第2章 物理層
主要內容:
(1)物理層的任務.
(2)常用的信道複用技術.
(3)常用的寬帶接入技術
物理層基本概念
作用: 怎樣才能在 連接各種計算機的 傳輸媒體上 傳輸 數據比特流,而不是指具體的傳輸媒體.
-
源點(source)
源點設備產生要傳輸的數據 -
發送器
通常源點生成的數字比特流要通過發送器編碼後才能夠在傳輸系統中進行傳輸.
典型的發送器就是 調製器.
很多計算機使用內置的調制解調器(包含 調製器 和 解調器) -
目的系統
分爲: 接收器 和 終點
接收器
接收傳輸系統傳送過來的信號,並把它轉換爲能夠被目的設備處理的信息. -
終點
終點設備從接收器獲取傳送來的數字比特流,然後把信息輸出.
信號
根據信號中代表消息的參數的取值方式不同,信號分爲:
-
模擬信號
代表消息的參數的取值是連續的. -
數字信號
代表消息的參數的取值是離散的.
代表不同離散數值的基本波形就稱爲碼元.
在使用二進制編碼時,只有兩種不同的碼元,一種代表0狀態,而另一種代表1狀態.
信道
通信的雙方信息交互的方式分類:
(1)單向通信
即單工通信,即只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互.如無線電廣播.
(2)雙向交替通信
即半雙工通信,即通信的雙方都可以發送信息,但不能雙方同時發送(也不能同時接收).
這種通信方式是一方發送另一方接收,過一段時間後可以再反過來.
(3)雙向同時通信
即全雙工通信,即通信的雙方可以同時發送和接收信息.
單向通信只需要一條信道,而雙向交替通信或雙向同時通信則都需要兩條信道(每個方向各一條).
顯然,雙向同時通信的傳輸效率最高.
信道的極限容量
數字通信的優點:
雖然信號在信道上傳輸時會不可避免地產生失真,但在接收端只要從失真的波形中能夠識別出原來的信號,那麼這種失真對通信質量就沒有影響.
碼元傳輸的速率越高,或信號傳輸的距離越遠,或噪聲干擾越大,或傳輸媒體質量越差,在接收端的波形的失真就越嚴重.
限制碼元在信道上的傳輸速率的因素
(1)信道能夠通過的頻率範圍
在任何信道中,碼元傳輸的速率是有上限的,傳輸速率超過此上限,就會出現嚴重的碼間串擾的問題,使接收端對碼元的判決(即識別)成爲不可能.
(2)信噪比
噪聲存在於所有的電子設備和通信信道中.
由於噪聲是隨機產生的,它的瞬時值有時會很大,因此噪聲會使接收端對碼元的判決產生錯誤.
香農公式表明,信道的 帶寬 或 信道中 的 信噪比 越大,信息的極限傳輸速率就越高.
香農公式的意義在於:只要信息 傳輸速率 低於 信道的極限信息傳輸速率,就一定存在某種辦法來實現無差錯的傳輸.
物理層下面的傳輸媒體
傳輸媒體,即傳輸介質.
它就是數據傳輸系統中在發送器和接收器之間的物理通路.
傳輸媒體 分爲: 導引型傳輸媒體 和 非導引型傳輸媒體
導引型傳輸媒體
1．雙絞線
2．同軸電纜
3．光纜
非導引型傳輸媒體
信道複用技術
頻分複用,時分複用 和 統計時分複用
最基本的複用就是 頻分複用 FDM(Frequency Division Multiplexing)和 時分複用 TDM(Time Division Multiplexing).
頻分複用
用戶在分配到一定的頻帶後,在通信過程中自始至終都佔用這個頻帶.
頻分複用的所有用戶在同樣的時間佔用不同的帶寬資源.
時分複用
時分複用: 將時間劃分爲一段段等長的時分複用幀(TDM幀).每一個時分複用的用戶在每一個TDM幀中佔用固定序號的時隙.
波分複用
波分複用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)就是光的頻分複用.