第二章-物理层-上.ppt

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net111111网盘网盘-计算机网络计算机网络计科计科2本章教学内容：

本章教学内容：

2.1物理层概述物理层概述2.2数据通信基础数据通信基础2.3信道特性信道特性2.4传输介质传输介质2.5数据传输方式数据传输方式2.6信道复用技术信道复用技术2.7远程传输技术远程传输技术2.8接入网技术接入网技术第2章物理层3本章教学内容：

本章教学内容：

2.1物理层概述物理层概述2.2数据通信基础数据通信基础2.3信道特性信道特性2.4传输介质传输介质2.5数据传输方式数据传输方式2.6信道复用技术信道复用技术2.7远程传输技术远程传输技术2.8接入网技术接入网技术第2章物理层42.1物理层概述物理层概述物理层是物理层是TCP/IP模型的最底层模型的最底层物理层为数据传输提供可靠环境物理层为数据传输提供可靠环境物理层是网络的基础物理层是网络的基础，正如同公路是汽车，正如同公路是汽车通行的基础一样通行的基础一样5物理层6物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接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，即：

口的一些特性，即：

机械特性机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、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。

引线数目和排列、固定和锁定装置等等。

电气特性电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

电压的范围。

功能特性功能特性指明某条线上出现的某一电平的电指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

压表示何种意义。

过程特性过程特性指明对于不同功能的各种可能事件指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

的出现顺序。

2.1物理层概述物理层概述7机械特性：

机械特性：

25针针D型插座及相关的长、宽、高型插座及相关的长、宽、高25PIN9PINDTE端为端为MaleDCE端为端为Female电气特性：

逻辑电气特性：

逻辑0：

+12V逻辑逻辑1：

-12V最长传输距离最长传输距离15m最大传输速率最大传输速率20kb/s2.1物理层概述物理层概述瓶盖标准化瓶盖标准化92.1物理层概述物理层概述10物理层的机械特性示例2.1物理层概述物理层概述11电话线RS232电缆线COM1或COM2串行口2.1物理层概述物理层概述121312345678201234567820FrameGroundTransmitDataReceiveDataRequestToSendClearToSendDataSetReadySignalGroundCarrierDetectDataTerminalReady调调制制解解调调器器DCE计计算算机机或或终终端端DTE2.1物理层概述物理层概述14打印机是常用的并行接口打印机是常用的并行接口Pin信号Pin信号1-STROBE10-ACK2DATA011BUSY3DATA112PaperEmpty4DATA213Select5DATA314-AutoFeed6DATA415-ERROR7DATA516-INIT8DATA617-SELECTIN9DATA718-25GROUND2.1物理层概述物理层概述15本章教学内容：

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2.1物理层概述物理层概述2.2数据通信基础数据通信基础2.3信道特性信道特性2.4传输介质传输介质2.5数据传输方式数据传输方式2.6信道复用技术信道复用技术2.7远程传输技术远程传输技术2.8接入网技术接入网技术第2章物理层162.2数据通信基础数据通信基础传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器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输入汉字显示汉字数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC机两个两个PC机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。

机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。

如图如图3-1所示，一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统所示，一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端或发送端）、传输系统、传输系统（或传输网络或传输网络）和目的系统和目的系统（或接收端或接收端）。

17雪六角形凉白色信息信息数据数据信号信号信息信息：

人对雪花和马的认识：

人对雪花和马的认识数据数据：

文字，二进制数，十进制数：

文字，二进制数，十进制数信号信号：

电压，光，磁场强度：

电压，光，磁场强度信道信道（channel）：

向某一个方向传输信息的媒：

向某一个方向传输信息的媒体。

体。

2.2数据通信基础数据通信基础18模拟数据模拟数据模拟数据的值是某个区模拟数据的值是某个区间内的间内的连续值连续值。

模拟数据的物理信号容模拟数据的物理信号容易实现，但不精确且容易实现，但不精确且容易受干扰。

易受干扰。

数字数据数字数据数字数据的值是某个区数字数据的值是某个区间内的间内的有限个离散值有限个离散值。

数数字字数数据据具具有有精精确确以以及及受扰动可以恢复的特性。

受扰动可以恢复的特性。

tttt2.2数据通信基础数据通信基础19模拟信号的特点：

模拟信号的特点：

连续变化的电压或电流波形连续变化的电压或电流波形波动性；波动性；持续变化；持续变化；包含无穷多个值；包含无穷多个值；在电信业已经被广泛使用超过在电信业已经被广泛使用超过100100年。

年。

数字信号的特点：

数字信号的特点：

是一系列的电脉冲是一系列的电脉冲离散性；离散性；跃变性；跃变性；包含有限个值包含有限个值设备性能先进，较为便宜设备性能先进，较为便宜。

tttt2.2数据通信基础数据通信基础20模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而也可以用其中任意一种形式传输。

模拟数据模拟信号放大器调制器模拟数据数字信号PCM编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号数字发送器2.2数据通信基础数据通信基础21模拟信道模拟信道是用来传输是用来传输连续的模拟信号连续的模拟信号（如正弦波信号如正弦波信号）的信道；的信道；如果利用模拟信道传送如果利用模拟信道传送数字数据数字数据，则必须，则必须经过数字与模拟信号之间的变换（经过数字与模拟信号之间的变换（A/DA/D变换变换器）。

器）。

数字信道数字信道是用来传输是用来传输离散的数字信号离散的数字信号（如脉冲信号如脉冲信号）的信道。

的信道。

2.2数据通信基础数据通信基础22不同类型的信号在不同类型的信道上不同类型的信号在不同类型的信道上传输有传输有4种组合，每一种相应地需要进行种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。

不同的编码处理。

数据：

模拟数据、数字数据数据：

模拟数据、数字数据信号：

模拟信号、数字信号信号：

模拟信号、数字信号信道：

模拟信道、数字信道信道：

模拟信道、数字信道2.2数据通信基础数据通信基础23本章教学内容：

本章教学内容：

2.1物理层概述物理层概述2.2数据通信基础数据通信基础2.3信道特性信道特性2.4传输介质传输介质2.5数据传输方式数据传输方式2.6信道复用技术信道复用技术2.7远程传输技术远程传输技术2.8接入网技术接入网技术第2章物理层242.3信道特性信道特性2.3.1.带宽与速率带宽与速率2.3.2.误码率误码率2.3.3.信道延迟信道延迟2.3.4.失真失真252.3.1.带宽与速率带宽与速率带宽：

通信信道容量。

带宽：

通信信道容量。

模拟信道带宽：

模拟信道带宽：

f2-f1单位是单位是赫兹赫兹数字信道带宽：

是指网络可通过的数字信道带宽：

是指网络可通过的最高最高数据数据率，即每秒传送的比特数，单位为率，即每秒传送的比特数，单位为位位/秒秒2.3信道特性信道特性262.3信道特性信道特性码元：

一个数字脉冲码元：

一个数字脉冲码元宽度：

码元宽度：

T码元速率：

每秒传送多少个码元。

码元速率：

每秒传送多少个码元。

单位是：

波特（单位是：

波特（Baud）B=1/T272.3.1.带宽与速率带宽与速率比特率（数据率）：

即数字信道传送数比特率（数据率）：

即数字信道传送数字信号的速率。

用字信号的速率。

用bps表示表示10Mbps：

每秒种传送每秒种传送10M位数据。

位数据。

当传输的信号速率超过信道的最大信号速率当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。

时，就会产生失真。

2.3信道特性信道特性282.3信道特性信道特性码元：

一个数字脉冲码元：

一个数字脉冲码元宽度：

码元宽度：

T码元速率：

每秒传送多少个码元。

码元速率：

每秒传送多少个码元。

单位是：

波特（单位是：

波特（Baud）B=1/T比特率：

比特率：

R=B*log2NN为可选的离散值为可选的离散值292.3信道特性信道特性设数据信号码元长度设数据信号码元长度0.8秒，若采用秒，若采用16电平电平传输传输,试求码元传输速率和比特率。

试求码元传输速率和比特率。

30理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaudW是理想低通信道的带宽，单位为赫（Hz）不能通过能通过0频率（Hz）W（Hz）n在任何信道中，码元传输的速率是有限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的识别成为不可能。

n如果信道的频带越宽，也就是能过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干扰。

2.3信道特性信道特性31如果编码方式的码元状态数为如果编码方式的码元状态数为N，就得到了，就得到了理想低通理想低通信道的极限信息传输速率（即信道的极限信息传输速率（即信道容量信道容量）Cmax：

Cmax=2Wlog2N（bps）因为信道总是有噪声的，因此奈奎斯特准则因为信道总是有噪声的，因此奈奎斯特准则给出的是给出的是理论上的上限理论上的上限。

实际的信道所能传输的实际的信道所能传输的最高数据传输速率（或者最高码元速率），要明最高数据传输速率（或者最高码元速率），要明显地低于奈奎斯特准则给出上限数值。

显地低于奈奎斯特准则给出上限数值。

2.3信道特性信道特性32练习：

练习：

有一带宽为有一带宽为3kHz的理想低通信道，的理想低通信道，若为若为8进制码元求其进制码元求其信道容量信道容量。

2.3信道特性信道特性33香农香农（Shannon）用用信息论信息论的理论推导出了带宽受限且的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的有高斯白噪声干扰的信道的极限极限、无差错的无差错的信息传信息传输速率。

输速率。

信道的极限信息传输速率信道的极限信息传输速率C（即（即传输带宽传输带宽）可表达）可表达为为C=Wlog2（1+S/N）b/sW为信道的带宽（以为信道的带宽（以Hz为单位）；为单位）；S为信道内所传信号的平均功率；为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高斯噪声功率。

为信道内部的高斯噪声功率。

S/N信噪比，常以信噪比，常以分贝分贝（dB）表示表示记为：

记为：

信噪比信噪比（dB）=10*log10（S/N）（dB）2.3信道特性信道特性34例例1对于一个带宽为对于一个带宽为1kHz，信噪比为，信噪比为35dB的信道，其数据传输率最大是多少的信道，其数据传输率最大是多少比特比特/秒？

秒？

由于由于35=10log10（S/N），则，则S/N=103.5=3162Rmax=1000*log2（1+S/N）=1000*log2（1+3162）1000*11.6311630bps2.3信道特性信道特性35例例2对于一个带宽为对于一个带宽为3kHz，信噪比为，信噪比为30dB的信道，无论其使用多少个量化电平，也的信道，无论其使用多少个量化电平，也不管采样速度多快，其数据传输率不可能不管采样速度多快，其数据传输率不可能大于大于30000比特比特/秒？

秒？

由于由于30=10log10（S/N），则，则S/N=103=1000Rmax=3000*log2（1+S/N）=3000*log2（1+1000）3000*1030000bps2.3信道特性信道特性36香农公式的意义：

香农公式的意义：

只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的率