2.数据通信-物理层（一）

一、数据通信概念

1.重点名词

信源: 数据的发送端。

信道: 数据传送的中间环节（网线、光纤等）。

信宿: 数据的接收端。

数字信号: 010101011101这样的数据信号，在电路中一般以两种不同的物理状态表示，数字信号是离散的，利用数字信号的通信方式叫数字通信。

模拟信号: 模拟信号一般呈波形，是连续的，每个时间点都代表一个数值模拟真实环境中的状态，利用模拟信号的通信叫模拟通信。

二、数据通信计算（重点）

0.带宽：

是指信号的数据传输能力，单位时间内通过数据链路的数据量，在模拟信号系统中又叫频宽，带宽是一个单位数值。

1.模拟信道的带宽计算公式：

f2代表信道高频点，f1代表信道低频点,二者相减（也可理解为峰值相减），信道的频率区间就是带宽。

模拟信道的带宽直接由传输硬件允许通过的信号频率决定，所以当信道的电路固定了，带宽也是固定的。

2.数字信道带宽计算：利用奈奎斯特定理 B = 2W 得出以下公式 （无噪声影响）（ 重点）

① 各符号含义：

R：为数据速率，W：是带宽，B：是码元速率、波特率，N：是码元种类,log2N计算得出的叫信息量n，数字信道中常用提升信息量的方式 (也就是提升码元种类) 来提升数据速率。

② 公式变形总结：

B = 2W 、 n = log2N 、 R = Bn = Blog2N = 2Wlog2N

奈奎斯特定理用来计算无噪声影响的信道带宽。

3.数字信道带宽计算： 香农定理（有噪声影响）（ 重点）

① 各符号含义：

C是数据速率，W为带宽，s是有用信号的平均功率，n是噪声的平均功率，s/n是信噪比。

② 考点：

(1) 信噪比 和 分贝数关系：

注意：当s/n=1000时，信噪比为30dB；s/n=100000时，信噪比为50dB。

简单来记：s/n中有几个0，就是几十分贝。

2为底1000的对数约为10，因为2的10次方为1024，计算机1二进制中的1K来源此。

(2) 波速 = 波长 * 频率（f = 1/T）

(3) R(数据速率) = 几位数 * 周期频率

这个几位数是和下面量化等级结合考，如每个样本量化为256（2^8）个等级也就是8位比特数。

4.计算中需要注意的几个数值：

① 在网络通信中数据量的进率是1000，1M = 1000b

② 在数据存储中数据量的进率是1024，1G = 1024M，1M = 1024K

③ 信道时延（延迟）：电缆信道的延迟200m/μs，读作200米每微秒 1ms（毫秒） = 1000μs 1s = 1000ms = 10^6 μs 经过单位换算就可以得出200km/ms、200000km/s 这个是因为电信号在电缆中传输的速度为光速的77%得出的 卫星信道时延：270m/s（会考但不会给你） 卫星距离地面36000公里，电波信号一个来回是0.27s 。

三、通信传输介质

1.双绞线:

非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair)和屏蔽双绞线STP（Shield Twisted -Pair） 三类（带宽16Mbps）、五类（100Mbps）、超五类（ 100Mbps ）、六类（1000Mbps）

b/s（bps） : 比特每秒 。

双绞线水晶头制法分T568A和T568B两种： T568A顺序为：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕 T568B顺序为：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕 主要用的是1236这四根，实际上标准接法T568A/T568B二者并没有本质的区别 两种方式不同的地方就是1、3互换2、6互换 双绞线两头制法相同叫直通线，制法不同叫交叉线。

计算机、交换机、路由器之间连接方式 相同设备间用交叉线，不同设备间用直通线，这里有个例外，就是计算机和路由器之间用交叉线，因为计算机是具有路由功能的。

2.同轴电缆分粗细两种：

（1）优缺点：

优点：是传送距离长，信号稳定。 缺点：是体积大，易受外界压力影响。

（2）物理结构：

（3）常见应用范围：

常见应用范围：有线电视，闭路监控系统，音响设备等。

100Base-TX/T4/FX : 100代表 100Mhz（频率）。Base代表基带（基带是以太网使用的通信方式）。TX/T4/FX规格

微波（无线电波）：延迟，卫星距离地面36000公里，电波信号一个来回是0.27s 。

地面1000kHZ - 11000KHZ。易受电磁波干扰。

3.光纤（红外）：单模光纤SMF和多模光纤MMF（必须掌握，考点二者区别）

单模光纤多模光纤区别.png

四、数据调制编码（重点）

1.数字信道（PCM）编码步骤分为：

采样（两倍）、量化（分等级,如128等级(128是2^7)也就是7位数）、编码（转为二进制）。

PCM编码是把将模拟信号转为数字信号的过程。

数字信道编码步骤采样.png

量化编码：不考计算，考数值。如给你一个二进制代码，模拟电平多少 V。

量化编码.png

2.模拟信号调制为模拟信号：

调幅（AM）：依据传输的原始模拟信号变化来调整 载波 的振幅。

调频（FM）：依据传输的原始模拟信号变化来调整载波的频率。

调相（PM）：依据传输的原始模拟信号变化来调整载波的相位.

3.数字信号调制为模拟信号：

调幅ASK、调频FSK、调相PSK、DPSK信号。（ASK、FSK 不考，考 PSK、DPSK）

1、调幅ASK： 幅移键控

Amplitude Shift Keying，载波的幅度随着基带信号的变化而变化，也称为开关键控。

调幅ASK.png

2、调频FSK：频移键控

Frequency Shift Keying，载波的频率随着基带信号的变化而变化。

调频FSK.png

3、调相PSK：相移键控

phase Shift Keying，载波相位随着基带信号的变化而变化。

PSK最简单的为BPSK，2种相位；较为复杂的是高阶PSK，即用多个输入相位来表示多个信息位。

4PSK又称为QPSK，使用2^2个输出相位表示2个输入位。 8PSK使用2^3个输出相位表示3个输入位。(输入位为输出相位的2的多少次幂）

（重点）DPSK 又叫做 2倍的DPSK（即2DPSK）

调相PSK.png

相对PSK（其实就是 DPSK）：遇到0延续，遇到1翻转。

绝对PSK：

4.正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation QAM）：将ASK\PSK 组合在一起，4个码元种类。

利用正交幅度调制是把两个幅度相同相位相差90° 的模拟信号合为一个载波信号。（90°是考点）

通常有4QAM,8QAM,16QAM,64QAM等。如16QAM指包含16种符号的QAM调制方式。

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4、常见调制技术总结:（这里是重点）

会结合款埃斯特计算出码元种类找调制技术，若码元种类为2会给图。特性也得记住

QPSK对应的角度。

码元种类/比特位（得记住）

常见调制技术总结.png

5、极性编码：单极性码、极性码、双极性码

（1）单极性码：

只有正极、零级。0 表示 正电平 ，1 表示 零电平。

（2）极性码：

0 表示 正电平 ，1 表示 负电平 。

（3）双极性码（AMI信号交替反转码）

0 表示 零电平；遇到1正负电平 交替转换

极性编码.png

6、归零性编码：RZ（归零码）、NRZ（非归零码）、双相码

（1）归零码（RZ）：

正电平到0电平表示 0 ； 负电平到 0 电平表示 1 .

（2）非归零码（NRZ）：

0 表 正电平 ; 1 表 负电平（注意若是相邻两个 1 得反转）

拓展 NRZ-I 不归零反向编码 ：和

（3）双相码：曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码

每个比特位都有跳变。0：先从负电平到正电平 ； 1：先从 正电平到负电平。

归零性编码.png

7、常用编码：常考

总结 ：以下这俩码其实属于 双相码（每个位都反转）。

（1）曼彻斯特编码：

0表示 负电平 到 正电平。 1 表示 正电平 到负电平。 编码效率50%

特点：①无须另外传输同步信号②每个比特都由两个码元组成③用电平跳变来区分0和1

（2）差分曼彻斯特编码：

0表示 负电平 到 正电平。 1 表示 正电平 到负电平。（相邻两个1相反）

常用编码.png

8、编码效率 （黑色加粗 考点）

4B/5B（使用不归零码（NRZ-1））效率为80%，用于百兆以太网（100Base-TX），计算方式为 4/5 = 80% 。

8B (里面有两组 3b 、5b )/10 (里面也有两组 4b 6b)B效率80%，用于千兆以太网 （USB3.0 用的就是千兆以太网） 。

64B/66B效率97%，用于万兆以太网，计算 64/66 ≈ 97%。

3 UTP 100Base-T4 8B/6T （T是3进制位 8比特映射成 6位三进制）

曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码效率都是50%，用于以太网。

五、串并联的系统可靠性计算

题中提到可靠度 就想串并联计算。