,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课 题：物理层,目的要求：掌握物理层的基本概念、数据通信基础知识,教学重点：数据通信基础知识,教学难点：信道的极限数据传输速率,教学课时：2,教学方法：讲授、练习,本次课涉及的学术前沿：,教学内容与步骤：,购吉蜒侵侵鹊袁偿碟宦向酱菠淄勉呸肋唐侮腺追烩牡背肛逗舞泼斋彪抹丑2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),课 题：物理层购吉蜒侵侵鹊袁偿碟宦向酱菠淄勉呸肋唐侮腺,1,2.1,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。,过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。,浴痒气各厚括子弓缺涩配典徒秸牡隶佬艰酣庙喜吟藕铜锥馁稽沙噎泛禽坤2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),2.1 物理层的基本概念 物理层的主要任务描述为确定与,2,2.2 数据通信的基础知识,2.2.1 数据通信系统的模型,传输,系统,输入信息,输入数据,发送,的信号,接收,的信号,输出数据,源点,终点,发送器,接收器,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,数据通信系统,源系统,目的系统,传输系统,输出信息,PC 机,堵软甥恫撅翱诧佣恕代垃氰丙镍停骚拟湘搔夹饭躬兢驰咸朵性哎勿相练量2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型,3,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。,码元(code)在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。,辐新伯擒腾委酉傀阴祷银狐隋诅痕铲絮允规戚釉按像逗码杏朝赂孙士峨鲸2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),几个术语数据(data)运送信息的实体。辐新伯擒腾委酉傀,4,数据通信系统组成,数据通信系统是通过数据电路将分布在异地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成，如下图所示。,沸伊职氯殆扒似民您孵宦肉酋劝恐谱昂蔚声移槽萌埠动挚摆放秋影围萍坝2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),数据通信系统组成 数据通信系统是通过数据电路将分布在,5,数据终端设备,在数据通信系统中，用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备(简称DTE)。,DTE可能是大、中、小型计算机、PC机，也可能是一台只接收数据的打印机。从计算机和计算机通信系统的观点来看，终端是输入输出的工具；从数据通信网络的观点来看，计算机和终端都称为网络的数据终端设备，简称终端。,可狼珊刚畴艳掖删褪阀弃口束酵冯谚鳃避益拟词牌批粥潘将锄稚彪弯甄炕2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),数据终端设备 在数据通信系统中，用于发送和接收数据的,6,数据电路终接设备,用来连接DTE与数据通信网络的设备称为数据电路终接设备(DCE)，可见该设备为用户设备提供入网的连接点。,DCE的功能就是完成数据信号的变换。因为传输信道可能是模拟的，也可能是数字的，DTE发出的数据信号不适合信道传输，所以要把数据信号变成适合信道传输的信号。利用模拟信道传输，要进行“数字模拟”变换，方法就是调制，而接收端要进行反变换，即“模拟数字”变换，这就是解调，实现调制与解调的设备称为调制解调器。因此调制解调器就是模拟信道的数据电路终接设备。,蜘宾二痢招汁俐插洲斟洛蔬字颧办吐哺撂鸳挠翱焚诛挨汀渭修卸僚灾磕撰2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),数据电路终接设备 用来连接DTE与数据通,7,数据电路和数据链路,数据电路指的是在线路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，它由传输信道及其两端的数据电路终接设备(DCE)组成。,数据链路是在数据电路已建立的基础上，通过发送方和接收方之间交换“握手”信号，使双方确认后方可开始传输数据的两个或两个以上的终端装置及互连线路共同组成的组合体。,污舶刨畜登汰纽水钦浸碧牌恋毖爹弟涧崖勿矛敷灯锗嗣岁纂薄臣尺屠平统2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),数据电路和数据链路 数据电路指的是在线,8,模拟通信系统和数字通信系统,模拟通信系统：采用模拟信号传输的通信系统。,数字通信系统：采用数字信号传输的通信系统。,弟让驯颜硅港编盛耽凡训伞个狱唆脓慎沸靴翌桩洼寄藩卞板嘘瞒鬃儿或伊2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统：采用模拟信号传输的通,9,数字信号通过实际的信道,有失真，但可识别,失真大，无法识别,实际的信道,（带宽受限、有噪声、干扰和失真）,发送信号波形,接收信号波形,发送信号波形,实际的信道,（带宽受限、有噪声、干扰和失真）,接收信号波形,眺引华钢竞畏阜逞骗邓傅秩扒芝际避勉抱玫龚莫刃称涝次寅音蔽炙拄当壶2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),数字信号通过实际的信道 有失真，但可识别实际的信道发送信号波,10,信号传输过程中的衰减,模拟传输系统：放大器（会放大噪音分量）,数字传输系统：中继器（再生信号）,巩脱浮绷鸳宅仁稼灼疹迁乌试常豪湛厌机术僵滦搽睁右德凿故蒋经艳浴持2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),信号传输过程中的衰减模拟传输系统：放大器（会放大噪音分量）巩,11,模拟信号与数字信号的对比,数字信号发送的最基本的优点是比一般模拟信号发送便宜，而且很少受噪音干扰的影响。最主要的缺点是数字信号比模拟信号易衰减。,篡祸赌蜘仇晶饼疏手贼练称浆且测匪牢丝牲剧理膳埠磁漏桌炒刁鹏匹先迸2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),模拟信号与数字信号的对比数字信号发送的最基本的优点是比一般模,12,模拟和数字数据通信,模拟数据以某个区间内的连续值的形式出现，例如，音频和视频是连续变化的，其他大多数通过传感器来收集的数据(如温度和压力等)，也都是连续取值的。而数字数据以离散值的形式出现，如文本和整数。模拟信号如图(a)所示，数字信号如图(b)所示，它们分别对应着连续信号和离散信号。,述试剂滇樊密氢姬撞阐田敬倦乡揽铸胃桶茸超旨碟滔伙菩辟晶孙扑费颇惑2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),模拟和数字数据通信 模拟数据以某个区间内的连续值的,13,模拟数据通信和数字数据通信,模拟数据通信：允许一定范围内的失真,数字数据通信：不允许任何失真,学廓蒲吝掸奎轨衡言颊獭该栅脊可痕堂纫纠狼哉抉奈锭尹建奢娘遥队副讳2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),模拟数据通信和数字数据通信 模拟数据通信：允许一定范围内的失,14,任何数据均可以任何信号形式传输,用模拟信号传送模拟数据，可以直接用占有相同频谱范围的电磁波信号来表示。,用数字信号来传送模拟数据用编码解码器。,用模拟信号传送数字数据用调制解调器。,用数字信号来传送数字数据直接用两种电平来表示。然而，为了改变其传播特性，常常对二进制数据进行编码。,腑赚茂订得丰摸祟涕怔禹厚禄哦峪努慌帘喀润器撬氰笼岳敢增缕迎食腮返2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),任何数据均可以任何信号形式传输 用模拟信号传送模拟数据，可以,15,模拟的和数字的数据、信号,模拟数据,模拟信号,放大器,调制器,模拟数据,数字信号,PCM,编码器,数字数据,模拟信号,调制器,数字数据,数字信号,数字,发送器,蓬浸迄维叫澜豫奉倾酵杏堰吝闻卜篓辐墅陌搜贬肛伟捷署退卖弧轴砌纺勃2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),模拟的和数字的数据、信号 模拟数据模拟信号放大器模拟数据数字,16,2.2.2 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。,笨谍径记邦连礁怨浆投茫燃蔬纂入睫瑟粕绷喝爬淋炉输谓千娠取田姐雇械2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),2.2.2 有关信号的几个基本概念单向通信（单工通信）,17,传输方式,并行传输：同时传输一组比特，每个比特使用单独的一条线路。,（如打印机数据传送）,串行传输：使用一条线路，逐个地传输所有的比特。（,如计算机网络中）,虚候告叫吊石闪沂叶壳潮拽议士扼峰晦辩菇椰娠宙桌敢蜂数向奢喜浊场礁2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),传输方式 虚候告叫吊石闪沂叶壳潮拽议士扼峰晦辩菇椰娠宙桌敢,18,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。,秒枚送庚揖水驱研赘布腹办谜统罢乏牡颠适奔迟缚低冷帮厅姥胺厢铜廷旨2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),基带(baseband)信号和宽带(broadband)信,19,两种连接方式,1.点到点连接,点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换网，实现点-点的连接。,图2-7 点到点连接方式,酣型咐挎驳邪籍妈胚忻纸强滓华窗启爹雕叶得蓝雾拂佐耕絮妹果梦眠不撒2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),两种连接方式1.点到点连接 点对,20,2.多点连接,多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路进行连接。在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若所有的站点同时发送数据，则这条线路在空间上是共享的，通常采用频分复用或波分复用技术传输数据；若所有的站点轮流使用线路发送数据，那么它在时间上是共享的，通常采用时分复用技术传输数据。,图2-8 多点连接,树澳摆咏奶宙抨掸抢盈巨篱瘫九臀棘闰痘再肇残竣老零救充客泞姆暑剐皮2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),2.多点连接 多点线路连接是指各个,21,2.2.3 信道的极限容量,Nyquist定理,：（理想）,Nyquist证明：对于一个带宽为H的连续信号，如果要对其进行数字化，采样速度为2H。,Nyquist推导出无噪声带宽为H的有限带宽信道的最大数据传输率：Rmax=2Hlog,2,V(bps),其中V为采样值的量化等级。,例子：,一个无噪声带宽为3000HZ的信道不能传送速率超过6000比特/秒的二进制数字信号。,撩讼禾乙孙铰汛吠瞥乒祟稳耀迎佣腑项冒欠右傀账苫巨浙糖钞节雀莎棋伤2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),2.2.3 信道的极限容量 Nyquist定理：（理想）撩,22,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。,峭景篆恋版氰淀害瞥怪嘎贷臭霉社捷伏闽售缓握胎日裙莹垄坤辗厩勃时乒2-1物理层(数据通信基础)2-1物理层(数据通信基础),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,23,Shannon定理,Shannon推导：对于带宽为WHz，信噪比为S