《计算机网络》课件 物理层

计算机网络第 2 章 物理层

第 2 章 物理层*2.1 物理层的基本概念 *2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的最高码元传输速率 2.2.4 信道的极限信息传输速率

2.3 物理层下面的传输媒体2.3.1 导向传输媒体 2.3.2 非导向传输媒体

主讲：任风华

第 2 章 物理层(续)2.4 模拟传输与数字传输2.4.1 模拟传输系统 *2.4.2 调制解调器 *2.4.3 数字传输系统

*2.5 信道复用技术2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 2.5.2 波分复用 2.5.3 码分复用

*2.6 同步光纤网SONET和同步数字系列SDH 2.7 物理层标准举例2.7.1 EIA-232-E接口标准 2.7.2 RS-449接口标准主讲：任风华

2.1 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。 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出 现顺序。主讲：任风华

2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型数据通信系统

数字比特流正文 PC 机

模拟信号 公用电话网

模拟信号

数字比特流正文

调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统

调制解调器 目的系统

PC 机

输 入 信 息

源点

输 入 数 据

发送器

发送 的信号

接收 的信号

接收器 输 出 数 据

终点 输 出 信 息

主讲：任风华

几个术语

数据(data)——运送信息的实体。 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——把模拟信号转换为数字信号的过程。

主讲：任风华

模拟的和数字的数据、信号模拟数据 放大器 调制器PCM 编码器 模拟信号

模拟数据

数字信号

数字数据

调制器

模拟信号

数字数据

数字 发送器

数字信号主讲：任风华

2.2.2 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。主讲：任风华

基带(baseband)信号和 宽带(broadband)信号

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。 宽带信号则是将基带信

号进行调制后形成 的频分复用模拟信号。

主讲：任风华

2.2.3 信道的最高码元传输速率

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。

主讲：任风华

数字信号通过实际的信道

失真不严重实际的信道 (带宽受限、有噪声、干扰和失真)

输入信号波形

失真严重实际的信道 (带宽受限、有噪声、干扰和失真)

输出信号波形 (失真不严重)

输入信号波形

输出信号波形 (失真严重)主讲：任风华

奈氏(Nyquist)准则理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W BaudW 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)能通过0

不能通过

频率(Hz)

W (Hz)

每赫带宽的理想低通信道的最高码元传 输速率是每秒 2 个码元。 Baud 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。主讲：任风华

另一种形式的奈氏准则理想带通特性信道的最高码元传输速率 = W BaudW 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz)不能通过0

能通过 W (Hz)

不能通过

频率(Hz)

每赫带宽的理想低通信道的最高码元传 输速率是每秒 1 个码元。主讲：任风华

要强调以下两点

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上限数值。 波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。

波特是码元传输的速率单位(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。 比特是信息量的单位。

主讲：任风华

要注意

信息的传输速率“比特/秒”与码元的传 输速率“波特”在数量上却有一定的关 系。 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则 “比特/秒”和“波特”在数值上相等。 若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传 输速率为 M n b/s。主讲：任风华

2.2.4 信道的极限信息传输速率

香农(Shannon)用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 log2(1+S/N) b/s

W 为信道的带宽(以 Hz 为单位); 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。主讲：任风华