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计算机网络（第 5 版） 清华大学出版社 Andrew 编著 信息技术学院 主讲：吴晓刚 副教授 2015年9月·北校区 第 2 章 物理层 第 2 章 物理层 2.1 数据通信的基础知识 2.2 物理层下面的传输媒体 2.3 无线传输 2.4 通信卫星 2.5 数字调制与多路复用 2.6 公共电话交换网络 2.7 移动电话系统 2.8 有线电视 2.9 本章总结 2.1 数据通信的基础理论数据通信系统的模型* 调制解调器 PC 机 公用电话网 调制解调器 数字比特流 数字比特流 模拟信号 模拟信号 正文 正文 PC 机 2.1 数据通信的基础理论2.1.1 傅里叶分析 傅里叶级数：任何周期函数可表示成正弦和余弦组成的 无穷级数。 两边同乘sin(2πkft) 再从0到T求积分： 两边同乘cos(2πkft) 再从0到T求积分： 直接在等式两边求积分： 2.1.2 带宽有限的信号 带宽定义：在传输过程中振幅不会明显减弱的频率宽度。 例1、设数据传输率为：b比特/利润留成，发送8比特所需时间：8/b秒，第一个谐波频率是b/8 Hz.语音线路频率在3000Hz以上，则可以通过的最大谐波数是24000/b. 图2-2可以计算出要想以9600bps发送数据需要把信号2-1a变成2-1c(2个谐波),而其最大数据传输率为38.4Kbps。 2.1.3信道的最大数据速率：尼奎斯特(Nyquist)定理 B是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz) 频率(Hz) Nyquist证明了只要进行了每秒2B次采样，就可以完全重构出过虑的信号，如果信号中包含了V个离散等级尼奎斯特(Nyquist)定理： 最大数据速率= 2B log2V比特/秒 例：无噪声的3KHz信道传播（两级）二进制信号的最大数据速率是：2*3000*log22=6000bps 香农(Shannon) 有噪声的传输速率 信噪比：信号功率S/噪声功率N 最大传输速率 C 可表达为 C = B log2(1+S/N) b/s 举例：普通电话线上提供的ADSL使用大约1Mhz带宽， 信噪比与距离有关（1-2公里约40分贝:10log10S/N） 因此无论采样多少个信号等级（采样频率的快慢） 永远不可能达到13M. 实际上ADSL的最高速率为:12Mbps 2.2 引导性的传输介质 传输介质属于物理层，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 电气特性 功能特性 规程特性 磁介质（B，KB，MB，GB，TB） 磁带容量与传输能力，狗运磁带的能力。 永远不要低估一辆满载着磁带在高速公路上飞跑的汽车的带宽。 2.3.2 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 光纤缆 各种电缆 铜线 铜线 聚氯乙烯 套层 聚氯乙烯 套层 屏蔽层 绝缘层 绝缘层 外导体屏蔽层 绝缘层 绝缘保护套层 内导体 无屏蔽双绞线 UTP 屏蔽双绞线 STP 同轴电缆 光线在光纤中的折射 折射角 入射角 包层 （低折射率的媒体） 包层 （低折射率的媒体） 纤芯 （高折射率的媒体） 包层 纤芯 光纤的工作原理 高折射率 (纤芯) 低折射率 (包层) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射 多模光纤与单模光纤 多模光纤 P79定义 2.3.1 电磁频谱 无线电 微波 红外线 可见光 紫外线 X射线  射线 双绞线 同轴电缆 卫星 地面微波 调幅 无线电 调频 无线电 海事 无线电 光纤 电视 LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF 波段 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动 无线电 电信领域使用的电磁波的频谱 2.3 无线传输 2.3.1 电磁频谱(续) 用户喜欢光