导图社区 物理层
全网最全的物理层系统概述,知识内容有物理层基本概念、基础知识、信道、物理层下面的传输媒体、信道复用技术等。
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物理层
基本概念
考虑的是传输数据比特流,而不是具体的传输媒体
作用:屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异
主要任务
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
电气特性:指明在接口电缆的各条线的电压范围
功能特性:指明某条线上出现某一电平的含义
过程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
基础知识
消息:如话音、文字、图像、视频
数据:运送消息的实体
信号:数据的电气或电磁的表现
模拟信号:代表消息的参数的取值是连续的
数字信号:代表参数的取值是离散的
码元:在使用时间域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形
信道
单向通信(单工通信)
双向交替通信(半双工通信)
双向同时通信(全双工通信)
基带信号:从源点发出的信号,往往包含较多的低频成分和直流成分,必须进行调制
调制
基带调制
仅对基带的波形进行变换,把数字信号转换成另一种形式的数字信号,这个过程又叫编码
带通调制
使用载波进行调制,把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换为模拟信号
数字信号常用编码方式
不归零制:正电平为1,负电平为0
归零制:正脉冲为1,负脉冲为0
曼彻斯特编码:位周期中心向上跳变为0,向下跳变为1
差分曼彻斯特编码:位开始边界有跳变为0,没有跳变为1
信号频率:曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高
自同步能力:不零制不能从信号波形本身中提取时钟频率,即没有自同步能力,曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力
调幅AM:载波的振幅随基带数字信号变化
调频FM:载波的频率随基带数字信号变化
调相PM:载波的初始相位随基带数字信号变化
数字信号在传播过程中有可能失真
码元的传输速率越高,信号传输的距离越远,噪声干扰越大,传输媒体质量越差,在接收端的波形的失真就越严重
奈氏准则
在带宽为W的低通信道中,若不考虑噪声影响,则码元传输的最高速率时2W,传输速率超过此上限,就会出现严重的码间串扰的问题,可以通过编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量,但这样在实际有噪声干扰的信道中,大大增加了解码的难度
信噪比
信号的平均功率和噪声的平均功率之比,常记为S/N,以分贝为单位,信噪比(dB)=10㏑(S/N)(dB)
香农公式
在带宽受限且有噪声干扰的信道中,信道的极限信息传输速率C=W*log₂(1+S/N)(bit/s)
物理层下面的传输媒体
导引型传输媒体
电磁波被引导在固体媒体传播
同轴电缆
由内导体铜制芯线、绝缘层、网状屏蔽层以及绝缘保护套层所组成
双绞线
绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰,绞合度越高,抗干扰能力越强
无屏蔽双绞线UTP
屏蔽双绞线STP
光纤
在发送端要有光源,接收端要有光检测器,有光脉冲相当于1,没有相当于0
非导引型传输媒体
在自由空间中的传播
无线传输所使用的电磁波频段很广,短波通信主要是靠电离层反射
微波通信
地面微波接力通信
卫星通信
信道复用技术
复用:指多个用户使用一个共享信道进行通信
频分复用FDM:将整个带宽分为多份,用户自始至终都占用这个带宽,所有用户在相同时间占用不同的带宽,通过频分复用共享信道也叫作频分多址FDMA
时分复用TDM:将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)每一个用户所占的时隙周期的出现,其周期是TDM帧的长度,所有用户在不同时间占用同样的频带宽度,通过时分复用共享信道也叫作时分多址TDMA
统计时分复用STDM:每一个STDM帧的时隙数小于用户数,当一个帧的数据放满就发送出去
波分复用WDM:实质上是光的频分复用,需要用到光调制器和光解调器
码分复用CDM:各用户使用特定的不同码型,彼此之间互不干扰,通过码分复用共享的信道也叫作码分多址CDMA,在CDMA中,每一个比特时间被划分为m个短的间隔,称为码片
若发送比特1,则发送自己的m比特的码片序列,若发送比特0,则发送该码片的二进制反码,将收到的码片序列和各站的码片序列规格化内积,结果是1,则发送1,结果是0则没有发送,结果是-1则发送0.
宽带接入技术
ADLS技术
非对称数字用户线ADLS技术:利用数字技术将模拟电话的用户线进行改造,使它能够承载宽带数字业务
将0-4kHz的低端频谱留给传统电话使用,把没有被利用过的高端频谱留给用户上网使用
特点:下行(从ISP到用户)带宽远大于上行(从用户到ISP)带宽
最大好处:可以利用现有电话网中的用户线,而不需要重新布线
DMT调制技术
光纤同轴混合网(HFC网)
需要使用的设备:机顶盒、电缆调制解调器
FTTx技术
FTTH:光纤入户
FTTB:光纤入大楼
FTTC、FTTZ、FTTF、FTTO、FTTD等