计算机网络(第二章)物理层.ppt
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第2章 物理层 (标注 的标题要求必须掌握) 本章学习目标 掌握物理层的基本概念; 掌握有关信道的一系列基本概念; 理解信道的极限信息传输速率; 理解模拟信号与数字信号的区别; 掌握信道复用技术的分类,理解频分复用、时分复用和统计时分复用,了解波分复用,掌握码分复用CDMA; 了解相关宽带接入技术。 2.1 物理层的基本概念 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。 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有关信号的几个基本概念 2.2.3信道的极限容量 2.2.4信道的极限信息传输速率 2.2.1 数据通信系统的模型 几个术语 数据(data)——运送消息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。 “数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。 码元(code)——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。 调制解调器的作用 调制解调器(modem)包括: 调制器 (MOdulator) D/A :把要发送的数字信号转换为频率范围在 300~3400 Hz 之间的模拟信号,以便在电话用户线上传送。 解调器(DEModulator)A/D:把电话用户线上传送来的模拟信号转换为数字信号。 目前我国长途通信线路已实现了数字化,因而现在的模拟通信电路就只剩下从用户电话机到市话交换机之间的这一段几公里长的用户线上。 调制解调器的作用(续) 调制器的主要作用就是个波形变换器,它把基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形 解调器的作用就是个波形识别器,它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。 若识别不正确,则产生误码。 在调制解调器中还要有差错检测和纠正的设施。 模拟的和数字的数据、信号 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。 带通信号——把基带信号经过载波调制后,把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)。 几种最基本的调制方法 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。为了解决这一问题,就必须对基带信号进行调制(modulation)。 最基本的二元制调制方法有以下几种: 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。 对基带数字信号的几种调制方法 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 奈氏准则 香农公式 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 香农公式表明 请注意 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 电信领域使用的电磁波的频谱 2.3.1 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 光线在光纤中的折射 光纤的工作原理 多模光纤与单模光纤 2.3.2 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,但短波信道的通信质量较差。 微波在空间主要是直线传播。 地面微波接力通信 卫星通信 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 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。 频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing) 用户在分配到一定的频带后,在通信过程中自始至终都占用这个频带。 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(请注意,这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率)。 时分复用TDM(Time Division Multiplexing) 时分复用 时分复用 时分复用 时分复用TDM 时分复用可能会造成线路资源的浪费 时分复用可能会造成线路资源的浪费 统计时分复用 STDM(Statist
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