第七章物理层

数据通信基础

 

信源：将信息转换为信号的设备，如计算机等；

发送设备：将信源产生的信号进行适当的变换装置，使之适合于在信道中传输。主要包括编码和调制。

信道：信号传输通道，如物理介质

噪声：自然界和通信设备中所产生的干扰

接收设备：完成发送设备反转换，还原原始信号

信宿：信号终点，将信号转换为供人们能识别的信息

一些术语

数据：传送消息的实体

信号：数据的电器的或电磁的表示

模拟的：参数的取值是连续的

数字的：参数的取值是离散的

码元：信号基本波形

频带：信号频率范围

带宽：有效带宽

数据通信方式：单工、双工、半双工

并行通信 vs 串行通信

异步通信 vs 同步通信

物理介质

导引型传输介质

• 架空明线
• 双绞线
• 同轴电缆
• 光纤

非导引型传输介质：

• 自由空间
• 地波传播
• 天波传播
• 视线传播

信道与信道容量

信道容量 ：信道无差错传输信息的最大平均信息速率

乃归斯特信道容量公式（理想无噪声）：

C = 2Blog2 M

C是信道容量bps，B是信道带宽Hz，M为进制数，信号状态数

理想信道的极限容量

香农信道容量公式（有噪声）：

C = Blog2 （1 + S / N）

S / N 为信噪比，能量之比

S / N 通常以分贝为单位描述

S / N = 10log10（singal / noise）

基带传输基础

信源发出的原始电信号是基带信号，基带信号往往包含较多的低频成分，甚至有直流成分，直接在信道中传输基带信号称为基带传输。

数字基带传输系统

 基带信号比较适合在具有低通特性的有线信道中传输，通常不适合在无线信道中直接传输；

信道的传输特性会引起波形失真，并受噪声的影响；

信道中的信号传播一定距离后，信号质量就会有所下降，甚至出现传输误码的现象；

典型数字基带信号码型

单极不归零码

双极不归零码 

单极归零码

双极归零码

差分码 

AMI码

双相码 

nBmB 

将n位二进制信息码作为一组，映射成m位二进制新码组。

频带信号

二进制数字调制：

• 二进制幅移键控
• 二进制频移键控
• 二进制相移键控

二进制幅移键控

 二进制频移键控

 二进制相移键控

 差分相移键控

二进制数字调制性能

频带利用率：

• 2ASK、2PSK、2DPSK频带利用率相同
• 2FSK频带利用率最低

误码率：

• 在相同信噪比下，2PSK误码率最低，而2ASK的误码率最高
• 二进制相移键控抗噪声性能优于二进制频移键控，二进制频移键控优于二进制幅移键控

对信道特性的敏感性：

• 2ASK对信道特性变化比较敏感，性能最差
• 2FSK、2PSK对信道特性变化不敏感

多进制数字调制

• 在确定带宽与频带利用率的情况下，提高数据传输速率的有效办法：提高每个码元的传输信息量，每个码元调制多个比特信息，即多进制数字调制。
• 数据传输速率Rb与码元传输速率RB以及进制数M之间的关系为：Rb = RB log2 M
• Rb也称比特率，单位bps；码元传输速率RB也成为波特率，单位为Baud
• 多进制数字调制需要更大的信噪比，发送端需要增大发送信号的功率

正交幅值调制QAM

QAM优点：

• 频带利用率高
• 抗噪声能力强
• 调制解调系统简单

物理层接口

• 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顺序；

后记

至此，我的计网复习笔记整理完毕，这份复习笔记是按照ppt而非应试整理的，对于很多实际应用概述的可能更全面一点，对于应试的细节方面可能还需要仔细翻阅书籍并理解，但是这份笔记应该是很清晰的向大家描绘了一个五层的计算机网络体系结构。从层次功能切入，系统地描述了每个层次相关的协议，并联系实际的网络对协议加以阐释，不光学会了屠龙之术，也详细了解了如何在具体的网络中实现相关协议以及在何种情况下该如何使用相关协议保证层次功能的实现。按照这个思路来看的话，我应该是大体清楚了计算机网络体系结构的框架。