物理层-Physicallayer.ppt

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1、1,The Physical Layer物理层,2.1 The Theoretical Basis for Data Communication2.2 Transmission Media2.3 Wireless Transmission2.4 The Telephone System2.5 Narrowband ISDN2.6 Summary,2,物理层 The Physical Layer,物理层在参考模型中的位置,物理层是OSI参考模型的最低层，向下直接与物理传输介质相连接。物理层不是指与计算机相连接的具体的物理设备或具体的传输介质；主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上传输各种数据

2、的比特流。,3,物理层 The Physical Layer,物理层与物理传输介质的关系,计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备种类繁多，各种通信技术存在着很大差异，而且各种新的通信技术快速发展。网络设计中，试图通过设置物理层，来尽可能的屏蔽这些差异，使数据链路层只须考虑本层的服务与协议，而不需考虑具体使用了哪些物理传输设备或传输介质；实现两个网络设备之间在物理信道上进行二进制比特流的透明传输，对上层屏蔽物理传输介质的差异。,4,物理层 The Physical Layer,物理层的功能,3 物理层管理；,2 物理服务数据单元的传输；,1 物理连接的建立、维持和释放；,建立：请求通信时，一

3、个实体请求另一个实体建立物理连接维持：进行通信时，保持两个实体始终处于连接状态释放：通信结束时，断开两个实体已经建立的物理连接。,指完成物理层的某些管理事务，如何时发送、何时接收等。,串行传输：同步传输方式 和 异步传输方式并行传输,5,物理层,物理层的特性,数据终端设备并不经常直接通信，它们产生或消耗数据，然后需要转换成一种能够用于传输的中间形式进行通信。,可以是一台终端、微型计算机、打印机、传真机或任何其它产生或消耗数据的设备。,DTE：数据终端设备（data terminal equipment），是具有一定数据处理能力的发送、接收数据的设备；,6,物理层,物理层的特性,在任何一个网络中

4、，一个DTE设备产生数字数据并将它传送给DCE设备，DCE设备将这些转化可以在传输媒体传送的格式并将转化后的信号发送给网络上另一个DCE设备。第二个DCE设备从线路上接收信号，将信号转化为与它相连的DTE设备可用的格式，然后转发信息。,DCE：数据电路端连接设备，数据终端设备和传输网络之间的通信接口设备；任何能够通过网络发送和接收模拟或数字数据的功能单元。,注意：物理层关心的并不是具体物理设备或物理传输介质，而是关心DTE通过DCE介入通信网的描述和规定，即物理层关心的是DTE和DCE的接口。,7,物理层 The Physical Layer,物理层的特性,规定了物理连接时，接口所用接线器的形

5、状、几何尺寸、引脚数目、排列方式固定和锁定装置等。如插头、插座几何尺寸等。,机械特性,电气特性规定了DTE 和DCE之间多条信号线的连接方式、发送器和接收器的电气参数，包括信号源输出阻抗、负载输入阻抗、信号“1”或“0”的电压范围、传输速率和距离的限制等；,电气特性,8,物理层 The Physical Layer,物理层的特性,说明接口信号引脚的功能分配和确切的定义；信号线包括：数据线、控制线、定时线和地线等。,功能特性,规定了使用接口线实现数据传输的操作过程，也就是在物理连接的建立、维持和释放阶段，DTE 和DCE双方在各自电路上的动作序列。,规程特性,9,物理层,物理层的标准,电子工业协

6、会（EIA）和国际电信联盟电信标准化部（ITU-T）参与制定了DTE-DCE接口的标准。EIA制订的标准称为EIA-232，EIA-442，EIA-449等。,注意：DTE-DCE标准试图定义DTE设备和DCE设备之间连接的机械、电气以及功能特性。,10,物理层标准RS-232-C,机械特性：D型连接器DB-9 或DB-25。目前绝大多数计算机使用的是9针的D型连接器。RS-232D规定使用25针的D型连接器。,电气特性：用低于-3V的电压代表逻辑“1”，高于+4V的电压代表逻辑“0”。在传送距离不大于15m时，最大速率为19.2kb/s。,功能特性：规定了25针各与哪些电路连接，以及每个信号

7、的定义。比如针2用于传输数据，则针3用于接收数据等。,RS-232 电子工业协会EIA制定的标准，常用做Modem接口。,规程特性：协议，事件的合法顺序。,11,物理层标准RS-232-C和RS-449,RS-232 管脚说明,12,2.1 The Theoretical Basis for Data Communication,傅立叶分析 Fourier Analysis有限带宽信号 Bandwidth-Limited Signals信道的最大数据传输速率 The Maximum Data Rate of a Channel,13,数据、信息、信号、信道,数据(Data)、信息（inform

8、ation）通信的目的是交换信息，而信息的载体可以是数字、文字、声音、图形、图像和视频。信息（Information）：是数据的内容和解释。数据：运送信息的物理符号或有意义的实体,模拟数据：数据在某个区间内连续变化的值。如温度、压力、声音、视频等都是幅度连续变化的波形；数字数据：数据在某个区间内取离散的值。如文本信息、数字、整数、二进制序列等。,14,信号(Signal)数据在传输过程中的具体表示形式。模拟信号：随时间连续变化的电流、电压或电磁波，可以利用其某个参量（如幅度、频率、相位等）来表示要传输的数据；数字信号：一写列连续的电脉冲，可以利用其某一瞬间的状态来表示要传输的数据。基带(Bas

9、eband)信号：用高低电压表示“0”和“1”，这种高低电平不断交替的信号就是基带信号；宽带(Broadband)信号：多路基带信号的组合。,数据、信息、信号、信道,15,信源、信宿、信道信源：通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。信宿：通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。信道(Channel)：通信过程中信源和信宿之间的通信线路，是传送信息的通道。一般用来表示向某一方向传送信息的线路，一条通信线路往往包含多个信道。信道由相应的发送信息和接收信息的设备以及传输介质组成；信道和电路并不等同，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。,数据、信息、信号、信道,16,信道的分类,按传输介

10、质分类,有线信道与无线信道；,按传输信号类型分类,模拟信道与数字信道；,按使用方式分类,专用信道与公用信道；,17,基带传输：将基带信号直接送到线路上传输。,信号的传输方式,基带信号：将数字信号“1”或“0”直接用两种不同电压表示，这种高低电平不断交替的信号就是基带信号；,基带传输即在信道上直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用。,18,频带传输：将频带信号直接送到线路上传输。,频带信号：将基带信号调制后形成的模拟信号。,频带传输：即将数字信号调制成模拟信号后再进行发送和传输，到达接收端时，再把模拟信号解调成原来的数字信号。,信号的传输方式,19,宽带传输：将多路基带信号、音频

11、信号和视频信号的频谱分别移到一条电缆的不同频段进行传输，这种传输方式称为宽带传输；,信号的传输方式,传输的信号都是经过调制后的模拟信号；,各路信号不会互相干扰，且提高了线路的利用率；,传输距离远，且同时提供多个信道；,20,比较,信号的传输方式,21,数据通信方式串行传输和并行传输,串行传输和并行传输同步传输和异步传输单工、半双工、全双工,22,数据通信方式串行传输和并行传输,串行传输：一次只传送一个二进制位（bit），按照字符所包含比特的顺序依次传送，即数据一位一位顺序传送的方式。,发送方,接收方,数据线,串行传输,23,数据通信方式串行传输和并行传输,并行传输：以字符为单位，一次传送一个字

12、节（即8个数据位），即数据的各位同时进行传送的方式。,发送方,接收方,并行传输,数据线,24,比较,数据通信方式串行传输和并行传输,串行传输：通讯线路简单，只要一对传输线就可以实现通讯，并可以利用电话线，从而大大降低成本，特别适用于远距离通讯，但传送速度慢；,并行传输：传送速度快，但当距离较远、位数较多时，导致通讯线路复杂且成本高；适用于短距离，且对速度要求高的情况下。,25,数据通信方式异步传输和同步传输,1.异步传输：每一个字符用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，以字符为单位一个个的发送和接收；不传输字符时，传输一直处于高电平（停止状态）；发送字符时，发送端在每个传送字符的首尾分别设

13、置一个起始位（低电平）和1位或2位停止位（高电平），分别表示字符的开始和结束；,26,如果没有要发送数据，发送方就发送连续的停止码，即一连串的1，接收方根据从1到0的跳变识别一个新字符的开始；发送方和接收方各自具有独立时钟，无须同步；以字符为单位进行传输；发送两个字符之间的间隔是任意的；接收方依靠字符中的起始位来同步。,Character,Character,Indefinite Time Interval,数据通信方式异步传输和同步传输,27,01111110,01111110,2.同步传输：去掉异步传送时每个字符的起始位和停止位的成帧标志，仅在数据块开始处用同步字符来指示；以数据块（帧或分

14、组）为单位传输以时钟来对传输进行同步：发送数据前，先发出一串同步时钟，接收端按照这一时钟脉冲频率，调整接收时序锁定在同步频率上，从而保持同步。,数据通信方式异步传输和同步传输,28,3.同步传输与异步传输比较异步传输的优点：实现简单，设备上技术开销少，价格便宜；异步传输的缺点：传输速度慢；每传输一个字符必须附加2-3位的传输时间；适合于低速的终端或对话操作。,数据通信方式异步传输和同步传输,29,数据通信方式异步传输和同步传输,3.同步传输与异步传输比较同步传输的优点：传输速度高；允许用户传送非8位组成的数据；能够与采用同步方式通信的大型机进行通信；同步传输的缺点：硬件设备复杂，要求有时钟来实

15、现发送端和接收端之间的严格同步；发送端和接收端控制复杂，对线路要求也较高；,30,数据通信方式单工、半双工、全双工,单工通信：信息只能单方向传输；,31,数据通信方式单工、半双工、全双工,半双工通信：允许数据向两个方向的任一方向流动，但每一时刻只能朝一个方向流动；,32,数据通信方式单工、半双工、全双工,全双工通信：每个端既可同时发送，又可同时接收；,33,信道的几个主要技术指标,数据率(Bit Rate)：每秒钟传输的二进制代码位数，单位为比特/秒（bit/s或b/s或bps）。数据率也称为比特率或数据传输速率。调制速率(Baud Rate)：每秒钟传输的电信号单元数或码元数，单位为波特/秒

16、（Baud/s或B/s）。调制速率也称为波特率或码元速率。数据率与调制速率的关系（Nyqust公式）：1 Baud=（log2V）bps，其中V是信号的电平级数 如果采用N进制信号，传输信号时的数据率与调制速率的关系式为：S=B log2N(bps)，其中S是比特率，B是波特率。,34,信道的几个主要技术指标,例.在数字传输系统中，数据率为4800bps，调制速率为1200 Baud，则信号取几种不同的状态？若要使数据率与调制速率相等，需要信号取几种状态?答：根据Nyqust公式S=Blog2N，因为已知S=4800bps,B=1200Baud，所以，N=16时，信号取16种不同的状态。当信号

17、取2种不同的状态（N=2）时,数据速率与调制速率相等。,35,信道的几个主要技术指标,信道带宽(Channel Bandwidth)：信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位HZ。,信道容量(Channel Capacity)：信道能够传送的最大数据率；单位时间内，信道能够传送的最大比特数。,通常，信道容量和信道带宽具有正比关系；带宽越大，容量越高，信号的传输率越高：,36,信道的几个主要技术指标,吞吐量：信道在单位时间内成功传输的总信息量；传播速度(Propagation Speed)：通信线路上，信号单位时间内传送的距离（米/秒）。出错率(Bit Err

18、or Rate)：误码率，二进制位在传输中被传错的概率；信道传输可靠性指标。误码率 P=传送错的位数/传送总位数,37,傅立叶级数Fourier series Any reasonably periodic function,g(t),with period T can be constructed by summing a(possibly infinite)number of sines and cosines:,f=1/T：fundamental frequency基频；,n次谐波的振幅。,2.1.1 傅立叶分析Fourier Analysis,周期信号都可以分解为一系列振幅、频率和相位

19、都可度量的正弦波的组合形式；对信号进行傅立叶变换得到系数an和bn，它们的平方和与相应频率处所传输的能量成正比。,38,信号频谱和信号带宽,2.1.1 傅立叶分析Fourier Analysis,信号频谱：指它所包含的所有频率分量的集合并且通过频域图表示；是组成该信号所有正弦波信号的组合信号带宽：频率分量的范围；将信号频谱中最高频率减去最低频率。,如：一个周期信号分解为五个频率分别为100，300，500，700和900Hz的正弦波，则带宽为800Hz。,39,有限带宽信号Bandwidth-Limited Signals,信号的带宽：不论模拟信号还是数字信号，其主要成分都要占据一定的频率范围

20、，将信号所占据的频率范围叫做信号的带宽。,信道的带宽：信道在信号不失真的情况下所能传送的频率范围。,当信道的带宽大于被传送信号的带宽时，信号才能顺利通过信道。,40,2.1.3 The Maximum Data Rate of a Channel信道的最大数据传输速率,基本概念,信道容量，表示信道能传送的最大数据率。,任何实际信道不是理想的，信道的带宽的增加，不能无限的增加信道容量。,信道容量是信道的一个极限参数，当信道上传送的数据率大于信道允许的数据率时，信道根本就不能传送信号。,41,The Maximum Data Rate of a Channel,信道的最大数据传输速率,1948年，

21、香农研究了带宽受限且有随机噪声干扰的信道的极限数据率。,香农定理：,表明，信道的带宽越宽或信道的信噪比越大，则信道的极限数据率就越高，只要数据传输速率低于信道的极限数据率，就一定可以找到某种方法实现无差错的传输。,42,The Maximum Data Rate of a Channel,信道的最大数据传输速率,对于无噪声信道，如果被传信号电平分为V级，尼奎斯特定理为：,最大数据传输速率(b/s),对于噪声信道，任何带宽为H Hz，信噪比为S/N的信道：,最大数据传输速率(b/s),43,2.2 Transmission Media传输介质,物理层的目的是将原始的比特流从一台机器传输到另一台机

22、器。有多种物理介质可以用于实际传输，每一种物理介质在带宽、延迟、成本和安装维护难度上都不相同。介质大致分为有导线介质和无导线介质。,传输介质,The purpose of the physical layer is to transport a raw bit stream from one machine to another.Various physical media can be used for the actual transmission.Each one has its own character in terms of bandwidth,delay,cost,and eas

23、e of installation and maintenance.Media are roughly grouped into guided media and unguided media.,44,传输介质分类,磁介质 金属导体：双绞线、同轴电缆光纤无线媒体：无线电、短波、微波、卫星、光波,有线（guided）传输媒体和无线(unguided)传输媒体,双绞线(Twisted pair cable)UTP和STP(UN-Shielded Twisted Pair)同轴电缆(Coaxial cable)光纤(Fiber optic cable),在网络通信中主要采用三种有线传输媒体：,45,

24、磁介质 Magnetic Media双绞线 Twisted Pair基带同轴电缆 Baseband Coaxial Cable宽带同轴电缆 Broadband Coaxial Cable光纤 Fiber Optics,本节介绍内容,46,把数据从一台计算机传到另一台计算机最常用的方法是，把这些数据写到磁带或软盘上，然后把这些软盘或磁带装到目的计算机上，再重新读出。,2.2.1 Magnetic Media,磁介质,One of the most common ways to transport data from one computer to another is to write them

25、 onto magnetic tape or floppy disks,physically transport the tape or the disks to the destination machine,and read them back in again.,47,2.2.1 Magnetic Media 磁介质,磁介质的优点：简单、便宜、高带宽、高性能。simple、low cost、high bandwidth、high performance 磁介质的缺点：延时性差，传输时间以分钟或小时而不是毫秒来计算。The delay characteristic is poor,tran

26、smission time is measured in minutes or hours,not milliseconds.,48,2.2.2 Twisted Pair 双绞线,The most common application of the twisted pair is the telephone system.Nearly all telephones are connected to the telephone company office by a twisted pair.,双绞线,将两根相互绝缘的导体以螺旋形相互缠绕（可使它们发射的电磁干扰相互抵消）而成的，线芯是铜线或镀铜

27、钢线。截面D：0.381.42mm。,49,Twisted Pair,Twisted pairs can be used for either analog or digital transmission.The bandwidth depends on the thickness of the wire and the distance traveled,but several megabits/sec can be achieved for a few kilometers in many cases.,当传输模拟信号时，最大传输距离是15KM；当传输数字信号时为12KM。铺设简单，价格低

28、廉，但保密性差，误码率高。,50,非屏蔽双绞线(UTP-unshielded twisted pair),将多对双绞线集中起来，在外面包上一层塑料增强层而成的。,51,非屏蔽双绞线(UTP-unshielded twisted pair),各类双绞线有明确的规程划分，分类如下：1、2类线语音和低速数据线，适用于语音和最大速率为4Mbps的数字数据传输；用于电话系统布线。3类线数据线，适用于最大速率为10Mbps的数据传输；用于计算机网络。4类线数据线，数据传输速率 20Mbit/s；5类线高速数据线，在最大数据传输速率达100Mbps的环境下使用；用于计算机网络。超5类线高速数据线，带宽100

29、0Mbit/s；用于快速以太网，是现在市场上最常见、价廉质优的网线。,52,非屏蔽双绞线(UTP-unshielded twisted pair),其中3类、5类对计算机网络很重要。5类双绞线比3类双绞线拧的更密，交感较少并且在更长的距离上信号质量更好，更适合于高速计算机通信。,The category 5 are similar to category 3 pairs,but with more twists per centimeter and Teflon insulation,which results in less crosstalk and a better quality si

30、gnal over longer distances,making them more suitable for high-speed computer communication.,53,屏蔽双绞线(STP-shielded twisted pair),可以减少干扰和串音。价格昂贵，主要用于IBM网络装置。,在一束双绞线外包上一层金属丝网屏蔽护套制成的，屏蔽护套在使用时一定要接地。,54,UTP与STP比较,55,2.2.3 Baseband Coaxial Cable基带同轴电缆,同轴电缆 It has better shielding than twisted pairs,so it c

31、an span longer distances at higher speeds.,同轴电缆由内外两个同心的导体构成，内层为导体，外层是与内导体同心的金属柱面，两者之间由绝缘材料填充物支持，保证内外两层同轴。最外层有橡胶或塑料的增强层。为保持同轴电缆的正确电气特性，电缆必须接地，并且在两头都要接有端接器，用来消弱和吸收信号的反射作用。,56,Baseband Coaxial Cable,特点：high bandwidth excellent noise immunity按截面直径分类：粗缆 wide cable(10mm)细缆thin cable(5mm),It has better shi

32、elding than twisted pairs,so it can span longer distances at higher speeds.,57,根据带宽不同分类基带和宽带,基带同轴电缆 一条电缆只用于一个信道，50，用于传输基带数字信号；,宽带同轴电缆 可使用频分多路复用方法，支持多路传输；一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号；75，用于模拟传输，300450MHz，100km，需要放大器；适用于：任何使用模拟信号进行传输的电缆网。,58,2.2.4 Broadband Coaxial Cable宽带同轴电缆,宽带同轴电缆系统 宽带系统由于覆盖的区域广，因此需要模拟放大器周期性

33、的加强信号。Broadband systems typically cover a larger area and therefore need analog amplifiers to strengthen the signal periodically.,59,Broadband Coaxial Cable,宽带同轴电缆系统 存在的问题：这些放大器仅能单向传输信号，因此，如果计算机间有放大器，则报文分组就不能在计算机间逆向传输。解决方法：双缆系统和单缆系统 dual cable and single cable system,60,两种类型的宽带同轴电缆系统,顶端器,放大器,计算机,入境电

34、缆出境电缆,双电缆系统,有两条并排铺设的完全相同的电缆，所有的计算机都通过电缆1发送，通过电缆2接收。,Dual cable systems have two identical cables running in parallel.All computers transmit on cable 1 and receive on cable 2.,61,两种类型的宽带同轴电缆系统,在每根电缆上为内、外通信分配不同的频段。低频段用于计算机到顶端器的通信，顶端器将收到的信号移到高频段，向计算机广播。,It allocates different frequency bands for inboun

35、d and outbound communication on a single cable.The low-frequency band is used for communication from the computers to the head-end,which then shifts the signal to the high-frequency band and rebroadcasts it.,62,2.2.5 Fiber Optics 光纤,光纤是一种光传输介质，光纤是一根很细的可传导光线的纤维媒体，其半径仅几微米至一、二百微米。制造光纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃或塑料。

36、由于可见光频率可达108MHz，因此光纤传输系统具有足够的带宽。光缆由一束光纤组成。,光纤,63,Fiber Optics,光纤芯：是导体部分，核心部分，它是光波的通道，由导光性极好的玻璃纤维或塑料制成。,光纤的组成光纤芯、包层、保护外层,保护外层：最外层，在它和包层之间还有空隙，可以填充细线或泡末、油等。,包层：大多是塑料或塑料涂层，作用是将光线反射回纤维内部，同时避免来自其他光源的干扰,64,光纤工作原理,包层和光纤层的折射率不同，光纤利用这种折射率的差别采用全内反射来传输经过信号编码的光束。,qi=入射角qt=折射角qr=反射角,折射定理,65,折射定律,n2,n1,n1n2,n1sin

37、qi=n2sinqt,光的入射角大于或等于临界值时，光线将被完全限制在光纤之中，而无损耗的传播几公里。,66,典型的光缆,包层,塑料外套,玻璃内芯,单芯光缆,多芯光缆,玻璃内芯,塑料外套,包层,外壳,67,光纤传送模式,单模传播：采用特定材质和高度集中的光源，使发出的光线限制在非常接近水平的很小范围内；多模传播：多束光线从光源经由光纤芯通过不同的光路传播；,根据光线在光纤与包层之间的传输方式，分为：,每一种都需不同物理特性的光纤；,68,光纤传送模式,单模传播(Single Mode)：光束以直线方式前进，频率单一没有折射，芯直径小于10um。,If the fibers diameter i

38、s reduced to a few wavelengths of light,the fiber acts like a wave guide,and the light can only propagate in a straight line,without bouncing.,单模光纤制造时采用比多模光纤小得多的直径和极低的密度，使全反射角接近90度，从而使得传播的光线基本是水平的。,69,光纤传送模式,适合于：传送对速度及频率有较高要求的系统,多模传播(Multiple Mode)：光束以波浪式向前传输，多种频率共存，芯直径大多在50um以上，包层直径在100600um之间。62.5

39、/125um成为主流(FDDI)。,单模光纤的带宽大于多模光纤。,Many different rays will be bouncing around at different angles.Each ray is said to have a different mode.,70,光纤传送模式,波长:1300,1550 nm,h1,h2,波长:850,1300 nm,芯/封套特性,输出电信号,光纤的直径减小到一定程度,71,光纤传输系统的组成,LED,半导体激光,光纤传输系统的组成：光源、传输介质、检测器,The light source,the transmission medium,a

40、nd the detector,用光纤传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检测器还原成电信号。,72,光纤传输系统的组成光源,光源比较,LED便宜，只能发射发散的光线，所以会以不同的角度入射到信道边界并随距离增加而散射开，适合短距离使用；激光具有高度集中性，可聚焦到一个很小范围，从而可控制入射角度大小。长距离传播后仍能保持信号特征。,73,光纤传输特点,优点：传输速率极高，频带极宽，传送信息的容量极大；抗干扰能力强；光纤不受电源干扰和静电干扰等影响，即使在同一光缆中，各光纤间几乎没有干扰，易于保密；缺点：费用高、安装/维护较难、脆弱性,74,双绞线、同轴电缆和光纤的性

41、能比较,75,如何选择传输介质,价格安装费用、扩展费用及维护费用等,环境因素包括抗干扰性，最长传输距离等因素,安全性光纤具有较好的安全性，不易被干扰，也不易向外泄露信息,可扩展性,网络拓扑结构不同的介质适用于不同的拓扑结构,76,2.3 Wireless Transmission无线传输,上述几种都属于“有线传输”，根据距离的远近和对通信速率的要求，可以选用不同的有线介质，但是，若通信线路要通过高山、岛屿、河流时，铺设线路就非常困难，而且成本非常高，这时候就可以考虑使用无线电波在自由空间的传播来实现多种通信。,由于信息技术的发展，在最近十几年无线电通信发展的特别快，人们不仅可以在运动中进行移动

42、电话通信，而且还可以进行计算机数据通信，这都离不开无线信道的数据传输。,77,2.3 Wireless Transmission无线传输,无线传输与有线的最大不同：,无线电（radio）不使用电能或光能作为导体传输信号，而是利用电磁波来传输。使用无线传输时要配置相应的无线发射和接收设备。目前最常用的无线传输介质:微波、红外线以及激光。无线电通信在无线电广播和电视广播中已广泛使用。,78,2.3.1 The Electromagnetic Spectrum电磁波谱,当电子运动时，产生可以自由传播的电磁波；在电路上加入适当大小的天线，电磁波便可被有效广播，并被相距一段距离的接收器收到。,When

43、electrons move,they create electromagnetic waves that can propagate through free space.By attaching an antenna of the appropriate size to an electrical circuit,the electromagnetic waves can be broadcast efficiently and received by a receiver some distance away.,79,The Electromagnetic Spectrum,电磁波传播方

44、式,无线方式：在自由空间中传播；在真空中，所有的电磁波以相同的速度（光速）传播，和频率无关。,有线方式：在有限制的空间区域内传播；在铜线或光纤中，速度大约降低到该速度的2/3，且变得和频率有关。,In vacuum,all electromagnetic waves travel at the same speed,no matter what their frequency.,In copper or fiber the speed slow to about 2/3 of this value and becomes slightly frequency dependent.,80,电磁波

45、谱与通信类型的关系几种媒体的传输频带,81,无线传输方式,无线电传输 Radio Transmission微波传输 Microwave Transmission红外传输 Infrared Transmission激光传输 laser Transmission,82,Radio waves are easy to generate,can travel long distances,and penetrate buildings easily,so they are widely used for communication,both indoors and outdoors；,2.3.2 Ra

46、dio Transmission无线电传输,Radio waves also are omnidirectional,meaning that they travel in all directions from the source,so that the transmitter and receiver do not have to be carefully aligned physically.,83,Radio Transmission,The properties of radio waves are related to frequency.,无线电传输,在低频率上，无线电波能轻易

47、地通过障碍物，但是能量随着与信号源距离的增大而急剧减小，大致为1/r2。,At low frequencies,radio waves pass through obstacles well,but the power falls off sharply with distance from the source,roughly as 1/r2 in air.,84,Radio Transmission,The properties of radio waves are frequency dependent.,无线电传输,At high frequencies,radio waves ten

48、d to travel in straight lines and bounce off obstacles.They are also absorbed by rain.At all frequencies,radio waves are subject to interference from motors and other electrical equipment.,在高频上，无线电波趋于直线传播并受障碍物的阻挡，它们还会被雨水吸收。在所有频率上，无线电波易受发动机和其它电子设备的干扰。,85,Radio Transmission,频率范围3M30MHz，通称高频段，可用于短波通信。被

49、划分为多个特定频段，分别分配给移动通信、广播、无线电导航、业余电台、宇宙通信等。,无线电波分多个频段，不同频段可用于不同的无线通信方式,由于电离层随季节、昼夜等情况而变化，所以通信质量难以保证。,频率范围30M300MHz，通称甚高频段；频率范围3003000MHz，为超高频段。其中，调频无线电广播使用甚高频，电视广播、移动电话使用甚高频到超高频。国际通信组织对各个频段都规定了特定的服务。,86,微波通信通常是利用在1GHz范围内的电波来进行通信。微波沿着直线传播，可集中于一点，但发射天线和接收天线必须精确地对准；微波不能很好地穿过建筑物，而且在空间还是会发散，存在多路衰减(multipath

50、 fading)问题，和天气及频率有关。信号的覆盖范围很大程度上依赖于天线的高度；天线越高，信号传播距离越远。,2.3.3 Microwave Transmission微波传输,微波（microwave）：电磁波谱中频率在100MHz 10GHz的信号，对应波长为0.033m；,87,Microwave Transmission,应用微波通信广泛用于长途电话通信、电视传播和其他应用,优点与光纤比较主要优点是不需要路权，相对较便宜。,微波与电缆通信相比，能通过有限线路难于跨越或不易架设的地区，有较大的灵活性，抗灾能力较强；但通信隐蔽性和保密性不如单缆通信。,88,地面微波接力,两个地面站之间传送