第2章 物理层 9.20.ppt

2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识 ＊2.3 物理层下面的传输媒体 ＊2.4 信道复用技术 2.5 数字传输系统 ＊2.6 宽带接入技术 2.1 物理层的基本概念 注！ 传输媒体本身并不属于物理层的范围 物理层的主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性，即： 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定、锁定装置等； 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围； 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义； 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序； 转换传输方式：计算机中并行和通信线路上串行传输方式的转换。 2.2 数据通信的基础知识 2.2.1 数据通信系统的模型 常用术语 消息(message)——话音、文字、图像等都是消息； 数据(data)——运送消息的实体； 信号(signal)——数据的物理表现，如电气或电磁。 ①模拟信号(analogous)——消息的参数的取值是连续的，如时间、温度、声音。 ②数字信号(digital)——消息的参数的取值是离散的，二进制数、电脉冲。 码元(code)——使用时间域（时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就称为码元，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元：0、1。 2.2.2 有关信道的几个基本概念 信道:向某一个方向传送信息的媒体。 一条通信电路通常包含＿＿条信道？ 单向通信（单工通信）——只有一个方向的通信，而没有反方向的交互。如：电视广播。 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送(当然也不能同时接收)。 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。 基带(baseband)信号和带通(bandpass)信号 基带信号（基本频带信号）：来自信源的信号 基带信号往往包含较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量，因此必须对基带信号进行调制(modulation)。 — 基带调制:仅仅对基带信号的波形进行变换，调制后的信号仍是基带信号。 — 带通调制：使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。 带通信号：基带信号经过载波调制后的信号 带通调制的方法： — 调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化 — 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化 — 调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化 2.2.3 信道的极限容量 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。 码元传输的速率越高，传输距离越远，噪声干扰越大，传输媒体质量越差，在信道输出端的波形的失真就越严重。 （1）信道能够通过的频率范围 1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题。 如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。 (2) 信噪比 信噪比:信号的平均功率和噪声的平均功率之比 信噪比（dB）=10log10（S/N ）（dB） S : 信道内所传信号的平均功率 N : 信道内部的高斯噪声功率 dB: 分贝 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限传输速率C ： C = W log2(1+S/N ) b/s W :信道的带宽（以 Hz 为单位） 信道的带宽或信道中的信噪比越大↑，则信息的极限传输速率就越高↑。 2.3 物理层下面的传输媒体 传输媒体（传输介质）：数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。 2.3.1 导向传输媒体 双绞线 — 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) — 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆 — 50 ? 同轴电缆 — 75 ? 同轴电缆 光缆 — 单模 — 多模 光纤的工作原理 多模与单模光纤 2.3.2 非导向传输媒体 无线传输：所使用的频段很广； 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； 微波：在空间主要是直线传播 。 地面微波接力通信 卫星通信 回 顾 1.物理层的主要任务：确定与＿有关的一些特性。 2