第6章数据通信与物理层协议课件

第第6章数据通信与物理章数据通信与物理层协议6.1 物理层的基本概念物理层的基本概念6.1.1 物理层的主要服务功能物理层的主要服务功能v处于网络体系结构最底层，向数据链路层提供比特流传输服务v数据链路通过物理层接口传送比特流数据v将比特流进行编码，信号通过传输介质传输给下一个结点物理层物理层主要功能：物理层主要功能：v物理连接建立v维护与释放v比特流传输2020/12/1826.1.2物理层协议的类型物理层协议的类型1点点-点通信线路物理层协议点通信线路物理层协议v为建立、维护、释放数据链路之间比特传输的物理连接（机械、电气、功能、规程）vEIA-232-C标准规定了计算机串行通信接口与调制解调器之间物理接口（机械、电气、功能、规程）具体参数与工作流程v家庭接入通过ADSL物理层协议（上行/下行传输速率标准、传输信号编码格式、电平、同步方式、连接接口等内容）v线缆调制解调器（有线电视线缆接入）物理层标准有：“线缆数据业务接口规范DOCSIS”、IEEE802.14物理层标准2020/12/1836.1.2物理层协议的类型物理层协议的类型2广播通信线路物理层协议广播通信线路物理层协议v广播通信线路：有线、无线v有线传输介质（以太网802.3协议）包括多个物理层协议v无线局域网（IEEE802.11）物理层标准：跳频扩频、直接序列扩频v无线个人区域网（IEEE802.15.4）物理层标准：无线信道频段、调制方式、信号编码方式、发射与接收功率、同步方式2020/12/1846.2 信息、数据与信号信息、数据与信号6.2.1 信息与数据信息与数据v通信目的：交换信息（信息载体是文字、语音、图形、图像v数据通信：实现不同计算机之间传输（比特流模拟/数字信号传输）v数据：信息的载体（涉及事物表示形式，数据所表示内容的解释）v数据通信:传输二进制代码比特流（而不是解释代码所表示的内容）3种数据编码：种数据编码：vCCITT国际编码（5bit字符）v扩充的二-十进制交换码（EBCDIC码）v美国信息交换标准编码（ASCII码）2020/12/1856.2.2 信号与信道信号与信道v通信系统数据：数字数据（离散值，如0、1比特数）、模拟数据（具有连续变化值，如音频数据）v电信：数字信号（离散信号，比特0、1表示不同电平信号）、模拟信号（电平幅度连续变化）2020/12/1866.3 数据编码技术数据编码技术6.3.1 数据编码类型数据编码类型数据与数据编码关系2020/12/1876.3.2 模拟数据编码方法模拟数据编码方法v移幅键控ASKv移频键控FSKv移相键控PSKl绝对调相l相对调相l多相调制模拟数据信号编码方法2020/12/1886.3.3 数字数据编码方法数字数据编码方法数字编码方法2020/12/1896.3.4 脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法PCM的工作原理2020/12/18106.3.4 脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法采样采样、量化、编码、量化、编码2020/12/18116.4 数据通信系统结构与通信方式数据通信系统结构与通信方式6.4.1 数据通信系统结构数据通信系统结构数据通信系统基本结构2020/12/18126.4.2 数据通信方式数据通信方式1串行通信与并行通信串行通信与并行通信v串行通信：收发双方建立一条信道v并行通信：收发双方建立多条信道串行通信与并行通信2020/12/18136.4.2 数据通信方式数据通信方式2单单工工、半双工、半双工、全双工通信全双工通信2020/12/18146.4.2 数据通信方式数据通信方式3同步同步传输、异步传输传输、异步传输同步传输工作原理 异步传输工作原理2020/12/18156.5 传输介质传输介质6.5.1 双绞线的主要特性双绞线的主要特性2020/12/18166.5.2 同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性v基带同轴：仅用于数字信号传输v宽带同轴：用于数字信号和模拟信号传输（频分多路复用）2020/12/18176.5.3 光纤电缆的主要特性光纤电缆的主要特性光纤结构与传输原理光纤传输系统结构2020/12/18186.5.4 无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术1电磁波谱与移动通信电磁波谱与移动通信2020/12/18196.5.4 无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术2无线通信无线通信频段划分频段划分频率范围频率范围低频（LF）30300kHz中频（MF）300kHz3MHz高频（HF）330MHz甚高频（UHF）30300MHz特高频（VHF）300MHz3GHz超高频（SHF）3-30GHz极高频（EHF）30GHz2020/12/18206.5.4 无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术3微波通信微波通信高频无线电波的传播路径2020/12/18216.5.4 无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术4蜂窝无线通信蜂窝无线通信v第一代移动通信（模拟方式），语音信息以模拟信号传输v第二代移动通信2G（数字方式），GSM、TDMA等数字制式，手机接入互联网v第三代移动通信3G，实现互联网无缝漫游，处理音乐、图像、视频、网页浏览，电子商务活v第四代移动通信4G，高速上网，已经商用2020/12/18226.5.4 无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术5卫星通信卫星通信卫星通信的工作原理2020/12/18236.6 数据传输速率的定义与信道速率的极限数据传输速率的定义与信道速率的极限6.6.1 数据传输速率的定义数据传输速率的定义v数据传输速率：S=1/T（T 发送每个比特所需时间），网络系统重要标志v每秒传输数据代码比特数（bit/s，bps）注意几点：注意几点：v指结点向传输介质发送数据速率，即为发送速率v计算速率使用十进制，1kbps=1000bps1024bps（存储计算用二进制）v比特率B（波特）：用于模拟信号传输（每秒载波调制变化数，1/s）数据传输速率S（bps）、波特率B（baud）关系S=Blog2 k2020/12/18246.6.1 数据传输速率的定义数据传输速率的定义波特率（baud）多相调制的相数数据传输速率（bps）1200二相调制（k=2）12001200四相调制（k=4）24001200八相调制（k=8）36001200十六相调制（k=16）48002020/12/1825第第9章章 物理层与物理层协议物理层与物理层协议6.6.2 信道带宽与香农定理信道带宽与香农定理香农定理：香农定理：在有随机热噪声信道中传输数据信号，传输速率Rmax为：Rmax=Blog2(1+S/N)（bps）B：信道带宽（Hz）、S/N：信噪比v香农定理给出有限带宽、有热噪声信道的最大传输速率极限值v最大传输速率与带宽之间存在明确关系，可以用“带宽”表示“传输速率”2020/12/18266.7 多路复用技术多路复用技术6.7.1 多路复用的基本概念多路复用的基本概念1多路复用与通信信道多路复用与通信信道多路复用系统的结构与功能2020/12/18276.7.1 多路复用的基本概念多路复用的基本概念2多路复用技术多路复用技术1）频分多路复用FDM：设置互不重叠多个频率信道，传输多路信号2）波分多路复用WDM：光纤上复用多路光载波信号（光频分复用）3）时分多路复用TDM：为多个信道分配互不重叠时间片，传输多路信号4）码分多路复用CDM：3G手机移动通信共享信道方法（CDMA）5）正交频分多路复用OFDM：一种特殊的多载波传输技术2020/12/18286.7.2 时分多路复用时分多路复用1时分多路复用的分类时分多路复用的分类v同步时分多路复用将时间片预先分配给各个信道，时间片固定不变，各个信道发送和接收必须同步v统计时分多路复用异步时分多路复用，允许动态地分配时间片2020/12/18296.7.2 时分多路复用时分多路复用 同步时分同步时分2020/12/18306.7.3 频分多路复用频分多路复用v在一条通信线路上设置多个信道v每个信道中心频率不同，各信道频率范围互不重叠v一条通信线路可以同时传输多路信号2020/12/18316.7.4 波分多路复用波分多路复用v一根光纤上复用多路光载波信号（光的频分多路复用）v共享光纤远距离传输2020/12/1832谢谢观赏谢谢观赏