第2章-数据通信基础(物理层)PPT课件

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。
双绞线 同轴电缆 光纤电缆 无线与卫星通信信道
介质（Media or Medium）
网络的介质是一种数据从中传输的材料，是通 信网络中发送方和接收方之间的物理通路。
常用的介质有线介质和无线介质两种：
–有线介质：电话线、双绞线、同轴电缆、光导纤维等。 –无线介质：卫星、微波、IR、RF、激光等。 –另外，还有大气，携带waves、micorwaves微波和光。
介质又称网线、传输线、通信信道等，其传输 能力的衡量标准是带宽(Band) 。带宽越大传输 能力越强。
金属介质
• 线缆规定: 10 base T
同轴电缆
线缆速度
介质
STP&ScTP
信号方式：
UTP
Base=Baseband（基带） Broad=broadband（宽带、实际数值）
2.3.1同轴电缆
速度10-100Mbps 费用一般 长度500M
同轴电缆
在最初的局域网中，同轴电缆被认为是唯一的 传输介质，而忽略了双绞线的日益增长。
– 目前有两种应用广泛的同轴电缆。
• 75欧姆，用于模拟传输，称为宽带电缆 (CATV系统) • 50欧姆，用于传输数字信号，称为基带电缆
– 粗缆：10Mbps，500m，100个站点 – 细缆：10Mbps，185m，30个站点
第2章 数据通信基础
本章主要内容： 2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.3 传输介质及其主要特性 2.4 数据编码技术 2.5 脉冲编码调制技术(PCM) 2.6 调制解调器的基本工作原理 2.7 数据通信方式 2.8 多路复用技术 2.9 差错控制方法 2.10 数字传输系统 2.11 宽带接入技术
2.3.2双绞线的主要特性
屏蔽双绞线 STP 非屏蔽双绞线UTP
铜线
绝缘层 外屏蔽层
外部保护层
铜线
（a）屏蔽双绞线 绝缘层
外部保护层
（b）非屏Baidu Nhomakorabea双绞线
双绞线
由按照规则螺旋结构排 列的两根绝缘线组成
双绞线即可以传输模拟 信号也可以传输数字信 号
带宽依赖于线的粗细和 传输距离
用于话音传输
若码元取两个离散值，则一个码元携带1 比特（bit）信息，若取4个离散值则一个 码元携带2比特信息。
R B log2 N 2W log2 N (b / s)
数据通信的基础知识
数据速率 数据速率和波特率是两个不同的概念， 当码元取两个离散值时两者才相等。
香农定理 有噪声信道的极限数据数率为：
–1类:只能用于话音的模拟传输 –2类:可用于数据传输,速率达 1Mbps
用于计算机局域网的数据传 输
–3类：速率达10Mbps –4类：速率达20Mbps –5类：速率达100Mbps
UTP接头线序
1-3 2-6以太网数据使用 4-5电话线路使用 7-8其他用途
UTP接头线序
直连线（标准568B）：两端线序一样， 线序是： 白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕， 棕。
Tb/s，其中： 1Kbps = 1×103 bps， 1Mbps = 1×106 bps 1Gbps = 1×109 bps，1Tbps = 1×1012 bps
误码率：传输二进制位出现差错的概率
Pc Ne / N
Ne为出错的位数，N为传送的总位数
2.3 传输介质及其主要特性
传输介质的主要类型
2.2 数据通信的基础知识
数据通信系统
输入 数字比特流 模拟信号 汉字
PC 机 调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流 显示 汉字
调制解调器 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
几个术语
数据(data)——运送消息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值
是连续的。 “数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离
散的。 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。
模拟信号与数字信号波形
v(t)
t (a) v(t)
t (b)
信道带宽
模拟信道的带宽： W f2 f1
过f1的是最信高道频能率通，过均的是最由低信频道率的，物f理2是特信性道决能定通的。
C
W
log2 (1
S N
)
香农定理
W为信道带宽，S为信号的平均功率，N为噪声平均功率， S/N称为信噪比，实际中S与N的比值太大，常取为分贝，
S 因此，数字信道的dB带宽10为lo信g10道N能够达到最大数据数率，
例如：以太网的带宽为10Mb/s或100Mb/s。 常用的数据传输速率单位有：Kbps、Mbps、Gbps与
交叉线（568A）：一端为正线的线序， 另一端为： 白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，白棕， 棕。
UTP的连接
直连线： 568A-568A √568B-568B
交叉线： 568A-568B
反转线：线序反转
例如：CATV 电缆的带宽为600MHz或 1000MHz 。
信号
1 2
f1
f2
Hz
数字信道的带宽决定了信道中能不失真 地传输地脉冲序列地最高速率。
码元、码元速率（波特率）、尼奎斯特 定理、数据速率、香农定理
＊码元：一个数字脉冲；
＊码元速率：单位时间内通过信道传输 的码元个数；
B=1/T，T为信号码元宽度，单位： 波特（Baud）
数据通信的基础知识
＊尼奎斯特定理： 早在1924年，贝尔实验室的研究员亨利. 尼奎斯特（Harry Nyquist) 推导出有限带宽无噪声信道的极限波特 率为： B=2W (Baud)
数据数率R：单位时间内在信道上传送的 信息量（比特数）
码元携带的信息量 n（比特）与码元的 种类N的关系：
n log2 N