第3章 物理层ppt课件.ppt

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1、第3章物理层计算机通信网络（第2版）9/16/20211哈尔滨工业大学电子与信息技术研究院(威海)通信工程系数据通信的基本概念Note: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正文正文数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC机数据通信系统的模型信号(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

2、号转换为数字信号的过程。几个术语模拟数据模拟信号放大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模拟和数字的数据、信号单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。通信双方的交互方式双向交替通信（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)。通信双方的交互方式双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。通信双方的交互方式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。宽带信号是将基带信号进行调制后形成的频分复用

3、模拟信号。基带信号和频带信号数据通信的理论基础Note:失真不严重失真严重实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输出信号波形(失真不严重)输入信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输出信号波形(失真严重)数字信号通过实际信道在信道条件一定时，码元速率越高，失真越严重码元速率的上限是多少？最高码元传输速率——Nyquist准则理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaudBaud是波特，是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元。W——理想低通信道的带宽奈氏准则的另一种表达方法是：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是

4、每秒2个码元。最高码元传输速率——Nyquist准则理想带通信道的最高码元传输速率=WBaud即每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率为每秒1个码元。（1）实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显地低于奈氏准则给出的这个上限数值。（2）波特是码元传输的速率单位，它说明每秒传多少个码元。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。（3）比特是信息量的单位，与码元的传输速率“波特”是两个完全不同的概念。请注意信道的极限信息传输速率——Shannon公式C=Wlog2(1+S/N)C——信道的极限信息速率（信道容量），bit/sW——信道带宽，HzS——

5、信号的平均功率，WattN——高斯噪声功率，WattS/N——信噪比信道的极限信息传输速率——Shannon定理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，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。C=Wlog2(1+S/N)Nyquist准则和Shannon公式在数据通信系统中的作用范围源系统传输系统目的系统传输系统源点终点发送器接收器输入信息输出信息输

6、入数据输出数据发送的信号接收的信号码元传输速率受奈氏准则的限制信息传输速率受香农公式的限制传输媒体Note:无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅无线电调频无线电海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移动无线电电信领域使用的电磁波的频谱双绞线屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedP

7、air)无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)同轴电缆50同轴电缆75同轴电缆光缆导向传输媒体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同轴电缆基带数字信号在数字信道上的编码传输差分编码：0——不变；1——翻转高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光纤原理输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤单模光纤与多模光纤短波通信——电离层反射微波通信——直线传播地面微波接力通信卫星通信移动通信无线局域网红外…非导向

8、传输媒体——自由空间模拟传输和数字传输Note:长途干线最初采用频分复用FDM的传输方式FDM(Freque