第2章物理层56.ppt
1,第2章 物理层,2.1 物理层基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.3 物理层下面的传输媒体,2,学习目标,了解物理层的概念和主要任务 理解数据通信系统的模型及相关术语 掌握奈奎斯特准则和香农公式 理解几种导向和非导向传输媒体,3,2.1 物理层基本概念,概念 屏蔽传输媒体差异，传输比特流。 任务描述为与接口相关的一些特性，包括： 机械特性 电气特性 功能特性 过程特性 转换数据传输方式 串行通信：二进制的比特流按时间顺序传输。 并行通信：多个比特一起传输。,4,2.2 数据通信的基础知识,1、数据通信模型,5,2、几个常用术语 消息message 数据data 信号signal 模拟信号Analog signal 参数取值连续的 数字信号Digital signal 参数取值离散 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。 码元code：代表不同离散数值的基本波形。 二进制编码 两种码元 0、1状态,2.2 数据通信的基础知识,6,2.2 数据通信的基础知识,3、模拟的和数字的数据、信号,7,信道channel 表示向某一方向传输信息的媒体。 信道的种类 模拟信道 数字信道 信息交互的三种基本方式 单工通信 Simplex 半双工通信 Half-duplex 全双工通信 Full-duplex,2.2 数据通信的基础知识,8,2.2 数据通信的基础知识,模拟信号传输：经调制解调器产生的信号有所失真。,9,模拟信号传输： 基带信号 来自信源的信号，即基本频带信号。 带通信号 调制后信号，将基带信号的频率范围 搬移到较高的频段传输。 调制：进行信号的波形变换（频谱变换）。 最基本的二元调制方法 调幅 (AM)，载波的振幅随基带信号而变化。 调频 (FM) ，载波的频率随基带信号而变化。 调相 (PM) ，载波的初始相位随基带信号而变化。,2.2 数据通信的基础知识,10,2.2 数据通信的基础知识,对基带数字信号的几种调制方法产生的波形。,11,调幅 (Amplitude Shift Keying ,ASK),2.2 数据通信的基础知识,12,调频 (Frequency Shift Keying ,FSK),2.2 数据通信的基础知识,13,调相 (Phase Shift Keying ,PSK),2.2 数据通信的基础知识,14,数字信号传输 数据在数字信道上传输。 比特流用两个不同的离散信号电压值表示。 编码方式 不归零编码 用高电平1，低电平0 曼切斯特编码 信号电平中间有跳变， 差分曼切斯特编码 遇0有跳变，遇1无跳变， 抗干扰性强。,2.2 数据通信的基础知识,15,2.2 数据通信的基础知识,16,2.2 数据通信的基础知识,试绘制比特流110010101的三种编码图。,17,信道的传输速率,2.2 数据通信的基础知识,码间串扰,18,Nyquist 定理 任何信道中，码元速率有上限，超过此会出现严重的码间串扰。,理想信道的最高码元传输速率 = 2W 码元/秒,W 是理想低通信道的带宽,2.2 数据通信的基础知识,波特率 baud rate,19,例：一个信道的带宽为8MHz，每个码元可表示32种状态，试求该信道的最大比特传输率。,2.2 数据通信的基础知识,最大带宽=2×8M×log232=80Mb/s。,20,信噪比，常记为S/N，单位为分贝(dB) 信噪比(dB) = 10 log10(S/N) (dB) Shannon公式 受噪声的干扰，信道的极限信息传输速率 C = W log2(1+S/N) b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位） S为信号平均功率 N为高斯噪声功率,2.2 数据通信的基础知识,21,例：在噪声信道（话音信道）中，带宽为3200Hz，信噪比为30dB（较为真实的电话信道），则发送的最大数据传输速率？,2.2 数据通信的基础知识,22,2.2 数据通信的基础知识,通信系统模型，标出奈氏准则和香农公式的作用范围。,1. 发送器和接收器之间适用奈奎斯特定理； 2. 源点和终点适用香农定理。,23,2.3 物理层下面的传输媒体,传输媒体 传输信号的介质 导向传输媒体 双绞线 铜轴电缆,24,双绞线,2.3 物理层下面的传输媒体,25,2.3 物理层下面的传输媒体,26,铜轴电缆 50 同轴电缆 75 同轴电缆,2.3 物理层下面的传输媒体,27,光缆 多模光纤 单模光纤,2.3 物理层下面的传输媒体,28,2.3 物理层下面的传输媒体,29,2.3 物理层下面的传输媒体,多模光纤：同时传输多条不同入射角的光线，光脉冲逐渐展宽，失真，适合近距离传输。 多模光纤：光纤的直径减小到光的波长，不反射直线传输，直径几微米，制造成本高，衰减小，在2.5Gb/s高速率传输几公里不需中继器。,30,2.3 物理层下面的传输媒体,优点 通信容量大。 传输损耗小，中继距离长，远距离传输特别经济。 抗雷击和电磁干扰性能好。 无串音干扰，保密性好，不易被窃听和截取数据。 体积小，重量轻。 缺点 两根光纤精确连接不易，需要的设备较贵。,光缆的特点,31,2.3 物理层下面的传输媒体,32,2.3 物理层下面的传输媒体,非导向传输媒体,无线传输所使用的频段很广。 短波通信主要是靠电离层的反射，但距离短。 微波通信在空间主要是直线传播。 地面微波接力通信 传输距离受限：50km，100km（塔高100m） 卫星通信 通信距离远费用与距离无关 有较大的传播延迟，两点球站间270ms 红外通信,33,非导向传输媒体,2.3 物理层下面的传输媒体,34,2.3 物理层下面的传输媒体,35,作业,习题二 2-7 2-8 2-9,
