第三講-CH1物理層

TCP/IP

五層體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

示意圖應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層主機(jī)A主機(jī)B路由器網(wǎng)絡(luò)

2網(wǎng)絡(luò)

1應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層543211TCP/IP體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)示意圖數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4運(yùn)輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī)

1AP1數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4運(yùn)輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī)

2AP2傳輸媒體1物理層1物理層2第2章物理層1物理層的基本概念2數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)3物理層傳輸媒體4公共交換電話網(wǎng)絡(luò)5移動電話系統(tǒng)6衛(wèi)星系統(tǒng)31物理層的基本概念物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機(jī)械特性指明接口所用接線器的形態(tài)和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。過程特性指明對于不同功能的各種可能事務(wù)的出現(xiàn)依次。4第2章物理層1物理層的基本概念2數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)3物理層傳輸媒體4公共交換電話網(wǎng)絡(luò)5移動電話系統(tǒng)6衛(wèi)星系統(tǒng)5

2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機(jī)如果直接在這個部分傳輸數(shù)字信號，則信號失真太大。62.2基本概念（1）數(shù)據(jù)(data)——運(yùn)輸信息的實體。信號(signal)——數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)?！澳M的”(analogous)——連續(xù)變更的?！皵?shù)字的”(digital)——取值是離散數(shù)值。調(diào)制——把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程。解調(diào)——把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程。72.2基本概念（2）單向通信（單工通信）——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時接收)。雙向同時通信（全雙工通信）——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。82.3信道的最高碼元傳輸速率任何實際的信道都不是志向的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)峻。92.3.1數(shù)字信號通過實際的信道

失真不嚴(yán)峻實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號波形輸出信號波形(失真不嚴(yán)峻)輸入信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號波形(失真嚴(yán)重)失真嚴(yán)峻102.3.2傅立葉分析任何一個正常的周期為T的函數(shù)都可以綻開成多個（可能是無限多個）正弦和余弦函數(shù)的和112.3.3有限帶寬的信號(1)ASCII字符“b”（01100010）。對該信號進(jìn)行傅立葉分析，可以得到如下的系數(shù)122.3.3有限帶寬的信號（2)A一個二進(jìn)制信號和它的平方根振幅.b～c對原始信號的連續(xù)靠近132.3.3有限帶寬的信號（3)142.3.3有限帶寬的信號（4)數(shù)據(jù)率與諧波之間的關(guān)系.152.3.4信道極限信息傳輸速率Nyquist公式隨意信號假如已經(jīng)通過了一個帶寬為H的低通濾波器，則只要每秒2H次采樣，過濾后就可以被完全的重構(gòu)出來，超過每秒2H次采樣是沒有意義的，因為通過采樣復(fù)原出來的高頻成分已被過濾掉了。最大數(shù)據(jù)傳輸率＝2Hlog2V（位/秒）

162.3.4信道極限信息傳輸速率香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為

C=Wlog10(1+S/N)b/sW為信道的帶寬（以Hz為單位）；S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。

17香農(nóng)公式表明信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就確定可以找到某種方法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限（當(dāng)然實際信道不行能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率C也就沒有上限。實際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。18奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的作用范圍源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)源點終點發(fā)送器接收器輸入信息輸出信息輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制19第2章物理層1物理層的基本概念2數(shù)據(jù)通信的理論基礎(chǔ)3物理層傳輸媒體4公共交換電話網(wǎng)絡(luò)5移動電話系統(tǒng)6衛(wèi)星系統(tǒng)203物理層下面的傳輸媒體無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波調(diào)幅無線電調(diào)頻無線電海事無線電光纖電視(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移動無線電電信領(lǐng)域運(yùn)用的電磁波的頻譜213.1導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)無屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

同軸電纜50

同軸電纜75

同軸電纜光纜22各種電纜銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣愛護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP同軸電纜23光線在光纖中的折射折射角入射角包層（低折射率的媒體）包層（低折射率的媒體）纖芯（高折射率的媒體）包層纖芯24光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?5輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖263.2非導(dǎo)向傳輸媒體無線傳輸所運(yùn)用的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。微波在空間主要是直線傳播。地面微波接力通信衛(wèi)星通信27無線傳送1.VLF,LF,和MF頻段，無線電波延地表傳輸；2.HF以上，頻段通過電離層放射。28工科醫(yī)頻段ISM的運(yùn)用29光波傳輸氣流可以干擾激光通信系統(tǒng)。一個雙激光源的雙向系統(tǒng)30第2章物理層1物理層的基本概念2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)學(xué)問3物理層傳輸媒體4公共交換電話網(wǎng)絡(luò)本地回路：調(diào)制解調(diào)器，ADSL干線與多路復(fù)用交換5移動電話系統(tǒng)6衛(wèi)星系統(tǒng)314電話系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（1）(a)全互聯(lián)網(wǎng)絡(luò).(b)中心交換.(c)兩級層次.324電話系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(2)一個中距離電話的典型路徑334電話系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)（3）本地回路模擬雙絞線進(jìn)入家庭和業(yè)務(wù)部門干線用數(shù)字光纖連接交換局交換局呼叫從一個干線接入到另一個干線344.1本地回路:調(diào)制器,ADSL從計算機(jī)到計算機(jī)的呼叫同時用到了模擬和數(shù)字傳輸，在調(diào)制解調(diào)器和編解碼器之間完成數(shù)模轉(zhuǎn)換354.1.1調(diào)制器

(a)二進(jìn)制信號(b)幅度調(diào)制AM(c)頻率調(diào)制(d)相位調(diào)制36一種正交調(diào)制QAMQAM(QuadratureAmplitudeModulation)r(r,)可供選擇的相位有12種，而對于每一種相位有1或2種振幅可供選擇。由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個點中的每個點可對應(yīng)于一種4bit的編碼。若每一個碼元可表示的比特數(shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。374.1.1調(diào)制器

(2)(a)QPSK.(b)QAM-16.(c)QAM-64.384.1.1調(diào)制器

(3)(a)V.32for9600bps.(b)V32bisfor14,400bps.(a)(b)394.1.2數(shù)字用戶線路（DigitalSubscriberLines）三類雙絞線用于DSL時帶寬與距離的關(guān)系.404.1.2數(shù)字用戶線路（DSL）(2)運(yùn)用離散多信道調(diào)制的ADSL頻譜劃分方案414.1.2數(shù)字用戶線路（DSL）(3)典型A