一、课程性质与教学任务.docVIP

第二章 物理层（4学时） （一）教学目的通过章的学习，掌握传输介质数据通信熟练数据传输复用技术极限容量、最高码元1、2、3、 5、信道复用技术 6、同步光纤网SONET和同步数字系列SDH 7、物理层标准举例 （三）教学重点和难点 重点：1、物理层相关术语、接口特性，传输介质，常用的物理层标准 2、信道容量、数字传输与模拟传输、调制方法 3、频分、时分和码分等基本复用技术 难点：1、香农公式、奈氏准则的意义及计算 （四）教学内容 2.1 物理层的基本概念 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：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。 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)：运送信息的实体。 信号(signal)：数据的电气的或电磁的表现。 模拟的(analogous)：连续变化的。 数字的(digital)：取值是离散数值。 调制：把数字信号转换为模拟信号的过程。 解调：把模拟信号转换为数字信号的过程。 2.2.2 有关信号的几个基本概念 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。 基带信号：将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。 宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 2.2.3 信道的最高码元传输速率 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。 奈氏(Nyquist)准则、香农公式， 奈氏准则和香农公式在数据通信系统中的作用范围 2.3 物理层下面的传输速率 2.3.1 导向传输媒体 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：导向传输媒体，电磁波被导向沿着固体媒体传播。 非导向传输媒体，指自由空间。 2.3.1 导向传输媒体 （1）双绞线 物理特性、传输特性、地理范围、价格 （2）同轴电缆 物理特性、传输特性、地理范围、连接、抗干扰性、价格、 （3）光纤 物理特性、传输特性、连接、地理范围、抗干扰性 2.3.2 非导向传输媒体 即：自由空间，特点、种类、 无线通信：无线电通信、微波通信、卫星通信、红外线 2.4 模拟传输与数字传输 2.4.1 模拟传输系统 长途干线最初采用频分复用 FDM 的传输方式FDM (Frequency Division Multiplexing)目前我国长途通信线路已实现了数字化，因而现在的模拟通信电路就只剩下从用户电话机到市话交换机之间的这一段几公里长的用户线上。 2.4.2 调制解调器 （1）调制解调器(modem) 调制器(MOdulator)：把要发送的数字信号转换为频率范围在 300~3400 Hz 之间的模拟信号，以便在电话用户线上传送。 解调器(DEModulator)：把电话用户线上传送来的模拟信号转换为数字信号。 （2）几种最基本的调制方法 调制就是进行波形变换（频谱变换）。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。 （3）调制解调器的速率 目前调制解调器的信息传输速率已很接近于香农的信道容量极限了。要提高信息传输速率，只能设法提高信噪比。在电话的用户线上，最大的噪声来自模拟到数字的模数转换所带来的量化噪声。 （4）调制解调器使用异步通信方式 数据通信可分为：同步通信、异步通信两大类 2.4.3 数字传输系统 现在的数字传输系统均采用脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制。 时分复用：为了有效地利用传输线路，可将多个话路的PCM 信号用时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)的方法装成时分复用帧，然后发送到线路上。中国采用欧洲体制，以E1为一次群。美国和日本等国采用北美体制，以T1为一次群。 2.5 信道复用技术 2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。 时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。 2.5.2 波分复用 WDM 波分复用就是光的频分复用。 2.5.3 码分复用 CDM 码分多址 CDMA(Code Di