物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体,尽可能的屏蔽掉这些传输媒体和通信手段的差异,使数据链路层感觉不到差异这样差异,就可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务,而不必考虑网络具体的传输媒介和通信手段是什么。
1.机械特性:指明接口所用的接线器的形状和尺寸,引脚数目和排列,固定和锁定装置等。平时
常见的各种规格的接插件都有严格的标准化规定。(比如:有关标准连接器指针的数量的内容)
2.电气特性:指明接口电缆的各条线上出现的电压范围
3.功能特性:指明某条线上出现某一电压的意义
4.过程特性:知名对于不同功能的各种可能事件出现的顺序
源系统(包括源点和发送器),传输系统,目的系统(接收器和终点)
数据:运输消息的实体(通信的目的是传送消息)
信号:是数据的电气的或电磁的表现
模拟数据:连续数据,数据的变化是连续的(人说话的声音数据)
模拟信号:连续信号,特点是代表消息的参数的取值是连续的
基带信号:来自信源的信号,也就是基本[频带信号](https://baike.baidu.com/item/%E9%A2%91%E5%B8%A6%E4%BF%A1%E5%8F%B7)
数字数据:即离散数据,离散数据是不连续的(计算机键盘输出的就是数字信号,经过调制解调器 后,就转化成模拟信号了)
数字信号:离散信号,特点是代表消息的参数的取值是离散的
码元:码是信号元素和字符之间的事先约定好的转换
单工通信:又称单向通信,单方向通信无交互,(无线电广播和有线电广播以及电视广播)
半双工通信:又称双向交替通信,通信双方都可发送给信息但是不能同时发送,而是一方发送一方接收,过一段时间再反过来
全双工通信:又称双向同时通信,双方可以同时发送和接收消息
串行传输:数据在传输时是逐个比特按照时间顺序依次传输的
并行传输:数据在传输时采用了n个并行的信道。在每一个信道上,数据仍然是串行传输,但是把n个信道一起观察,可得出传输是每次n个比特
数字通信的优点:虽然信号在信道上传输时会不可避免的产生失真,但在接收端只要我们从失真的波形中能识别出来原来的信号,那么这种失真对通信质量就没什么影响。
从概念上讲,限制码元在信道上传输速率的因素有以下两个:
1.信道能通过的频率范围:
在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,传输速率超过此上限,就会出现严重的码间串扰问题,使
接收端对码元的判决(即识别)成为不可能
2.信噪比:
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
信噪比(dB) = 10 lg(S/N)
香农公式(指出信道极限传输速率C,表明信道的带宽或者信噪比越大,传输速率
越高)
C = W log2 (1+S/N) (2是以2为底,W为信道带宽(HZ),
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)
香农公式的意义在于:只要信道传输速率小于信道极限传输速率,就一定存在某
种方法来实现无差错传
从以上看出:对于带宽确定的信道,如果信噪比不能再提高,并且码元传输速率也达到了极限值,这就用编码方法让每一个码元携带更多比特的信息量。
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传输媒体 也称传输介质或者传输媒介,它是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
传输媒体分为两大类:
1:导引型传输媒体
2.非导引型传输媒体
1.双绞线:把两个相互绝缘的铜导线并排放在一起,然后用规则的方法绞合起来
就构成了双绞线。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。(比如电话系
统)
2.同轴电缆:同轴电缆由内导体铜制芯线,同轴电缆有较好的抗干扰特性。(
主要用于有线电视网的居民小区中)
3.光缆:通信容量大,传输损耗小,抗雷电,抗电磁干扰性好,无串音干扰,
好保密性,体积小,重量轻
4.架空明线:虽然铺设容易,但是通信质量差,受气候环境等影响较大
实际上就是利用自由空间来传播电磁波
如上图,用户在分配到一定的频带后,在通信过程中会自始至终都占用这个频带,可见频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的宽带(频率带宽)资源
将时间划分为一段段等长的时分复用帧,每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中暂用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙周期性的出现(周期就是TDM帧长度),因此TDM信号也叫等时信号,时分复用更有利于数字信号的传输。
码分多址CDMA
研分复用CDM (Code Diriston Multiplexing)是另一 利共享信道的方法。 实际上,人们更常用的名词是码分多址CDMARLode Division Multiple Accss每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此各用户之间不会造成干扰。码分复用最初用于军事通信,因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现。随着技术的进步,CDMA设备的价格和体积都大幅度下降,因而现在已广泛使用在民用的移动通信中,特别是在无线局域网中。采用CDMA可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性,减少干扰对通信的影响,增大通信系统的容量(是使用GSM的4~5倍”),降低手机的平均发射功率,等等。下面简述其工作原理。
在CDMA中,每一个比特时间再划分为m个短的间隔,称为码片(chip)。 通常m的值是64或(128。在下面的原理性说明中,为了画图简单起见,我们设m为8。
使用CDMA的每一个站被指派一个唯 一的m bit码片序列(chip sequence)。一个站如果要发送比特1,则发送它自己的m bit 码片序列。如果要发送比特0,则发送该码片序列的二进制反码。例如,指派给S站的8 bit 码片序列是00011011。当S发送比特1时,它就发送序列00011011,而当S发送比特0时,就发送1100100。 为了方便,我们按惯例将码片中的0写为-1,将1写为+1。因此S站的码片序列是(-1-1-1 +1+1-1+1 +1)。
现假定S站要发送信息的数据率为b bits由于每一个比特要转换成m个比特的码片,因此S站实际上发送的数据率提高到mbbit/s,同时S站所占用的频带宽度也提高到原来数值的m倍。这种通信方式是扩频(spread spectrum)通信中的一一种。扩频通信通常有两大类。一种是直接序列扩 频DSSS (Direet Sequence Spread Spectum), 如上面讲的使用码片序列就是这一类。另一种是跳频扩频FHSS (Frequency Hopping Spreaed Spectrum)。
CDMA系统的一个重要特 点就是这种体制给每个站分配的码片序 列不仅 必须各不相同,并且还必须互相正交(orthogona)。在实用的系统中是使用伪随机码序列。
两个不同站的码片序列正交,就是向量S和T规格化内积都是0.
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