《计算机网络》第2章 物理层.ppt

课件修改：肖洪生 计算机网络（第 5 版）谢希仁 编著电子工业出版社 2008 .1 第 2 章 物理层 （4课时） 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 物理层是计算机网络模型的最底层——实现真实通信； 物理层的任务: 传送比特流；通过有线无线的物理信道将比特流传送通过一段物理链路； 物理信道如何相连，电气性能、信号线功能、如何操作几方面的问题构成物理层协议的内容； 物理层的协议称之为“规程”。 2.1 物理层的基本概念(续) 物理层规程由四个方面的特性组成： 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。 过程特性 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。 信源、信宿——信号源与信号目的地。 “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。 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、未经变换的原始信号。 基带信号中有较多的低频成分和直流成分，直接传输比较困难。因此必须对基带信号进行变换后再传输——这种变换称为调制(modulation)。 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上以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。 几种最基本的调制方法 基带信号进行调制(modulation)的基本思想是：将低频信号搭载在高频信号——载波上进行传输，到目的地后再御载下来。 最基本的二元制调制方法有以下几种： 调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。 对基带数字信号的几种调制方法 正交振幅调制 QAM(Quartered Amplitude Modulation) 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，但不严重，还可识别 失真严重，无法识别 信道能够通过的频率范围 1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。他给出了理想条件下，无码元间串扰时，码元的最大传输速率。 即：在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题；码元串扰使得接收端对码元不能正确接收。 如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰——带宽大则传输率高。 (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。 香农公式表明 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。 请注意 对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有办法提高信息的传输速率