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第二章 物理层 本章主要内容 物理层基本概念 数据通信基础知识 模拟传输与数字传输 信道复用技术 物理层标准举例 2.1 物理层的基本概念 物理层主要任务：确定传输媒体的，为链路层提供一个透明传输原始比特流的物理连接。 * （ “透明”是一个很重要的术语。它表示：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。“透明地传送比特流”表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化，因此，对传送比特流来说，由于这个电路并没有对其产生什么影响，因而比特流就“看不见”这个电路。或者说，这个电路对该比特流来说是透明的。这样，任意组合的比特流都可以在这个电路上传送。） * （不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体，传输以Bit或Byte为单位的数据） 物理层功能 提供物理连接，完成位流传 传输通路的建立，维持和释放。 提供各种服务元素 对传输通路进行监督， 提供故障状态报告 规定机械，电气，功能和过程特性物理服务数据单元 数据终端设备DTE与数据电路端接设备DCE DTE：一般有计算 DCE：数据与信号之间的转换设备，一般如Modem 2.2 数据通信的基础知识 一、数据通信系统的模型 现代数据通信系统实际上是一个计算机网络，由数据传输系统和数据处理系统两部分组成。 二、有关信道的几个基本概念 通信方式： （1）单工通信 （2）半双工通信 （3）全双工通信 通信方式还可以分为串行通信与并行通信。 信号分类： （1）模拟信号 （2）数字信号 信号还可以分为基带信号与宽带信号 三、信道的最高码元传输速率 数据传输速率 R=（ 1／T ）log2n （单位是：b/s，即：位／秒） 其中：T为脉冲周期，n为调制电平数 信号传输速率（调制速率，即信号经调制后的传输速率） Ｂaud= 1／T （单位是：波特，1波特为每秒传送1个码元） 数据传输速率与调制速率的关系： R=Ｂaud?log2n 可见，在二元制调相方式下，R与Baud是相等的，但在多元调相情况下要将它们区别开。 理想低通信道的最高码元传输速率（奈奎斯特准则） NBd=2W Baud （W是理想低通信道的带宽，单位是）HZ。 奈氏公式的另一个表达方式：每赫带宽的理想低通信道的最高 码元传输速率是每秒2个码元。 需强调的两点： （1）上面所说的具有理想低通特性的信道是理想化的信道，有干扰的信道最巧高码元速率要明显低于奈氏上限； （2）波特和比特是两个不同的概念，但信息传输速率与码元传输速率有一定关系。 四、信道的极限信息传输速率 极限数据传输速率 1948年，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信息传输速率，也称为信道容量。 香农公式 C=W log2 (1+S/N) (bit/s) （其中： W为信道的带宽，单位为Hz； S为信道内所传信号的平均功率； N为信道内的高斯噪声功率；给出的信噪比S/N是以“分贝”表示) 2.3 物理层下面的传输媒体 双绞线 把两根互相绝缘的铜导线绞合起来为了减少对相邻的导线的电磁干扰 模拟传输和数字传输都可以使用双绞线 其通信距离一般为几到十几公里，距离太长时就要加放大器以便将衰减了的信号放大到合适的数值，或者加上中继器以便将失真了的数字信号进行整形 分屏蔽双绞线（简称为STP）和无屏蔽双绞线（简称为UTP）。 铜轴电缆 同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成； 50Ω同轴电缆为数据通信使用，用于传送基带数字信号； 75Ω同轴电缆这种同轴电缆用于模拟传输系统，在这种电缆上传送的信号采用了频分复用的宽带信号。 光纤、光缆 光纤通信就是利用光导纤维传递光脉冲来进行通信。有光脉冲相当于1，而没有光脉冲相当于0； 分多模光纤与单模光纤,多模适合近距离传输，单模适合远距离传输； 光纤的特点： 通信容量非常大 传输损耗小，中继距离长； 抗雷电和电磁干扰性能好； 无串音干扰，必威体育官网网址性好，也不易被窃听或截取数据； 体积小，重量轻。 光纤传送电信号的过程: 无线传输媒体 无线电波在自由空间的传播 目前有三种技术:微波、红外线、激光 微波有两种主要方式：地面微波接力通信与卫星通信； 红外通信主要用于近距离的数据传送； 2.4 模拟传输与数字传输 模拟传输系统 以传送模拟信号的通信系统； 模拟传输系统中的实际问题： 回波的消除——回波抑制器。 调制解调器 由调制器与解调器组成； 调制：将数据信息变换成适合于模拟信道上传输的 电磁波（称为载波）信号，（数字--模拟） 解调：将从模拟信道上收取的载波信号还原成数据 信息。（模拟--数字） 调制解调器传输计算机数据的原因：基带信号经模拟传输系统后产生的误码率