[工学]CH2 物理层_NEW.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 模拟传输与数字传输 2.5 信道复用技术 2.6 同步光纤网SONET和同步数字系列SDH 2.7 物理层标准举例 2.1 物理层的基本概念 功能：在物理媒体上传输原始的数据比特流。 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。 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。 调制——把数字信号转换为模拟信号的过程。 解调——把模拟信号转换为数字信号的过程。 模拟信号与数字信号 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。 单工（Simplex） 半双工（Half Duplex） 全双工（Full Duplex） 基带(baseband)信号和宽带(broadband)信号 基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。 宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 码元与波特率 奈氏(Nyquist)准则 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。 波特率与比特率 比特率： 指每秒钟能传送的二进制位数，单位为比特/秒（bps）。 两者的关系： 多元制：若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则M Baud 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 M ? n b/s。 设比特率为S，波特率为B，则 S=B·log2N (bps), N为码元状态数 信道的极限信息传输速率 信道容量 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 其中：W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； S/N 为信噪比（以db为单位）。 信道容量的计算 信道带宽4K，信噪比30db， 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。 误码率 误码率 传输出错的码元数占传输总码元数的比例。 设传输总码元数为N，传输出错的码元数为Ne， 则误码率为Pe=Ne/N 根据误码率的大小选择合适的数据单元大小来传输。 2.3 传输媒体 导向传输媒体 非导向传输媒体 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 (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆 50 ? 同轴电缆 75 ? 同轴电缆 光缆 各种电缆 STP UTP 双绞线的应用 双绞线上既可以传输数字信号，又可以传输模拟信号； 在电话系统和局域网中，双绞线得到了广泛的应用； 无屏蔽双绞线的应用远比屏蔽双绞线广。 Q: 双绞线为什么要绞？ Cat. 3/5/5e/6/7 UTP与带宽、支持的网络 同轴电缆 基带同轴电缆的阻抗为50欧姆，通常用来传输数字信号，速率最高可达10Mbps。粗缆的传输距离为500m, 细缆180m 宽带同轴电缆的阻抗为75欧姆，通常用来传输有线电视模拟信号。其带宽可达450MHz以上，通常利用FDM技术。 光线在光纤中的折射 多模光纤的缺点 光纤 常用波段： 集中在0.85微米 、1.30微米和1.55微米附近。 数据编码： 在发送端利用电信号对光载波进行调制，调制的方法属于振幅键控法，称强度调制，通常以光信号的有和无来表示二进制的“1”和“0”。 光纤 优点： ①传输信号的频带宽，通信容量大。10Gbps ②信号衰减小，传输距离大。 ③抗干