(工学)CH2 物理层-NEW

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1、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2.3物理层下面的传输媒体2.4模拟传输与数字传输2.5信道复用技术2.6同步光纤网SONET和同步数字系列SDH2.7物理层标准举例2.1物理层的基本概念功能：在物理媒体上传输原始的数据比特流。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：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。电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。规程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。几个术语数据(data)——运送信息的实体。

2、信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。“模拟的”(analogous)——连续变化的。“数字的”(digital)——取值是离散数值。调制——把数字信号转换为模拟信号的过程。解调——把模拟信号转换为数字信号的过程。模拟信号与数字信号tta)模拟信号b)数字信号模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值有关信号的几个基本概念单向通信（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

3、发送和接收信息。单工（Simplex）半双工（HalfDuplex）全双工（FullDuplex）基带(baseband)信号和宽带(broadband)信号基带信号就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。码元与波特率码元(CodeCell)：时间轴上的一个信号编码单元波特率：每秒钟发送的码元数，或者说每秒钟信号（比如电压）变化的次数，单位为波特（baud)。码元1码元2码元3码元4码元5信号同步脉冲同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始奈氏(Nyquist)准则每赫带宽的理想低通信道的

4、最高码元传输速率是每秒2个码元。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)波特率与比特率比特率：指每秒钟能传送的二进制位数，单位为比特/秒（bps）。两者的关系：多元制：若1个码元携带nbit的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输速率为Mnb/s。设比特率为S，波特率为B，则S=B·log2N(bps),N为码元状态数信道的极限信息传输速率信道容量香农(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

5、=Wlog2(1+S/N)b/s其中：W为信道的带宽（以Hz为单位）；S/N为信噪比（以db为单位）。信道容量的计算信道带宽4K，信噪比30db，香农公式表明*信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。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传输。若信道带宽W或信噪比S/N没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率C也就没有上限。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。误码率误码率传输出错的码元数占传输总码元数的比例。设传输总码元数为N，传输出错的码元数为Ne，则误码率为Pe=N

6、e/N根据误码率的大小选择合适的数据单元大小来传输。2.3传输媒体导向传输媒体非导向传输媒体导向传输媒体双绞线屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedPair)无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)同轴电缆50同轴电缆75同轴电缆光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STPUTP以铝箔屏蔽以减少干扰和串音3类、5类、6类双绞线外没有任何附加屏蔽双绞线的应用双绞线上既可以传输数字信号，又可以传输模拟信号；在电话系统和局域网中，双绞线得到了广泛的

7、应用；无屏蔽双绞线的应用远比屏蔽双绞线广。Q:双绞线为什么要绞？Cat.3/5/5e/6/7UTP与带宽、支持的网络同轴电缆基带同轴电缆的阻抗为50欧姆，通常用来传输数字信号，速率最高可达10Mbps。粗缆的传输距离为500m,细缆180m宽带同轴电缆的阻抗为75欧姆，通常用来传输有线电视模拟信号。其带宽可达450MHz以上，通常利用FDM技术。铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套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）包层纤芯多模