1、1第二章 物理層 2.1 物理層的基本概念 2.2 數據通信基礎 2.3數據編碼技術 2.4傳輸媒體 2.5無線傳輸媒體 2.6 物理層標準舉例22.1 物理層的基本概念 物理層不是指設備或者傳輸媒體 物理層的功能是解決如何在媒體上傳輸數據的問題 物理層向上屏蔽不同設備的傳輸細節32.1 物理層的基本概念 物理層的任務是確定與傳輸媒體的接口特征。機械特征：接口所用接線器的形狀和尺寸，引線數目和排列等等。電氣特征：接口電攬的電壓范圍。功能特征：某條線上電壓的意義。規程特征：不同的各種事件的出現順序。42.2 數據通信基礎 2.2.1 信道帶寬，傳輸延遲 1. 信道 向某一方向傳輸信息的媒體 通信

2、信道=發送信道+接收信道 信道在傳輸方式上的分類：單工，半雙工，全雙工52.2.1 信道帶寬，傳輸延遲 2. 信道帶寬30萬公里62.2.1 信道帶寬，傳輸延遲 傳輸延遲=發送接收處理時間 +電信號響應時間+介質中轉時間72.2.1 信道帶寬，傳輸延遲 信道容量 與傳輸速率相關的度量波特（baud）率B：信號值每秒鐘的變化次數比特（bit）率b: 每秒鐘傳送的數據位數，單位縮寫為bps8信道容量 波特率與比特率的關系072電平，每個信號攜帶信息量為電平，每個信號攜帶信息量為1比特。比特。8電平，每個信號攜帶信息量為電平，每個信號攜帶信息量為3比特。比特。如果：如果：波特率為波特率為B，電平數為

3、電平數為V，則則比特率為：比特率為：b = B log2V019信道容量 通信系統概念模型信源信宿通信信道干擾10信道容量 信道容量(信容)：單位時間內信道正確傳輸的比特數。bps 香農定理：C=Wlog2(1+S/N)bpsS:信號平均功率N:噪聲平均功率S/N:信噪比W:帶寬112.2 數據通信基礎 數據分類 模擬數據，例如聲音曲線 數字數據，例如整數序列 信號分類 模擬信號 數字信號12信號的分類 模擬數據用模擬信號發送 - 載波 例如模擬電話 數字數據用數字信號發送 - 編碼 模擬數據用數字信號發送 - 采樣 例如IP電話 數字數據用模擬信號發送 - 調制 例如電話撥號13信號的分類

4、基帶信號和寬帶信號 基帶信號：將數字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示。 寬帶信號：將基帶信號進行調制后形成的頻分復用模擬信號。142.3 數據編碼技術 模擬傳輸/數字傳輸話音電話模擬數字Modem模擬模擬CODEC數字數字數字傳輸數字模擬數據,模擬信號數字數據，模擬信號數字數據，數字信號模擬數據，數字信號15編碼和調制EncoderDecoderModulatorDemodulatorg(t)m(t)fcs(f)x(t)tffc模擬g(t)數字m(t)數字x(t)模擬s(t)16編碼和調制 振幅：波形信號強度的度量 頻率：波形重復的頻度 相位：該波形相對于參照波形信號的位置關系振幅頻率相位

5、17編碼和調制 00110100010ASK(Amplitude Shift Keying)FSK(Frequency Shift Keying)PSK(Phase Shift Keying)18基帶數字信號的編碼方法01001100011 時鐘時鐘NRZ曼徹斯特曼徹斯特差分曼徹斯特差分曼徹斯特192.4 傳輸媒體 2.4.1 雙絞線內導體芯線絕緣箔屏蔽銅屏蔽外套20雙絞線 雙絞線的分類 屏蔽雙絞線(Shielded Twisted Pair)STP 非屏蔽雙絞線(Unshielded Twisted Pair) UTP 3類線，5類線 雙絞線的絞合度21雙絞線屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線222.4

6、 傳輸媒體 2.4.2 同軸電纜保護套絕緣層銅芯外導體屏蔽層23同軸電纜 分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。基帶同軸電纜（ 50 ）一條電纜只用于一個信道，一般用于二進制數據信號的傳輸，多用于計算機局域網；傳輸速率10Mb/s寬帶同軸電纜（ 75 ）主要用于高帶寬數據通信，支持多路復用。傳輸速率150Mb/s.242.4 傳輸媒體 2.4.3 光纖25光纖 光纖所用材料為玻璃，外層有包層和緩沖涂覆層 原理：基于光在兩種介質交界面上的全反射現象，把以光形式出現的能量約束在波導內，并引導光沿著軸線平行的方向傳播。26光纖 光纖分類玻璃光纖：纖芯及包層均用玻璃，損耗小，

7、成本高。用于遠距離寬帶傳輸。塑料光纖：纖芯為玻璃，包層為塑料，損耗大，成本低。短距離基帶傳輸。單模光纖：芯徑小，只有一個入射角，光源必須用激光，成本高，帶寬寬。 多模光纖：芯徑小，多個入射角，成本低。27光纖 光纖傳送模式 多模 輸入電信號輸出電信號單模 28光纖 光纖特點依靠光波承載信息，衰減少，傳輸距離遠 帶寬寬，傳輸速率高，傳輸能力強 不受電磁干擾，抗干擾能力強，無輻射，保密性好 重量輕，容量大，十分適合多媒體通信光纖斷裂的檢測和修復都很困難。29光纖 光纜玻璃封套塑料外套玻璃內芯單芯光纜多芯光纜玻璃內芯塑料外套玻璃封套外殼30光纖 光纜的結構芯封套外套光纖束加強芯外殼加強芯光纖31光纖

8、 光源半導體激光32光纖連網光纖連網 光纖連網時，常常將一段段點到點的鏈路串接起光纖連網時，常常將一段段點到點的鏈路串接起來構成一個環路通過來構成一個環路通過T T形接頭連接到計算機。形接頭連接到計算機。計算機光纖銅線光接收器光發送器光纖信號再生器計算機接口光纖332.5 無線傳輸媒體雙絞線電話業務同軸電纜AM 無線電FM 無線電和 TV地面微波接力 光纖衛星1021031041051061071081091010101110121013101410151016無線電紅外線紫外線可見光微波 Hz 頻帶的分布342.5 無線傳輸媒體 短波 頻率較低利用電離層352.5 無線傳輸媒體 微波 微波接

9、力通信362.5 無線傳輸媒體 以基站的方式工作的GSM系統 GPRS CDMA372.5 無線傳輸媒體 藍牙技術 blue tooth 工作在相當于微波的頻段 有效距離10米382.5 無線傳輸媒體 衛星無線通信系統 近地衛星392.5 無線傳輸媒體 紅外線(Infrared) 用于短距離通信，如電視、錄象機等的遙控，也可用于無線LAN 缺點：不能穿透固體 光波(lightwave) 應用：用激光發射/接收器直線連接兩地 缺點：不能穿透雨和濃霧，易受天氣影響402.5 無線傳輸媒體 光波 使用激光光源進行無線傳輸U N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y41

10、選擇傳輸媒體要考慮的因素：價格、帶寬/數據率、傳輸距離傳輸媒體雙絞線50 同軸電纜 75 同軸電纜 光纖 短波 衛星地面微波接力 遠距離速率模擬：300-3400Hz數字：4Mbps 10Mbps 300-450MHz 2Gbps幾十-幾百bps 2-40GHz 500MHz 傳輸距離 性能 價格 應用 應用示例5-6公里2-3公里 1-10公里 100公里 10-100公里 全球 幾百公里 一萬八千公里 可以 較好 較好 很好 很好 很好 較差 很低 很低 較低 較高 較高 與距離無關衛星及火箭造價較高 用戶環線 LAN LAN CATV 模擬傳輸數字傳輸 數字 模擬、數字 遠距離傳輸 遠程

11、、低速通信 遠程通信 遠程通信 主干網、長話 廣播 長話、電視 數據、電視422.6 物理層標準舉例 EIA -232-E標準 （CCITT V.24） DTE（數據終端設備）：具有一定數據處理能力及收發數據能力的設備，如計算機。 DCE（數據電路端接設備）：在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼功能，并負責建立、保持和釋放數據鏈路的連接，如MODEM網絡DTEDTEDCEDCE調制解調器EIA -232-E標準43調制解調器（調制解調器（Modem） 通過通過Modem與與ISP連接，連接，訪問互連網上的資源。訪問互連網上的資源。44EIA -232-E標準 機械特性：25針插座 ( IS

12、O 2110 ) 電氣特性：低于-3伏表示“1”， 高于3伏表示“0”，最大速率20Kbps, 最大電纜長度為15米 功能特性：引腳信號的含義，如DTR表示DTE通電，DSR表示DCE通電 規程特性：動作的順序45EIA -232-E標準1保護接地保護接地12發送數據發送數據23接收數據接收數據34請求發送請求發送45允許發送允許發送56DCE 就緒就緒67信號地信號地78載波檢測載波檢測8DTE 就緒就緒DTEDCE20222022振鈴振鈴46DTR （DTE就緒），撥號RS-232-C的規程特性DTE ADCE ADSRRTS（請求發送）CTS（允許發送）CD（載波檢測）T(發送)RTDCE BDTE BRI（振鈴指示）DTRDSR （DCE就緒）載波信號CDR（接收）RTSCTS4722 RI（振鈴指示）20 DTR （DTE就緒）5 CTS（允許發送）EIA -232-E標準DTEDTE1 PG1保護地223 R（接收）36548 CD（載波檢測） 7 CR（信號地） 6 DSR（DCE就緒）4 RTS（請求發送）222087 T(發送)48EIA -232-E標準