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第二章数据通讯基础 制作: 陈学明 物理层的主要功能 一、实现发送端和接收端之间的信号同步。 二、为数据链路层提供物理连接,实现比特流的透明传输。 所传输数据的单位是比特. 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 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。 数据通信系统的模型 DTE－－数据终端设备 DTE产生的是数字信号，接收的也是数字信号 。 DCE－－数据线路端接设备 DCE为DTE提供了入网的连接点，通常被认为是通信子网中的设备。 几个术语 信息(Information):是数据的内容或解释 计算机通过数据表达信息 计算机信息交换就是访问及传输数据 计算机通信就是一种数据通信 信号(Signal):是数据的具体表现形式,如电磁波或电编码 数据是借助信号来传输的 是通信中传输的主体 数据和信息 数据和信息是有区别的。数据是独立的，是尚未组织起来的事实的集合，信息则是按照一定要求以一定格式组织起来的数据，凡经过加工处理或换算成人们想要得到的数据，即可称为信息。 信号是数据的物理表示形式。在数据通信系统中，传输媒体以适当形式传输的数据都是信号。电信号有模拟信号和数字信号两种形式。 模拟数据和数字数据 表达数据的方式和承载数据的媒体是紧密相关的，不同的媒体能够表达数据的方式是有限的。模拟数据和数字数据是表达数据的两种方式。当数据采用电信号方式表达时，由于受电物理特性所限，数据只能被表示成离散的编码和连续载波两种形式。 当数据采用离散的电信号表示时，这样的数据就被称为数字数据。当数据采用电波表示时，这样的数据就被称为模拟数据。 模拟信号和数字信号 通信与通信系统 通信是把信息从一个地方传送到另一个地方的过程，用任何方法，通过任何媒体将信息从一个地方传送到另一个地方均可称为通信。 用来实现通信过程的系统被称为通信系统。 通信系统都必须具备三个基本要素：信源、传输媒体和信宿。 信 道 信道是传送电信号的一条道路 信道也可以分为传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两类。 信号在信道上有两种传输方式:基带传输, 宽带传输 基带传输 宽带传输 信道的几个主要技术指标 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。 比特率 波特率 波特率:又称码元速率，它是数字信号经过调制后的传输速率，表示每秒钟传输多少电信号单元(或码元)，即调制后模拟电信号每秒钟的变化次数，它等于调制周期(即时间间隔)的倒数，单位为波特(Baud)。若用T(秒)表示调制周期，则调制速率 B=1/T(Baud) 1波特表示每秒传送一个码元。 数字信号通过实际的信道 失真不严重 失真严重 带宽与傅里叶分析 若将数字信号不经调制直接放到模拟信道上进行传输，会引起信号的失真 任何实际的模拟信道所能传输的信号的频率都有一定的范围，称之为该信道通频带的宽度或称为带宽（bandwidth） 信道的带宽是由传输媒体和有关的附加设备与电路的频率特性综合决定的 一个低通信道，若对于从0到某个截止频率fc的信号通过时振幅不会衰减或衰减很小，而超过此截止频率的信号通过时就会大大衰减，则此信道的带宽为fc Hz。 一个具有有限持续时间的数字信号，可以看作为一个以此有限持续时间T为周期的周期阶梯函数 f(t)。此函数可展开成傅里叶（Fourier）级数。 信道的带宽越宽，则它传输数字信号时失真越小。反之，若信道的带宽是固定的，则用它来直接传输数字信号的数据速率越高则失真越大 。 信道的最大传输速率 Nyquist 定理（有限带宽的无噪声信道） 如果一个任意的信号通过带宽为H的低通滤波器，那么每秒采样2H次就能完整地重现通过该滤波器的信号。 最大数据传输率=2H log2V （b/s） Shannon定理 对任何带宽为H Hz，信噪比为S/N的信道，最大数据传输速率=H log2（1+S/N） （b/s） 信道的极限信息传输速率 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