计算机网络教程第3版电子教案-CH2_物理层_3ed

计算机网络物理层课件

计算机网络教程(第 3 版)第 2 章 物理层

课件制作人：谢希仁 谢钧

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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 提高数据传输速率的途径

2.3 物理层下面的传输媒体3.3.1 导引型传输媒体 3.3.2 非导引型传输媒体

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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 2.6.2 2.6.3 2.6.4 ADSL技术 光纤同轴混合网 FTTx 技术 无线接入课件制作人：谢希仁 谢钧

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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。 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出 现顺序。课件制作人：谢希仁 谢钧

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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 机

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

PC 机

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

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几个术语

数据(data)——运送信息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——连续变化的。

“数字的”(digital)——取值是离散数值。

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2.2.2 有关信道的几个基本概念

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。课件制作人：谢希仁 谢钧

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编码(coding)与调制(modulation)

通常人们将数字数据转换成数字信号的过 程称为编码(coding),而将数字数据转换成 模拟信号的过程称为调制(modulation)。

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(1)常用编码方式

归零制：正脉冲代表1,负脉冲代表0。 不归零制：正电平代表1,负电平代表0。 曼彻斯特编码：位周期中心的上跳变代 表0,位周期中心的下跳变代表1。 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处 始终都

有跳变。位开始边界有跳变代表0, 而位开始边界没有跳变代表1。课件制作人：谢希仁 谢钧

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(1)常用编码方式0 归零制 1 1 1 0 0 0 1

不归零制

曼彻斯特 差分 曼彻斯特课件制作人：谢希仁 谢钧

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基带(baseband)信号和 带通(band pass)信号

基带信号(即基本频带信号)像计算机输出的代表各种 文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。 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。因此 必须对基带信号进行调制(modulation)。 带通信号(在计算机网络中常叫做宽带信号)——把基带信 号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频 段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过 信道)。课件制作人：谢希仁 谢钧

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(2)基本调制方法

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。

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(2)基本调制方法基带信号 调幅 0 1 0 0 1 1 1 0 0

调频

调相课件制作人：谢希仁 谢钧

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2.2.3 提高数据传输速率的途径

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。

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数字信号通过实际的信道

失真不严重实际的信道 (带宽受限、有噪声、干扰和失真)

输入信号波形

失真严重实际的信道 (带宽受限、有噪声、干扰和失真)

输出信号波形 (失真不严重)

输入信号波形

输出信号波形 (失真严重)课件制作人：谢希仁 谢钧

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2.2.3 提高数据传输速率的途径

首先，要使用更好的传输媒体。 其次，使用先进的编码和调制技术。 但不管采用怎样好的传输媒体和怎样先 进的调制技术，数据传输速率总是受限 的，不可能任意地提高，否则就会出现 较多的差错。

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2.3 物理层下面的传输媒体电信领域使用的电磁波的频谱0 f (Hz) 10

102

104

106 无线电

108

1010

1012

1014

1016

1018

1020

1022

1024 射线

微波

红外线 可见光 紫外线

X射线

4 f (Hz) 10

105双绞线

106

107同轴电缆

108

109

1010卫星

1011 1012

1013

1014

1015 光纤

1016

地面微波

调幅 海事 无线电 无线电 波段

调频 移动 无线电 无线电 电视

LF

MF

HF

VHF UHF SHF

EHF THF课件制作人：谢希仁 谢钧

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2.3.1 导向传输媒体

双绞线

屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)

同

轴电缆

50 同轴电缆 75 同轴电缆

光缆课件制作人：谢希仁 谢钧

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各种电缆无屏蔽双绞线 UTP 屏蔽双绞线 STP

聚氯乙烯 套层

绝缘层

铜线

聚氯乙烯 屏蔽层 铜线 绝缘层 套层

同轴电缆绝缘保护套层 外导体屏蔽层

绝缘层内导体

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