物理层专业知识讲座省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
《物理层专业知识讲座省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《物理层专业知识讲座省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx(140页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第二章 物 理 层物理层基本概念物理层基本概念数据通信理论基础数据通信理论基础传输介质传输介质数据通信技术基础数据通信技术基础物理层协议物理层协议几个电信网络技术几个电信网络技术第1页2.1 物理层基本概念物理层作用物理层作用向上层向上层(Data Link)用户屏蔽物理介质用户屏蔽物理介质(media)差异,使差异,使Data Link层只考虑怎样使用物理层层只考虑怎样使用物理层服务完成本层协议服务完成本层协议向上层向上层(Data Link)用户提供透明位流传输能用户提供透明位流传输能力力提供为建立、维护与拆除物理链路所需要机械、提供为建立、维护与拆除物理链路所需要机械、电气、功效与规程特
2、征电气、功效与规程特征 第2页信号在信道(线路)上传输受到各种原因影响而发生改变。信号在信道(线路)上传输受到各种原因影响而发生改变。改变后信号改变后信号2.2 数据通信理论基础原始信号原始信号距离距离信号传输延迟信号传输延迟距离距离第3页信号衰减信号衰减 距离距离改变后信号改变后信号最终信号(还包含噪声)最终信号(还包含噪声)距离距离第4页几个基本概念信道带宽(信道带宽(bandwidth)是指信道上所能传输电信号频率是指信道上所能传输电信号频率范围,单位为赫兹(范围,单位为赫兹(Hz)。)。信号带宽信号带宽是指信号能量按频率分布最集中区域,单位为是指信号能量按频率分布最集中区域,单位为赫兹
3、(赫兹(Hz)。)。信号传输速率信号传输速率是指每秒钟传送信号数量(码元数),单是指每秒钟传送信号数量(码元数),单位为波特(位为波特(Baud)。也叫码元速率或波特率。)。也叫码元速率或波特率。数据传输速率数据传输速率是指每秒钟传输二进制位数,单位为比特是指每秒钟传输二进制位数,单位为比特/秒(秒(bit/s=b/s=bps)。又称位速率或比特率。)。又称位速率或比特率。(注:(注:1Kbps=1000bps,1Mbps=1000Kbps,1Gbps=1000Mbps,1Byte/s=1Bps=8bps)第5页波特率和比特率波特率波特率RB与比特率与比特率Rb关系关系:Rb=RBlog2V
4、其中其中V为为数字数字传输传输系系统统中中码码元状元状态态数或离散数或离散级级数,即数,即V进进制数。制数。比如:比如:RB=2400波特波特V=2Rb=2400 bpsRB=2400波特波特V=16Rb=9600 bpsDTE(data terminal equipment)数据终端设备数据终端设备DCE(data circuit-terminating equipment)数据电路端接设备数据电路端接设备DTEDCEDCEDTE传输介质传输介质波特率波特率Baud rate比特率比特率Bit rate接口接口接口接口第6页傅立叶分析任何正常周期为T函数g(t),都可由无限个正弦和余弦函数合
5、成:1 g(t)=c+an sin(2nft)+bn cos(2nft)2 n=1 n=1f=1T 为基频,an和bn为正弦和余弦函数n次谐波振幅。用 表示信号n次谐波能量任何连续时间有限(T)非周期为函数g(t),可以把它想象成一个周期为T函数,从而分解成无数个正旋和余旋函数在传输介质上直接传送数字信号(电压脉冲序列),都可表示成时间单值函数,它谐波(harmonic)分量可用傅立叶级数来表示。第7页有限带宽信号考虑传输考虑传输ASCII字符字符“b”01100010,经傅立叶变换可得:经傅立叶变换可得:1 an=cos(n/4)-cos(3n/4)+cos(6n/4)-cos(7n/4)n
6、 1bn=sin(3n/4)-sin(n/4)+sin(7n/4)-sin(6n/4)n c =3/8 几个低次谐波振幅平方根几个低次谐波振幅平方根an2+bn2 与对应频率处能量成正与对应频率处能量成正比。比。有限带宽信道会对所传信号各次谐波振幅作不等量衰减及相位延有限带宽信道会对所传信号各次谐波振幅作不等量衰减及相位延迟。迟。要确保信号传输质量,信道带宽必须适应或高于信号带宽。要确保信号传输质量,信道带宽必须适应或高于信号带宽。第8页(a)为原始二进制为原始二进制信号和它前信号和它前15次次谐波平方根振幅。谐波平方根振幅。(b)(e)为前几次为前几次谐波合成。谐波合成。第9页谐波分解与合成
7、演示视频谐波分解与合成演示视频第10页在电话语音信道上采取二值信号编码,波特率等于比特率。采取二值信号编码,波特率等于比特率。假设比特率为假设比特率为b,发送,发送8比特所需要得时间比特所需要得时间T=8/b秒,因而秒,因而一次谐波频率即基频一次谐波频率即基频f=1/T=b/8Hz。话音信道截止频率约为话音信道截止频率约为3000 Hz,采取二值信号编码,则,采取二值信号编码,则话音信道能经过最大谐波次数为:话音信道能经过最大谐波次数为:3000/f=24000/b次。次。在接收端要想识别传来信号,信道必须允许信号十次谐波在接收端要想识别传来信号,信道必须允许信号十次谐波经过,所以话音信道极限
8、信号传输速率为经过,所以话音信道极限信号传输速率为2400波特。波特。第11页数据传输速率与谐波数之间关系波特率(Baud)周期(ms)一次谐波频率(Hz)经过谐波数30026.6737.58060013.3375.04012006.67150.02024003.33300.01048001.67600.0596000.831200.02192000.422400.01384000.214800.00第12页信道最大数据传输速率奈奎斯特(奈奎斯特(H.Nyquist)证实,假如一个任意信号经过)证实,假如一个任意信号经过带宽为带宽为H低通滤波器,每秒采样低通滤波器,每秒采样2H能完整地重现经过
9、这能完整地重现经过这个滤波器信号。更高采样频率是无意义,因为高频分量个滤波器信号。更高采样频率是无意义,因为高频分量已被滤波器滤掉无法恢复了。已被滤波器滤掉无法恢复了。奈奎斯特定理:奈奎斯特定理:一个无噪音信道,若信号电平分为一个无噪音信道,若信号电平分为V级,级,则限定最大数据传输率则限定最大数据传输率Rb=2H log2V bps。例:对于一个例:对于一个3000 Hz无噪音信道,若采取两电平信号无噪音信道,若采取两电平信号传输,最大速率不会超出传输,最大速率不会超出 23000 Hz=6000 bps。若。若V=16,最大速率,最大速率则则可提升到可提升到 24000 bps。此定理此定
10、理针对针对理想信道理想信道进进行行计计算,不考算,不考虑虑噪音原因影响,噪音原因影响,故与故与实际值实际值相差甚大。相差甚大。第13页信道最大数据传输速率香农定理:香农定理:任何带宽为任何带宽为 H(Hz),信噪比为),信噪比为 S/N 信道,其信道,其最大数据传输速率为:最大数据传输速率为:Rb=H log2(1+S/N)bps 实际中,信噪比惯用分贝(实际中,信噪比惯用分贝(dB)表示,即)表示,即10 log10 S/N。例:一个经典参数模拟电话系统,话音信道带宽为例:一个经典参数模拟电话系统,话音信道带宽为 3400Hz,信噪比为,信噪比为 30dB=10 log10 S/N,即,即S
11、/N=103,则信道最大,则信道最大数据传输速率为数据传输速率为 3400 log2 1001 34 000 bps。香香农农定理限定信道最大数据定理限定信道最大数据传输传输速率是理速率是理论值论值,实际值实际值不不可能超越它。但在可能超越它。但在模拟电话系统中,若超越模拟电话系统中,若超越 3400Hz 信道带信道带宽或提升信噪比,就能够超越宽或提升信噪比,就能够超越34000 bps 最大数据传输速率。最大数据传输速率。比如比如V.90调制解调器实现了调制解调器实现了50Kbps以上下行传输速率,以上下行传输速率,ADSL系统甚至能够到达系统甚至能够到达2Mbps下行传输速率。下行传输速率
12、。第14页2.2 传输介质传输介质是通信网络中从一台机器到另一台机器之间传输介质是通信网络中从一台机器到另一台机器之间传送信号物理通路。传送信号物理通路。各种传输介质在带宽、延迟、传输距离、抗干扰和成各种传输介质在带宽、延迟、传输距离、抗干扰和成本等性能上不一样。本等性能上不一样。通信网络传输介质分为有线和无线两大类:通信网络传输介质分为有线和无线两大类:有线介质:双绞线、基带同轴电缆、宽带同轴电缆有线介质:双绞线、基带同轴电缆、宽带同轴电缆和光纤。和光纤。无线介质:无线电、微波、红外线以及光波。无线介质:无线电、微波、红外线以及光波。移动存放介质:磁带、磁盘、光盘和硅存放芯片等也移动存放介质
13、:磁带、磁盘、光盘和硅存放芯片等也可用来传送数据。但延迟太大,属于离线传输系统。可用来传送数据。但延迟太大,属于离线传输系统。第15页双绞线(Twisted Pair)双绞线由两条相互绝缘铜线象螺纹一样扭绞在一起。扭绞目标是双绞线由两条相互绝缘铜线象螺纹一样扭绞在一起。扭绞目标是为了降低线对之间电磁干扰。为了降低线对之间电磁干扰。把把4对双绞线封装在塑料套中组成非屏蔽双绞线对双绞线封装在塑料套中组成非屏蔽双绞线UTP(Unshielded TP),其中有两类最惯用于计算机网络:),其中有两类最惯用于计算机网络:3类(类(category 3)UTP:较早应用于:较早应用于10 Mbps以太网和
14、电话通以太网和电话通信,其扭绞程度较为涣散。信,其扭绞程度较为涣散。5类(类(category 5)或超)或超5类(类(category 5e)UTP:现普遍用:现普遍用于百兆和千兆以太网中,其扭绞程度比于百兆和千兆以太网中,其扭绞程度比3类类UTP愈加紧密,抗愈加紧密,抗干扰能力更强。在干扰能力更强。在100米距离内速率可达米距离内速率可达100 Mbps,甚至是,甚至是250 Mbps。屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP(Shielded TP)有一层总屏蔽层,)有一层总屏蔽层,STP中每对线中每对线及总体都有屏蔽层。价格贵,性能好,应用少。及总体都有屏蔽层。价格贵,性能好,应用少。第16页Cat
15、egories of Unshielded Twisted PairTypeUseCategory 1Voice Only(Telephone Wire)Category 2Data to 4 Mbps(LocalTalk)Category 3Data to 10 Mbps(Ethernet)Category 4Data to 20 Mbps(16 Mbps Token Ring)Category 5Data to 100 Mbps(Fast Ethernet)Category 5eData to 1000 Mbps(Gigabit Ethernet)Category 6Data to 100
16、0 Mbps(Gigabit Ethernet)Category 7?The EIA/TIA(Electronic Industry Association/Telecommunication Industry Association)has established standards of UTP.第17页双绞线(Twisted Pair)l3类(类(category 3)UTPl5类(类(category 5)UTP第18页UTP连接标准TIA/EIA 568A/568BTIA/EIA 568B标准标准 白橙白橙 橙橙 白绿白绿 兰兰 白兰白兰 绿绿 白棕白棕 棕棕 1 2 3 4 5 6
17、 7 8Cat 5 UTP第19页RJ-45连接器(水晶头)1 2 3 4 5 6 7 8TIA/EIA 568A标准标准 1 2 3 4 5 6 7 8 白绿 绿 白橙 兰 白兰 橙 白棕 棕RJ-45模块第20页使用中UTP第21页STP第22页同轴电缆(Coaxial Cable)一对导体(铜芯和屏蔽网)按一对导体(铜芯和屏蔽网)按“同轴同轴”形式组成线形式组成线对。对。带宽高,抗干扰能力强。带宽高,抗干扰能力强。同轴电缆分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种。同轴电缆分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种。铜芯铜芯绝缘绝缘材料材料外园外园编织导线编织导线外层外层保护塑料保护塑料第23页两种同轴
18、电缆基带同轴电缆基带同轴电缆(Baseband Coax):阻抗为):阻抗为50,用于,用于数字数字传输传输,1公里公里电缆电缆可达可达12Gbps传输传输速率。又分速率。又分为为:粗粗缆缆(Thick):10Base-5,AUI,单单段段长长度度 500米,米,最最长长5段达段达2.5公里。公里。细缆细缆(Thin):):10Base-2,BNC,单单段段长长度度 185米,米,最最长长5段达段达925米。米。宽带同轴电缆宽带同轴电缆(Broadband Coax):阻抗匹配为):阻抗匹配为75,用于,用于电视电视信号模信号模拟传输拟传输(CATV),),带宽带宽可达可达800MHz以上,采
19、取以上,采取载载波信号波信号调调制技制技术术。传输传输数字信号数字信号时时,要使用,要使用Cable MODEM设备调设备调制解制解调调数字信号,数字信号,现现在在综综合有合有线电视线电视网网络络已成已成为为MAN一个形式。一个形式。第24页粗、细同轴电缆比较第25页实际使用中细同轴电缆第26页光纤(Fiber Optics)光纤由传导光波高纯石英玻璃纤维和保护层(光纤由传导光波高纯石英玻璃纤维和保护层(jacket)组成,其中纤芯(组成,其中纤芯(core)折射率大于包裹着它包层)折射率大于包裹着它包层(cladding)折射率,这么光信号就被保持在纤芯中不)折射率,这么光信号就被保持在纤芯
20、中不会散播出去。会散播出去。经常将多根光纤封装在坚固外壳(经常将多根光纤封装在坚固外壳(sheath)中,形成所)中,形成所谓多芯光缆。谓多芯光缆。第27页光传输系统由三个部分组成:光源、光纤和光检测器。由三个部分组成:光源、光纤和光检测器。在光纤一端放上光源,另一端放上检测器,光在光纤一端放上光源,另一端放上检测器,光信号沿着光纤折射或直线传输。信号沿着光纤折射或直线传输。普通采取光强调制,有光表示比特普通采取光强调制,有光表示比特1,而无光,而无光脉冲表示比特脉冲表示比特0。第28页单模光纤和多模光纤光线能够多个不一样入射角(大于或等于临界角)在光线能够多个不一样入射角(大于或等于临界角)
21、在纤芯内全反射传输,可认为每一束不一样入射角光线纤芯内全反射传输,可认为每一束不一样入射角光线含有一个不一样模态(含有一个不一样模态(mode),具备这种特征光纤称),具备这种特征光纤称为多模光纤(为多模光纤(multi-mode fiber)。)。当光纤直径减小到几个光波波长时,光纤就如同一个当光纤直径减小到几个光波波长时,光纤就如同一个波导,光线在纤芯内以直线传输而不会发生反射,这波导,光线在纤芯内以直线传输而不会发生反射,这种光纤称为单模光纤(种光纤称为单模光纤(single-mode fiber)。)。第29页单模光纤和多模光纤多模光纤直径约在几十多模光纤直径约在几十 m,而单模光纤不
22、到,而单模光纤不到10 m。实际使用中,。实际使用中,裸光纤(纤芯和包层)直径普通为裸光纤(纤芯和包层)直径普通为125 m,其中多模纤芯有,其中多模纤芯有62.5 m和和50 m两种;而单模纤芯只有两种;而单模纤芯只有9 m。有两种光源可用于信号源:有两种光源可用于信号源:LED(发光二极管)和(发光二极管)和ILD(注入型激(注入型激光二极管)。以光信号有和无来表示二进制光二极管)。以光信号有和无来表示二进制“1”和和“0”。接收端由光电二极管组成光检测器将光信号转换成电信号。接收端由光电二极管组成光检测器将光信号转换成电信号。光纤连接:光纤连接:机械式:快速,普通不需特殊设备,新技术和连
23、接器改进了接机械式:快速,普通不需特殊设备,新技术和连接器改进了接合损耗(有些合损耗(有些 0.1 dB),适合于小数量和应急应用。),适合于小数量和应急应用。熔结:需要昂贵特殊设备,极低损耗(可达熔结:需要昂贵特殊设备,极低损耗(可达 0.05 dB),长距),长距离链路唯一方法。离链路唯一方法。光纤传输比较昂贵原因主要在于光端设备和连接复杂性。实际上,光纤传输比较昂贵原因主要在于光端设备和连接复杂性。实际上,光纤本身并不算贵。光纤本身并不算贵。第30页光纤传输中使用光信号频谱集中在红外线到可见光区域范围。集中在红外线到可见光区域范围。UV可见光(750-380 nm)X-RaysIRAMR
24、adio101210810141010101610181UHFVHF10610-310-9惯用光波长有:惯用光波长有:850、1300和和1550 nm频率频率(Hz)波长波长(m)第31页两种光源比较LEDILD波段波段0.66m,0.85m或或1.30m1.31m或1.55m(惯用),0.85m或1.30m光谱宽度光谱宽度50m10m功率功率低低大大数据速率数据速率低低高高模式模式多模多模多模和单模多模和单模距离距离短短长长生命期生命期长长短短温度敏感度温度敏感度较小较小较敏感较敏感价格价格低低贵贵第32页光纤上红外部分光衰减第33页激光产品级别Class I:无危险:无危险Class I
25、Ia:观看时间小于:观看时间小于1000秒则安全秒则安全Class II:长久观看有危险:长久观看有危险Class IIIa:直接观看有严重危害:直接观看有严重危害Class IIIb:直接辐射对眼睛和皮肤有严重伤害:直接辐射对眼睛和皮肤有严重伤害Class IV:直接观看或散射对眼睛和皮肤有严重:直接观看或散射对眼睛和皮肤有严重伤害伤害第34页实际光纤第35页一些光纤连接器件MIC:用于:用于FDDI,双光缆,双光缆ST:插入锁定:插入锁定光耦合器(光耦合器(ST)SC:568A标准,标准,方形,插入锁定方形,插入锁定第36页双绞线、同轴电缆、光纤对比第37页一些实际使用中光纤第38页光纤网
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 物理层 专业知识 讲座 公共课 一等奖 全国 获奖 课件
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【快乐****生活】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【快乐****生活】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。