《计算机网络(第7版)谢希仁著》第二章物理层要点及习题总结.pdf

《计算机⽹络（第7版）谢希仁著》第⼆章物理层要点及习题总

结

1.物理层基本概念：物理层考虑的是怎样才能再连接各种计算机的传输媒体上传输数据⽐特流，⽽不是指具体的传输媒体

2.物理层特性：机械特性，电⽓特性，功能特性，过程特性

3.数据通信系统：分为源系统（发送端）、传输系统（传输⽹络）、⽬的系统（接收端）三⼤部分，通信的⽬的是传送消息，数据是运送消息的实体，信号则是

数据的电⽓或电磁的表现，通信系统必备的三⼤要素：信源，信道，信宿

4.信号：

（1）模拟信号（连续信号）

代表消息的参数的取值是连续的，连续变化的信号，⽤户家中的调制解调器到电话端局之间的⽤户线上传送的就是模拟信号。

（2）数字信号（离散信号），代表消息的参数的取值是离散的。⽤户家中的计算机到调制解调器之间，或在电话⽹中继线上传送的就是数字信号。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就称为码元。在使⽤⼆进制编码时，只有两种不同的码元，⼀种代表0状态⽽另

⼀种代表1状态。（1码元可以携带的信息量不是固定的，⽽是由调制⽅式和编码⽅式决定的，1码元可以携带nbit的信息量，可以通过进制转换和多级电平）

5.信道

（1）基本概念：信道⼀般⽤来表⽰向某⼀个⽅向传送信息的媒体，⼀条通信电路往往包含⼀条发送信道和⼀条接收信道。

（2）通信双⽅的交互⽅式：

①单⼯通信（单向通信）：即只能有⼀个⽅向的通信⽽没有反⽅向的交互，例如：⽆线电⼴播，有线电⼴播

②半双⼯通信（双向交替通信）：即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）。这种通信⽅式是⼀⽅发送另⼀⽅接

收，过⼀段时间后可以再反过来。例如：对讲机

③全双⼯通信（双向同时通信）：即通信的双⽅可以同时发送和接收信息。例如：打电话

（3）调制和解调

原因：信源的信号常称为基带信号（即基本频带信号）。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。基带信号往往包含有较

多的低频成分，甚⾄有直流成分，⽽许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量，所以必须对基带信号进⾏调制

调制：

①基带调制：仅仅对基带信号的波形进⾏变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号，由于这种基带调制是把数字信号转换为另

⼀种形式的数字信号，因此⼤家更愿意把这种过程称为编码。常⽤编码⽅式分为不归零编码，归零编码，曼彻斯特编码（可以实现时钟⾃同步），差分曼彻斯特

编码四种

②带通调制：使⽤载波进⾏调制，把基带信号的频率范围搬移到较⾼的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输。经过载波调制

后的信号称为带通信号（即仅在⼀段频率范围内能够通过信道），基本的带通调制⽅法有调幅，调频，调相三种，为了达到更⾼的信息传输速率，必须采⽤技术

上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制⽅法。例如，正交振幅调制QAM

调制解调器：将数字信号和模拟信号互相转换

（4）信道的极限容量

①信道能够通过的频率范围

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可

能。

1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。

码元的传输速率受奈⽒准则的限制（模拟信号）

奈⽒准则的推导可以在通信原理教科书中查阅

②信噪⽐

信噪⽐就是信号的平均功率和噪声的平均功率之⽐，常记为SIN，并⽤分贝（dB）作为度量单位，即：

信噪⽐（dB)=10log10(S/N)(dB)

例如，当S/N=10时，信噪⽐为10dB，⽽当S/N=1000时，信噪⽐为30dB。

在1948年，信息论的创始⼈⾹农（Shannon）推导出了著名的⾹农公式。

⾹农公式：

信道的极限信息传输速率C是：

C=Wlog2(l+S/N)(bit/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，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