计算机网络原理笔记（二、物理层）

2.物理层

2-1.物理层的基本概念

• 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
• 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
• 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 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2-2.数据通信的基本知识

2-2-1.数据通信系统模型

2-2-2.几个术语

• 数据(data)——运送消息的实体。
• 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。
• “模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。
• “数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。
• 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。

2-2-3.有关信号的几个基本概念

• 单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
• 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
• 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。

2-2-4.基带(baseband)信号和带通(band pass)信号

• 基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
• 基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)。
• 带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

2-2-5.几种基本的调制方法

• 调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。
• 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。
• 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。
• 此外还有正交振幅调制QAM

2-3.信噪比，香农公式？？？（未记录）

2-4.无线局域网使用的 ISM 频段

无线局域网使用的ISM频段（IEEE802.11n，IEEE802.11ac，IEEE802.11ad）
频率	频率带宽
902MHz~928MHz	26MHz
2.4GHz~2.4835GHz	83.5MHz
5.725GHz~5.850GHz	125MHz

2-5.信道复用技术

复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。

2-5-1.分类

2-5-1-1.频分复用（FDM）

载波带宽(请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率，可参见上边的table)被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号。FDM 用于模拟传输过程。
e.g.——-广电HFC网络电视信号(FDM)

OFDM 正交频分复用
OFDM系统比FDM系统要求的带宽要小得多,效率更高
e.g.——-非对称的数字用户环线(ADSL)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)和第4代(4G)移动通信系统

2-5-1-2.时分复用（TDM）

在交互时间间隔内在同一信道上传送多路信号。TDM 广泛用于数字传输过程。
可能造成线路浪费，TDM信号又称的等时信号。
e.g.——–SDH（同步数字体系），ATM(异步传输模式)，IP和HFC网络中CM（电缆调制解调器）与CMTS（电缆调制解调器终端系统）的通信

2-5-1-3.波分复用（WDM）

光的频分复用。在一根光纤上使用不同波长同时传送多路光波信号。WDM 用于光纤信道。WDM与FDM 基于相同原理但它应用于光纤信道的光波传输过程。

2-5-1-4.码分复用（CDM）

每个信道作为编码信道实现位传输（特定脉冲序列）。这种编码传输方式通过传输唯一的时间系列短脉冲完成，但在较长的位时间中则采用时间片断替代。每个信道，都有各自的代码，并可以在同一光纤上进行传输以及异步解除复用。

2-5-2.多址接入技术

2-5-2-1.FDMA

FDMA频分多址采用调频的多址技术，业务信道在不同的频段分配给不同的用户。FDMA适合大量连续非突发性数据的接入，单纯采用FDMA作为多址接入方式已经很少见。目前中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话网就是采用FDMA和TDMA两种方式的结合。

2-5-2-2.TDMA

TDMA时分多址采用了时分的多址技术，将业务信道在不同的时间段分配给不同的用户。TDMA的优点是频谱利用率高，适合支持多个突发性或低速率数据用户的接入。除中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话网采用FDMA和TDMA两种方式的结合外，广电HFC网中的CM与CMTS的通信中也采用了时分多址的接入方式(基于DOCSIS1.0或1.1和Eruo DOCSIS1.0或1.1)。

2-5-2-3.CDMA

CDMA的特点是所有子信道在同一时间可以使用整个信道进行数据传输，它在信道与时间资源上均为共享，因此，信道的效率高，系统的容量大。CDMA的技术原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码(PN)进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去；接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA码分多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等

2-5-2-4.SCDMA

中国第3代移动通信系统也采用同步码分多址技术，它意味着代表所有用户的伪随机码在到达基站时是同步的，由于伪随机码之间的同步正交性，可以有效地消除码间干扰，系统容量方面将得到极大的改善，它的系统容量是其他第3代移动通信标准的4～5倍（放屁！！！）。

2-5-2-5.伪随机码(PN)，码片，码片序列正交关系？？？（未记录）

2-5-3.题外话—LTE（长期演进）

2-5-3-1.特性

• 下载使用OFDMA（正交频分多址）, 上载使用SC-FDMA（单载波频分多址）以节省电力。
• 支持频分双工（FDD）和时分双工（TD）通信，并接受使用同样无线连接技术的时分半双工通信。

2-5-3-2.分类

• FDD-LTE
• TDD-LTE

2-5-3-3.VoLTE

LTE网络直传（VoLTE、Voice over LTE）：该方案基于IP多媒体子系统（IMS）网络，配合GSMA在PRD IR.92中制定的在LTE控制和媒体层面的语音服务标准。使用该方案意味着语音将以数据流形式在LTE网络中传输，所以无需调用传统电路交换网络，旧网络将无需保留。

2-5-3-4.TD-LTE和TDD—LTE

LTE只有两种技术，一种是TDD-LTE,另外一种是FDD-LTE，因为各有优点，这两种方式三家运营商都在用。TD-LTE是移动专用的一个频段，之所以叫TD-LTE，是为了和移动的3G,TD-SCDMA叫法一致，同时也可以让人觉得TDD-LTE是移动搞出来的一样。

2-6.数字传输系统

• 脉码调制 PCM 体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。
• 由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际标准，即北美的 24 路 PCM（简称为 T1）和欧洲的 30 路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲的 E1 标准。
• E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。
• 当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。

2-7.宽带接入技术

2-7-1.ADSL技术

2-7-1-1.简介

ADSL 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 技术就把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

2-7-1-2.特点

• 上行和下行带宽不对称
• ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。
• 我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。

2-7-1-3.DMT技术

DMT 调制技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249 个子信道用于下行信道。
每个子信道占据 4 kHz 带宽（严格讲是 4.3125 kHz），并使用不同的载波（即不同的音调）进行数字调制。这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。

2-7-1-4.ADSL的数据率

• ADSL 不能保证固定的数据率。对于质量很差的用户线甚至无法开通 ADSL。
• 通常下行数据率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之间，而上行数据率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之间。
• 理论最大速率为8M。
• “新”推出的ADSL2和ADSL2+的最大下行达25Mb/s,上行800Kb/s。

2-7-1-5.ADSL的组成

2-7-2.HFC技术

2-7-2-1.简介

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。

2.7.2.2.特点

HFC 网将原 CATV 网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，并使用模拟光纤技术。
在模拟光纤中采用光的振幅调制 AM，这比使用数字光纤更为经济。
HFC 网具有比 CATV 网更宽的频谱，且具有双向传输功能

2-7-3.FTTx 技术

2-7-3-1.FTTH

光纤到户 FTTH (Fiber To The Home)：光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法。

2-7-3-2.FTTB

光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。

2-7-3-3.FTTC

光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb)：从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。