第2章物理層(已修改)
2025-08-01 08:29 本頁面
【正文】 第 2 章 物 理 層 物理層的基本概念 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 物理層下面的傳輸媒體 模擬傳輸與數(shù)字傳輸 信道復(fù)用技術(shù) 同步光纖網(wǎng) SONET和同步數(shù)字系列 SDH 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例 物理層的基本概念 物理層是向數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)的，它的主要任務(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狀和尺寸、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。 ? 規(guī)程特性 指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念 信道的最高碼元傳輸速率 信道的極限信息傳輸速率 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(diǎn) 終點(diǎn) 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) ?幾個(gè)術(shù)語 ? 數(shù)據(jù) (data)——運(yùn)送信息的實(shí)體。 ? 信號 (signal)——數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 ? “模擬的” (analogous)——連續(xù)變化的。 ? “數(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。 ?模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號 模擬數(shù)據(jù) 模擬信號 放大器 調(diào)制器 模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字信號 PCM 編碼器 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 模擬信號 調(diào)制器 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 數(shù)字信號 數(shù)字 發(fā)送器 有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念 ? 單向通信 （單工通信） —— 只能有一個(gè)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(shí)發(fā)送 (當(dāng)然也就不能同時(shí)接收 )。 ? 雙向同時(shí)通信 （全雙工通信） —— 通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 ? 基帶信號 就是將數(shù)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 則是將基帶信號進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號。 信道的最高碼元傳輸速率 ? 任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號時(shí)會(huì)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)重。 ? 數(shù)字信號通過實(shí)際的信道 ? 失真不嚴(yán)重 ? 失真嚴(yán)重 實(shí)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)重 ) 輸入信號波形 實(shí)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 ) ?奈氏（ Nyquist）準(zhǔn)則 理想低通信道 的最高碼元傳輸速率 = 2W Baud W 是理想低通信道的帶寬，單位為赫 (Hz) ? 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(gè)碼元。 ? Baud 是 波特 ，是 碼元 傳輸速率的單位， 1 波特為每秒傳送 1個(gè)碼元。 不能通過 能通過 0 頻率 (Hz) W (Hz) ?另一種形式的奈氏準(zhǔn)則 理想帶通特性信道 的最高碼元傳輸速率 = W Baud W 是理想帶通信道的帶寬，單位為赫 (Hz) ? 每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒 1個(gè)碼元。 不能通過 能通過 0 頻率 (Hz) W (Hz) 不能通過 ?波特 (Baud)和比特 (bit) ? 波特率 指單位時(shí)間所傳送的碼元數(shù)目，或者表示信號調(diào)制過程中單位時(shí)間內(nèi)調(diào)制信號波形的變換次數(shù)。單位為波特 (Baud)。 ? 比特率與波特率的關(guān)系 ? 比特率 Rb和波特率 RB統(tǒng)稱為系統(tǒng)的傳輸速率。 ? 在不同的信號調(diào)制系統(tǒng)中，每個(gè)碼元所載的比特是不同的。例如，二進(jìn)制數(shù)字傳輸中一個(gè)碼元可攜帶一個(gè) bit，八進(jìn)制數(shù)字傳輸中，一個(gè)碼元可載三個(gè) bit。 ? 一般而言，每個(gè)碼元脈沖可代表 log2M個(gè) M進(jìn)制 bit。即，比特率與波特率的關(guān)系為 Rb = RB log2M bps 例：如 M=4， RB =1200Baud，則信息傳輸速率 Rb = 1200 log24 = 2400 bps 信道的極限信息傳輸速率 ? 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(cuò)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 = W log2(1+S/N ) b/s ? W 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。 ?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。 ? 若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。
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