第三章物理层..优秀PPT.ppt

1信息工程系信息工程系第三章第三章 数据通信基础与物理层数据通信基础与物理层课前思索课前思索 什么是数据通信系统的基本模型？什么是数据通信系统的基本模型？信道的基本参数有哪些？信道的基本参数有哪些？最大数据率如何确定？最大数据率如何确定？什么叫模拟通信、数字通信？什么叫模拟通信、数字通信？模拟信号和数字信号如何相互转化？模拟信号和数字信号如何相互转化？什么叫同步传输和异步传输？什么叫同步传输和异步传输？何谓复用技术？常用的复用方技术有哪几种？何谓复用技术？常用的复用方技术有哪几种？2信息工程系信息工程系本章内容本章内容3.1 数据通信基础数据通信基础l通信系统模型通信系统模型l3.1.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信l3.1.3 信号带宽信号带宽l3.1.4 信道信道l3.1.5 物理传输媒体物理传输媒体l3.1.6 数字信号的编码数字信号的编码l3.1.7 数字调制技术数字调制技术l3.1.8 模拟信号的脉码调制模拟信号的脉码调制 l3.1.9 数据同步方式数据同步方式 l3.1.10 多路复用技术多路复用技术 3.2 物理层协议物理层协议l物物理理层层协协议议在在通通信信系系统统中的地位中的地位l3.2.2 四类物理层协议四类物理层协议3.3 物理层协议举例物理层协议举例3信息工程系信息工程系 3.1 数据通信基础数据通信基础 通信系统模型通信系统模型信源信源变换器变换器信信 道道反变换器反变换器信宿信宿噪声源噪声源l信源：将各种信息转换成原始物理信号，如计算机，手机，电话机等。信源：将各种信息转换成原始物理信号，如计算机，手机，电话机等。l变换器变换器/反变换器：对原始物理信号进行变换反变换器：对原始物理信号进行变换/反变换，以便适合在给定反变换，以便适合在给定的信道上传输，如的信道上传输，如MODEM，TA，光，光/电转换器等。电转换器等。l信道：传输信号的一条通路。一条物理线路可构成一个或多个信道。信道：传输信号的一条通路。一条物理线路可构成一个或多个信道。l噪声源：信道自身的噪声以及四周环境对信道的干扰。如热噪声，闪电，噪声源：信道自身的噪声以及四周环境对信道的干扰。如热噪声，闪电，强电磁场干扰等。强电磁场干扰等。l信宿：将物理信号转换为信息，如计算机，手机，电话机等。信宿：将物理信号转换为信息，如计算机，手机，电话机等。发送端发送端接收端接收端 4信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础模拟信号模拟信号:信号在传输过程中连续变更。信号在传输过程中连续变更。数字信号数字信号:信号在传输过程中离散变更。信号在传输过程中离散变更。模拟通信：模拟通信：利用模拟信号来传输数据。数字通信：数字通信：通过数字信号来传输数据。数字信号数字信号 vt v t 模拟信号模拟信号 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信5信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础数字通信的优点数字通信的优点 抗干扰实力强。抗干扰实力强。适合远距离传输。适合远距离传输。有利于平安性。有利于平安性。适合多媒体信息传输。适合多媒体信息传输。信号带宽信号带宽信号带宽信号带宽:信号能量所集中的频率范围（频谱）。例 如:语 音 信 号 占 用 的 频 率 谱 为 300-3400Hz,那 么 带 宽 为 3400-300=3100Hz对数字信号对数字信号,带宽带宽 H 可近似表示为：可近似表示为：H=1/为脉冲宽度；数据率越高，脉宽越窄，数字信号的带宽越大。6信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础3.1.4 信道信道信道信道信道是传输信号的一条通路。信道是传输信号的一条通路。信信道道通通常常由由物物理理传传输输介介质质和和通通信信设设备备（如如MODEM，中中继继器，均衡器）组成。器，均衡器）组成。一条物理线路可同时复用多条信道。一条物理线路可同时复用多条信道。衡量信道质量的两个重要参数衡量信道质量的两个重要参数信道的带宽。信道的带宽。信道的误码率。信道的误码率。信道带宽信道带宽信道带宽：信道允许传输信号的频率范围，单位为信道带宽：信道允许传输信号的频率范围，单位为Hz。如一般电话线的带宽是如一般电话线的带宽是4KHz。对数字通信，通常用数据率来表示带宽。对数字通信，通常用数据率来表示带宽。数据率：信道每秒最多传输的二进制位数，单位为数据率：信道每秒最多传输的二进制位数，单位为bps。7信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础 波特率波特率l波波特特率率又称码元速率，是指每秒传输码元的数目，单位为波特（Baud）.l若码元的离散取值数目为L，波特率为B，数据率为C，则：C=B log2L8信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础信道带宽与数据率的关系信道带宽与数据率的关系l奈奎斯特定理（无噪声信道）C=2H log2L(bps)其中，C为信道的数据率（即容量）；H为信道的带宽；L为 数字信号的离散取值数目。l香农定理（有噪声信道，不受限）C=H log2(1+S/N)(bps)其中，S为信号功率，N为噪音功率，S/N为信噪比。l例：H=4KHz,S/N=1023,L=8；求C。解：（）由奈奎斯特定理：C=2H log2L=24000log28=24000（bps）9信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础（2）由香农定理：C=H log2(1+S/N)=4000log2（1+1023）=40000bps所以，信道最大数据率24000bps10信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础误码率误码率 误误码码率率是指数字信号比特（二进制位）在传输过程中出错的概率。P=Ne/N 其中，P为误码率；Ne为出错的比特数；N为传输的总比特数。信道的通信方向信道的通信方向l 单工信道单工信道 只允许数据信号在信道上的单向传输。如：无线电广播，电视。l 半双工信道半双工信道 数据信号可以在信道上双向传输，但同一时刻只允许单向传输。如：无线对讲机。l 全双工信道全双工信道 允许数据同时双向传输。如：计算机通信。11信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础ABABAB 数据数据 应答应答 数据数据 应答应答 数据数据 应答应答 单工信道单工信道 半双工信道半双工信道全双工信道全双工信道12信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础3.1.5 物理传输媒体（通信介质）物理传输媒体（通信介质）双绞线双绞线l 非屏蔽双绞线（UTP）三类UTP 100,100m,10Mbps，用于10BASE-T以太网。五类UTP（目前常用）100,100m,100Mbps，用于100BASE-T以太网。超五类UTP 100,80m,1000Mbps，用于千兆以太网。六类UTP 100,100m,1000Mbps，用于千兆以太网。铜线聚氯乙烯套层绝缘层13信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础l 屏蔽双绞线（STP）抗干扰性能好。价格昂贵、安装麻烦。同轴电缆同轴电缆铜线聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层14信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础 同轴电缆中心是一根铜导线，外包一层绝缘同轴电缆中心是一根铜导线，外包一层绝缘材料（泡沫塑料），这层绝缘材料又被其次层材料（泡沫塑料），这层绝缘材料又被其次层网状导体裹住，以屏蔽外界电磁干扰。网状导体裹住，以屏蔽外界电磁干扰。l基带同轴电缆（基带同轴电缆（50）l 粗缆粗缆:10BASE-5l 细缆细缆:10BASE-2l宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（75）l 用于闭路电视。用于闭路电视。l与与双双绞绞线线相相比比，同同轴轴电电缆缆传传输输距距离离长长，抗抗干干扰扰实实力力强强，但但价价格格贵贵，布线麻烦。布线麻烦。15信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础 光纤的中心是一根直径几十微米光导玻璃或塑料芯。外面用一层玻璃体包住，最外层是塑料爱护层。多根光纤由外包层包袱在一起构成光缆。光纤分为单模和多模两类。光纤光纤16信息工程系信息工程系l单模光纤单模光纤光线主要沿着光线的轴心向前传输单模光纤传输距离较长，但对光源要求高。3.1 数据通信基础数据通信基础l多模光纤多模光纤光线沿着光纤以多种角度被包层反射向前传输。多模光纤传输距离较短，但对光源要求不高。l光纤优点光纤优点l容量大：可达几百容量大：可达几百Gbps。l距离远：距离远：100km（无需中继）。（无需中继）。l抗干扰实力强：不受外部电磁场干扰。抗干扰实力强：不受外部电磁场干扰。l化学性质稳定。化学性质稳定。17信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础 无线传输媒体无线传输媒体 无无线线传传输输以自由空间作为传输媒体，主要包括无线电波、微波、卫星通信、激光、红外线等。l 无线电波划分无线电波划分 国际电信联盟将无线电波划分为：低频：（LF）(30kHz 300KHz)中频：（MF）(300kHz 3MHz)高频：（HF）(3MHz 30MHz)甚高频：（VHF）(30MHz 300MHz)超高频：（UHF）(300MHz 3GHz)特高频：（SHF）(3GHz 30GHz)极高频：（EHF）(30GHz 300GHz)18信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础l 无线电波无线电波的传播特性无线电波无线电波的传播特性 l低中频低中频l 可轻易的通过障碍物（绕射）；可轻易的通过障碍物（绕射）；l 但但能能量量随随距距离离增增加加而而急急剧剧削削减减，传传输输距距离离有有限。限。l高频和甚高频高频和甚高频l 能量会被地表吸取；能量会被地表吸取；l 但能通过电离层反射。但能通过电离层反射。l超高频和特超高频（微波）超高频和特超高频（微波）l 只能直线传播；只能直线传播；l 既不能绕射也不能反射。既不能绕射也不能反射。19信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础l 微波微波 l微波频率大致为微波频率大致为1GHz 100GHz1GHz 100GHzl用于无线局域网的微波频率范围为：用于无线局域网的微波频率范围为：l 2.4GHz 2.484GHz 2.4GHz 2.484GHzl 5.725GHz 5.825 GHz 5.725GHz 5.825 GHzl 18.825GHz 19.205GHz 18.825GHz 19.205GHzl微波通信必须要有微波中继站：微波通信必须要有微波中继站：100m100m高，相距高，相距80km 80km。l 卫星通信卫星通信l卫卫星星通通信信是是一一种种特特殊殊的的微微波波通通信信，运运用用同同步步通通信信卫卫星星作作为为微微波中继站波中继站 l与与地地面面中中继继站站相相比比，卫卫星星的的通通信信距距离离远远，从从理理论论上上讲讲，三三个个同步卫星就能覆盖整个地球表面。同步卫星就能覆盖整个地球表面。l卫星通信的特点卫星通信的特点l （1 1）传输延迟长达）传输延迟长达270ms270ms。l （2 2）通信费用与距离无关。通信费用与距离无关。l （3 3）抗抗干干扰扰实实力力差差，甚甚至至雨雨水水也也能能吸取微波能量吸取微波能量 l 20信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础3.1.6 数字信号的编码数字信号的编码数字信号的编码：用何种物理信号来表示数字信号的编码：用何种物理信号来表示“0”和和“1”。非归零编码（非归零编码（NRE:Non-Return to Zero）以高电平表示以高电平表示“0”，低电平表示，低电平表示“1”，反之亦然。，反之亦然。优点：编优点：编/译码简洁。译码简洁。缺点：内部不含时钟信号，收缺点：内部不含时钟信号，收/发端同步困难。发端同步困难。用途：用途：计算机内部计算机内部低速数据通信低速数据通信0100110001121信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础 曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Manchester Encoding）每每一一位位中中间间有有一一次次跳跳变变，既既表表示示数数据据，又又作作为为同同步步信信号号。从从高高电电平平跳跳变变到到低低电电平平表表示示“0”，从从低低电电平平跳跳变变到到高电平表示高电平表示“1”；反之亦然。；反之亦然。优点：内部自含时钟，收优点：内部自含时钟，收/发端同步简洁。发端同步简洁。缺点：缺点：编编/译码较困难。译码较困难。占占用用更更多多的的信信道道带带宽宽，在在同同样样的的波波特特率率的的状状况况下下，要要比比非非归归零零编编码码多多占占用用一一倍倍信信道道带带宽宽，或或者者说说编编码码效效率率只只有有50%。0100110001122信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础l用途：用途：802.3局域网（以太网）局域网（以太网）l 差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding）l 每每一一位位中中间间也也有有一一次次跳跳变变，但但这这种种跳跳变变仅仅作作为为同同步步信信号号，不不表表示示数数据据。数数据据值值通通过过每每位位起起先先时时无无跳跳变变来来表表示示；有有跳跳变变表表示示“0”，无无跳跳变变表示表示“1”；反之亦然。；反之亦然。l优点：优点：l内部自含时钟，收内部自含时钟，收/发端同步简洁。发端同步简洁。l比曼彻斯特编码的抗干扰实力更强。比曼彻斯特编码的抗干扰实力更强。0100110001123信息工程系信息工程系3.1 数据通信基础数据通信基础l缺点：缺点：l编编/译码更困难。译码更困难。l同样须要多占用一倍信道带宽。同样须要多占用一倍信道带宽。l用途：用途：802.5局域网（令牌环网）局域网（令牌环网）24信息工程系信息工程系3.1.7 数字调制技术数字调制技术3.1.7 数字调制技术数字调制技术 数字信号的模拟传输数字信号的模拟传输基带信号：由信源产生的原始电信号。基带信号：由信源产生的原始电信号。载波：频率较高的正弦波信号。载波：频率较高的正弦波信号。调调制制：将将基基带带信信号号加加载载到到载载波波上上，即即按按基基带带信信号号的的变变更更规律去变更载规律去变更载 波的某些参数。波的某些参数。解调：从载波中提取基带信号。解调：从载波中提取基带信号。调制技术调制技术基带信号基带信号调制调制解调解调基带信号基带信号模拟信道模拟信道25信息工程系信息工程系调制技术调制技术调幅：用载波信号不同振幅表示数据调幅：用载波信号不同振幅表示数据,又称幅移键控法又称幅移键控法ASK。易受突发干扰，适合低速数据传输，典型为易受突发干扰，适合低速数据传输，典型为1200bps调频调频用用载载波波信信号号不不同同频频率率表表示示数数据据,频频率率高高表表示示“1”，频频率率低低表表示示“0”又称频移键控法又称频移键控法FSK 抗干扰优于调幅方式，但频带利用率不高抗干扰优于调幅方式，但频带利用率不高调相调相用载波信号不同相位表示数据用载波信号不同相位表示数据又称相移键控法又称相移键控法PSK占用频带宽，抗干扰实力强，数据率高，可达占用频带宽，抗干扰实力强，数据率高，可达9600bps26信息工程系信息工程系调制方法举例调制方法举例010011100数字信号数字信号调幅调幅调频调频调相调相27信息工程系信息工程系3.1.8 模拟信号的脉码调制模拟信号的脉码调制 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输l信信源源是是模模拟拟信信号号可可以以先先转转化化为为数数字字信信号号，然然后后再再通过数字信道传输。通过数字信道传输。电话电话codeccodec电话电话数字信道数字信道 编码编码/解码器解码器最常用的模最常用的模/数转化方式是脉码调制（数转化方式是脉码调制（PCM：Pulse Code Modullation）28信息工程系信息工程系脉码调制脉码调制采样采样依依据据确确定定的的时时间间间间隔隔采采样样测测量量模模拟拟信信号号幅幅值值。量化量化将采样点测得的信号幅值分级取整。将采样点测得的信号幅值分级取整。编码编码将量化后的整数值用二进制数表示将量化后的整数值用二进制数表示 29信息工程系信息工程系采样和量化采样和量化 采样定理采样定理若若模模拟拟信信号号的的带带宽宽为为H(Hz),则则接接受受频频率率B只只要要大大于于或或等等于于2H就就可可以以复复原原原原样样模模拟拟信信号号。即即：B2H.语语音音信信号号带带宽宽为为4kHz,则则采采样样频频率率可可取取每每秒秒8k次。（或每次。（或每125us采样一次）。采样一次）。量化量化设设数数字字信信号号的的离离散散取取值值数数目目为为2n，则则将将采采样样值值按按0，1，2，.，2n-1进行取整。进行取整。量化误差：量化取整值与实际幅值之间的误差。量化误差：量化取整值与实际幅值之间的误差。30信息工程系信息工程系编码编码 若若数数字字信信号号取取值值数数128，量量化化值值为为0127，则每个采样值要用则每个采样值要用7bits来编码。来编码。若若数数字字信信号号取取值值为为64级级，量量化化值值为为063，则每个采样值要用则每个采样值要用6bits来编码。来编码。分分级级越越多多，误误差差越越小小，但但每每个个采采样样取取值值点点编编码所需的比特数就越多。码所需的比特数就越多。31信息工程系信息工程系 语音信号语音信号语音信号语音信号011 100 011 011 001 100011 100 011 011 001 100 PCM PCM 输出输出输出输出3 34 43 33 31 14 4011011100100011011011011001001100100量化量化量化量化编码编码编码编码3.23.23.93.92.82.83.43.41.21.24.24.2 采样采样采样采样PCM编码过程举例编码过程举例32信息工程系信息工程系差分脉码调制差分脉码调制差分脉码调制差分脉码调制其其输输出出值值不不是是数数字字化化采采样样值值本本身身，而而是是当当前前值和上一个值之差。值和上一个值之差。假假如如按按128级级，对对多多数数模模拟拟信信号号来来讲讲。相相邻邻采采样样点点的的差差值值大大于于16的的可可能能性性特特别别小小。所所以以主主要要4个个比比特特就就可可以以编编码码了了，而而不不须须要要7个个比比特。特。具有压缩作用具有压缩作用 33信息工程系信息工程系3.1.9 数据同步方式数据同步方式 同同步步：接接收收端端按按发发送送端端发发送送代代码码的的频频率率和和起起始时间来接收数据。始时间来接收数据。同步同步 V T34信息工程系信息工程系字符同步方式（异步通信）字符同步方式（异步通信）字字符符同同步步：仅仅针针对对一一个个字字符符内内所所含含的的二二进进制制位进行同步。位进行同步。1 0 1 1 0 1 0 0起始位起始位 停止位（停止位（1.5位或位或2位）位）起始位是低电平（起始位是低电平（1位）位）停止位是高电平（停止位是高电平（1.5或或2位）位）停止位后面是起始位或空闲位停止位后面是起始位或空闲位35信息工程系信息工程系优点优点l时时钟钟飘飘移移被被限限制制在在一一个个字字符符内内，不不会会产产生生积积累累误误差。因此对同步精度要求不高。差。因此对同步精度要求不高。缺点缺点l每个字符均有起始每个字符均有起始/停止位，因而传输效率较低。停止位，因而传输效率较低。适用适用l低速通信。低速通信。字符同步方式又称异步通信。字符同步方式又称异步通信。36信息工程系信息工程系位同步位同步（同步通信）（同步通信）位同步：针对每个数据块内的每位进行同步。位同步：针对每个数据块内的每位进行同步。实现位同步的两种方法：实现位同步的两种方法：内内同同步步：不不单单独独发发同同步步位位号号，而而是是将将同同步步位位号嵌入数据编码内部。例如曼彻斯特编码。号嵌入数据编码内部。例如曼彻斯特编码。外外同同步步：在在发发送送端端和和接接收收端端之之间间供供应应特特地地的的时钟信号。时钟信号。1 0 1 1 0 1 0 0同步位模式同步位模式0 1 1 1 1 1 1 0数据数据37信息工程系信息工程系优点优点l传输效率高。传输效率高。缺点缺点l易易产产生生时时钟钟漂漂移移积积累累误误差差而而导导致致数数据据出出错错，同同步步困难。困难。l例例设设一一个个数数据据块块为为1K字字节节，那那么么每每次次要要连连续续发发送送1024x8=8192位。位。适用适用l高速通信。高速通信。38信息工程系信息工程系3.1.10 多路复用技术多路复用技术 多路复用多路复用l将将多多个个信信道道复复用用在在一一条条物物理理线线路路上上，使使一一条条物物理线路能够同时传输多路数据信号。理线路能够同时传输多路数据信号。分类分类l频分多路复用（频分多路复用（FDM）l时分多路复用（时分多路复用（TDM）l统计时分多路复用（统计统计时分多路复用（统计TDM）39信息工程系信息工程系频分多路复用频分多路复用信道信道1（6064K）频分多路频分多路复用器复用器频分多路频分多路复用器复用器电话中继线（电话中继线（60108KHz）话机话机话机话机话机话机话机话机话机话机话机话机信道信道2（6468K）信道信道12（104108K）。FDM：将一条物理线路的总带宽分割成若干个较：将一条物理线路的总带宽分割成若干个较小带宽的子信道，每个子信道传输一路信号。小带宽的子信道，每个子信道传输一路信号。子信道分割技术：不同信号加载到不同载波上，子信道分割技术：不同信号加载到不同载波上，实现信号频移。实现信号频移。40信息工程系信息工程系时分多路复用时分多路复用 TDM:将将一一条条高高速速物物理理线线路路的的传传输输时时间间划划分分成成若若干干相相等等的的时时间间片片，轮轮番番的的为为多多路路信信号号运运用用 数据不丢失条件：数据不丢失条件：CHCi缺缺点点：某某些些时时间间片片由由于于没没有有数数据据传传输输而而造造成成出于空闲状态，奢侈信道宽度出于空闲状态，奢侈信道宽度高速线路（高速线路（CH）时时分分多多路复用路复用时分多时分多路复用路复用A B C A B CC1C2C3C1C2C3ABCABC低速线路低速线路低速线路低速线路41信息工程系信息工程系统计时分多路复用统计时分多路复用 统计统计TDM统计统计TDMA B C A C A C A AC1C2C3C1C2C3ABCABC 统统计计TDM:接接受受动动态态安安排排时时间间策策略略，即即有有数数据要传输的线路才安排时间片。据要传输的线路才安排时间片。42信息工程系信息工程系3.2 物理层协议物理层协议物理层协议事实上就是指通信接口标准物理层协议事实上就是指通信接口标准DCE通信接口通信接口DTEDTE通信接口通信接口DCE通信线路通信线路数据终端设备数据终端设备 数据通信设备数据通信设备3.2.1 物理层协议在通信系统中的地位物理层协议在通信系统中的地位43信息工程系信息工程系接口的机械特性。接口的机械特性。规规定定接接口口的的扦扦头头（座座）的的规规格格，尺尺寸寸，扦扦脚脚数目等。如数目等。如RS-232C运用运用25脚扦头（座）。脚扦头（座）。功能特性。功能特性。对接口的各信号线的作用进行定义和说明。对接口的各信号线的作用进行定义和说明。规程特性。规程特性。规规定定各各信信号号线线之之间间的的相相互互关关系系，动动作作发发生生的的先后次序。先后次序。电气特性电气特性规规定定信信号号的的传传输输速速率率，电电平平关关系系，负负载载要要求求和电缆长度等。和电缆长度等。44信息工程系信息工程系3.2.2 四类物理层协议四类物理层协议美美 国国 电电 子子 工工 业业 协协 会会 EIA制制 定定 的的 RS-232-C,RS-422A,RS-423A,RS-449,RS-485,RS-530等等串串行行接接口标准。口标准。CCITT(现改为现改为ITU)制定的制定的X系列和系列和V系列接口标准。系列接口标准。lV系系列列规规定定了了数数字字设设备备与与模模拟拟信信道道的的接接口口标标准准，适适用用于电话信道的数据传输；于电话信道的数据传输；lX系系列列定定义义了了数数据据设设备备与与数数据据信信道道的的接接口口标标准准，适适用用于公用数据网的数据通信。于公用数据网的数据通信。ISO制定的制定的ISO2110,ISO4902,ISO4903,ISO1177等接口标准。这些标准很少用到。等接口标准。这些标准很少用到。IEEE802物理层规范物理层规范45信息工程系信息工程系DTEMMDTEDTEDTERS232CRS-232电缆电缆 RS-232C是是最最广广泛泛运运用用的的物物理理层层协协议议（1969年制定）年制定）.3.3 物理层协议举例物理层协议举例 RS232C 电话线电话线DTE通常为通常为PC机机46信息工程系信息工程系机械特性机械特性接受接受DB-25(25脚脚)标准连接口标准连接口113142547信息工程系信息工程系电气特性电气特性 电压电压l低电压（低电压（+3V）:“0”l最高电压可达到最高电压可达到+12V.电缆电缆lRS-232C电缆长度：不超过电缆长度：不超过15m速率速率l通信速率：通信速率：20Kbpsl标准速率为：标准速率为：19.2kbps,9600bps,4800bps,2400bps,1200bps.功能特性功能特性功能特性功能特性 P67.表表2.548信息工程系信息工程系发送数据发送数据MODEM就绪就绪 载波信号载波信号 电话线电话线12345678201234567820远远程程计计算算机机本本地地计计算算机机规程特性规程特性 爱护地爱护地接收数据接收数据恳求发送恳求发送允许发送允许发送信号地信号地载波检测载波检测终端就绪终端就绪远程远程MODEM RS232C本地本地MODEMRS232C49信息工程系信息工程系RS-232C通信规程通信规程本本地地计计算算机机准准备备就就绪绪时时，将将脚脚20置置成成高高电电平平，通通知知本本地地MODEM：计计算算机机处处于于就就绪绪状状态态。若若MODEM也也准备就绪，则将脚准备就绪，则将脚6置高电平，以示响应。置高电平，以示响应。计计算算机机将将脚脚4置置高高电电平平恳恳求求发发送送数数据据；MODEM检检测测到到脚脚4高高电电平平后后，向向远远程程MODEM发发一一载载波波信信号号，让让远远程程MODEM做做好好接接收收数数据据准准备备，然然后后通通过过延延迟迟电电路路将将脚脚5置置成成高高电电平平，以以示示允允许许发发送送数数据据。远远程程MODEM检检测测到到载载波波信信号号后后，将将脚脚8置置高高电电平平，通通知知远程计算机做好接收数据准备。远程计算机做好接收数据准备。50信息工程系信息工程系RS-232C通信规程通信规程本本地地计计算算机机测测的的脚脚5为为高高电电平平后后，即即可可通通过过脚脚2发发送送数数据，并由脚据，并由脚3接收数据。接收数据。数数据据发发送送完完毕毕，将将脚脚4置置成成低低电电平平，通通知知本本地地MODEM发发送送完完毕毕。MODEM收收到到该该电电平平后后，停停止止向向电电话话线线发发送送载载波波信信号号，并并将将脚脚5置置成成低低电电平平作作为为响响应应。远远程程MODEM测测不不到到载载波波信信号号后后，则则将将脚脚8置置成成低低电电平平，复复原初始状态。原初始状态。本本地地计计算算机机置置脚脚20位位低低电电平平，通通知知本本地地MODEM拆拆线线。MODEM收收到到该该低低电电平平信信号号后后，将将脚脚6置置成成低低电电平平以以示示同意拆线。同意拆线。51信息工程系信息工程系USB发展历史发展历史传传统统的的串串口口、并并口口通通讯讯方方式式渐渐渐渐不不能能满满足足现现有有系系统或者设备的数据传输速率需求。统或者设备的数据传输速率需求。以以 Intel为为 首首 的的 七七 家家 公公 司司 于于 1994年年 推推 出出 了了USB(Universal Serial Bus，通通用用串串行行总总线线协协议议)概概念念，并并在在随随后后的的几几年年内内不不断断的的对对USB协协议议进进行改进，成功推行行改进，成功推行USB 1.1；2004年年底底，正正式式推推出出了了USB 2.0协协议议。接接口口与与USB1.1兼容；兼容；2007秋季，正式推出了秋季，正式推出了USB 3.0协议。协议。52信息工程系信息工程系USBUSB USB 是是一一种种支支持持热热插插拔拔的的高高速速串串行行传传输输总总线线，运运用用差差分分信号来传输数据，最高速度可达信号来传输数据，最高速度可达 480Mb/S 480Mb/S（USB2.0USB2.0）。）。USB USB 支支持持“总总线线供供电电”和和“自自供供电电”两两种种供供电电模模式式。在在总总线线供供电电模模式式下下，USB2.0USB2.0设设备备最最多多可可以以获获得得500mA500mA的的电电流；流；USB2.0 USB2.0 被被设设计计成成为为向向下下兼兼容容的的模模式式，当当有有全全速速 （USB USB 1.11.1）或或者者低低速速（USB USB 1.01.0）设设备备连连接接到到高高速速（USB USB 2.02.0）主机时，主机可以通过分别传输来支持它们。）主机时，主机可以通过分别传输来支持它们。一一条条 USB USB 总总线线上上，可可达达到到的的最最高高传传输输速速度度等等级级由由该该总总线线上上最最慢慢的的“设设备备”确确定定，该该设设备备包包括括主主机机、HUBHUB以以及及USBUSB功能设备。功能设备。53信息工程系信息工程系USB 3.0 与与 USB 2.0 lUSB 3.0USB 3.0传输速率达传输速率达USB 2.0USB 2.0十倍。十倍。lUSB 2.0USB 2.0的速率为的速率为480Mbps480Mbpsl USB 3.0 USB 3.0则可达到则可达到4.8 Gbps4.8 Gbpsl最大电流供应最大电流供应lUSB 2.0USB 2.0端口的最大电流供应实力仅有端口的最大电流供应实力仅有500mA500mAlUSB 3.0USB 3.0提升了电源输出实力提升到了提升了电源输出实力提升到了900mA900mAlUSB USB 3.03.0的的 标标 准准 A A型型 接接 口口 可可 向向 下下 兼兼 容容 USB USB 2.0/1.12.0/1.1，其尺寸大小是一样的，其尺寸大小是一样的54信息工程系信息工程系区分区分USB2.0 与与USB3.0颜色：颜色：USB3.0一般蓝色，一般蓝色，2.0一般黑色一般黑色针脚：针脚：lUSB 3.0 9个个lUSB 2.0 4个个55信息工程系信息工程系区分区分USB2.0 与与USB3.0Logo区区分分，如如下下图图USB3.0的的“SS”代代表表着着SuperSpeed56信息工程系信息工程系本章小结本章小结主要内容主要内容介介绍绍与与网网络络物物理理层层相相关关的的数数据据通通信信领领域域的的背背景景学学问问，包包括括数数据据通通信信的的基基本本概概念念、模模拟拟通通信信与与数数字字通通信信、传传输输介介质质、数数据据编编码码、数数据据同步、数据传输方式、多路复用技术等。同步、数据传输方式、多路复用技术等。在在此此基基础础上上，介介绍绍物物理理层层的的主主要要功功能能和和常常用用的几种物理层接口标准（协议）。的几种物理层接口标准（协议）。重点重点信道的带宽、数据编码、数据同步信道的带宽、数据编码、数据同步 57信息工程系信息工程系本章作业本章作业p.71,72:2.6,2.7,2.25,2.26p.72:2.29