导图社区 计算机网络第二章
通信系统组成编码以及信道最大容量,物理层的组要任务,网络组成,编码方式,物理层设备,信道的复用技术,数字通信系统和宽带接入技术
编辑于2022-03-31 20:52:41第二章
物理层
主要任务:比特流的透明传输问题
确定与传输媒体的接口的一些特性
机械特性:指明接口所用连接器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置
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的意义
过程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
数据通信系统的模型:源系统(发送端、发送方)、传输系统(传输网络)和目的系统(接收端、接收方)
基带信号(低频直流成分,基带信号传不远,无法匹配信道,必须调制)
基带调制(编码):数字信号-->数字信号
带通调制(载波):数字信号-->模拟信号
常用编码方法
不归零制:正电平1,负电平0
归零制:正脉冲1,负脉冲0
曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码
产生信号频率比不归零制高,具有自同步能力
基本带通调制方法:调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)、正交振幅调制(QAM)
信道的极限容量--极限波特率
奈式准则:理想条件下,码元传输速率(又称为波特率)是有上限的
理想低通信道的最高码元传输速率=2W Baud
理想带通信道的最高码元传输速率=W Baud
香农公式:带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限比特传输速率 C = W log2(1+S/N)
信道带宽和信道中的信噪比越大,信道的极限比特率越高
实际信道的实际数据传输率要比香农极限低很多。
常用术语:数据(data)、信号(signal)、模拟信号(消息参数的取值是连续的)、数字信号(消息参数取值是离散的)、码元(code)、信道、单向信道(单工通信:只能有一个方向的通信,没有反方向)、双向交替信道(半双工通信:双方可以发送信息,但不能同时发送、接受)、双向同时通信(全双工通信:可以同时发送和接受信息)
物理层的传输媒体(传输介质或传输媒介)
导引型传输媒体(电磁波被导引沿着固体媒体(铜线或光纤)传播)
双绞线:最常用的传输媒体,模拟传输和数字传输都可以使用双绞线,其通信距离一般为几到十几公里。屏蔽双绞线 STP (带金属屏蔽层),无屏蔽双绞线 UTP
EIA/TIA-568-->EIA/TIA-568-A,此后有公布了5 个种类的 UTP 标准(从 1 类线到 5 类线)。对传送数据来说,现在最常用的 UTP 是5类线(Category 5 或者 CAT5)。
同轴电缆
50 同轴电缆 —— LAN / 数字传输常用 75 同轴电缆 —— 有线电视 / 模拟传输常用
光缆(光纤是光纤通信的传输媒体)
多模光纤(可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输),单模光纤(若光纤的直径减小到只有一个光的波长,则光纤就像一根波导那样,它可使光线一直向前传播,而不会产生多次反射)
光纤优点
通信容量非常大。 (2) 传输损耗小,中继距离长。 (2) 抗雷电和电磁干扰性能好。 (3) 无串音干扰,保密性好。 (4) 体积小,重量轻。
非导引型传输媒体(自由空间,在非导引型传输媒体中,电磁波的传输常称为无线传输,无线传输所使用的频段很广)
短波通信(即高频通信)主要是靠电离层的反射,但短波信道的通信质量较差,传输速率低。
传统微波通微波在空间主要是直线传播
信有两种方式: 地面微波接力通信和卫星通信
ISM(Industrial Scientific Medical非授权频道):ISM频段就是各国挪出某一段频段主要开放给工业,科学和医学机构使用。(902~928MHz,2.4~2.4835GHz,5.725~5.850GHz)
信道的复用技术
是通信技术中的基本概念,它允许用户使用一个共享信道进行通信,降低成本,提高利用率。)
频分复用( FDM):频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(即每个用户不可以占用全部资源,但是可以占用全部的时间)
时分复用(TDM):是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM 帧),周期性出现(其周期就是 TDM 帧的长度),时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度(时分复用可能会造成线路资源的浪费)
统计时分复用 (STDM):STDM 帧不是固定分配时隙,而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。
波分复用(WDM):波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。(专门用于光纤,原理与频分复用类似)
码分复用(CDM):常用的名词是码分多址 CDMA ,各用户使用经过特殊挑选的不同码型,彼此不会干扰,具有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声
码片序列:每一个比特时间划分为 m 个短的间隔,称为码片 (chip)。 每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。(每个站分配的码片序列不仅必须各不相同,而且必须相互正交)如发送比特 1,则发送自己的 m bit 码片序列。如发送比特 0,则发送该码片序列的二进制反码。
扩频:直接序列扩频DSSS 另一种是跳频扩频FHSS 在实用的系统中是使用伪随机码序列
码片序列的正交关系: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 (inner product) 等于 0;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 ;一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。
复用:多个发送接收端共享一个信道的方法 (开销<收益),多站合一,利用率提升
调制解调器:在发送端是调制功能(数字-->模拟信号);在接收端是解调功能(模拟-->数字信号)