1、1,第二章 物理层,基本概念数字通信基础传输介质,模拟和数字传输接口举例驱动开发,2,物理层的基本概念,目标：可靠的传输bit流物理层应该关心的东西： 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性一般使用串行传输,3,信道，电路单工，半双工，全双工，模拟信号，数字信号基带，宽带比特，波特,数字通信基本概念,4,基本通信模型,信道通常可分为： 模拟信道（连续的）； 数字信道（离散的）信道容量： 单位时间内信道能传送的最大信息量，从物理上看，信道的容量可以视为最大传输速率。,5,信息量,离散信息源： 对于一个以概率P1,P2,.Pn发出信号A1,A2,.An的信息源, 其信息量当Pi = 1/n时，m位
2、二进制数的信息源 ：H=Hmax=log2n= log22m =m模拟信息源：,6,使用数字信道传送模拟信号 在理想的无噪声信道，若 f 是传输媒体的最大传输频率, 采样频率为2*f 时，接收方才可以从采样脉冲信号中完全恢复原信号 F2f 其中，f是模拟信号的最高频率,奈奎斯特（Nyquist）理论,例子： 例如话音的频谱为1003000Hz，数字话音的采样频率应大于23000Hz取为8000Hz，即每秒采样8000点。并采用8位A/D转换。所以一路数字话音，需要88000=64000（bps）的容量的数字通道来传输,7,香农（Shannel）公式,高斯噪声干扰信道,使用模拟信道传送数字信号模
3、拟信道极限容量,8,也称之为传输媒体 导向传输介质双绞线、 同轴电缆、光纤非导向传输介质无线电、短波、微波、卫星、光波,传输介质,9,几种媒体的传输频带,10,双绞线,100欧姆双绞线按其性能（每公里的带宽）分为：,4类：规定为20MHz,6类：规定为250MHz,3类：规定为16MHz,5类/5E类：规定为100MHz,7类：规定为600MHz,11,屏蔽双绞线 (STP)以箔屏蔽以减少 干扰和串音,非屏蔽双绞线 (UTP)常用3类、5类，双绞线外没有任何附加屏蔽，依靠绞合次数合绞合度抗干扰,双绞线的类型,12,双绞线的布线标准,双绞线的制作分为三个步骤：分线：EIA/TIA的布线标准中规定
4、了两种双绞线的线序568A与568B。标准568A：橙白-1，橙-2，绿白-3，蓝-4，蓝白-5，绿-6，棕白-7，棕-8；标准568B：绿白-1，绿-2，橙白-3，蓝-4，蓝白-5，橙-6，棕白-7，棕-8。如果是hub到计算机的连线，两头都使用一种标准分线；如果是hub到hub或计算机到计算机，则连线的两头分别使用不同的标准插线：RJ-45接头（水晶头）压线：测试,13,基带 一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输宽带 一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号，75 ，用于模拟传输，300450MHz，100km，需要放大器,同轴电缆,14,基带同轴电缆,粗缆：标准为10BASE -5，
5、无中继传输距离500米，容量为10Mbps。细缆：标准为10BASE-2，无中继传输距离186米，容量为10Mbps。同轴电缆的特征阻抗50，用曼彻斯特编码。早期的以太网普遍采用同轴电缆，是典型的总线结构，存在着一系列的缺点：只能支持10Mbps的容量; 不可靠，一旦电缆损坏会造成整段网络不匹配而瘫痪。,15,宽带同轴电缆系统,16,传输频带很宽，数据率高，通信容量大； 传输损耗小，中继距离长； 抗雷电和电磁干扰性能好； 无串音干扰，保密性好； 体积小，重量轻。,光纤,17,光纤传送模式,18,芯,封套,光纤剖面结构,19,特点：使用电磁波无需物理连接适用于长距离,无线介质,类别：无线电卫星微
6、波红外线,20,固定终端点（基站）和终端之间是无线链路,F1, F2, F3 = 使用的频率,无线电,21,两个地面站之间传送距离：50 -100 km,地面微波接力,22,使用微波使用转发器接收和转发,C波段 4/6波段 上行5.925 - 6.425 GHz 下行3.7 - 4.2 GHz Ku波段 11/14波段 上行14 - 14.5 GHz 下行11.7 - 12.2 GHzKa波段即20/30波段 上行27.530.5GHz 下行17.721.7GHz,卫星,23,与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球,地球同步卫星,24,红外线和毫米波 用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控也
7、可用于无线LAN缺点：不能穿透固体,光波传输应用：在屋顶用激光连接两个建筑物的LAN缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响,其它无线介质,25,常用传输媒体的比较,26,物理层模型,27,模拟传输和数字传输,28,传统电话系统的分级交换传统的长途干线：FDM回波: 传统干线的影响现代的长途干线：数字化用户线：仍然是模拟的,信号在模拟线路特点1、基带信号频率信号多2、各个频率信号衰减不同3、线路中存在噪声和干扰信号,这些特点将产生信号失真具体解决办法：1、调制；2、使用数字信道,模拟传输系统,29,调制技术,30,数据率 = n x 信号速率,多级调制方法,31,数字信号的A/D转换,32,采样信
8、号：基于nyquist理论,PCM,33,PCM 转化过程,34,Modem的作用和原理,传统的电话网络在传送计算机数据的时候容易失真，主要是由于基带信号含有多种频率成分，不同的频率成分衰减不同，同时还有噪声和干扰信号基带方波的频率成分多，经过调制后，会很好解决传输失真问题Modem的作用是及时进行A/D和D/A转换，有的交换机具有对应的转换,MODEM的典型应用,M,35,高速Modem,33.6k bps Modem (V.34)量化噪声56k bps Modem (V.90)Modem 速度自适应ADSL ModemCable Modem,D/A,交换机A/D,交换机A/D,D/A,IS
9、P,M,36,PCM体制的由来数字传输系统的数据率标准：T-标准北美、日本E-标准欧洲、中国、南美,数字传输系统,37,T1 载波系统,38,数据率 = (24x8 +1 bit)/125 ms = 1.544 Mbps,DS-1 帧,39,T - 载波系列,40,30 话音信道+2 控制信道,E1-帧,41,E - 载波,42,64,三大数字体系,43, DTE（数据终端设备）：具有一定数据处理能力及收发数据能力的设备，如计算机。 DCE（数据电路端接设备）：在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接，如MODEM, 机械特性：25针插座 电气特性：低
10、于-3伏表示“1”， 高于4伏表示“0”，最大速率为20Kbps, 最大电缆长度为15米。 功能特性：引脚信号的含义，如DTR表示DTE通电，DSR表示DCE通电 规程特性： 动作的顺序,EIA RS-232-D 标准,44,DTE,DTE,利用虚MODEM连接两台计算机,45, RS-449：规定机械特性、功能特性和规程特性，与CCITT V.35一致 RS-423-A：规定电气特性为非平衡传输，有公共地，电缆长度10米，最大数据率为300kbps RS-422-A：规定电气特性为平衡传输，无公共地，电缆长度超过60米，最大数据率为2Mbps,RS-449,46,其它物理层接口,V.35G.
11、703中继器一些说明：同步和异步UART标准化的重要性接口的使用,47,通用串口芯片,825016550 （更多的收发缓冲区，减轻cpu负担）,| 分类| 9针连接器 | 25针连接器 | 信号名称 | 缩写 | 3 | 2 | 传输数据 | TD | 2 | 3 | 接受数据 | RD |控制 | 7 | 4 | 请求发送 | RTS | 8 | 5 | 清除发送 | CTS | 6 | 6 |数据设备接续| DSR | 1 | 8 | 载波检测 | CD | 4 | 20 |数据终端就绪| DTR | 9 | 22 | 振铃指示 | RI |,48,硬件驱动程序要点,准备工作（需要的知识）
12、操作系统的接口芯片的工作机制熟悉各个寄存器及其每一位的作用驱动程序性能要求一般驱动程序的组成：初始化中断处理程序收发接口配置控制接口,49,串口驱动,一、初始化串口：int serial_init(int baudrate)数据结构初始化；硬件初始化；安装中断二、中断服务程序：void serial_isr()判断中断类型，中断处理，中断清除三、I/O接口：int serial_putc(char c)；int serial_getc( char *value)四、控制接口： int serial_close(void)；void serial_reset(void),50,Modem开发,1
13、、Modem的功能2、Modem的原理3、AT命令4、Modem的开发及其程序结构5、ADSL Modem原理简介6、PPPOE7、ADSL Modem的开发,51,Modem的功能,1、通用电话功能Caller ID, Voice compress, Speakerphone2、数据传输功能Data Error Correction & Compression3、传真功能一类，二类传真,52,Modem的原理,Modem应用原理图,除了串口，还可以使用并口，PCI, ISA接口,53,一种Modem的电路原理图,DM6588和DM6580芯片使用原理图,54,AT命令,A command l
14、ine is made up of three elements: the prefix, the body, and the termination character.the prefix：AT or atThe body: 一般忽略空格，除非是字符串and the termination character：可以设置，缺省是CR如：atdt87654321不同的modem或其芯片有详细的AT命令说明,55,Modem的开发,1、硬件接口层（一般RS232串口）初始化，中断处理，输出，输入2、AT命令层通用的AT命令函数3、应用处理层对不同业务的数据处理和AT命令调用4、应用界面层提供给用
15、户的接口界面,56,Modem软件结构,不同的层次使用不同的函数前缀底层一般使用c语言在windows中，下面2- 3层已经有API调用,驱动：串口，PCI等,AT命令,传输数据,声音处理,传真,应用界面,57,ADSL MODEM原理,主要分为cap调制（carrierless amplitude and phase modulation：无载波幅相调制）和dmt调制（discrete multi tone modulation：离散多音调制）。前者cap方法简单，实现容易，后者dmt技术复杂，但功能更强。两种技术互不兼容，设备之间无法互连，影响了adsl的推广。不过现在市场上的产品基本上以cap调制技术为基础,58,ADSL 数据传输示意图,59,PPPOE,在以太网上面运行PPP协议用户具有熟悉的界面便于管理Reference: RFC 1661, “The Point-to-Point Protocol (PPP)” RFC 2516, “A Method for Transmitting PPP Over Ethernet (PPPoE)”,60,ADSL modem的驱动过程,以太网驱动,PPPOE,PPP,传统TCP/IP,串口驱动,
