第二章02物理层.ppt

CS 140 Westmont College CS 140 Westmont College Chapter 15 第3章 物理层 Physical Layer 主要内容 2.1 物理层基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.3 物理层下面传输媒体 2.? 模拟传输与数字传输 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 物理层协议也常称为物理层规程(procedure) 物理层的主要任务:确定与传输媒体的接口的一些特性，即： （1）机械特性 （2）电气特性 （3）功能特性 （4）过程特性 在物理连接上的传输方式一般都是串行传输，即一个比特一个比特地按照时间顺序传输； 并行传输方式----数据在计算机中传输 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 数据(Data)是运送信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释； 信号(Signal)则是数据的电气的或电磁的表现，即数据的物理量编码； 无论数据或信号，都可以是模拟(Analog)的或数字(Digital)的。所谓“模拟的”就是连续变化的，如话音，视频；而“数字的”就表示取值是离散的，如计算机内存储的文本等。 话音 模拟信号 数字信号 Continuous 和 Discrete 信号 模拟数据和数字数据都可转换为模拟信号或数字信号，四种情况： （1）模拟数据、模拟信号 （2）模拟数据、数字信号 （3）数字数据、模拟信号 （4）数字数据、数字信号 2.2.2 有关信道的几个基本概念 从通信双方信息交互方式看有三种基本方式 （1）单向通信： 又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互，如无线电广播或有线电广播以及电视广播； （2）双向交替通信： 又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(或接收)，即一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来； （3）双向同时通信： 又称为全双工（full duplex）通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息； 常用“单工”这个名词表示“双向交替通信”； 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）。 调制 频率变换 实现信道复用 提高抗干扰性 几种最基本的调制方法 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。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制(modulation)。 最基本的二元制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) 信道(Channel)划分 信道可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类； 数字(模拟)信号在经过数模(模数)变换后可在模拟(数字)信道上传送； 信道上传送的信号有基带(baseband)信号和宽带(broadband)信号之分； 数字信道特性 码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元 信道(Channel)：传送信息的线路（或通路） 比特率(Bit Rate)：数据传输速率 (bps，b/s) 2.2.3 提高数据传输速率的途径 下图给出了一个数字信号通过质量好的信道和质量差的信道时的输出波形： 奈奎斯特(Nyquist)推导出在理想低通信道下的最高码元传输速率： 理想低通信道的最高码元传输速率=2Wlog2K Baud W 指理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)； Baud是波特，是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元; 奈氏准则的另一种表达方法：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元；--频带利用率是2. 对于具有理想带通矩形特性的信道(带宽为W )，奈氏准则变为： 理想带通信道的最高码元传输速率=Wlog2K Baud 即每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率为每