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第2章 物理层 管理科学与工程学院 2013-3 第 2 章 物理层 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 （1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。 （2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 （3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的范围。 （4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型 几个术语 数据(data)——运送消息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。 “数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。 单向通信（单工通信） 只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。 双向交替通信（半双工通信） 通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。 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(band pass)信号 基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。 基带信号往往包含有较多的低频成分，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)。 带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移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）。 几种最基本的调制方法 最基本的带通调制方法有以下几种： 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。 对基带数字信号的几种调制方法 正交振幅调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 2.2.3 提高数据传输速率的途径 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，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。 数字信号通过实际的信道 有失真，但可识别 失真大，无法识别 举例——让每个码元携带更多比特的信息量 假定基带信号是： 101011000110111010… 如果直接传送，则每个码元所携带的信息量是1bit。 先将信号中的每3个比特编成一组， 101，011，000，110，111，010 3个比特共有8种不同的排列 可以用不同的调制方法来表示这样的信号 例如：8种不同的振幅/频率/相位，假定使用相位，用Q0表示000，Q1表示001，Q2表示010，…，Q7表示111，这样原来18个码元的信号就转换为6个码元组成的信号： 101011000110111010…=Q5Q3Q0Q7Q2… 一方面：使用更好的传输媒体。例如，光缆就是很好的传输媒体，只产生极少的差错。 另一方面：使用先进的调制技术可以使信号传输的距离增大，同时也可以同样大的噪声干扰下，减少出现差错的概率。 2.3 物理层下面的传输媒体 2.3.1 导向传输媒体 各种电缆——双绞线 各种电缆——同轴电缆 光线在光纤中的折射 光纤的工作原理 多模光纤与单模光纤 单芯光纤和多芯光纤 光纤连网 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 2.4 信道复用技术2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。 频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing) 用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。 时分复用TDM(Time Division Multiplexing) 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的