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第二章 物 理 层 主要内容 一、物理层的基本功能 二、数据传输的理论基础 三、传输介质 四、通信系统举例 一、物理层的基本功能 物理层的主要功能：定义了与传输介质接口的规范，即解 决的是主机、工作站等数据终端设备与通信线路上的通信 设备之间的接口问题。 数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment） 如计算机、终端等设备 数据电路终端设备DCE（Data Circuit-terminal Equipment） 如调制解调器、中继器、多路复用器、交换机等； 一、物理层的基本功能 接口标准由四个特性来说明： 机械特性：指明接口的形状和尺寸、插头的数目和排列、电缆的长度及所含导线的数目等等。 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围，信号的表示方式，脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等； 功能特性：接口引（线）脚的功能和作用，指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义； 规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 如为了实现建立、维持、释放线路等过程中所要求的各控制信号变化的协调关系、 例子：典型的串行接口RS-232-C的标准 机械特性： 标准的RS-232-C接口使用25针DB连接器（插头/插座）; 可简化为9针和15针两种;定义了连接器的长、宽、高。 电气特性： 信号电平使用负逻辑 逻辑‘1’ 用负电平（-5~-15V）表示； 逻辑‘0’ 用正电平（+5~+15V）表示 数据传输率支持100、300、600、1200、2400、4800、9600、 19.2K、33.6K、56K 1200 bps， 传输距离 = 100m， 9600 bps，传输距离 = 50m, =19.2 kbps, 传输距离= 15 m。 功能特性： 规程特性：通信过程由各个信号线有序的“ON”、“OFF”变化来协调完成的。 一.物理层的基本功能 注意： 物理层并不涉及具体的传输设备或传输介质。物理层主要考虑的就是怎样在连接开放系统的传输介质上传输各种数据的比特流。 由于传输介质与传输设备存在着很大的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽通信传输的差异性； 数据链路层实体通过与物理层的接口，将数据帧传送给物理层。然后，物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路实体。 主要内容 一、物理层的基本功能 二、数据传输的理论基础 三、传输介质 四、通信系统举例 二、 数据传输的理论基础 二、 数据传输的理论基础 二、 数据传输的理论基础 二、 数据传输的理论基础 2.2 信号与信道 信号：数据的电气或电磁的表现 （常见的如用电压或者电流的时间函数来表示信号） 二、 数据传输的理论基础 在数据通信中，信息是以电磁信号（简称信号）的形式传输的 电磁信号是时间的函数（时域观），通常用一个以时间t为自变量的单值函数f(t)来表示电压或者电流的值。 也可以表示成频率的函数（频域观） 对于理解数据传输来讲，信号的频域观比时域观更重要 二. 数据传输的理论基础 1）信号的Fourier 分析 任何正常的周期为T的函数g(t)都可以展开成Fourier级 数，由多个（或无限个）正弦和余弦函数合成，即： 对任何已知的g（t），可求得： 结论： 根据傅立叶分析，任何电磁信号可以由若干具有不同 振幅、频率和相位的周期模拟信号（正弦波）组成。 任何信号通过任何传输设备时都会发生衰减（损失能 量），如果信号的所有谐波成分通过传输设备时衰减的 比例都相同，则信号在接收端还原后的形状不变，只是 幅度变小了，这时信号没有失真。 因此，只要有足够的具有适当振幅、频率和相位的正 弦波，就可以构造任何一个信号。 二、 数据传输的理论基础 2）有限带宽的信号 信号带宽 频谱（spectrum）是一个信号所包含的频率的范围。 如图中信号的频谱从f 到15f 信号的绝对带宽等于频谱的宽度。 如图 中信号的绝对带宽为15f – f = 14f 许多信号的绝对带宽是无限的，然而信号的主要能量集中在相对窄的频带内，这个频带被称为信号的有效带宽，或信号带宽。 例子：传输ASCII字符“b”，在数字通信中用8位的字节码。