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。


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。

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