中国科学技术大学：《计算机网络 Computer Networks（计算机通信网）》课程教学资源（PPT课件讲稿）Chapter 02 物理层（卢汉成）

Chapter2物理层

Chapter 2 物理层

主要功能 激活物理连接以便传送数据 原始比特数据传送，分为同步传送和 应用层 异步传送模式，全双工和半双工传送模式 传输层 物理层连接去激活 网络层 相关协议 数据链路层 接口物理规范等 设备间信号的传送方式，包括调制方 物理层 式、编码和使用信号处理与传输线路的特 性匹配

应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 主要功能 激活物理连接以便传送数据 原始比特数据传送，分为同步传送和 异步传送模式，全双工和半双工传送模式 物理层连接去激活 相关协议 接口物理规范等 设备间信号的传送方式，包括调制方 式、编码和使用信号处理与传输线路的特 性匹配

Chapter2物理层 ■2.1数据通信的理论基础 ■2.2传输介质 ■2.3数字调制与多路复用 ■2.3电话系统 ■2.4交换技术

Chapter 2 物理层 ◼ 2.1数据通信的理论基础 ◼ 2.2传输介质 ◼ 2.3数字调制与多路复用 ◼ 2.3电话系统 ◼ 2.4交换技术

Chapter2物理层 ■2.1数据通信的理论基础 ■2.2传输介质 ■2.3数字调制与多路复用 ■2.3电话系统 ■2.4交换技术

Chapter 2 物理层 ◼ 2.1数据通信的理论基础 ◼ 2.2传输介质 ◼ 2.3数字调制与多路复用 ◼ 2.3 电话系统 ◼ 2.4交换技术

问题1：物理介质为什么会有最大传输速率限制？

问题1：物理介质为什么会有最大传输速率限制？

2.1数据通信的理论基础 2.1.1 Fourier级数 任何正常的周期为T的函数g()都可以展开成 Fourier级数，即 g(t)= 2c+∑a,sin2ni)）+2h,cos2ufm n=l n=l f=1/T:基频 anb: n次谐波(Harmonics)Fourier分量的正 弦和余弦振幅 gt0snm2xn0h&-子g0eas2=子gto0d 0=1

2.1数据通信的理论基础 ◼ 2.1.1 Fourier 级数 ◼ 任何正常的周期为T的函数g(t)都可以展开成 Fourier级数，即 ：基频 ：n次谐波（Harmonics）/Fourier分量的正 弦和余弦振幅 f T =1/ , n n a b 0 2 ( )sin(2 ) T n a g t nft dt T =   0 2 ( )cos(2 ) T n b g t nft dt T =   0 2 ( ) T c g t dt T = 

xample:8bit的ASC1l码“b的位式01100010 11000 1 0 0.50 0.25 0 Time 123456789101112131415 信号波形 谐波号 )sin(2ngdr)co2drd a,= an [cos(πn/4)-cos(3πn/4)+cos(6πn/4)-cos(7πn/4)] 元n 1 [sin(3元n/4)-sin(πn/4)+sin(7πn/4)-sin(6πn/4)] 元n c=3/4 The root mean square(rms)amplitudes is (an2+bn2)1/2 rms振幅的平方与对应频率的传输能量成正比

信号波形 谐波号 Example: 8 bit的ASCII码“b”的位式 01100010 The root mean square (rms) amplitudes is (an 2+bn 2) 1/2 rms振幅的平方与对应频率的传输能量成正比 0 2 ( )sin(2 ) T n a g t nft dt T =   0 2 ( )cos(2 ) T n b g t nft dt T =   0 2 ( ) T c g t dt T = 

带宽 信号在物理介质中的传输总会有衰减， 从O到某一个频率fc,若对应Fourier分 量（谐波）振幅不会有明显减弱，这段 频率范围被称为带宽 ·fc:截止频率，通常为保留一半能量的频率 带宽由物理介质的材料构成、厚度和长 度等来决定

带宽 ◼ 信号在物理介质中的传输总会有衰减， 从0到某一个频率fc，若对应Fourier分 量（谐波）振幅不会有明显减弱，这段 频率范围被称为带宽 ◼ fc：截止频率，通常为保留一半能量的频率 ◼ 带宽由物理介质的材料构成、厚度和长 度等来决定

0.50 0.25 Time 123456789101112131415 Harmonic number &0=5S+∑ansin2(rf0+∑bacos((2uf0 1 harmonic (b) 2 harmonics 2 假定比特率为：a比特/秒 则周期T=8/a秒 4 harmonics △ f=1/T=a/8 Hz 对于普通话音级线路，截 1234 止频率大约为3000Hz。 d 即能通过的最高次谐波 8 harmonics nf=3000 n=3000/(a/8) 12345678 =24000/a Time Harmonic number (e)

假定比特率为：a比特/秒 则周期T=8/a 秒 f=1/T=a/8 Hz 对于普通话音级线路，截 止频率大约为3000 Hz。 即能通过的最高次谐波 nf=3000 n=3000/（a/8） =24000/a

T=8/af=a/8 传输速率与信道的带宽成正比 n*a/8=f 限制信道的带宽就是限制传输速率 取f=3000Hz,n=3000/(a/8)=24000/a bps T(ms) f harmonics 300 26.67 37.5 80 600 13.33 75.0 40 1200 6.67 150.0 20 2400 3.33 300.0 10 4800 1.67 600.0 5 9600 0.83 1200.0 2 19200 0.42 2400.0 1 38400 0.21 4800.0 0 0110 00 1 0 2 harmonics 0 Time- 12

传输速率与信道的带宽成正比 限制信道的带宽就是限制传输速率 bps T(ms) f # harmonics 300 26.67 37.5 80 600 13.33 75.0 40 1200 6.67 150.0 20 2400 3.33 300.0 10 4800 1.67 600.0 5 9600 0.83 1200.0 2 19200 0.42 2400.0 1 38400 0.21 4800.0 0 T=8/a f=a/8 n*a/8=fc 取fc=3000Hz，n=3000/(a/8)=24000/a