计算机网络-谢希仁第2章物理层

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1、1 第第 2 章章 物理层物理层2 2 第第 2 章章 物理层物理层n2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念n2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识n2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体n2.4 信道复用技术信道复用技术n2.5 数字传输系统数字传输系统n2.6 宽带接入技术宽带接入技术3 3 2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念n物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输媒体上传输数据比特流，传输数据比特流，而而不是指具体的不是指具体的传输媒体。传输媒体。n物理层的作用是要尽可能地物理层的作用是要尽可能地屏蔽屏蔽掉掉

2、不同不同传输媒传输媒体体和和通信手段通信手段的的差异差异。n用于物理层的协议也常称为物理层用于物理层的协议也常称为物理层规程规程 (procedure)。4 4 物理层的主要任务物理层的主要任务n机械特性机械特性 ：指明接口所用指明接口所用接线器接线器的的形状和尺寸形状和尺寸、引线引线数目数目和排列、固定和锁定装置等。和排列、固定和锁定装置等。n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电压的的范围。范围。n功能特性：功能特性：指明某条线上出现的指明某条线上出现的某一电平的电压表示某一电平的电压表示何种意义何种意义。n过程特性过程特性 ：指明对于不同功

3、能的各种可能指明对于不同功能的各种可能事件事件的的出现出现顺序顺序。 主要任务：确定与传输媒体的主要任务：确定与传输媒体的接口接口的一些的一些特性特性。5 5 2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识n2.2.1 数据通信系统的模型数据通信系统的模型n2.2.2 有关信道的几个基本概念有关信道的几个基本概念n2.2.3 信道的极限容量信道的极限容量6 6 2.2.1 数据通信系统的模型数据通信系统的模型一个数据通信系统一个数据通信系统包括包括三大部分三大部分：源系统源系统（或发送端、发送方）、（或发送端、发送方）、传输系统传输系统（或传输网络）和（或传输网络）和目的系统目的系统（或接收端、

4、接收方）（或接收端、接收方）。传输传输系统系统输输入入信信息息输输入入数数据据发送发送的信号的信号(数字的或数字的或模拟的模拟的)接收接收的的信号信号(数字的或数字的或模拟的模拟的)输输出出数数据据源点源点终点终点发送器发送器接收器接收器调制解调器调制解调器PC 公用电话网公用电话网调制解调器调制解调器数字比特流数字比特流数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号 输入输入汉字汉字显示显示汉字汉字数据通信系统数据通信系统源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统输输出出信信息息PC数据通信数据通信系统的模型系统的模型7 7 常用术语常用术语n数据数据 (data) 运送消息的实体。

5、运送消息的实体。n信号信号 (signal) 数据的电气的或电磁的表现。数据的电气的或电磁的表现。 n模拟信号模拟信号 (analogous signal) 代表消息的参数的代表消息的参数的取值是连续的。取值是连续的。 n数字信号数字信号 (digital signal) 代表消息的参数的取值代表消息的参数的取值是离散的。是离散的。 n码元码元 (code) 在使用时间域（或简称为时域）的波在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表形表示数字信号时，代表不同离散数值不同离散数值的的基本波形基本波形。8 8 2.2.2 有关信道的几个基本概念有关信道的几个基本概念n信道信道 一般用来

6、表示向某一个方向一般用来表示向某一个方向传送信息传送信息的媒体。的媒体。n单向通信单向通信（单工通信）（单工通信）只能有只能有一个方向的一个方向的通信通信而没有反方向的交互。而没有反方向的交互。n双向交替通信双向交替通信（半双工通信）（半双工通信）通信的双方通信的双方都可以发送信息，但都可以发送信息，但不能双方同时发送不能双方同时发送(当然也当然也就不能同时接收就不能同时接收)。n双向同时通信双向同时通信（全双工通信）（全双工通信）通信的双方通信的双方可以同时发送和接收信息。可以同时发送和接收信息。 9 9 2.2.2 有关信道的几个基本概念有关信道的几个基本概念n基带信号基带信号（即（即基本

7、频带信号基本频带信号） 来自来自信源的信源的信号信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的件的数据信号都属于基带信号数据信号都属于基带信号。n基带信号往往包含有较多的基带信号往往包含有较多的低频成分低频成分，甚至有，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对量或直流分量。因此必须对基带信号基带信号进行进行调制调制 (modulation)。 10 10 2.2.2 有关信道的几个基本概念有关信道的几个基本概念调制调制分为两大类分为两大类：n基带调制基带调制：仅对基带信号的仅对基带信号的波形

8、波形进行变换，使它能够与进行变换，使它能够与信道特性相适应信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号变换后的信号仍然是基带信号。把这把这种过程称为种过程称为编码编码 (coding)。n带通调制带通调制：使用使用载波载波 (carrier)进行调制，把基带信号的进行调制，把基带信号的频率范围频率范围搬移到搬移到较高的频段较高的频段，并，并转换为模拟信号，转换为模拟信号，这样这样就能够更好地在模拟信道中传输就能够更好地在模拟信道中传输（即仅在一段频率范围（即仅在一段频率范围内能够通过信道）内能够通过信道） 。n带通信号带通信号 ：经过载波调制后的信号经过载波调制后的信号。11 11 (1) 常用

9、编码方式常用编码方式n不归零制：不归零制：正正电平电平代表代表 1，负，负电平电平代表代表 0。n归零制：归零制： 正正脉冲脉冲代表代表 1，负，负脉冲脉冲代表代表 0。n曼彻斯特编码：曼彻斯特编码：位周期位周期中心的向上跳变中心的向上跳变代表代表 0，位位周期中心的向下跳变周期中心的向下跳变代表代表 1。但也可反过来定。但也可反过来定义。义。n差分曼彻斯特编码：差分曼彻斯特编码：在每一位的在每一位的中心处始终都中心处始终都有跳变有跳变。位。位开始边界有跳变开始边界有跳变代表代表 0，而，而位开始边位开始边界没有跳变界没有跳变代表代表 1。12 12 (1) 常用编码方式常用编码方式不归零制不

10、归零制曼彻斯特曼彻斯特1111100000比特比特流流差分差分曼彻斯特曼彻斯特归零制归零制数字信号数字信号常用的编码方式常用的编码方式13 13 (1) 常用编码方式常用编码方式n从信号波形中可以看出，曼彻斯特从信号波形中可以看出，曼彻斯特 (Manchester) 编码编码和差分和差分曼彻斯特曼彻斯特编码编码产生的产生的信号频率信号频率比不归零制高。比不归零制高。n从自同步能力来看，不归零制不能从信号波形从自同步能力来看，不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫本身中提取信号时钟频率（这叫作作没有自同步没有自同步能力），能力），而曼彻斯特编码而曼彻斯特编码和差分和差分曼彻斯特曼彻斯

11、特编码编码具有具有自同步能力。自同步能力。14 14 (2) 基本的带通调制方法基本的带通调制方法n基带信号往往包含有较多的基带信号往往包含有较多的低频成分低频成分，甚至有，甚至有直流成分直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行基带信号进行调制调制 (modulation)。 n最基本的二元制调制方法有以下几种：最基本的二元制调制方法有以下几种：n调幅调幅(AM)：载波的载波的振幅振幅随基带数字信号而变化。随基带数字信号而变化。 n调频调频(FM)：载波的载波的频率频率随