多交换设备有许多交换设备)等。等。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT6模拟通信、数字通信和数据通信模拟通信、数字通信和数据通信模拟通信系统模型*l模拟通信：模拟通信：以模拟信号为传输对象的传输方式称为模拟以模拟信号为传输对象的传输方式称为模拟传输，而以模拟信号来传输，而以模拟信号来传输信息传输信息的通信方式称为模拟通信。的通信方式称为模拟通信。l 模拟通信系统模型模拟

6、通信系统模型调调制制信信号号信信号号解解调调源点源点调制器调制器信道信道解调器解调器终点终点噪声源噪声源源系统源系统目的系统目的系统传输传输系统系统(1)(2)(3)模模拟拟信信号号模模拟拟信信号号wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT7模拟通信、数字通信和数据通信模拟通信、数字通信和数据通信(续1) 模拟通信系统模型*l说明：说明：图中图中调制器调制器和和解调器解调器分别起发送机和接收分别起发送机和接收机的作用，实质是一种信号变换器，对信号进行机的作用，实质是一种信号变换器，对信号进行变换，以适应传输信道的特性；经调制后的信号变换，以

7、适应传输信道的特性；经调制后的信号仍是连续信号，解调器对调制信号进行反变换，仍是连续信号，解调器对调制信号进行反变换，恢复成调制前的信号形状；恢复成调制前的信号形状；l特点：特点：传输介质中传输信号的频带比较窄，故信传输介质中传输信号的频带比较窄，故信道的利用率高；但抗干扰能力弱、保密性差、设道的利用率高；但抗干扰能力弱、保密性差、设备不易大规模集成和不适应计算机通信飞速发展备不易大规模集成和不适应计算机通信飞速发展的需要等。的需要等。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT8模拟通信、数字通信和数据通信模拟通信、数字通信和数据通信(续2

8、) 数字通信系统模型*l数字通信：数字通信：以数字信号为传输对象的传输方式称为以数字信号为传输对象的传输方式称为，而以数字信号来传输信息的通信方式称为，而以数字信号来传输信息的通信方式称为。p若源点输出的是模拟信号，可以通过取样、量化和编码等数字化若源点输出的是模拟信号，可以通过取样、量化和编码等数字化处理后，以数字信号形式进行传输；处理后，以数字信号形式进行传输；l数字通信系统模型：数字通信系统模型：源点源点调制器调制器信道信道解调器解调器噪声源噪声源源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统(1)(2)(3)信源编码器信源编码器信道编码器信道编码器终点终点信源译码器信源译码器信道译码器信

9、道译码器wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT9模拟通信、数字通信和数据通信模拟通信、数字通信和数据通信(续3) 数字通信系统模型*l信源编码器信源编码器-把模拟信号进行数字化处理，转变成数字信号，把模拟信号进行数字化处理，转变成数字信号，还具有提高数字信号传输有效性的作用；如果源点输出满还具有提高数字信号传输有效性的作用；如果源点输出满足要求的数字信号，则可省略；足要求的数字信号，则可省略；l信道编码器信道编码器-将数字信号按一定的规则加入冗余码，以便在将数字信号按一定的规则加入冗余码，以便在接收端发现或纠正错码，从而提高通信的可靠性

10、；接收端发现或纠正错码，从而提高通信的可靠性；l调制器和解调器调制器和解调器-仅对采用模拟传输的数字通信系统才需要，仅对采用模拟传输的数字通信系统才需要，作用与模拟通信系统中的类似；作用与模拟通信系统中的类似；l信道译码器信道译码器-发现和纠正信号传输过程中引入的差错，消除发现和纠正信号传输过程中引入的差错，消除信道编码器所加入的冗余码；信道编码器所加入的冗余码；l信源译码器信源译码器-把数字信号还原为模拟信号。把数字信号还原为模拟信号。l特点：特点：抗干扰性强、保密性好，设备易于集成化和便于使抗干扰性强、保密性好，设备易于集成化和便于使用计算机技术处理；但所占信道频带比模拟通信宽得多，用计算

11、机技术处理；但所占信道频带比模拟通信宽得多，故降低了信道的利用率。故降低了信道的利用率。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT10模拟通信、数字通信和数据通信模拟通信、数字通信和数据通信(续4) 数据通信*l数据通信数据通信：指由源点产生的数据，不管通过模拟传输还指由源点产生的数据，不管通过模拟传输还是数字传输的信道，都按一定的是数字传输的信道，都按一定的通信协议通信协议形成数据流传输到形成数据流传输到终点的过程。终点的过程。p从某种意义上讲，数据通信可看作数字通信的特例，并从某种意义上讲，数据通信可看作数字通信的特例，并具有数字通信的

12、一切优点；具有数字通信的一切优点；p数据通信主要是数据通信主要是“人人-机机”通信或通信或“机机-机机”通信，以数据通信，以数据传输为基础，包括传输为基础，包括数据传输、数据交换数据传输、数据交换及传输前后的及传输前后的数数据处理过程据处理过程；p数据通信离不开计算机，故通常将数据通信离不开计算机，故通常将和和混着使用。混着使用。p早期的数据通信与现代在计算机通信有区别。但随着技早期的数据通信与现代在计算机通信有区别。但随着技术的进步，数据通信的含义也在发生变化。术的进步，数据通信的含义也在发生变化。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUI

13、T11数据通信研究的内容数据通信研究的内容l 数据通信的任务数据通信的任务包括计算机或数据终端之间数据的包括计算机或数据终端之间数据的等，通常从系统各组成部分功能的角度，其等，通常从系统各组成部分功能的角度，其研究内容可划分为研究内容可划分为3个基本方面：个基本方面：p传输传输-解决如何为数据提供传输通道，研究适合传输的电解决如何为数据提供传输通道，研究适合传输的电信号形式，以及构成传输介质和用来控制电信号的各种传信号形式，以及构成传输介质和用来控制电信号的各种传输设备；输设备；p通信接口通信接口-解决怎样把发送端的信号变换为适合于传输的解决怎样把发送端的信号变换为适合于传输的电信号，或把传输

14、到接收端的电信号转换为终端设备可接电信号，或把传输到接收端的电信号转换为终端设备可接收的形式；收的形式；p通信处理通信处理-是数据通信中最复杂的部分，其基本功能可分是数据通信中最复杂的部分，其基本功能可分为以下为以下3类：类：wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT12数据通信研究的内容数据通信研究的内容(续续)l 编辑编辑：包括差错控制、格式处理和编辑包括差错控制、格式处理和编辑3 3个基本功能。这个基本功能。这些功能涉及到数据处理前后对数据的安排和监控，以便进些功能涉及到数据处理前后对数据的安排和监控，以便进行有效的处理；行有效的处理

15、；l 转换：转换：包括速度转换和代码转换。前者是为补偿发送端与包括速度转换和代码转换。前者是为补偿发送端与接收端之间两者速度上的差异，后者是将发送端采用的代接收端之间两者速度上的差异，后者是将发送端采用的代码转换为接收端采用的代码，起码转换为接收端采用的代码，起“翻译翻译”作用；作用；l 控制：控制：包括网络控制、查询和路由选择。这类功能涉及在包括网络控制、查询和路由选择。这类功能涉及在发送端和接收端之间选择一条有效而经济的路径，控制报发送端和接收端之间选择一条有效而经济的路径，控制报文有序且安全地由发送端传送到接收端；查询是对数据终文有序且安全地由发送端传送到接收端；查询是对数据终端进行询问

16、的功能，查询既可以顺序进行，也可以按数据端进行询问的功能，查询既可以顺序进行，也可以按数据终端优先级的高低进行，甚至中断正常的查询顺序进行应终端优先级的高低进行，甚至中断正常的查询顺序进行应急处理。急处理。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT13课堂思考l P62l 2-03l 2-04wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT14物理层概述 p物理层的作用物理层的作用 p物理层的任务物理层的任务p物理层的服务物理层的服务wenzhanSchool of Communication

17、 Engineering, CUIT15物理层的作用*10010100100100001100101001001000011、数据转化为信号、数据转化为信号2、信号的传输、信号的传输3、信号转化为数据、信号转化为数据wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT16物理层的任务*l 物理层主要任务：物理层主要任务：从四个方面对物理设备和媒体之从四个方面对物理设备和媒体之间的接口进行定义。间的接口进行定义。p机械特性：机械特性：指明接口部件的形状和尺寸、引线数目和排指明接口部件的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等；列、固定和锁定装置等；

18、p电气特性：电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围等；围等；p功能特性：功能特性：指明某条信号线（数据线、控制线、定时线指明某条信号线（数据线、控制线、定时线等）上出现的某一电平的电压表示何种意义；等）上出现的某一电平的电压表示何种意义；p规程特性：规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。序。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT17物理层的服务*l 物理层服务：物理层服务：建立、维持和释放物理连接，并在建立、维持和释放物理连接，并在物理

19、连接上透明传输比特流。物理连接上透明传输比特流。p 物理连接：由物理层提供的、在该层用户之间由物理层提供的、在该层用户之间建立起来的一种临时的联系。建立起来的一种临时的联系。p 透明传输：上层看不见传输方式和过程。上层看不见传输方式和过程。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT18物理层标准举例l 重点：通过具体的标准理解物理层规程的含义；通过具体的标准理解物理层规程的含义；l DTE 通过通过 DCE 与通信传输线路相连与通信传输线路相连DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户设施DTE信号线与控制线用户设施EIA-232/

20、V.24接口EIA-232/ V.24接口wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT19物理层标准举例l EIA-232标准：是是DTE和和DCE之间的接口标准之间的接口标准：使用：使用25引脚的引脚的DB-25插头座，即插头座，即ISO 2110关于插座的关于插座的标准。标准。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT20物理层标准举例l 为节省空间并且实现具有双向握手功能的双向通信，用DB9连接器作为RS232C的物理连接器。发送数据接收数据请求发送允许发送DCE 就绪信号地载波检测

21、DTE 就绪振铃指示(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(20)(22)(3)(2)(5)(1)(4)(9)(7)(8)(6)DB-25连接器连接器DB-9连接器连接器wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT21物理层标准举例l 电气特性：p 输出阻抗输出阻抗 小于小于 300 欧欧p 输入阻抗输入阻抗 3 7 欧欧p -5v -15v 表示表示 1p +5v +15v 表示表示 0p 连接线缆连接线缆=15m时，最大数据传输率为时，最大数据传输率为19.2kb/s；101100011信号信号 -5v-15v信号信号 -5v-15v

22、数据数据wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT22DTEDCEDCE信号线与控制线用户设施DTE信号线与控制线用户设施0 11 0000 11 000物理层标准举例wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT23物理层标准举例l EIA-232/V.24的信号定义，其余引脚保留未用(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机计算机或或终端终端调制

23、解调器调制解调器l 功能特性：p地地(信号地、保护地信号地、保护地)、数据、数据(发送、接收发送、接收)、控制、控制(RTS、CTS、DCR、DTR等等)、定时定时(发送定时、接收定时发送定时、接收定时)wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT24物理层标准举例l 规程特性：p 规定了在规定了在DTE和和DCE之间所发生事件的合法顺序。便于接口的输入之间所发生事件的合法顺序。便于接口的输入输出。输出。端口地址端口地址输入输入/输出输出名称名称-用途用途0 x3f8*Out写发送保持寄存器。含有将要发送的字符。写发送保持寄存器。含有将要发送

24、的字符。0 x3f8*In读接收缓冲寄存器。含有将要接收的字符。读接收缓冲寄存器。含有将要接收的字符。0 x3f8*Out/in读写波特率因子（读写波特率因子（LSB）- 低字节低字节0 x3f9*Out/in读写波特率因子（读写波特率因子（MSB）- 高字节高字节0 x3f9*Out/in读写中断允许寄存器。位读写中断允许寄存器。位1-发送空中断，位发送空中断，位0-数据到达中断。数据到达中断。0 x3faIn读中断识别寄存器。位读中断识别寄存器。位12-10-数据到达，位数据到达，位12-01-数据发送。数据发送。0 x3fbOut写线路控制寄存器。写线路控制寄存器。232传输方式。位传输

25、方式。位7-1-DLAB0 x3fcOut写写modem控制寄存器。位控制寄存器。位3-1-允许中断。允许中断。0 x3fdIn读线路状态寄存器。错误识别。读线路状态寄存器。错误识别。0 x3feIn读读modem状态寄存器。了解状态寄存器。了解modem的状态变化。的状态变化。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT25物理层标准举例l 有些场合需要两台有些场合需要两台PC直接连接直接连接(NULL MODEM)，此时，此时需要一根特制的电缆。双方都是可随时发送和随时接收的需要一根特制的电缆。双方都是可随时发送和随时接收的DTE。插头插

26、头插头插头插座插座插座插座计算机计算机虚调制解调器虚调制解调器计算机计算机(1)保护地(2)发送(3)接收(4)请求发送(5)允许发送(6)DCE 就绪(7)信号地(8)载波检测(20)DTE 就绪(22)振铃指示(1)保护地(2)发送(3)接收(4)请求发送(5)允许发送(6)DCE 就绪(7)信号地(8)载波检测(20)DTE 就绪(22)振铃指示wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT26物理层标准举例l RS-449标准：解决解决RS-232具有的两个最大缺点；具有的两个最大缺点；p由由3个标准组成个标准组成lRS-449：规定机

27、械、功能和过程特性，采用：规定机械、功能和过程特性，采用37引脚；引脚；lRS-423-A：规定采用非平衡传输时的电气特性；线：规定采用非平衡传输时的电气特性；线缆长缆长10m时，数据传输率可达时，数据传输率可达300kb/s；lRS-422-A：规定采用平衡传输时的电气特性；数据：规定采用平衡传输时的电气特性；数据传输率可达传输率可达2Mb/s ，线缆长度可超过，线缆长度可超过60m；电缆长度；电缆长度更短时更短时(如如10m)，传输速率还可更高，传输速率还可更高(如如10Mb/s)。现。现在广泛采用平衡传输。在广泛采用平衡传输。pRS-232通常用于通常用于标准电话线标准电话线的物理层接口

28、；的物理层接口；RS-449则用则用于于宽带电路宽带电路，速率一般在，速率一般在48168kb/s，是点到点的同步，是点到点的同步传输。传输。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT27将计算机上的串口（将计算机上的串口（9 9针的针的EIA-232EIA-232接口）接口）的收发端口短接，编写程序，实现自发自的收发端口短接，编写程序，实现自发自收。收。实验课时检查程序和运行结果！实验课时检查程序和运行结果！wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT28课堂思考l P62l 2-05w

29、enzhanSchool of Communication Engineering, CUIT29通信介质 - 传输媒体wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT30物理层-通信介质l双绞线p屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)p无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) l同轴电缆p50 同轴电缆同轴电缆基带同轴电缆基带同轴电缆p75 同轴电缆同轴电缆宽带同轴电缆宽带同轴电缆l光缆-通信应用极为广泛，如市话中继、干线通信电视通信应用极为广泛，如市话中继、干线

30、通信电视传输、专用系统通信等领域，特别适合远距离干线通信。传输、专用系统通信等领域，特别适合远距离干线通信。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT31由两条导线按一定扭距相互绞合（可减少相邻导线的由两条导线按一定扭距相互绞合（可减少相邻导线的电磁干扰）在一起的类似于电话线的传输媒体，每根电磁干扰）在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线加绝缘层并有颜色来标记。线加绝缘层并有颜色来标记。双绞线双绞线(twisted-pair)铜线铜线铜线铜线聚氯乙烯聚氯乙烯 套层套层聚氯乙烯聚氯乙烯套层套层屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层非非屏蔽双绞线

31、屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STPwenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT32双绞线双绞线(twisted-pair)l LAN上常用上常用UTP，p3类传类传10M-100m (10BASE-T) ，5类传类传10M/100M-100m(100BASE-T)p（其中（其中10指最高速率为指最高速率为10M，T表示双绞线）表示双绞线）l RJ-45接头，接头，8芯，芯，1/2、3/6为数据收发，为数据收发，4/5为电话，为电话，7/8为为电源电源568A：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕

32、白、棕标准标准568B：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕 wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT33双绞线的制作双绞线的制作l 10M双绞线：两端按一样的顺序制作即可。双绞线：两端按一样的顺序制作即可。l 100M双绞线分两类：双绞线分两类：n正线（标准正线（标准568B）：两端都按：两端都按568B的线序。的线序。n反线（反线（568A）：一端为：一端为568B的线序，另一端为的线序，另一端为568A的线序。的线序。 n具体如下：具体如下：l PC-PC：反线：反线l PC-Hub：正线：

33、正线l Hub-Hub、 Switch-Switch相连时：相连时：p普通口普通口 - 普通口：反线普通口：反线p级连口级连口 - 级连口：反线级连口：反线p普通口普通口 - 级连口：正线级连口：正线l Hub(级联口级联口) - Switch(普通口普通口)：正线：正线l Switch(级联口级联口) Router：正线：正线 Router - Router ：反线：反线 wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT34l 同轴电缆：同轴电缆：可分为两类：可分为两类：l 宽带同轴电缆宽带同轴电缆（75欧，粗缆）和欧，粗缆）和基带同轴电缆基带

34、同轴电缆（50欧，细欧，细缆）。同轴电缆在实际应用中很广，比如有线电视网缆）。同轴电缆在实际应用中很广，比如有线电视网CATV，就是使用同轴电缆。，就是使用同轴电缆。外导体屏蔽层外导体屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘保护套层绝缘保护套层内导体内导体同轴电缆同轴电缆同轴电缆wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT35折射角折射角入射角入射角 包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体） 包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体） 纤芯纤芯（高折射率的媒体）（高折射率的媒体） 包层包层纤纤芯芯光线在光纤中的折射光线在光纤中的折射光纤光纤wenzhan

35、School of Communication Engineering, CUIT36l 光纤的工作原理-光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射高折射率高折射率( (纤芯纤芯) )低折射率低折射率( (包层包层) )光纤光纤wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT37l 多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲单模光纤单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤多模光纤光纤光纤wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT38传输媒介 价格 电磁干扰 频带宽度 单段最大长度 UTP 最便宜

36、高 低 100 米 STP 一般 低 中 等 100 米 同轴电缆 一般 低 高 185米/500米 光 缆 最高 没 有 极 高 几十公里 wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT39l 非导向传输媒体以自由空间为传输电磁波的手段，常称为非导向传输媒体以自由空间为传输电磁波的手段，常称为无线传输，所用的工作频段很广，所用的工作频段很广(如图如图2-所示所示)。l 目前，可用于通信的频段是：无线电波、微波、红外线及目前，可用于通信的频段是：无线电波、微波、红外线及可见光几个频段；可见光几个频段；l 短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道

37、的通信质量短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。较差。l 微波在空间主要是直线传播。微波在空间主要是直线传播。 p地面微波接力通信地面微波接力通信p卫星通信卫星通信 2.3.2 非导向传输媒体wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT40l两个地面站之间传送l距离：50 -100 km地面微波接力通信地面微波接力通信wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT41l使用微波使用微波l使用转发器接收和转发使用转发器接收和转发C波段波段 4/6 GHz 上行上行 5.925

38、- 6.425 GHz 下行下行 3.7 - 4.2 GHz KU波段波段 11/14 GHz 上行上行 14 - 14.5 GHz 下行下行 11.7 - 12.2 GHzKa波段波段 20/30GHz 上行上行 27.5-30.5 下行下行 17.7-21.7卫星通信wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT42地球同步卫星l与地面站相对位置固定与地面站相对位置固定l使用使用3个卫星覆盖全球个卫星覆盖全球wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT43信道复用技术 wenzhanSch

39、ool of Communication Engineering, CUIT44信道复用技术l 信道复用技术信道复用技术：p是一种将若干彼此无关的信号合并成一路复合信号，并是一种将若干彼此无关的信号合并成一路复合信号，并在一条公共的信道上传输，到达接收端后再进行分离的在一条公共的信道上传输，到达接收端后再进行分离的技术；技术；p包括包括信号复合信号复合、传输传输和和分离分离等等3方面的内容。方面的内容。l 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用 p频分复用：频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。p时分复用：时分复用：

40、所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT45信道复用技术(续续1)l 按频率划分不同的子信道供用户同时使用按频率划分不同的子信道供用户同时使用频率频率时间时间频分复用频分复用wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT46信道复用技术(续续2)l 时分复用注意：每个时分复用用户在每个每个时分复用用户在每个TDM帧中占用帧中占用固定序号的时隙。固定序号的时隙。故可能会造成线路资源的浪费。时间BBBBCCCCDD

41、DDAAAA在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧在 TDM 帧中的位置不变在 TDM 帧中的位置不变在 TDM 帧中的位置不变wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT47信道复用技术(续续3)l 统计时分复用统计时分复用(STDM)：p原理：原理：STDM帧不固定分配时隙，而是按需要帧不固定分配时隙，而是按需要动态地分配时隙。即输出线路上，某个用户所动态地分配时隙。即输出线路上，某个用户所占用的时隙并不是周期性地出现。与占用的时隙并不是周期性地出现。与TDM相比，相比，必须在时隙中包括必须在时隙中包

42、括用户地址信息用户地址信息。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT48信道复用技术(续续4)l 统计时分复用统计时分复用用户ABCDattttt3 个个 STDM 帧帧a#1babacbbc#2cdcd#3统计时分复用统计时分复用taA B C D AB C DwenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT49信道复用技术(续续5)l 波分复用波分复用 WDM：就是光的频分复用。：就是光的频分复用。 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554

43、 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km光调制器光解调器wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT50信道复用技术*(续续6)l 码分复用码分复用 CDMAp常用的名词是码分多址常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。p

44、各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。造成干扰。p这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。似于白噪声，不易被敌人发现。 p每一个比特时间划分为每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为个短的间隔，称为码片码片(chip)。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT51信道复用技术*(续续7)l 码片序列码片序列(chip sequence)p每个站被指派一个唯一的每个站被指派一个唯一的 m bit

45、码片序列。码片序列。l如发送比特如发送比特 1，则发送自己的，则发送自己的 m bit 码片序列。码片序列。l如发送比特如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。，则发送该码片序列的二进制反码。 p例如，例如，S 站的站的 8 bit 码片序列是码片序列是 00011011。l发送比特发送比特 1 时，就发送序列时，就发送序列 00011011，l发送比特发送比特 0 时，就发送序列时，就发送序列 11100100。pS 站的码片序列：站的码片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT52

46、信道复用技术*(续续8)l CDMA 的重要特点的重要特点p每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交正交(orthogonal)。p在实用的系统中是使用在实用的系统中是使用伪随机码序列伪随机码序列。l 码片序列的正交关系码片序列的正交关系p令向量令向量 S 表示站表示站 S 的码片向量，令的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片表示其他任何站的码片向量。向量。 p两个不同站的码片序列正交，就是向量两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和和T 的规格化的规格化内积内积(inner product)都是都是 0： 0TSm1TS

47、m1iii(2-4)wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT53信道复用技术*(续续9)l码片序列的正交关系举例码片序列的正交关系举例p令向量令向量 S 为为(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量，向量 T 为为(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 p把向量把向量 S 和和 T 的各分量值代入的各分量值代入(2-4)式就可看出这两个码片序式就可看出这两个码片序列是正交的。列是正交的。l正交关系的另一个重要特性正交关系的另一个重要特性p任一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是任一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积

48、都是1 。p一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 1。mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSwenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT54信道复用技术*(续续10)l CDMA 的工作原理的工作原理S 站的码片序列站的码片序列 Sttttttm 个码片tS 站发送的信号站发送的信号 SxT 站发送的信号站发送的信号 Tx总的发送信号总的发送信号 Sx + Tx规格化内积规格化内积 S Sx规格化内积规格化内积 S Tx数据码元比特数据码元比特发发送送端端接接收收端

49、端wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT55l 如果如果T站要接收站要接收S站发送的数据，站发送的数据，T必须要知道必须要知道S站的码序列站的码序列S，用，用S与接收到的信号与接收到的信号I(各站码各站码序列之和序列之和)求内积，结果就是其它站信号都被求内积，结果就是其它站信号都被过滤掉，余下的就是过滤掉，余下的就是S站发送的信号。站发送的信号。l 若内积若内积+1，说明，说明S站发送的是比特站发送的是比特1；内积；内积-1，说明说明S站发送的是比特站发送的是比特0，否则就是什么也没发，否则就是什么也没发送。送。接收方的工作原理 wen

50、zhanSchool of Communication Engineering, CUIT56课堂练习1l A：00011011，B：00101110，C：01000010，若，若A站发站发1，B站发站发0，C站不发，则各站收到的芯片站不发，则各站收到的芯片序列是什么？序列是什么？ l （0 0 -2 +2 0 -2 0 +2）wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT57课堂练习2l 共共4站进行站进行CDMA通信，码序列分别为通信，码序列分别为l A（-1-1-1+1+1-1+1+1）l B（-1-1+1-1+1+1+1-1）l C（-