第二章物理層2.1物理層的基本概念2.1物理層的基本概念物理層的作用：對上層透明物理層的協議：物理層規程物理層的任務：機械特性電氣特性功能特性規程特性第二章物理層2.2信道的極限容量2.2信道的極限容量2.2.1有關信道的幾個基本概念（1）

信道一般都是用來表示向某一個方向傳送信息的介質。一條通信線路至少包含一條發送信道(或)一條接收信道。一個信道可以看成是一條電路的邏輯部件。單向通信雙向交替通信雙向同時通信2.2.1有關信道的幾個基本概念（2）串行和并行并行：通信線路與數據傳輸的位數相同，用于短距離傳輸。串行：通信線路只有一條（或2、4條），與傳輸數據無關，用于遠距離傳輸。串行傳輸分三種方式：單工、半雙工、全雙工。第二章物理層2.2信道的極限容量第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.1有關信道的幾個基本概念（3）模擬信號和數字信號模擬信號：當通信中的數據用連續載波表示時，就稱為模擬信號。數字信號：當通信中的數據用離散的電信號表示時，就稱為數字信號。第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.1有關信道的幾個基本概念（4）基帶信號：就是將數字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。寬帶信號：就是將基帶信號進行調制后形成的頻分復用模擬信號。第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.1有關信道的幾個基本概念（5）碼元與信息量碼元是承載信息的基本信號單位。比如用脈沖信號表示數據時，一個單位脈沖就是一碼元。一碼元的信息量是由碼元所能表示的數據有效狀態值個數決定的，若一碼元有00、01、10、11四個有效狀態值，則一碼元能攜帶2bit的信息。2.2.1有關信道的幾個基本概念（6）波特率與比特率波特率：又稱為調制速率，是單位時間內傳輸的波形數，單位為baud。B=1/T，其中T表示單位脈沖寬度。比特率：是數據傳輸速率，指每秒能傳輸多少構成數據的位數，它以位/秒為單位，簡稱bps。。其中N表示有效值狀態個數。第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.2信道上的最高碼元傳輸速率奈氏準則理想低通信道的最高碼元傳輸速率

每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個碼元。理想帶通信道的最高碼元傳輸速率

每赫帶寬的理想帶通信道的最高碼元傳輸速率是每秒1個碼元。（其中W為帶寬,K為信元有效狀態個數。）帶寬：信道所能傳輸信號的頻率范圍。容量：信道每秒鐘所能傳輸的比特數。第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.3信道的極限信息傳輸速率香農定理信道的極限信息傳輸速率其中W為信息的帶寬，S/N為信噪比。香農公式表明：信道的帶寬越大或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。第二章物理層2.2信道的極限容量第二章物理層2.3傳輸媒體2.3傳輸媒體數據傳輸模型雙絞線同軸電纜光纜第二章物理層2.3傳輸媒體數據傳輸模型數據通過發送器編碼形成一定形式的能量，可

以是電、光、電磁波或聲音。能量通過一定的介質（銅、玻璃或空氣）進行傳輸。在接收端將能量解碼成數據。2.3.1雙絞線（1）雙絞線由兩根絞合成有規則的螺旋形圖樣的絕緣銅線組成。第二章物理層2.3傳輸媒體雙絞線UTP:unshieddedtwistedpairSTP:shieldedtwistedpair第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.1雙絞線（2）雙絞線的種類第3類：該電纜的傳輸特性最高規格為16MHz，用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數據傳輸。第4類：該類電纜的傳輸特性最高規格為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為16Mbps的數據傳輸。第5類：該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質量的絕緣材料，傳輸特性的最高規格為100MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數據傳輸。第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.1雙絞線(3)雙絞線的特點結構簡單，容易安裝，普通UTP較便宜有一定的傳輸速率具有較高的容性阻抗，信號衰減較大，

傳輸距離有限（100m）

有輻射，容易被竊聽第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.2同軸電纜（1）同軸電纜由同心的內導體、電絕緣體、屏蔽層、保護外套組成。粗纜（d=1.47cm）和細纜（直徑為0.70厘米）基帶電纜（室內，50Ω）和寬帶電纜（室外,75Ω）第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.2同軸電纜（2）常用電纜的規格及應用2.3.2同軸電纜（3）同軸電纜特點第二章物理層2.3傳輸媒體頻帶較寬，傳輸率較高。損耗較低，傳輸距離較遠(200m,500m)。輻射低，保密性好，抗干擾能力強。架設安裝方便，容易分支。寬帶電纜可實現多路復用傳輸。第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.3光纜（1）光導纖維(opticalfiber)是一種傳輸光束的細微而柔韌的介質，通常由非常透明的石英玻璃拉成細絲，由纖芯和包層構成雙層通信圓柱體。(a)第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.3光纜（2）光纖工作原理

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。第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.3光纜（3）光纖的分類

玻璃光纖：纖芯及包層均用玻璃，損耗小，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，耗散極小，效率高，適于高速度長距離傳輸。多模光纖：芯徑大，多個入射角，光源可以用LED(發光二極管），成本低，耗散大，效率低，適于低速度短距離傳輸。第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.3光纜（4）光纖的特點衰減少，無中繼傳輸距離遠帶寬寬，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第二章物理層2.4無線傳輸無線傳輸是指信號通過空氣傳輸，信號不能被約束在一個物理導體內。無線介質實際上就是無線傳輸系統，主要包括無線電、微波和衛星通信等。2.4無線傳輸第二章物理層2.4無線傳輸2.4.1無線電波第二章物理層2.4無線傳輸2.4.2微波通信收發兩端使用拋物面天線方向性強，直線傳輸（視距傳輸），

距離遠時使用中繼站常用頻段：2G---6G

用于高速數傳受天氣影響較大第二章物理層2.4無線傳輸2.4.3衛星通信一個衛星可工作在多個頻段，工作頻

段一般在幾G到幾十G。同步衛星：衛星與地球保持相對靜止，

三顆同步衛星即可覆蓋全球傳輸時延大，240ms---300ms第二章物理層2.4無線傳輸2.4.4超短波無方向性，繞射能力強速率低〈10Kbps，距離近，幾十公里頻率范圍：30M---1G

用于城市內無線組網、無線調度、遙測遙控、

蜂

窩系統、無線尋呼、無線數傳存在多徑干擾多徑干擾是由于電波傳播過程中遇到各種反射體（高山，建筑物）引起，同一個信號經過不同的反向路徑到達同一個接收點，但各反向路徑的衰減和時延都不相同，使得最后得到的合成信號失真很大。第二章物理層2.5調制解調器2.5調制解調器（1）調制器：波形變換器，將基帶數字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸的波形。解調器：波形識別器，將經過調制器變換過的模擬信號恢復成原來的數字信號。第二章物理層2.5調制解調器2.5.2使用調制解調器的連接第二章物理層2.5調制解調器2.5.3調制解調器的分類低速調制解調器：信息傳輸速率＜600bps

中速調制解調器：600bps＜信息傳輸速率<9600bps

高速調制解調器：9600bps<信息傳輸速率第二章物理層2.6數據編碼方式2.6數據編碼方式數字數據的數字信號編碼：

曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼數字數據的模擬信號編碼(調制）：移幅鍵控法、移頻鍵控法、移相鍵控法第二章物理層2.6數據編碼方式2.6.1曼徹斯特編碼

編碼方法：將每一個碼元再分成兩個相等的間隔。碼元1是在前一個間隔為高電平而后一個間隔為低電平。碼元0則正好相反，從低電平變到高電平。第二章物理層2.6數據編碼方式2.6.2差分曼徹斯特編碼

編碼規則：若碼元為1，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平一樣；但若碼元為0，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相反。不論碼元是l或0，在每個碼元的正中間的時刻，一定要有一次電平的轉換。第二章物理層2.6數據編碼方式2.6.3調幅調制（幅移鍵控）第二章物理層2.6數據編碼方式2.6.4頻率調制（頻移鍵控）第二章物理層