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1、课件制作人：谢希仁计算机网络（第 5 版）第 2 章 物理层课件制作人：谢希仁第 2 章 导向传输媒体课件制作人：谢希仁第 2 章 物理层（续）分复用、光纤同轴混合网（ ）术课件制作人：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。课件制作人：据通信系统的模型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
2、器 接收器调制解调器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课件制作人：谢希仁几个术语 数据 (运送消息的实体。 信号 (数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的” (代表消息的参数的取值是连续的。 “数字的” (代表消息的参数的取值是离散的。 码元 (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。课件制作人：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
3、同时接收 )。 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。课件制作人：谢希仁基带 (号和带通 (号 基带信号 （即基本频带信号） 来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。 基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行 调制 ( 带通信号 把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。课件制作人：谢希仁几种最基本的调制方法 基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频
4、分量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行 调制 ( 最基本的二元制调制方法有以下几种： 调幅 (载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频 (载波的频率随基带数字信号而变化。 调相 (：载波的初始相位随基带数字信号而变化。课件制作人：谢希仁对基带数字信号的几种调制方法0 1 0 0 1 1 1 0 0基带信号调幅调频调相课件制作人：谢希仁正交振幅调制 r(r, )可供选择的相位有 12 种，而对于每一种相位有 1 或2 种振幅可供选择。由于 4 码共有 16 种不同的组合，因此这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 编码。若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识
5、别每一种状态就越困难。举例课件制作人：信道的极限容量 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。课件制作人：谢希仁数字信号通过实际的信道 有失真，但 可识别 失真大， 无法识别实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形 接收信号波形发送信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形课件制作人：谢希仁(1) 信道能够通过的频率范围 1924 年，奈奎斯特 (推导出了著名的 奈氏准则 。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。 在任
6、何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现 码间串扰 的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。 如果信道的频带越宽，也就是能够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码间串扰。课件制作人：谢希仁(2) 信噪比 香农 (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 = W +S/N) b/s W 为信道的带宽（以 单位）； S 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。课件制作人：谢希仁香农公式表明 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
7、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。课件制作人：谢希仁请注意 对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有办法提高信息的传输速率。这就是用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。课件制作人：理层下面的传输媒体无线电 微波 红外线可见光 紫外线 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
8、视(Hz)f(Hz)F 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024移动无线电电信领域使用的电磁波的频谱课件制作人：向传输媒体 双绞线 屏蔽双绞线 无屏蔽双绞线 同轴电缆 50 同轴电缆 75 同轴电缆 光缆课件制作人：谢希仁各种电缆铜线 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 蔽双绞线 希仁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
9、的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯课件制作人：谢希仁光纤的工作原理高折射率(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课件制作人：谢希仁输入脉冲 输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲 输出脉冲多模光纤课件制作人：导向传输媒体 无线传输所使用的频段很广。 短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。 微波在空间主要是直线传播。 地面微波接力通信 卫星通信课件制作人：频分复用、时分复用和统计时分复用 复用 (通信技术中的基本概念。信道222信道信道222复用 分用(a) 不使用复用技术 (b) 使用复用技术课件制作人：谢希仁频分复用 用户在分配到一定的频带
10、后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。 频分复用 的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5课件制作人：谢希仁时分复用 时分复用 则是将时间划分为一段段等长的 时分复用帧 （ ）。每一个时分复用的用户在每一个 中占用固定序号的时隙。 每一个用户所占用的时隙是 周期性地出现 （其周期就是 帧的长度）。 号也称为 等时 (号。 时分复用的所有用户是在不同的时间占用 同样的频带宽度。课件制作人：谢希仁时分复用频率时间B C D B C D B C D B C A 中的位置不变 课件制作人：谢希仁
11、时分复用频率时间C D C D C A B B C 中的位置不变 课件制作人：谢希仁时分复用频率时间B D B D B A A C C 中的位置不变 课件制作人：谢希仁时分复用频率时间B C B C B A A B D 中的位置不变 课件制作人：谢希仁时分复用可能会造成线路资源的浪费时分复用帧#1 #3 #4用户使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。课件制作人：谢希仁统计时分复用 用户 #1b ca c d#2 #3统计时分复用课件制作人：谢希仁1550 0 1551 11552 21553 31554 41555 51556 61557 70 1550 1 1551 2 1552 3 1553 4 1554 5 1555 6
