物理层定义了与传输媒体的接口有关的一些特性。
机械特性。指明接口所用接线器的形状和尺寸,引脚数目和排列,固定的锁定装置等等,平时常见的各种规格的接插部件都有严格的标准化规定。这很像平时常见的各种规格的电源插头,其尺寸都有严格的规定。如图所示为某广域网接口和线缆接口。
电气特性。指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。比如- I OV~+ IOV 之间。
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。定义了在信号线上进行二进制比特流传输的一组操作过程,包括各信号线的工作顺序和时序,使得比特流传输得以完成。
信息(Message):通信的目的是传送信息,如文字、图像、视频和音频等都是消息。
数据(Data):信息在传输之前需要进行编码,编码后的信息就变成数据。
信号(signal):数据在通信线路上传递需要变成电信号或光信号。
模拟信号在传输过程中如果出现信号干扰发生波形发生变形,很难纠正。
数字信号波形失真可以修复
模拟信号可以转换成数字信号,转换过程有失真。所以听歌还要去演唱会现场,100%的音效。使用电脑听的音乐是转换成数字信号后再还原成模拟信号,就达不到现场效果了。
采样频率和采样精度决定音乐的品质
信道(Channel)是信息传输的通道,即信息进行传输时所经过的一条通路,信道的一端是发送端,另一端是接收端。一条传输介质上可以有多条信道(多路复用)。
单向通信
又称为单工通信,即信号只能向一个方向传输,任何时候都不能改变信号的传送方向。无线电广播或有线电视广播就是单工通信,信号只能是广播电台发送,收音机接收。
双向交替通信
又称半双工通信,信号可以双向传送,但是必须是交替进行,一个时间只能向一个方向传。有些对讲机就是用半双工通信,A端说话B端接听,B端说话A端接听,不能同时说和听。
双向同时通信
又称全双工通信,即信号可以同时双向传送。比如我们手机打电话,听和说可以同时进行。
来自信源的信号通常称为基带信号(即基本频带信号)。
调制可以分为两大类。
一类仅仅对基带信号的波形进行变换,使它能够与信道特性相适应。变化后的信号仍然是基带信号,这类调制称为基带调制。由于这种基带调制十八数字信号转换成另一种形式的数字信号,因此大家更愿意把这种过程称为编码(coding)
另一类则需要使用载波(carrier)进行调制,把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输,经过载波调制后的信号称为带通信号(即仅在一段频率范围内能够通过信道),而使用载波的调制称为带通调制。
有失真但可识别
失真太大无法识别
信道带宽
信道带宽=能够通过的最高频率-最低频率
模拟信号谐波成数字信号
数字信号高频带宽不能通过
奈氏准则(数字信号)
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,使接收端对码元的判决(即识别)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,那么就可以使用更高速率传递码元而不出现码间串扰。
理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaud
W是理想低通信道的带宽,单位为HZ。
Baud是波特,是码元传输速率的单位。
使用奈氏准则给出的公式,可以根据信道的带宽,计算出码元的最高传输速率。
在码元传输速率一定的情况下提高数据传输速率
码元传输速率一定,那就让一码元承载更多信息。8进制码元,一码元代表三位二进制数,16进制码元,一码元代表4进制数。
在工作电压一定的情况下,16进制码元波形差别就小,更容易受干扰。
要想增加码元之间的电压差别,那就要怎加工作电压,也就是提高发送信号的功率。
香农公式(适用于模拟信号和数字信号)
有噪声的信道的极限信息传输速率C:
C=W log2(1+S/N)(b/s)
式中,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
信噪比
所谓信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比,常记为S/N,并用分贝(dB)作为度量单位。即:
信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)
例如,当S/N=10时,信噪比为10dB,而当S/N=1000时,信噪比为30dB。
双绞线
同轴电缆
光纤
单一模光纤的光源要使用昂贵的半导体激光器,而不能使用较便宜的发光二极管。但单模光纤的衰耗较小,在2.5Gb/s的高速率下可传输数十公里而不必采用中继器。
光纤不仅具有通信容量非常大的优点,而且还具有其他的一些特点:
传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济。
抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。
无串音干扰,保密性好,也不易被窃听或截取数据。
体积小,重量轻。
无线电频段
短波通信
短波通信即高频通信,主要是靠电离层的反射。
微波通信
微波在空间主要是直线传播
无线局域网
要使用某一段无线电频谱进行通信,通常必须得到本国政府有关无线电频谱管理机构的许可证。但是,也有一些无线电频段是可以自由使用的(只要不干扰他人在这个频段中的通信),这正好满足计算无线局域网的需求。
频分复用FDM(Frequency Division Multiplexing)适合于模拟信号。
数字信号的传输更多使用时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)技术。
时分复用采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号, 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。
统计时分复用,需要给没有给用户添加一个标记,接收端用来区分用户。
交换机之间使用干道链路连接,可以通过多个VLAN的帧,就是给每个VLAN的帧添加帧标记。
光的频分复用
光纤技术的应用使得数据的传输速率空前提高。目前一根单模光纤的传输速率可达到2.5Gb/s。再提高传输速率就比较困难了。为了提高光纤的传输信号的速率,也可以进行频分复用,由于光载波的频率很高,因此习惯上用波长而不用频率来表示所使用的光载波。这样就得出了波分复用这一名词。
码分复用CDM(Code Division Multiplexing)又称码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)。是扩频通信技术(数字技术的分支)上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。
码片正交
什么是相互正交呢?两个不同站的码片序列正交,就是向量A 和B的规格化内积(inner product)都是0,令向量A表示站A的码片向量,令B 表示其他任何站的码片向量。
A ⋅ B = 1 m ∑ i = 1 m A i B i = 0 \mathrm{A} \cdot \mathrm{B}=\frac{1}{\mathrm{m}} \sum_{i=1}^{m} A_{i} B_{i}=0 A⋅B=m1i=1∑mAiBi=0
码片序列,自己和自己的格式化内积,为1。
A ⋅ A = 1 m ∑ i = 1 m A i ⋅ A i = 1 m ∑ i = 1 m A i 2 = 1 m ∑ i = 1 m ( ± 1 ) 2 = 1 A \cdot \mathrm{A}=\frac{1}{m} \sum_{i=1}^{m} A_{i} \cdot A_{i}=\frac{1}{m} \sum_{i=1}^{m} A_{i}^{2}=\frac{1}{m} \sum_{i=1}^{m}(\pm 1)^{2}=1 A⋅A=m1i=1∑mAi⋅Ai=m1i=1∑mAi2=m1i=1∑m(±1)2=1
自己和自己的反码序列-A格式化内积,为-1。
− A ⋅ A = 1 m ∑ i = 1 m − A i ⋅ A i = 1 m ∑ i = 1 m − A i 2 = 1 m ∑ i = 1 m − ( ± 1 ) 2 = − 1 -A \cdot \mathrm{A}=\frac{1}{m} \sum_{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{m}}-A_{i} \cdot A_{i}=\frac{1}{m} \sum_{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{m}}-A_{i}^{2}=\frac{1}{m} \sum_{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{m}}-(\pm 1)^{2}=-1 −A⋅A=m1i=1∑m−Ai⋅Ai=m1i=1∑m−Ai2=m1i=1∑m−(±1)2=−1
铜线宽带接入技术也就是xDSL(各种类型DSL(Digital Subscriber Line)数字用户线路的总称)技术,就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务。
ADSL属于DSL技术的一种,全称Asymmetric Digital Subscriber Line(非对称数字用户线路),亦可称作非对称数字用户环路。是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使其能够承载带宽数字业务。ADSL考虑了用户访问Internet的主要是获取网络资源,更多的下载流量,较少的上行流量,因此ADSL上行和下行带宽设计成为不对称。上行指从用户到 ISP,而下行指从ISP 到用户。
ADSL信道
基于ADSL的接入网的组成
光纤同轴混合网(HFC网)在1988年被提出,HFC是Hybrid Fiber Coax的缩写。HFC网是在目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。HFC网除可传送CATV外,还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。
从技术上讲,光纤到户FTTH(Fiber To The Home)应当是最好的选择。所谓光纤到户,就是把光纤一直铺设到用户家庭,在用户的家中才把光信号转换成电信号,这样用户可以得到更高的上网速率。
根据光纤到用户的距离来分类,可分成光纤到小区(Fiber To The Zone即FTTZ)、光纤到路边(Fiber To The Curb即FTTC)、光纤到大楼(Fiber To The Building即FTTB)、光纤到户(Fiber To The Home即 FTTH)以及光纤到桌面(Fiber To The Desk即FTTD)等。
移动互联网,就是将移动通信和互联网二者结合起来,成为一体。
4G全IP网络
基于子网的4G IP网络