计算机网络-物理层省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、课件制作人:谢希仁计算机网络(第 5 版)第 2 章 物理层第1页课件制作人:谢希仁第 2 章 物理层2.1 物理层基本概念2.2 数据通信基础知识2.2.1 数据通信系统模型2.2.2 相关信道几个基本概念2.2.3 信道极限容量2.2.4 信道极限信息传输速率2.3 物理层下面传输媒体2.3.1 导向传输媒体2.3.2 非导向传输媒体第2页课件制作人:谢希仁第 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 xDSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网(HFC
2、 网)2.6.3 FTTx 技术第3页课件制作人:谢希仁2.1 物理层基本概念 物理层主要任务描述为确定与传输媒体接口一些特征,即:n机械特征 指明接口所用接线器形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。n电气特征 指明在接口电缆各条线上出现电压范围。n功效特征 指明某条线上出现某一电平电压表示何种意义。n过程特征 指明对于不一样功效各种可能事件出现次序。第4页课件制作人:谢希仁2.2 数据通信基础知识2.2.1 数据通信系统模型 传输系统输入信息输入数据发送信号接收信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 输入汉字显示汉
3、字数据通信系统源系统n目系统传输系统输出信息PC 机第5页课件制作人:谢希仁几个术语n数据(data)运输消息实体。n信号(signal)数据电气或电磁表现。n“模拟”(analogous)代表消息参数取值是连续。n“数字”(digital)代表消息参数取值是离散。第6页课件制作人:谢希仁 2.2.2 相关信号几个基本概念n单向通信(单工通信)只能有一个方向通信而没有反方向交互。n双向交替通信(半双工通信)通信双方都能够发送信息,但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。n双向同时通信(全双工通信)通信双方能够同时发送和接收信息。第7页n传输模式n并行传输:由1和0组成二进制数据,能够组织为
4、n位分组,能够同时传输一组比特,每个比特使用单独一条线路,这些线路通常困扎在一条电缆里。经常使用在两个短距离设备之间(PC和打印机、CPU和存放模块)n串行传输:只使用一条线路,逐一逐一传送全部比特,比较廉价,用于长距离也较可靠,速度较慢。通信基本概念与术语01010110并行传输01010110串行传输第8页n并行传输在长距离上没有优势n长距离使用多条线路要比一条线路昂贵n长距离传输要求较粗导线(降低信号衰减),将它们捆绑在一条电缆里难度过高。n短距离传输各线路比特几乎同时抵达,距离过长时,各线路抵达时间不一致,接收困难。n串行与并行相比优势是串行只有一个通信信道,开销为并行1/n,速度过慢
5、。n“众人拾柴火焰高”?通信基本概念与术语第9页n异步传输:比特被划分为小组独立传送,发送方能够在任何时刻发送这些比特组(比如:敲击键盘,每敲击一个字符等于传输8比特ASCII,停顿一下,再敲击一个字符)。n存在一个潜在问题:接收方并不知道数据会在什么时候抵达,当它检测到数据并作出响应,第一个比特可能已经发送完成(比如:当身边一个人突然讲话,你可能听不见前面几个字)n所以,每次异步传输都以一个开始位开头,通知接收方开始接收,一样以一个结束位结束,表示停顿接收通信基本概念与术语第10页n发送方输入数字321,按照扩展ASCII表示,传输信号应该是什么?n00110001-对应数字1n001100
6、10-对应数字2n00110011-对应数字3通信基本概念与术语1 11001100 01 01001100 01 10001100 0开始位结束位对应3开始位结束位对应1开始位结束位对应2第11页n同时传输:它不是独立发送每个字符(每个字符都有自己开始位和结束位),而是将它们组合起来一起发送(组合多少字符也要看设备缓存大小),我们称这些组合为数据帧。n同时传输比异步传输要快很多,接收方无须对每个字符进行开始和停顿操作,相对开销降低很多。通信基本概念与术语并行设备串行设备IEEE1284USBPATA(IDE)Serial ATAPCIPCI-E常见并行串行接口第12页课件制作人:谢希仁几个最
7、基本调制方法 n基带信号往往包含有较多低频成份,甚至有直流成份,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了处理这一问题,就必须对基带信号进行调制(modulation)。n最基本二元制调制方法有以下几个:n调幅(AM):载波振幅随基带数字信号而改变。n调频(FM):载波频率随基带数字信号而改变。n调相(PM):载波初始相位随基带数字信号而改变。第13页课件制作人:谢希仁对基带数字信号几个调制方法 010011100基带信号调幅调频调相第14页 数字调制技术在在数数字字调调制制中中,能能够够利利用用数数字字信信号号离离散散取取值值特特点点,由由数数字字电电路路开开关关,象象拨拨键键一一样样
8、来来控控制制振振幅幅、频频率率或或相相位位改改变变。因因而而在在数数据据通通信信中中调调幅幅、调调频频和和调调相相常常对对应应地地称称为为幅幅移移键键控控ASK(Amplitude Shift Keying)、频频 移移 键键 控控 FSK(Frequency Shift Keying)和和相相移移键键控控PSK(Phase Shift Keying)。下下列列图图给给出出了了用用数数字字电电路路开开关关来来实实现现FSK调调制制原原理图。理图。S(t)=Asin(2ft+)第15页数字调制技术0101幅移键控(ASK)比特率=波特率 X 比特数比特数其中:比特数=log2N(N表示状态数)一
9、个波形对应一个状态0或者1第16页数字调制技术0101比特率=波特率 X 比特数比特数其中:比特数=log2N(N表示状态数)频移键控(FSK)一个波形对应一个状态0或者1第17页数字调制技术0101比特率=波特率 X 比特数比特数其中:比特数=log2N(N表示状态数)相移键控(PSK)一个波形对应一个状态0或者1第18页数字调制技术星座图 4-PSK比特相位000o0190o10180o11270o00011011第19页数字调制技术比特相位0000o00145o01090o011135o100180o101225o110270o111315o星座图 8-PSK第20页课件制作人:谢希仁(
10、1)信道能够经过频率范围n1924 年,奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名奈氏准则。他给出了在假定理想条件下,为了防止码间串扰,码元传输速率上限值。n在任何信道中,码元传输速率是有上限,不然就会出现码间串扰问题,使接收端对码元判决(即识别)成为不可能。n假如信道频带越宽,也就是能够经过信号高频分量越多,那么就能够用更高速率传送码元而不出现码间串扰。第21页课件制作人:谢希仁(2)信噪比 n香农(Shannon)用信息论理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰信道极限、无差错信息传输速率。n信道极限信息传输速率 C 可表示为n C=W log2(1+S/N)b/s nW 为信道带宽(以 Hz
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