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第3章 物 理 层 3.1 物理层的基本概念 3.2 数据通信的基础知识 3.3 物理层下面的传输媒体 3.4 数据编码技术 3.5 信道复用技术 3.6 同步光纤网SONET和同步数字系列SDH 3.7 EIA-232-E接口标准 3.1 物理层的基本概念 用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure) 物理层与传输媒体：物理层不是传输媒体，传输媒体在物理层之下，有时把它们称为0层。 可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即： （1）机械特性。说明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定 装置等等。例如对各种规格的电源插头的尺寸都有严格的规定。 （2）电气特性。说明在接口电缆的哪条线上出现的电压应为什么范围，即什么样的电压表示1或0。 （3）功能特性。说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 （4）规程特性。说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序 在物理连接上的传输方式一般都是串行传输，即一个一个比特按时间顺序传输。对于近距离的通信，有时也采用多个比特并行传输的方式，可以大大提高数据的传输速率。但是并行传输存在比特同步的问题，而且开销大，出于经济方面的考虑，在远程通信中都采用串行传输。 3.2 数据通信的基础知识 3.2.1 信息、数据和信号的概念 一般认为信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。数据是运送信息的实体;数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。而信号则是数据的电气的或电磁的表现,例如电压、磁场强度等。 傅立叶变换的例子 3.3 物理层下面的传输媒体 传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类，即导向传输媒体和非导向传输媒体。在导向传输媒体中，电磁波被导向沿着固体媒体(铜线或光纤)传播，而非导向传输媒体就是指自由空间，在非导向传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。图3-5是电信领域使用的电磁波的频谱。 3.3.1 导向传输媒体 1．双绞线 把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合(twist)起来就构成了双绞线。 从用户电话机到交换机的这段线称为用户线或用户环路(subscriber loop)。 图3-6是无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线的示意图。 2．同轴电缆 同轴电缆由内导体铜质芯线(单股实心线或多股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层(也可以是单股的)以及保护塑料外层所组成(图3-7)。 通常按特性阻抗数值的不同，将同轴电缆分为两类： （1）50 ?同轴电缆 50 ?同轴电缆又称为基带同轴电缆。 在传输基带数字信号时，可以有多种不同的编码方法,如曼彻斯特(Manchester)编码和差分曼彻斯特编码。 （2）75 ?同轴电缆 75 ?同轴电缆又称为宽带同轴电缆。 在计算机通信中，“宽带系统”是指采用了频分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络。 双电缆系统的示意图如图3-9(a)所示。头端(headend)的作用是将各计算机从发送电缆发过来的信息转换到接收电缆，使得各计算机能从接收电缆上收到发送给它们的信息。 图3-9(b)为单电缆系统。 3．光缆 光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有8 ~ 100 ?m。正是这个纤芯用来传导光波。包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角(如图3-10所示)。 只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某一个临界角度，就可产生全反射。因此，可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光纤(如图3-12(a)所示)。若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。这样的光纤就称为单模光纤(图3-12(b))。 图3-13为四芯光缆剖面的示意图。 光纤不仅具有通信容量非常大的优点，而且还具有其他的一些特点： （1）传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。 （2）抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。 （3）无串音干扰，必威体育官网网址性好，也不易被窃听或截取数据。 （4）体积小，重量轻。 当采用光纤连网时，常常将一段段点到点的链路串接起来构成一个环路，通过T形接头连接到计算机。 T形接头有两种：无源的和有源的。无源的T形接头由于完全是无源的，因此非常可靠。