第二章计算机网络物理层报告

数据序列
0 1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
差分编码 伪三元编码
曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码
2.3数据传送技术
基带信号 在数据通信中，表示计算机中二进制比特序列 的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号。人们把矩 形脉冲信号的固有频带称作基本频带(简称为基带)， 这种矩形脉冲信号就叫做基带信号。
在数字信道上，计算机中的数据是以矩形脉 冲信号直接传送的，这种传送方法称为基带传输。
2.3数据传送技术
2、信道容量的概念
奈奎斯特(Nyquist)定理

理想低通信道的最高码元传输速率 N= 2W Baud W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)
能通过
0
不能通过
频率(Hz)
W (Hz)
2.3数据传送技术
2、信道容量的概念
奈奎斯特(Nyquist)定理

在理想低通信道中，如果信道带宽WHz，则最高码 元传输速率是每秒 2 W 个码元。 每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每 秒 2 个码元。 Baud 是波特，是码元传输速率的单位，1 波特为 每秒传送 1 个码元。
数字信号
采样间隔Ts 2 fc
时间量化
110 111
几种最基本的调制方法


基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流 成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流 分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行 调制(modulation)。 最基本的二元制调制方法有以下几种：
– – –
调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。
2.3数据传送技术
4、频带传输
数字数据，模拟传输 以数字数据控制载波的幅度，称为数字调幅， 又称幅移键控，简称ASK。 以数字数据控制载波的相位，称为wk.baidu.com字调相， 又称相移键控，简称PSK。 以数字数据控制载波的频率，称为数字调频， 又称频移键控，简称FSK。

2.3数据传送技术
4、频带传输
2.2数据传输方式
同步传输
2.2数据传输方式

单工传输——只能有一个方向的通信而没有反方向 的交互。 半双工传输——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)。 全双工传输——通信的双方可以同时发送和接收信 息。
2.2数据传输方式


模拟传输 – 模拟信号：时间和幅度取值连续变化 的信号量。 – 模拟信道：适于模拟信号传输的信道 – 模拟传输系统：传输模拟信号的通信系统 数字传输 – 数字信号：时间和幅度取值离散 （不连续变化）的信号量。 – 数字信道：适于数字信号传输的信道 – 数字传输系统：传输数字信号的通信系统
2.2数据传输方式
串行传输
串行传输指的是组成字符 的若干位二进制码排列成 数据流在一条信道上逐位 顺序传输。
2、异步传输与同步传输
2.2数据传输方式
异步传输
不论字符所采用的代码 为多少位，在发送每一 个字符代码（即字符的 数据位）时，都要在前 面加上一个起始位，表 示一个字符的开始；后 面加上一个停止位，表 示一个字符的结束。
1、 数据、信息和信号
2.1数据通信的基本概念
有意义的实体
数据和信号
模拟数据 在某个区间产生连续的值
信息
数据
数字数据 产生离散的值
涉及到事 涉及数据的 物的形式 内容和解释 模拟信号 信号 是数据的电磁 (或电子)编码 数字信号
是一种连续变化的电磁波
是一系列的电压脉冲
1、 数据、信息和信号
2.1数据通信的基本概念
计算机网络（第 6 版）
第 2 章 物理层
第 2 章 物理层
2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的极限容量 2.2.4 信道的极限信息传输速率
2.3 物理层下面的传输媒体
2.3.1 导引型传输媒体 2.3.2 非导引型传输媒体
2.3数据传送技术
2、信道容量的概念
香农(Shannon)定理 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(信道容量） 可表 达为 C = W log2(1+S/N) b/s
2.1数据通信的基本概念
1、 数据、信息和信号



数据(data)——通常是指预先约定的具有某种含义 的数字、符号和字母的组合。 信号(signal)——数据在传输过程中的电磁波的表示 形式。 “模拟的”(analogous)——连续变化的。 “数字的”(digital)——取值是离散的。 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。 信道——表示向某一方向传送数据的传输介质。
2.3数据传送技术
频带传输又称为调制传输，就是先
将基带信号变换成便于在模拟信道 中传输的、具有较高频率范围的信 号（频带信号），再将这种频带信 号在信道中传输。
4、频带传输
2.3数据传送技术
数字数据，模拟传输 有些传输媒体只适合于传输模拟信号，为充 分利用现有的传输资源，必须将数字数据转 换为模拟信号才能传输。 将数字数据转换为模拟信号的过程叫调制 （实际上是用数字信号控制模拟信号的某些 参数，使模拟信号携带信息）。 将携带信息的模拟信号转换成数字数据（或 称从已调制的模拟信号中提取数字数据）的 过程叫解调。
第 2 章 物理层（续）
2.4 信道复用技术
2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 2.4.2 波分复用 2.4.3 码分复用
2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术 2.6.1 ADSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网（HFC 网） 2.6.3 FTTx 技术
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。
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形 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
接收信号波形
2.3数据传送技术
2、信道容量的概念

信道容量是指在一定的条件下，给定通信路径 （信道）上所能达到的最大数据传输速率。
数据传输速率
误码率
2.3数据传送技术
4、频带传输
数字数据，模拟传输 最常用的数字数据－模拟信号转换设备是 调制解调器（MODEM），同时具有调制 和解调的功能，在数据通信系统中，是一 种典型的DCE设备。 常用的调制技术：
–
–
载波：一种便于发射和接收，及技术实现的高 频简谐波或周期性脉冲信号。 当载波为高频简谐波时，可用三个参数描述： 振幅、频率、相位。控制这三个参数变化，可 以实现调制功能。
2.3数据传送技术
2、信道容量的概念
要强调以下两点
实际的信道所能传输的最高码元速率，要明 显地低于奈氏准则给出上限数值。 波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。

–
–
波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码 元）。码元传输速率也称为调制速率、波形速率 或符号速率。 比特是信息量的单位。
基带信号 调幅
0
1
0
0
1
1
1
0
0
调频
调相
2.3数据传送技术
5、数字数据传输
在数字信道中传输数据信号称为数据信号的数字传输，简称为数字数据传输。
模拟数据
抽样量化
编码
数字 信道
模拟数据 解码 恢复
数字信号
数字信号
2.3数据传送技术
5、数字数据传输
幅值量化 模拟数据
000 001 010 011 100 101
数据通信系统举例
Internet
Si Si
Token-ring
(b) 局域网用户通过Internet上网通信
2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型
数据通信系统
输入 汉字
数字比特流
模拟信号 公用电话网
模拟信号
数字比特流
显示 汉字
PC
调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统
调制解调器 目的系统
信源和信宿：信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收 端，是接收所传送信息的设备。 信号转换设备：是将信源发出的信息转换成适合于在信道上传输的信号的设备。
2、 数据通信系统
2.1数据通信的基本概念
数据通信系统 数字比特流 模拟信号 公用电话网 调制解调器 源系统 传输系统 调制解调器 目的系统 PC 机 模拟信号 数字比特流 正文
模拟数据 放大器 调制器
PCM 编码器
模拟信号
模拟数据
数字信号
数字数据
调制器
模拟信号
数字数据
数字 发送器
数字信号
2、 数据通信系统
2.1数据通信的基本概念
信源 (源系统)
信号转换 设备
传输媒体 (信道)
信号转换 设备
信宿 (目的系统)
发送部分
传输 系统
接收部分
2.1数据通信的基本概念
2、 数据通信系统
2.3数据传送技术
2、信道容量的概念
信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波 特”在数量上有一定的关系。 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比特/秒” 和“波特”在数值上相等。 若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 N Baud 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 N n b/s。
正文 PC 机
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
传输 系统
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
2、 数据通信系统
2.1数据通信的基本概念
数据通信系统举例
电话网 因特网
Modem
Modem
(a) 用户通过电话网拨号通信
2、 数据通信系统
2.1数据通信的基本概念
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。
2.2.3 信道的极限容量

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。
数字信号通过实际的信道

有失真，但可识别
信道容量
噪声
带宽
(1) 信道能够通过的频率范围



1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准 则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串 扰，码元的传输速率的上限值。 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就 会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即 识别）成为不可能。 如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分 量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现 码间串扰。
幅度
时间 幅度
时间
2.3数据传送技术



1、数据序列的电信号表示 2、信道容量的概念 3、基带传输 4、频带传输 5、数字数据传输
2.3数据传送技术
1、数据序列的电信号表示
数据序列
单极性不归零码
0 1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
单极性归零码
双极性不归零码
双极性归零码
2.3数据传送技术
1、数据序列的电信号表示
对基带数字信号的几种调制方法
基带信号 调幅 0 1 0 0 1 1 1 0 0
调频
调相
正交振幅调制 QAM
(Quadrature Amplitude Modulation)
举例
(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4 bit 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 4 bit 的编码。
PC
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
2.2数据传输方式
1、并行传输与串行传输 2、异步传输与同步传输 3、单工、半双工和全双工传输 4、模拟传输和数字传输
2.2数据传输方式
并行传输
并行传输指的是数据以成组 的方式， 在多条并行信道上同时进行 传输。

2.3数据传送技术
2、信道容量的概念
传输比特流 10 01 10011100 …… 11 00 ……
2bit一组
4种幅度,1个码元携 带2bit信息, n = log2M (M 码元状态数 ) ……
t
3 2 1 0
2.3数据传送技术
2、信道容量的概念

无噪声的情况下，在带宽为W的信道，其最大的数 据传输速率C（信道容量）为 C=2Wlog2M