第二章物理层.ppt

第二章 物理层通过本章的学习，我们将了解以下内容物理层的作用和特性通信系统的模型通信的几种方式常用的信号传输介质及特性常用的信道复用技术1、物理层的基本概念物理层处于分层体系结构的哪一层？物理层的作用利用各种物理特性（如电压等）的变化在线路上传递信息。屏蔽各种传输媒体的差异，使得物理层以上的数据链路层只需要考虑本层的协议和服务。传输方式的转换。需要注意的是：传输媒体本身并不属于物理层的范围物理层的特性机械特性 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。现在有以下两种描述：弱电线路承受的电压范围是022V01V电压表示数据位0，23V电压表示数据位12、数据通信模型简介通信信息的传输模拟信号模拟信号调制解调器调制解调器PC 机机公用电话网公用电话网调制解调器调制解调器数字比特流数字比特流数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 正文正文正文正文数据通信系统数据通信系统源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统PC 机机用户通过电话网拨号通信用户通过电话网拨号通信 电话网ModemModem局域网用户通过局域网用户通过Internet上网通信上网通信通常数据通信过程 阶段一：数据通信线路的建立（建立物理连接）阶段二：建立数据传输链路（建立逻辑连接）阶段三：传送数据和控制信息 阶段四：结束数据链路的连接（断开逻辑连接）阶段五：断开通信线路（断开物理连接）信号的分类模拟信号说话、移动模拟电话数字信号手机、电脑通信的方式单向通信（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几个生活中的实例通过有线电视收看节目用步话机进行联络Alice和Bob正在打电话信道的容量问题信道都是有极限容量的，信道中的信息传输速率是有上限的几个重要的概念Nyquist 准则信噪比香农公式及其意义通过该公式可以计算出极限信息传输速率CC=W log2(1+S/N)(bps)式中 W：信道带宽；：信号功率；：噪声功率信息论之父香农3、传输媒体通常可分为以下两类：导向传输媒体电磁波被导向沿着固体媒体传播非导向传输媒体电磁波在自由空间中传播信息在导向传输媒体上的传输可称为导向传输；在非导向传输媒体上的传输可称为非导向传输或无线传输实例将数据刻录到光盘激光通信通过U盘拷贝数据手机通信局域网中的电脑通过双绞线传输数据电台广播导向传输媒体双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）双绞线的特点结构简单，容易安装，普通UTP较便宜 有一定的传输速率 具有较高的容性阻抗，信号衰减较大，传输 距离有限（100m）容易被窃听同轴电缆外层绝缘层外层绝缘层屏蔽金属网屏蔽金属网绝缘层绝缘层内导体内导体特点：频带较宽，传输率较高。损耗较低，传输距离较远(200m500m)。辐射低，保密性好，抗干扰能力强。宽带电缆可实现多路复用传输光纤光纤由能传导光波的石英玻璃，外加保护层构成。护套护套(一般为一般为PVC)纤芯纤芯加强材料加强材料(Aramid 纱线纱线)缓冲层缓冲层包层包层光纤光纤保护膜保护膜缓冲层缓冲层AramidAramid 纱线纱线护套护套工作原理基于光在具有不同折射率的两种介质交界面上的全反射现象，将光线约束在光纤内，并引导光沿着轴线向前传播。光纤的分类多模单模多模多模单模单模125m125m125m125m62.5 62.5 或或 50 m50 m 9m9m信号在光纤中的传输过程驱动器驱动器光源光源光检测光检测放大器放大器电信号电信号电信号电信号光信号光信号特点：衰减少，无中继传输距离远 带宽宽，传输速率高，传输能力强 不受电磁干扰，抗干扰能力强，无辐射，保密性好 重量轻，容量大光纤断裂的检测和修复都很困难非导向（无线）传输媒体电磁波波谱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(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动无线电 常见的无线传输无线电传输传输距离长易穿透建筑物全方向传输微波传输在100MHz以上的频段，电波几乎按直线传播，因此它们可以被聚集成很窄的一束，从而获得很高的信噪比，但是发射和接收端必需严格互相对齐这种方向性也允许多个排成一行的发射器和多个排成一行的接收器进行通信，只要它们的空间排列有规则就不会相互干扰需要中继不能很好的穿透建筑物容易被水吸收红外线和毫米波广泛的应用于短距离通信不能通过固体介质卫星通信地球同步卫星（24小时绕地球一周）中间轨道卫星（6小时绕地球一周）低轨道卫星依星计划 4、信道多路复用技术由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。常用多路复用技术：频分多路复用 FDM（Frequency Division Multiplexing）时分多路复用 TDM（Time Division Multiplexing）波分多路复用 WDM（Wavelength Division Multiplexing）码分复用CDMA（Code Division Multiple Access）频分复用MUXCH1 CH2 CH3频分复用频分复用fCH2CH1CH3原始信号原始信号ffffffCH1CH2CH3调制后的信号调制后的信号时分复用A2A1A3原始信号原始信号D2D1D3数字化信号数字化信号MUX复用后数据复用后数据时隙时隙1234D3D2D1波分复用波分复用就是光的频分复用，即在一根光纤上传输多路光载波信号。8 2.5 Gb/s1310 nm 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 20 Gb/s复复用用器器分分用用器器EDFA120 km掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器码分复用码分复用是蜂窝移动通信中迅速发展的一种信号处理方式。常用的名词是码分多址 CDMA 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，保密性好。