数据通信基础物理层

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1、第2章数据通信基础本章主要内容：2.1物理层的基本概念2.2数据通信的基础知识2.3传输介质及其主要特性2.4数据编码技术2.5脉冲编码调制技术(PCM)2.6调制解调器的基本工作原理2.7数据通信方式2.8多路复用技术2.9差错控制方法2.10数字传输系统2.11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，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

2、上出现的某一电平的电压表示何种意义。过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。2.2数据通信的基础知识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”(digita

3、l)——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。模拟信号与数字信号波形基带(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。信道带宽模拟信道的带宽：是信道能通过的最低频率，是信道能通过的最高频率，均是由信道的物理特性决定的。例如：CATV电缆的带宽为600MHz或1000

4、MHz。信号Hz数字信道的带宽:数字信道的带宽决定了信道中能不失真地传输地脉冲序列地最高速率。码元、码元速率（波特率）、尼奎斯特定理、数据速率、香农定理＊码元：一个数字脉冲；＊码元速率：单位时间内通过信道传输的码元个数；B=1/T，T为信号码元宽度，单位：波特（Baud）数据通信的基础知识＊尼奎斯特定理：早在1924年，贝尔实验室的研究员亨利.尼奎斯特（HarryNyquist)推导出有限带宽无噪声信道的极限波特率为：B=2W(Baud)数据数率R：单位时间内在信道上传送的信息量（比特数）码元携带

5、的信息量n（比特）与码元的种类N的关系：若码元取两个离散值，则一个码元携带1比特（bit）信息，若取4个离散值则一个码元携带2比特信息。数据通信的基础知识数据速率数据速率和波特率是两个不同的概念，当码元取两个离散值时两者才相等。香农定理有噪声信道的极限数据数率为：香农定理W为信道带宽，S为信号的平均功率，N为噪声平均功率，S/N称为信噪比，实际中S与N的比值太大，常取为分贝，因此，数字信道的带宽为信道能够达到最大数据数率，例如：以太网的带宽为10Mb/s或100Mb/s。有噪声信道的极限数据数率为

6、：误码率：传输二进制位出现差错的概率Ne为出错的位数，N为传送的总位数2.3传输介质及其主要特性传输介质的主要类型双绞线同轴电缆光纤电缆无线与卫星通信信道介质（MediaorMedium）网络的介质是一种数据从中传输的材料，是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。常用的介质有线介质和无线介质两种：有线介质：电话线、双绞线、同轴电缆、光导纤维等。无线介质：卫星、微波、IR、RF、激光等。另外，还有大气，携带waves、micorwaves微波和光。介质又称网线、传输线、通信信道等，其传输能力的衡量

7、标准是带宽(Band)。带宽越大传输能力越强。金属介质同轴电缆STP&ScTPUTP线缆速度信号方式：Base=Baseband（基带）Broad=broadband（宽带、实际数值）介质线缆规定:10baseT2.3.1同轴电缆速度10-100Mbps费用一般长度500M同轴电缆在最初的局域网中，同轴电缆被认为是唯一的传输介质，而忽略了双绞线的日益增长。目前有两种应用广泛的同轴电缆。75欧姆，用于模拟传输，称为宽带电缆(CATV系统)50欧姆，用于传输数字信号，称为基带电缆粗缆：10Mbps，5

8、00m，100个站点细缆：10Mbps，185m，30个站点2.3.2双绞线的主要特性屏蔽双绞线STP非屏蔽双绞线UTP双绞线由按照规则螺旋结构排列的两根绝缘线组成双绞线即可以传输模拟信号也可以传输数字信号带宽依赖于线的粗细和传输距离用于话音传输1类:只能用于话音的模拟传输2类:可用于数据传输,速率达1Mbps用于计算机局域网的数据传输3类：速率达10Mbps4类：速率达20Mbps5类：速率达100MbpsUTP接头线序1-32-6以太网数据使用4-5电话线路使用7-8其他用途U