频率低
随调制信 号的振幅 大小聚拢
或扩展
基带信号 载波信号
调幅信号 调频信号 调相信号
与载波相似 调制波增大， 调相波聚拢
调制波减小， 调相波扩展
信道的相关概念和信道的极限容量
• 调制和调制的方法 • 信道的极限容量
信道的极限容量
• 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。
➢ 数据传输方式选择（全双工、半双工与单工方式？）
数据传输
• 单向通信（单工） • 双向交替通信（半双工） • 双向同时通信（全双工）
单工
发送
单向通道
接收
(a)
发送
接收
半双工
接收
双向通道
发送
(b)
发送
接收
全双工
双向通道
接收
发送
(c)
物理层的主要任务及特性
• 物理层的主要任务 • 物理层的特征
物理层的特征
五层协议的体系结构
5 应用层 4 运输层 3 网络层 2 数据数据链链路路层层
1 物理层
• 应用层(application layer) • 运输层(transport layer) • 网络层(network layer) • 数据链路层(data link layer) • 物理层(physical layer)
此外，信道带宽B内的噪声功率N=n0B，n0是单边功率谱密度
lim
S
C
lim
S
B log2
1
S n0 B
物理传输媒体
主机 2 AP2 5
4
3
数据链 路层 物理层
物理层的主要任务
• 物理层向数据链路层提供的服务：
➢ 物理连接的建立、维护与释放 ； ➢ 数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理
层，通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个 数据链路实体。
• 物理层设计时主要考虑的是：
➢ 如何在连接开放系统的传输介质上传输各种数据的比特 流；
• 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。
• 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的 出现顺序。
由于缺乏必要的通信知识，在介绍物理层 通信时我们需要补充关于数据通信的基础 知识！
信道的相关概念和信道的极限容量
• 调制和调制的方法 • 信道的极限容量
信道的相关概念和信道的极限容量
• 调制和调制的方法 • 信道的极限容量
调制和调制的方法
• 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。为了解决这一问题，就必须对基带信 号进行调制(modulation)，即加载载波信号。
➢导向传输媒体 ➢非导向传输媒体
• 物理层的软件技术
➢信道复用技术 ➢数字传输系统技术 ➢宽带接入技术
物理层的主要任务及特性
• 物理层的主要任务 • 物理层的特征
物理层的主要任务及特性
• 物理层的主要任务 • 物理层的特征
主机 1 AP1 5
4
3
数据链 路层 物理层
电信号（或光信号）在传输媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层
• 1924年，奈奎斯特就推导出了著名的奈氏准则。他给 出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元 的传输速率的上限值。
• 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就 会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的识别成为 不可能。
• 如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分 量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现 码间串扰。
数据通信系统的基础概念
• 信号是数据在传输过程中电信号的表示形式； • 模拟信号的信号电平是连续变化的； • 数字信号是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的
电压脉冲信号表示； • 按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模
拟通信系统与数字通信系统两种。
V(t)
V(t)
0
t
0
t
模拟信号
数字信号
•最基本的二元制调制方法有以下几种： 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。
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0 调幅 调频 调相
思考：三种方式中哪种抗干扰性能最好，为什么？
频率高
传输层
请快递 运输
情书
应用层
物理层
送信 数据链路层 遵守交通规则
网络层 问路
物理层
提纲
• 物理层的主要任务及特性 • 数据通信的基本知识 • 物理层的硬件设施
➢导向传输媒体 ➢非导向传输媒体
• 物理层的软件技术
➢信道复用技术 ➢数字传输系统技术 ➢宽带接入技术
提纲
• 物理层的主要任务及特性 • 数据通信的基本知识 • 物理层的硬件设施
• 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。
数字信号通过实际的信道
• 有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
• 失真大，无法识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
(1) 信道能够通过的频率范围
(2) 信噪比
• 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受 限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错 的信息传输速率。
• 信道的极限信息传输速率 C 可表达为
•
C = W log2(1+S/N) b/s
W 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。
数据通信系统的模型
数据通信系统
输入 汉字
数字信号 模拟信号
模拟信号公公用用电电话话网网数字信号显示 汉字
PC 机 调制解调器
调制解调器 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
噪声源
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
数据通信的基本知识
• 数据通信系统 • 信道的相关概念和信道的极限容量
提纲
• 物理层的主要任务及特性 • 数据通信的基本知识 • 物理层的硬件设施
➢导向传输媒体 ➢非导向传输媒体
• 物理层的软件技术
➢信道复用技术 ➢数字传输系统技术 ➢宽带接入技术
数据通信的基本知识
• 数据通信系统
• 信道的相关概念和信道的极限容量
数据通信的基本知识
• 数据通信系统 • 信道的相关概念和信道的极限容量