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计算机网络（第 5 版） 第 2 章 物理层 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 2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的极限容量 2.2.4 信道的极限信息传输速率 2.3 物理层下面的传输媒体 2.3.1 导向传输媒体 2.3.2 非导向传输媒体 第 2 章 物理层（续） 2.4 信道复用技术 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 2.4.2 波分复用 2.4.3 码分复用 2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术 2.6.1 xDSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网（HFC 网） 2.6.3 FTTx 技术 2.1 物理层的基本概念 物理层的主要功能：确定与某通信系统连接的传输媒体、连接接口和信号位传输效能特性（标准和协议）。 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 指明连接线缆的各通信线上出现的信号类型及相关参数。（语法） 功能特性 指明某通信线上出现的某一信号状态的意义。（语义） 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 （同步、时序） Physical Layer Protocols Services 协议栈中各层的PDU名称 2.2 数据通信的基础知识2.2.1 2.2.2 通信的基本概念 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。 数据通信的几个术语 数据(data)：承载消息的实体（某种符号系统）。 信号(signal)：数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)：（信号）参数的取值是连续的。 “数字的”(digital)：（信号）参数的取值是离散的。 码元(code)：在单位时域中，代表不同离散量的基本信号波形（集），1码元可以携带nbit的信息量 。 基带(baseband)信号和带通(band pass)信号 基带信号（即基本频带信号）——来自信源的原本信号。数字信号具有基带信号的特征。 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。因此必须对基带信号进行调制(modulation)。 调制：用一种信号（基带信号）来控制（调）另一种信号（载波---便于在某种信道传输的信号）的定式变化（制）. 带通信号（宽带信号）——用基带信号对载波调制后，把基带信号的（有效）频率范围搬移到一个较高的频率范围后的信号。该信号在规定的信号频段（信道）可与其它信号频段（信道）中的带通信号在同一媒体中传输。 基带数字信号的几种最基本的调制方法 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。 幅移键控（Amplitude Shift Keying,ASK） 频移键控 （frequency shift keying, FSK） 相移键控（Phase Shift Keying ,PSK ） 对二元制基带数字信号的调制方法举例 正交幅度调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 标准 2.2.3 信道的极限容量 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时带来多种干扰而产生各种失真。 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，信号波形的失真就越严重。 数字信号通过实际的信道 有失真，但可识别 失真大，无法识别 限制码元在信道上传输速率因素：（1）信道能够通过的频率范围 1924 年，奈奎斯特(Nyquist) 的奈氏准则,给出了在理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值： C=2Hlog2(V) b/s , H:信道（低通滤波后的）带宽（以 Hz 为单位） V:信号码元的离散级别数 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。 限制码元在信道上传输速率因素：(2) 信噪比 信噪比 （dB）= 10log10（S/N) （dB） 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。 信道的极限信息传输速率