CH2 物理层(过).ppt

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 物理层考虑的是如何在连接计算机的传输媒体上传输数据的比特流，而不是指具体的物理设备或具体的传输媒体 物理层的作用是屏蔽掉各种传输媒体的差异，为数据链路层提供服务 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 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。 电气特性 接口电缆各条线上出现的电压的范围。 功能特性 某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 过程特性 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。 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(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。 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）。 对基带数字信号的几种调制方法 2.2.3 信道的极限容量 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 （1）信道极限容量 信道上的最高码元传输速率 奈奎斯特定律(Nyquist)：在具有理想低通矩形特性的信道的情况下的最高码元传输速率的公式： 理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud 其中W表示理想低通信道的带宽（Hz） 无噪声信道理想最大数据传输速率 = 2Wlog2V bps，其中V表示信号电平级数 在理想的无噪声信道，若 f 是传输媒体的最大传输频率, 采样频率为2*f 时，接收方才可以从采样脉冲信号中完全恢复原信号 (2) 信噪比 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。 信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = W log2(1+S/N) b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； S 为信道内所传信号的平均功率； N 为信道内部的高斯噪声功率。 2.3 物理层下面的传输媒体 2.3.1 导向传输媒体 双绞线 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP 同轴电缆 50 ? 同轴电缆 75 ? 同轴电缆 光纤 多模 单模 各种电缆 双绞线 将相互绝缘的铜导线并排放在一起，用规则的方法绞合起来就构成了双绞线，双绞线除用来作为用户环路传递电话信息外，还用来传递网络数据。 双绞线可分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP） 屏蔽双绞线STP 屏蔽双绞线（STP,Shielded Twisted Pair）：为提高双绞线的抗干扰能力，可在双绞线外面再加上用金属丝编织成的屏蔽层，即屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线UTP 非屏蔽双绞线（UTP,Unshielded Twisted Pair）：不同于屏蔽双绞线，非屏蔽双绞线没有金属屏蔽层。根据双绞线线对间绞合度以及线对内两根导线绞合度不同，可分为UTP3和UTP5 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）、绝缘线、网状编织的外导体屏蔽层及保护塑料外层所组成。 分为50?的基带同轴电缆和75?的宽带同轴电缆。 75?宽带同轴电缆 用于模拟传输系统，是有线电视系统CATV中的标准传输电缆 CATV标准电缆，采用频分复用宽带信号，可通过频分复用来进行调制以传输数字信号 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 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 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