第三讲-CH1物理层.ppt

1,TCP/IP五层体系结构网络互联示意图,应用层运输层网络层数据链路层物理层,主机A,主机B,路由器,网络2,网络1,应用层运输层网络层数据链路层物理层,网络层数据链路层物理层,54321,2,TCP/IP体系结构网络互联示意图,数据链路层,5应用层,4运输层,3网络层,2数据链路层,主机1,AP1,数据链路层,5应用层,4运输层,3网络层,2数据链路层,主机2,AP2,传输媒体,1物理层,1物理层,3,第2章物理层,1物理层的基本概念2数据通信的理论基础3物理层传输媒体4公共交换电话网络5移动电话系统6卫星系统,4,1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。过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。,5,第2章物理层,1物理层的基本概念2数据通信的理论基础3物理层传输媒体4公共交换电话网络5移动电话系统6卫星系统,6,2.1数据通信系统的模型,调制解调器,PC机,公用电话网,调制解调器,数字比特流,数字比特流,模拟信号,模拟信号,正文,正文,PC机,7,2.2基本概念（1）,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。,8,2.2基本概念（2）,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。,9,2.3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。,10,2.3.1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,输出信号波形(失真不严重),失真严重,11,2.3.2傅立叶分析,任何一个正常的周期为T的函数都可以展开成多个（可能是无限多个）正弦和余弦函数的和,12,2.3.3有限带宽的信号(1),ASCII字符“b”（01100010）。对该信号进行傅立叶分析，可以得到如下的系数,13,2.3.3有限带宽的信号（2),A一个二进制信号和它的平方根振幅.bc对原始信号的连续逼近,14,2.3.3有限带宽的信号（3),15,2.3.3有限带宽的信号（4),数据率与谐波之间的关系.,16,2.3.4信道极限信息传输速率,Nyquist公式任意信号如果已经通过了一个带宽为H的低通滤波器，则只要每秒2H次采样，过滤后就可以被完全的重构出来，超过每秒2H次采样是没有意义的，因为通过采样恢复出来的高频成分已被过滤掉了。,最大数据传输率2Hlog2V（位/秒）,17,2.3.4信道极限信息传输速率,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=Wlog10(1+S/N)b/sW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。,18,香农公式表明,信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。,只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。若信道带宽W或信噪比S/N没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率C也就没有上限。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。,19,奈氏准则和香农公式在数据通信系统中的作用范围,源系统,传输系统,目的系统,传输系统,源点,终点,发送器,接收器,输入信息,输出信息,20,第2章物理层,1物理层的基本概念2数据通信的理论基础3物理层传输媒体4公共交换电话网络5移动电话系统6卫星系统,21,3物理层下面的传输媒体,无线电,微波,红外线,可见光,紫外线,X射线,射线,双绞线,同轴电缆,卫星,地面微波,调幅无线电,调频无线电,海事无线电,光纤,电视,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,1041051061071081091010101110121013101410151016,10010210410610810101012101410161018102010221024,移动无线电,电信领域使用的电磁波的频谱,22,3.1导向传输媒体,双绞线屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedPair)无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair),同轴电缆50同轴电缆75同轴电缆光缆,23,各种电缆,铜线,铜线,聚氯乙烯套层,聚氯乙烯套层,屏蔽层,绝缘层,绝缘层,外导体屏蔽层,绝缘层,绝缘保护套层,内导体,无屏蔽双绞线UTP,屏蔽双绞线STP,同轴电缆,24,光线在光纤中的折射,折射角,入射角,包层（低折射率的媒体）,包层（低折射率的媒体）,纤芯（高折射率的媒体）,包层,纤芯,25,光纤的工作原理,高折射率(纤芯),低折射率(包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,26,多模光纤与单模光纤,多模光纤,27,3.2非导向传输媒体,无线传输所使用的频段很广。短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。微波在空间主要是直线传播。地面微波接力通信卫星通信,28,无线传送,1.VLF,LF,和MF频段，无线电波延地表传输；2.HF以上，频段通过电离层放射。,29,工科医频段ISM的使用,30,光波传输,气流可以干扰激光通信系统。一个双激光源的双向系统,31,第2章物理层,1物理层的基本概念2数据通信的基础知识3物理层传输媒体4公共交换电话网络本地回路：调制解调器，ADSL干线与多路复用交换5移动电话系统6卫星系统,32,4电话系统的结构（1）,(a)全互联网络.(b)中心交换.(c)两级层次.,33,4电话系统的结构(2),一个中距离电话的典型路径,34,4电话系统的主要结构（3）,本地回路模拟双绞线进入家庭和业务部门干线用数字光纤连接交换局交换局呼叫从一个干线接入到另一个干线,35,4.1本地回路:调制器,ADSL,从计算机到计算机的呼叫同时用到了模拟和数字传输，在调制解调器和编解码器之间完成数模转换,36,4.1.1调制器,(a)二进制信号(b)幅度调制AM,(c)频率调制(d)相位调制,37,一种正交调制QAM,QAM(QuadratureAmplitudeModulation),r,(r,),可供选择的相位有12种，而对于每一种相位有1或2种振幅可供选择。,由于4bit编码共有16种不同的组合，因此这16个点中的每个点可对应于一种4bit的编码。,若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。,38,4.1.1调制器(2),(a)QPSK.(b)QAM-16.(c)QAM-64.,39,4.1.1调制器(3),(a)V.32for9600bps.(b)V32bisfor14,400bps.,(a),(b),40,4.1.2数字用户线路（DigitalSubscriberLines）,三类双绞线用于DSL时带宽与距离的关系.,41,4.1.2数字用户线路（DSL）(2),使用离散多信道调制的ADSL频谱划分方案,42,4.1.2数字用户线路（DSL）(3),典型ADSL设备配置图,43,小结,44,EIA-232/V.24的信号定义,插头,插头,插座,插座