【正文】 號(hào) ?在數(shù)字通信系統(tǒng)中 ， 若信源產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào) （ 例如：計(jì)算機(jī)或終端等數(shù)字設(shè)備直接發(fā)出的二進(jìn)制信號(hào) ） ， 而傳輸使用的是模擬信道 （ 例如：公用電話線路等 ） ， 則稱為 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸通信系統(tǒng) 。 其中 ， 信道中傳輸 模擬信號(hào) 的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng) ， 信道中傳輸 數(shù)字信號(hào) 的系統(tǒng)則稱為數(shù)字通信系統(tǒng) 。 ※ 一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道 ， 實(shí)現(xiàn) 多路復(fù)用 ， 因此 ， 寬帶傳輸系統(tǒng)中信道的容量 大大增加了 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 18/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 、頻帶與寬帶傳輸（ Cont.） ?相對(duì)一般說(shuō)的頻帶傳輸而言 ， 比音頻（ 4KHZ） 還要寬的頻帶稱為 寬帶 （ Broad Band） 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 16/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 、頻帶與寬帶傳輸（ Cont.） ?在遠(yuǎn)距離通信時(shí) ， 通常所采用的傳輸方式為 頻帶傳輸 （ Frequency Band Transmission） ， 即：首先將基帶信號(hào)變換 （ 調(diào)制 ） 成便于在 模擬信道中傳輸?shù)?、 具有較高頻率范圍 的模擬信號(hào) （ 稱為頻帶信號(hào) ， Frequency Band Signal） ， 然后再將這種頻帶信號(hào)在模擬信道中進(jìn)行傳輸 。 因此 ， 在傳輸距離較近時(shí) ， 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常都采用基帶傳輸方式 。 基帶信號(hào)所固有的頻帶 ， 稱為基本頻帶 ， 簡(jiǎn)稱為 基帶 （ Base Band） 。 例如：由計(jì)算機(jī)或終端等數(shù)字設(shè)備直接發(fā)出的二進(jìn)制信號(hào) ， 其幅度取值只有兩種 ， 即 “1”或 “0”， 分別用高 （ 或低 ） 電平或低 （ 或高 ） 電平表示 ， 其 波形為方波 。 按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)類型不同 ，信號(hào)可以分為 模擬信號(hào) 和 數(shù)字信號(hào) 兩類 。 計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備所產(chǎn)生和交換的信息都是由 二進(jìn)制代碼 表示的字母 、 數(shù)字或控制符號(hào)的組合 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 5/103 一 .物理層的功能簡(jiǎn)介 (Cont.) ： 物理層是 OSI 參考模型中的 第一層 ， 是整個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)的基礎(chǔ) ， 它是 唯一 直接提供 原始比特流傳輸 的層 。 物理層設(shè)計(jì)的目的：是為了保證當(dāng)發(fā)送方發(fā)送的信號(hào)為二進(jìn)制 “ 1” 時(shí) ， 接收方接收到的也是二進(jìn)制 “ 1” ， 而不是二進(jìn)制 “ 0” 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 7/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) ?數(shù)據(jù) （ Data） 是指對(duì)客觀事物的 符號(hào)表示 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 9/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) ※ 模擬信號(hào) （ Analog Signal） ：是指 在時(shí)間或幅度上連續(xù)的信號(hào) ， 因此 ， 通常又稱為 連續(xù)信號(hào) 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 11/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 0V ( t )t0V ( t )t模擬信號(hào)波形圖 數(shù)字信號(hào)波形圖 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 12/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 、頻帶與寬帶傳輸 ?信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)稱為 頻率（ Frequency） ， 頻率的單位為 赫茲（ Hz） 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 14/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 、頻帶與寬帶傳輸（ Cont.） ?在信道中直接傳送基帶信號(hào)的方式 ， 稱為 基帶傳輸 （ Base Band Transmission） 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 15/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 、頻帶與寬帶傳輸（ Cont.） 例如：從計(jì)算機(jī)到監(jiān)視器 、 打印機(jī)等外設(shè)的信號(hào)就是采用基帶傳輸?shù)?。 顯然 ， 模擬信道不適用于直接傳輸頻帶很寬 、 但能量集中在低頻段的數(shù)字基帶信號(hào) 。 使用這種寬頻帶傳輸?shù)南到y(tǒng) ， 稱為 寬帶傳輸系統(tǒng) （ Broad Band Transmission System） 。 ※ 寬帶 （ 寬頻帶 ） 傳輸?shù)木嚯x比基帶傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn) 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 21/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 通信系統(tǒng)的一般組成模型如下圖所示： 信 源接 收 設(shè) 備信 道發(fā) 送 設(shè) 備信 宿噪 聲 源( 發(fā) 送 端 ） ( 接 收 端 )LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 22/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) ?模擬通信系統(tǒng)的組成可由通信系統(tǒng)一般模型略加改變而成 ， 主要完成了以下兩種重要變換： ※ 連續(xù)消息 到 電信號(hào)相互變換 ；例如：把聲音轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的麥克風(fēng) 。 ?若信源產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào) ， 而傳輸使用的也是數(shù)字信道 ， 則稱為 數(shù)字信號(hào)的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng) 。 信源信 道噪 聲 源信 道信 號(hào)形 成器抽 樣判 決信宿同 步接 收濾 波器LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 27/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) （ Cont.） ?模擬信號(hào)數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng) ： 模擬信號(hào)數(shù)字化后的數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)的組成模型如下圖所示 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 31/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) （ Cont.） ※ 編碼 （ Coding） ：是指按照一定的規(guī)律 ， 把量化后的幅度值用 二進(jìn)制數(shù)字 表示 ， 然后轉(zhuǎn)換成二值或多值的 數(shù)字信號(hào)流 。 ※ 差錯(cuò)可控 ：數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤 （ 差錯(cuò) ） ， 可通過(guò)糾錯(cuò)編碼技術(shù)來(lái)控制 ，以提高傳輸?shù)目煽啃?。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 34/103 二 .信息、數(shù)據(jù)與信號(hào) 數(shù)字通信的主要缺點(diǎn)如下： ※ 頻帶利用率不高 ：數(shù)字通信中 ， 數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬 ， 例如：以電話系統(tǒng)為例 ， 一路模擬電話通常只占據(jù) 4kHz 帶寬 ， 但一路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話可能要占據(jù) 2060kHz的帶寬 。 不過(guò) ， 隨著 新的寬帶傳輸信道 （ 如光纖 ） 的采用 、 以及窄帶調(diào)制技術(shù)與超大規(guī)模集成電路的發(fā)展 ， 數(shù)字通信的這些缺點(diǎn)目前已經(jīng)弱化 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 37/103 三 .傳輸介質(zhì) 有線傳輸介質(zhì)是指在兩個(gè)通信設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)的物理連接部分 ， 它能將信號(hào)從一方傳輸?shù)搅硪环?， 有線傳輸介質(zhì)主要有 雙絞線 、 同軸電纜 和 光纖 ： LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 38/103 三 .傳輸介質(zhì) ※ 雙絞線 （ Twisted Pair） ：雙絞線是一種把兩條互相絕緣的銅導(dǎo)線紐絞起來(lái)而組成的通信線路 ， 雙絞線的這種結(jié)構(gòu)既可減小流過(guò)電流所輻射的能量 ， 也可防止來(lái)自其他通信線路上的信號(hào)的干涉 。 按特性阻抗值不同 ， 同軸電纜主要包括 75歐姆寬帶同軸電纜 和 50歐姆基帶同軸電纜 兩種 。 由于光纖在任何時(shí)候都 只能單向傳輸 ， 因此 ，實(shí)現(xiàn)雙向通信時(shí)光纖必須 成對(duì)出現(xiàn) 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 42/103 三 .傳輸介質(zhì) 無(wú)線傳輸介質(zhì)是指在兩個(gè)通信設(shè)備之間不使用任何物理連接 ， 而是通過(guò)空間傳輸?shù)囊环N技術(shù) 。 如果兩個(gè)站點(diǎn)間相距太遠(yuǎn) ， 由于地球本身會(huì)阻礙電磁波的傳輸 ， 因此 ， 需要通過(guò) 微波中繼站的串聯(lián)使用 來(lái)完成遠(yuǎn)程通信服務(wù) 。 衛(wèi)星微波具有廣播性質(zhì) ， 但因?yàn)閭鬏斁嚯x較遠(yuǎn) ， 因此 ，有 1/4秒的傳輸延遲 。 但是 ， 由于激光 不具有穿透性 ， 對(duì)環(huán)境變化比較敏感 ，霧 、 雪和雨等大氣變化都會(huì)影響傳輸效果 ， 因此 ， 實(shí)際應(yīng)用中可能需要隨時(shí)對(duì)激光發(fā)射器和接收器進(jìn)行調(diào)整與維護(hù) 。 并行方式主要用于近距離通信 ， 例如：在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信通常是以并行方式進(jìn)行的 。 接 收 設(shè) 備發(fā) 送 設(shè) 備876543211234 5 6 7 8并 行 到 串行 的 轉(zhuǎn) 換串 行 到 并行 的 轉(zhuǎn) 換LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 50/103 四 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式 、 半雙工或全雙工通信 ※ 單工通信 （ Simplex Communication） ：?jiǎn)喂ねㄐ欧绞街恢С謹(jǐn)?shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸 ， 又稱為單向通信 。 例如： 現(xiàn)代電話通信系統(tǒng) PSTN中采用的就是全雙工通信方式 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 53/103 四 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式 ※ 同步通信 （ Synchronous Communication） ：同步通信方式要求接收端時(shí)鐘頻率和發(fā)送端時(shí)鐘頻率一致 。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 54/103 五 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法 在基帶傳輸中 ， 需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼來(lái)表示數(shù)據(jù) ， 其中 ， 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼方式主要有 非歸零碼 NRZ、 曼徹斯特 （ Manchester） 編碼 、 和 差分曼徹斯特 （ Difference Manchester）編碼 ： LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 55/103 五 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法 ※ 非歸零碼 NRZ（ Non Return Zero） ： NRZ碼的編碼原理如下圖所示 ， 其中：以 低電平表示 0， 高電平表示 1。 01 001011數(shù) 據(jù)（ a ） 非 歸 零 碼同 步 時(shí) 鐘( b ) 曼 徹 斯 特 編 碼( c ) 差 分 曼 徹 斯 特 編 碼LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 57/103 五 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法 曼徹斯特編碼方法主要具有以下的 優(yōu)點(diǎn) ： （ 1） 每個(gè)比特的中間有一次電平跳變 ， 兩次電平跳變的時(shí)間間隔可以是 T/2或 T； （ 2） 利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號(hào)； （ 3） 曼徹斯特編碼是一種 自同步 的編碼方式 ， 即時(shí)鐘同步信號(hào)就隱藏在數(shù)據(jù)波形中 。 01 001011數(shù) 據(jù)（ a ） 非 歸 零 碼同 步 時(shí) 鐘( b ) 曼 徹 斯 特 編 碼( c ) 差 分 曼 徹 斯 特 編 碼LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 59/103 五 .數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法 差分曼徹斯特編碼的 主要優(yōu)點(diǎn) 為： 比曼切斯特編碼的電平跳變次數(shù)要少 ， 因此 ，更適合與傳輸高速的信息 ， 被廣泛用于寬帶高速網(wǎng)中 。 ※ 信號(hào)帶寬 ：是指 信號(hào)頻譜的寬度 ， 即：信號(hào)的 最高頻率分量 與 最低頻率分量 之 差 ， 例如：一個(gè)由數(shù)個(gè)正弦波疊加成的方波信號(hào) ， 該信號(hào)的最低頻率分量為其基頻 ， 假定為：f=2KHz， 其最高頻率分量為其 7次諧波頻率 ， 即為： 7f=7 2=14KHz， 因此 ， 該信號(hào)的帶寬為：7f f =142=12KHz。 LOGO 高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 63/103 六 .模擬信道的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率