物理层与数据通信基础.ppt

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1、计算机网络ComputerNetwork2021年9月19日课程目录第1章概述第2章物理层与数据通信基础第3章数据链路层第4章局域网第5章网络层第6章网络互联技术第7章传输层第8章应用层第9章网络管理与信息安全第10章网络新技术专题2计算机网络--刘桂江本章提纲2.1数据通信的理论基础2.2物理传输介质2.3数据传输技术2.4物理层接口标准举例第2章物理层与数据通信基础3计算机网络--刘桂江2.1数据通信的理论基础2.1.1数据通信系统模型2.1.2带宽与傅立叶分析2.1.3信道的最大数据速率4计算机网络--

2、刘桂江2.1.1数据通信系统模型(1/2)数据通信系统的组成：源系统（或发送端）传输系统（或传输网络）目的系统（或接收端）数据与信号的区别：数据(data)是表达信息的实体，而信号(signal)则是数据的电气的或电磁的表现。5计算机网络--刘桂江2.1.1数据通信系统模型(2/2)无论数据或信号，都可以是模拟的或数字的。所谓“模拟”就是连续变化的，而“数字”就表示取值是离散的。数据与信号转换的几种情况放大器调制器PCM编码器调制器数字调制器模拟数据模拟信号模拟数据数字信号数字数据模拟信号数字数据数字信号

3、6计算机网络--刘桂江2.1.2带宽与傅立叶分析(1/3)带宽的定义：带宽有时又叫吞吐量。“带宽”本来的意思是指某个信号所具有的频带宽度。单位：赫兹Hz对于数字信道，“带宽”是指在信道上(或一段链路上)能够传送的数字信号的速率，即数据速率或比特率。傅立叶（Fourier）级数：一个具有有限持续时间的数字信号，可以看做为一个以此有限持续时间T为周期的周期阶梯函数g（t）。此函数可展开成傅立叶（Fourier）级数。7计算机网络--刘桂江2.1.2带宽与傅立叶分析(2/3)f=1/T基波频率直流分量n次谐波的正弦

4、振幅值n次谐波的余弦振幅值n次谐波的均方根振幅，它和n次谐波的能量成正比信道的带宽越宽，那么能通过的谐波的次数就越高，接收端恢复的波形就越接近于原发送端的波形，相当于n越大则傅立叶级数中前n项求和得到的值越接近于原来的周期函数。8计算机网络--刘桂江2.1.2带宽与傅立叶分析(3/3)9计算机网络--刘桂江2.1.3信道的最大数据速率(1/3)信道的最大数据速率受信道的带宽制约。码元传输速率提高时，信号失真会更加严重。因此，在实际的信道上，码元传输的速率必然有个上限。10计算机网络--刘桂江2.1.3信道的最

5、大数据速率(2/3)奈奎斯特(Nyquist)推导出在理想低通信道下的最高码元传输速率的公式：“理想低通信道”就是信号的所有低频分量，只要其频率不超过某个上限值，都能够不失真地通过此信道，而频率超过该上限值的所有高频分量都不能通过该信道。理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaud若一个码元只携带1bit的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上是相等的。但若使1个码元携带nbit的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息速率则为M×nbit/s。(电平级数？)带宽(Hz)11计算机网络--刘桂江2.1

6、.3信道的最大数据速率(3/3)香农公式(信道的极限信息传输速率)：C=Wlog2(1+S/N)bit/sW为信道的带宽(以Hz为单位)；S为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高斯噪声功率信噪比的单位为dB，1dB=10lg(S/N)香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。12计算机网络--刘桂江2.2物理传输介质2.2.1双绞线2.2.2同轴电缆2.2.3光纤2.2.4无线传输媒体2.2.5卫星通信13计算机网络--刘桂江2.2.1双绞线(1/2)双绞线的特点：双绞线

7、（TwistedPair）也称双扭线，是一种最经常使用的物理媒体。把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合(twist)起来就构成了双绞线。双绞线的分类：非屏蔽双绞线屏蔽双绞线14计算机网络--刘桂江2.2.1双绞线(2/2)屏蔽双绞线非屏蔽双绞线15计算机网络--刘桂江2.2.2同轴电缆同轴电缆的特点：同轴电缆由内导体铜质芯线(单股实心线或多股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层(也可以是单股的)以及保护塑料外层所组成。按特性阻抗数值的不同，同轴电缆分为两类：50同轴电缆主要用于在数据

8、通信中传送基带数字信号，又称基带同轴电缆。75同轴电缆用于模拟传输系统，它是有线电视系统CATV中的标准传输电缆。在这种电缆上传送的信号采用了频分复用的宽带信号。16计算机网络--刘桂江2.2.3光纤(1/3)光纤的组成：光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有8~100m。正是这个纤芯用来传导光波。光纤的分类：单模光纤多模光纤17计算机网络