什么是物理层协议.docx

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什么是物理层协议

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什么是物理层协议

　　篇一：

计算机网络原理物理层接口与协议

　　计算机网络原理物理层接口与协议

　　物理层位于osi参与模型的最低层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体（即信道）。

物理层的传输单位为比特。

物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。

　　物理层协议规定了与建立、连接和释放物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规和程性的特性。

其作用是确保比特流能在物理信道上传输。

　　图3-1dtc-dce接口

　　iso对osi模型的物理层所做的定义为：

在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。

比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成。

　　另外，ccitt在x.25建议书第一级（物理级）中也做了类似的定义：

利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在dte和dce之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。

这里的dte（dateterminalequipment）指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；dce（datecircuitterminatingequipment或datecommunicationsequipment），指的是数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。

　　dte-dce的接口框如图3-1所示，物理层接口协议实际上是dte和dce或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。

物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性，这样做的主要目的，是为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。

使各个厂家的产品都能够相互兼容。

　　1．机械特性

　　规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。

　　图3-2常见连接机械特征

　　图形3-2列出了各类已被iso标准化了的dce连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。

一般来说，dte的连接器常用插针形式，其几何尺寸与dce连接器相配合，插针芯数和排列方式与dce连接器成镜像对称。

　　2．电气特性

　　规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电咱路的特性，一般包括：

接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大传输速率的说明、以及与互连电缆相关的规则等。

　　物理层的电气特性还规定了dte-dce接口线的信号电平、发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电器参数。

　　篇二：

802.11物理层详解

　　802.11a/g物理层是用oFdm来实现的，因此可以提供比802.11b更高的数据速率，数据速率最高可达54mbps。

下表为oFdm的主要参数

　　下面就以802.11a协议来说明物理层信号发射的编码、oFdm调制过程。

　　802.11a的ppdu数据单元的格式为：

　　数据包包括preamble、header以及psdudata部分。

在mac层请求物理层要求发送数据时，会发送txVectoR矢量，物理层收到请求后产生plcppreamble域，preamble由10个重复的短训练序列（用于agc、信号检测、粗频率偏移估计以及符号定位）和2个重复的长训练序列（精频率偏移估计、信道估计）构成。

报头的第一部分包含了10个重复的持续时间为800ns的短训练符号，它的时间长度仅为正常oFdm符号时间长度的1/4（oFdm符合时间长度为3.2us）。

短训符号由12个子载波组成，对应的编号均为4的倍数，即{-24、-20、-16、-12、-8、-4、4、8、12、16、20、24}号子载波，用序列s–26,26=√（13/6）{0,0,1+j,0,0,0,–1–j,0,0,0,1+j,0,0,0,–1–j,0,0,0,–1–j,0,0,0,1+j,0,0,0,0,0,0,0,–1–j,0,0,0,–1–j,0,0,0,1+j,0,0,0,1+j,0,0,0,1+j,0,0,0,1+j,0,0}来进行调制。

使用短训符号有两个原因:

（1）在信号开始处使用短训符号可以方便地进行信号检测和自动增益控制，因为检测分组包出现的一种简单方式就是将信号本身和经短时间延时后的信号做相关性检测，当相关性超过某一门限值时表示检测到分组包;

（2）短的信号周期使做粗略的大范围的频率偏移估计成为可能，通过

　　计算2个连续的周期为800ns的信号之间的相位偏移，可以估计出最高范围为625khz（1/2×800ns）的频率偏移。

如果使用正常长度的oFdm符号，则只能计算出最大156khz（1/2×3.2μs）的频率偏移，相对于5.8ghz的频率也就是2.6×10-7，而规范中允许每用户最大频偏可达到2×10-7，双向之和即为4×10-7（>2.6×10-7），显然长训练符号不能满足要求。

第二部分是由两个时间长度为正常oFdm符号时间长度的长训练符号和1.6μs的保护间隔构成，长训符号的主要作用是进行精确频率偏移估计和信道估计。

精确频率偏移估计是利用粗频率偏移估计的结果进行的，首先用粗频率偏移估计的结果对信号进行频率补偿，然后计算两个连续信号间的　　

相位偏移从而得出精确频率偏移估计。

信道估计则是进行相干解调的基础，其目的是找出相干解调的参考幅度和相位。

而长训符号可以采用将两个相同信号加权平均的方法获得噪声功率比正常信号的噪声功率低3db的优势，容易获取相干解调参数。

同时长训符号的峰值与平均值之比也小于数据信号，这也保证了长训符号受到放大器非线性失真的影响更小。

　　从mac发送txVectoR矢量中Rate,length,和seRVice域产生plcpheader，header中的数据经过卷积编码、交织、bpsk调制、导频插入、傅立叶变换处理后生成一个

　　oFdmsymbol。

　　由txVectoR的Rate域来计算每个oFdm符号所含的data位（ndbps）、编码率、每个oFdm子载波所含的编码数据位（nbpsc）以及每个oFdm符号的所含的编码位数。

（说明：

以mac层要求发送36mbps的数据为例，36mbps的编码率为3/4，3bits的data输入，通过编码交织后输出4位的编码；由于采用16qam的调制，输出的4位编码数据调制成一个复数，一个复数对应一个子载波，所以nbpsc的值为4；因48个复数一组，调制成一个oFdm符号，所以ncpsc的值为192[48×4]；也由与编码率的3/4，所以所以ndpsc的值为144[192×3/4]）

　　在headerseRVice域后加入psdu数据，并在psdu后面追加若干位（至少6位）“0”bit，使数据长度为ndbps的整数倍，由此组成发送数据包的data部分。

　　用伪随机非零数据初始化扰码器，产生扰码序列，并与前面添加过“0”bit的发送的数据流进行xoR处理。

然后对进行扰码过后的数据进行卷积编码。

把编码过后的数据按照ncbps位的数据一组进行分组，在每一组内进行交织处理。

交织处理完成后，每个ncbps数据位组根据相应数据速率对应的调制方式进行调制，产生一个复数。

然后把每48个复数分成一组，并依次按0～47进行编号，映射到编号为–26到–22,–20到–8,–6到–1,1到6、8到20,和22到26的48个子载波上；子载波–21,–7,7,和21用于导频插入，0载波由于跟中心频率有关，未使用以0值填充，此52个子载波经过iFFt转换到时域。

　　下面三个图简单描述了一下FFt和iFFt是如何实现oFdm的（第一个图和第二图分别表示子载波3rd、4th单独的FFt和iFFt变换，第三个图表示3rd、4th两个子载波同时的FFt和iFFt变换）：

　　经过iFFt后的波形，加入保护间隔，并应用时间窗口，产生一个4us时间长度符号。

从signal符号开始，按照同样的信号处理过程产生一个又一个的oFdm符号，形成的复数基带信号通过射频处理后发射出去。

如下图所示：

　　篇三：

物理层接口协议u

　　层控制网络节点与物理通信通道之间的物理连接。

物理层上的协议

　　有时也称为接口。

物理层协议规定与建立、维持及断开物理信道有关特性，这些特性包括机械的、电气的、功能性的和规程性的四个方面。

这些特性保证物理层能通过物理信道在相邻网络节点之间正确地收、发比特流信息，即保证比特流能送上物理信道，并且能在一端取下它。

物理层仅单纯关心比特流信息的传输，而不涉及比特流中各比特之间的关系（包括信息格式及其含义），对传输差错也不作任何控制，这就象装御工只管装或御货物，但并不关心货物为何物和作何用一样。

　　iso对osi模型的物理层所作定义为：

在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械、电气的、功能性和规程性的手段。

比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成。

另外，ccitt在x.21建议第一级（物理级）中也作了类似定义：

利用物理的、电气的、功能和规程特性在dte和dce之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。

　　dte（dataterminalequipment）指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的通称，它们是数据的源或目的或既是源又是目的，例如数据输入/输出设备、通信处理机或计算机。

dte具有根据协议控制数据通信的功能。

dce（datacircuit-terminatingequipment或datacommunicationsequipment）指的是数据电路终接设备或数据通信设备，前者为ccitt所用，后者为eia所用。

　　物理层图2.1

　　物理层

　　dce是对网络设备的通称，该设备为用户设备提供入网的连接点。

自动呼叫应答设备、调制解调器及其它一些中间装置均属dce。

图2.1是dte/dce的接口框图，由图中可见，物理层接口协议实际上是dte和dce或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络节点物理信道如何连接的问题。

物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号的功能特性以及交换电路的规程特性，这样做的基本目的就是便于不同的设备和制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备，使各个不同厂家的产品都能相互兼容。

物理层图2.2

　　机械特性：

dte和dce之间的接口首先涉及从机械上分界的问题，即规定机械上分界的方法，dte、dce作为两种分立的不同设备通常采用连接器实现机械上的互连，即一种设备的引出导线连接插头、另一种设备的引出导线连接插座，然后通过插头、插座将两种设备连接起来。

为了使不同厂

　　家生产的dte、dce设备便于连接，物理层的机械特性对插头和插座的几何尺寸、插针或

　　插孔芯数及其排列方式、锁定装置形式等作了详细的规定。

图2.2列出了各类已被iso标准化了的dce连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。

一般来说，dte的连接器常用插针形式，其几何尺寸与dce连接器相配合，插针芯数和排列方式与dce连接器成镜象对称。

25芯接头：

iso－2110标准，eiaRs－232c和eiaRs－366a等标准均与之相兼容。

这种25芯的连接器可用于串/并行音频调制解调器、公用数据网络接口、电报（包括用户电报）接口和自动呼叫设备中。

34芯接头：

iso－2593标准，这种连接器可用于ccittV.25建议的宽带调制解调器中。

虽然还没有一个eia标准与之对应，但这种标准在美国已获应用。

37芯及9芯接头：

iso－4902标准，用于串行音频和宽带调制解调器中，与eiaRs－449标准兼容。

15芯接头：

iso－4903标准，这种连接器可用于ccittx.20、x.21和x.22建议中规定的公用数据网接口中。

　　电气特性：

dte与dce之间有多根导线相连，这组导线中除了地线是无方向性的以外，其它信号线均有方向性。

物理层的电气特性规定了这组导线的电气连接及有关电路的特性，一般包括：

接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大数据传输的说明，以及与互连电缆相关的规则等。

dte与dce接口的各根导线（也称电路）的电气连接方式有非平衡方式、采用差动接收器的非平衡方式和平衡方式三种。

图2.3

　　物理层

　　非平衡方式：

采用分立元件技术设计的非平衡接口，每个电路使用一根导线，收发两个方向共用一根信号地线，信号速率小于等于20kbps，传输距离小于等于15m。

由于共用信号地线会产生比较大的串扰，ccittV.28建议采用这种电气连接方式。

eiaRs－232c标准基本与之兼容。

采用差动接收器的非平衡方式：

采用集成电路技术设计的非平衡接口，与前一种方式相比，发生器仍使用非平衡式，但接收器使用差动接收器。

每个电路使用一根导线，每个方向使用独立的信号地线，使串扰信号较小。

这种方式的信号速率可达300kbps，传输距离10m（300kbps时）至1000m（　　时）。

ccittV.10/x.26建议采用这种电气连接方式。

eiaRs－432a标准与之兼容。

平衡方式：

采用集成电路技术设计的平衡接口，使用平衡式发生器和差动式接收器，每个电路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使得串扰信号减至最小。

　　这种方式的信号速率小于10mbps，传输距离为10m（10mbps时）至1000m（　　物理层的电气特性还规定了dte/dce接口线的信号电平、发生器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电气参数。

表2.1给出ccittV.28、V.10和V.11建议中的接口线信号电平。

　　表2.1ccittV.28、V.10、V.11信号电平：

物理层协议：

“1”电平、“0”电平。

　　ccittV.28建议相对于信号地－5～+15伏相对于信号地+5～+15伏ccittV.10建议相对于信号地－4～+6伏相对于信号地+4～+6伏ccittV.11建议－2～－6伏差动信号+2～+6伏差动信号功能特性：

物理层的功能特性是指接口的信号根据其来源、作用以及与其它信号之间的关系而各自具有的特定功能。

ccittV.24建议采用每根接口信号线定义一个功能的方法，这个建议已使用很多年了，是规定接口信号线功能的主要标准之一。

而ccittx.24则建议采用每根接口信号线可定义多个功能的方法，这种多重复用一根接口信号线的方法可以减少接口信号线的数量。

eiaRs－232和eiaRs－499标准采用V.24建议，ccittx.21接口则采用x.24建议。

接口信号线按功能一般可分为数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线等四类。

信号线的名称可以采用数字、字母组合或英文缩写三种方式来命名。

ccittV.24建议数字命名法。

　　按ccittV.24建议的接口信号线命名方法，dte－dce接口信号线的名称的第一位均为“1”，所以也有将其称作100系列接口信号线的说法。

相应的，ccittV.24建议用于dte－ace（automaticcallingequipment，自动呼叫设备）接口信号线的名称的第一位均为“0”，故又有将这种接口标准称作200系列接口信号线的说法。

其它还有一些常用的接口标准，如x.25（分组型公用数据网dte－dce接口标准）、x.20（公用数据网起止式传输业务的dte－dce接口标准）、x.20bis（连接在公用数据网上的V系列建议起止式传输dte－dce兼容性接口标准）等。

　　规程特性：

物理层的规程性规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤，这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。

一个标准的最后形成，是一个需要经过不断的探讨和逐步完善的过程。

目前，有关专家正在考虑是否将物理层规程特性中的部分较高级的功能划分到osi模型的第二层即数据链路层中去。

　　目前由ccitt建议在物理层使用的规程有V.24、V.25、V.54等V系列标准，以及x.20、x.20bis、x.21、x.21bis等x系列标准，它们分别适用于各种不同的交换电路中。

物理层中较重要的新规程是eiaRs－499及x.21，然而经典的eiaRs－232c仍是目前最常用的计算机异步通信接口。