CH2物理层1解说.ppt

第 2 章 物理层 2.1 物理层的基本概念 物理层定义了与传输介质进行接口时的一些特性，这些特性包括： 机械特性 指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。 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 功能特性 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。 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)——运送消息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。 “数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。码元，承载信息量的基本信号单位。 模拟的和数字的数据、信号 2.2.2 有关信号的几个基本概念 单工通信(单向通信)——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。 半双工通信(双向交替通信)——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)。 全双工通信(双向同时通信)——通信的双方可以同时发送和接收信息。 基带(baseband)信号和宽带(broadband)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）。 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。 数字信号通过实际的信道 失真不严重 失真严重 波特率 比特率 比特率又称作为信息速率或数据速率，它指一个信道每秒能所输的二进制信息位数。单位：比特/秒，bits/s。 波特率与比特率的关系 知道一个信号波形所含信息量的多少（注意：如何计算？），就可以由波特率求出比特率 S = Nb log2K (bps) K 表示码元所取的有效离散值个数 物理介质的带宽 电子学上：指物理介质能够传输的最高频率与最低频率的差值，单位：Hz 计算机网络上：指物理介质传输数据的最大传输能力，单位：bps 与物理介质本身的物理特性相关 尼奎斯特取样定理 在无噪声的理想情况下，低通信道上的最大码元速率、数据传输速率分别为： Nb= 2B (Baud) D =2B log2K = Nb log2K (bps) Nb: 波特率bps D：介质的最大数据传输速率bps； B：介质的带宽Hz； K：码元所取的有效离散值个数 香农公式 在受到随机噪声影响的情况下，信道的最大数据传输率为： C = B log2 (1+S/N) (bps) C：介质的最大数据传输速率bps B：介质的带宽Hz S：平均信号功率 N：平均噪声功率 S/N：信噪比 信噪比 信噪比用S/N表示 用分贝dB作单位时与信噪比的关系 信噪比（dB）=10log10S/N 例如：30dB的噪声对应的信噪比S/N=1000 定理对数据网络的意义 Nyquist定理鼓励工程师们探索对位串进行信号编码的方法，因为精巧的编码方法可以在单位时间内传输更多比特。 Shannon定理告诉工程师，无论怎样精巧的编码方法，也无法超越物理定理对实际通信系统中实现的最大每秒传输的位数上的基本限制。 计算题 1. 普通电话线的的带宽约为3kHz，请用Nyquist定理计算它产生的码元速率的极限制。如果每个码元能取16种离散值，请问它的最大数据传输速率是多少？ 计算题 2. 使用香农公式计算在信噪比为30dB，带宽为3kHz的电话信道上的最大数据传输速率。 2.3 物理层下面的传输媒体 铜导线 非屏蔽双绞线（UTP） 屏蔽双绞线（STP） 同轴电缆 双绞线（1） 双绞线的物理结构 在网络中，常把若干对双绞线对（2对或4对），捆成一条电缆并以坚韧的护套包裹着，以减小各对导线之间的电磁干扰。 双绞线分为非屏蔽双绞线（unshielded twisted pair，UTP）和屏蔽双绞线（shielded twisted pair，STP）两种 双绞线（2） 非屏蔽双绞性的特性 UTP具有如下特点： 低成本（略高于同轴电缆）。 易于安装。 高容量（高速传输能力）。 以太网中100m以内的低传输距离（高衰减）。 抗干扰（EMI）能力差。UTP没有金