计算机网络第二章-物理层

第二章 物理层

目录

物理层基本概念

数据通信基础知识

关于（channel）信道的概念

 

常用编码方式

基本带通调制方式：

信道极限容量讨论：

物理层下面的传输媒体

信道复用技术：复用即为共享信道

 

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本章最重要的内容是：

1:物理层的任务

2：几种常用的信道复用

3：几种常用的宽带接入技术，主要是ADSL和FTTx

1. 物理层基本概念

物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的有关特性

1机械特性

指的是接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等

2 电气特性

指明在接口电缆的各个线上出现的电压范围

3 功能特性

指明某条线上出现的某一电平的电压的意义

4 过程特性

指明对于不同功能的各种可能事件出现的顺序

1. 数据通信基础知识

数据通信系统模型

数据通信系统可以分为：源系统、传输系统、目的系统这三部分

源系统有：source原点，发送器组成。

目的系统有：接收器、终点组成。

通信即为传输（message）消息

信号分为两大类：
1 模拟信号（连续信号），2数字信号（离散信号）

关于（channel）信道的概念

信道 用来表明某一方向传送的信息媒体。

通信交互方式角度的三种基本方式：
1 单向通信：单工通信，只能一个方向的通信没有反方向的交互如：有无线电广播、电视广播。
2 双向交替通信：半双工通信，通信双方都可以发送信息，但不能同时双方同时发送。
3 双向同时通信：全双工通信，通信双方可以同时通信接收和发送。

调制分类：
1 基带调制：对基带信息进行变换。变换后仍为基带信号。
（常称为编码）
2 带通调制：使用载波进行调制。

常用编码方式

数字信号常用的编码方式

不归零编码：正电平代表1，负电平代表0.
归零制：正脉冲1，负脉冲0.
曼彻斯特：位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1.反之也可以定义
差分曼彻斯特：在每一位的中心出始终都有跳变。位开始边界有跳变为0，而位于开始界面没有跳变代表1.

基本带通调制方式：

信道极限容量讨论：

在通信领域许多学者都在努力的寻找一种提高数据传输效率的途径。然而实际情况很复杂。我们都知道数字通信优点在于：在信道传输中都或多或少有失真，但在接收中依然能识别出原来的信号这也不影响我们进行发送消息。如果失真过大就会在接收端无法识别。对信号的干扰有如下因素：速率、传输距离、噪声、媒体质量。

1 信道能过通过的频率范围

具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。而高频分量往往不能通过信道。接收端的信号失去码元之间的清晰界限——码间串扰。

1924年Nyquist对此研究推导出了著名的奈氏准则。虽然奈氏准则公式不是计算机网络物理层的所讨论的范围但也稍作介绍，详细可见通信原理和信号与系统的教科书。

奈氏准则：指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；即为每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元.
①任何违反这一准则的信道或滤波器，都被认为因码间干扰而不能无失真地恢复脉冲样
点值
②脉冲信号的传输率的最大极限值为信道带宽的两倍，即 Nyquist 传输率；
    C=2WlogM

2信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比。

香农公式：指出信道的极限信息传输速率；
C=Wlog2（1+S/N)（bit/s)
C是数据速率的极限值，单位bit/s；W为信道带宽，单位Hz；S是信号功率（瓦），N是噪声功率（瓦）。

从这个公式中，我们也可以得知：

 信噪比越大（也就是信号比例越大），容量也越大。
当噪声很大（例如极限情况，无限大），那么信噪比接近0，C的结果为0。也就是说，噪声太大没法传输任何信号。

1. 物理层下面的传输媒体

导引型传输媒体

1 双绞线（用户线、用户环路）：模拟通信、数字传输可以使用，通信距离为几公里到几十公里。

2 同轴电缆： 般是由四层物料造成：最内里是一条导电铜线，线的外面有一层塑胶（作绝缘体、电介质之用）围拢，绝缘体外面又有一层薄的网状导电体（一般为铜或合金），然后导电体外面是最外层的绝缘物料作为外皮。

主要用在：有线电视网。

3 光缆：优点 传输损耗小、中继距离长、抗雷电和电磁干扰，无串音干扰，保密性好、体积小重量轻。

1. 信道复用技术：复用即为共享信道

频分复用FDM：用户在分配到一定的频带后通信过程中自始至终都占用这个频带。特点：频分复用的所有用户在同样的时间占用不同带宽资源

时分复用：所有用户在不同的时间用同样的频带宽度。
优点：技术成熟，缺点不够灵活

统计时分复用（STDM)又称异步时分复用

波分复用WDM（光的频分复用）

码分复用CDM（CMDA）；码分多址
码分复用最初使用与军事。有很强的抗干扰能力，频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

在CDMA中，每个比特时间再划分为m个短的间隔，成为码片，通常m值为64或128，一般m=8

规则如下：

1、使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列，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0，则发送该码片序列的二进制反码，按照惯例将码片中的0写成-1，将1写成+1、

例如 站点A：0 0 0 1 1 0 1 1 一般写成-1 -1 -1 1 1 -1 1 1

发送比特1，则A站发送码片序列为（0 0 0 1 1 0 1 1）表示发送1

2、【CDMA给每一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，】用数学公式表示为，令向量S表示站S的码片向量，再令T表示其他任何站的码片向量，两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积为0

在这里插入图片描述

3、任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1

4、任何一个码片向量和该码片的反码的向量的规格化内积都是-1

详解：https://blog.csdn.net/Lucinda6/article/details/116611350

 

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