氏准则

物理层解决的问题如何在连接各种计算机的传输媒体上年传输数据比特流而不是具体的传输媒体物理层主要任务确定与传输媒体接口有关的一些特性

机械特性

定义物理连接的特性规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况电气特性

规定传输二进制位时线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等功能特性

指明某条线上出现的某一电平表示何种意义接口部件的信号线的用途规程特性

数据data传送信息的实体通常是有意义的符号序列。

信号数据的电气/电磁的表现是数据在传输过程中的存在形式。

数字信号/离散信号代表信息的参数的取值是离散的。

模拟信号/连续信号代表信息的参数的取值是连续的。

信源产生和发送数据的源头。

信宿接受数据的终点。

信道信号的传输媒介。

一般用来表示向某一个方向传送信息的介质因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接受信道。

按传输信号分

特点速度慢费用低应用场景适合长距离传输并行传输将表示一个字符的8为二进制数同时通过8条信道发送。

同步传输异步传输

同步传输在同步传输的模式吓死数据的传送是以一个数据区块为单位因此同步传输又称为区块传输。

在传送数据时需要先送出一个或者多个同步字符再送出整批的数据。

异步传输异步传输将比特分成小组进行传送小组可以使8位的一个字符或更长发送方可以在任何时刻发送这些比特组而接收方不知道他们会在什么时候到达。

发送数据时加一个字符起始位和一个字符终止位。

码元是指用一个固定时长和信号波形数字脉冲代表不同离散数值的基本波形是数字通信中数字信号的计量单位这个时长内的信号被称为k进制码元而时长成为码元宽度。

当码元的离散状态有M个事M大于2此时码元位M进制码元1码元可以携带多个比特的信息量。

速率也叫数据率是指数据的传输速率表示单位时间内传输的数据量可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

码元传输速率表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数也可以称为脉冲个数或信号变化的次数单位是波特Baud。

1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。

1s传输多少个码元信息传输速率表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码个数即比特数单位是比特/秒b/s

1s传输多少个比特

模拟信号系统中当输入的信号频率高或低到一定程度使得系统的输出功率成为输入功率的一半时即-3DB最高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽其单位为赫兹Hz数字设备中表示在单位时间从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”/单位时间内通过数据链路的数量常用来表示网络通信线路所能传输的数据能力。

单位是比特每秒bps。

两个公式lim

信号带宽是信道能通过的最高评率和最低频率之差。

码间串扰接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象。

奈氏准则

奈氏准则在理想低通无噪声带宽受限条件下为了避免码间串扰极限码元传输速率为2*W

在任何信道中码元传输的速率是有上限的。

若传输速率超过此上限就会出现严重的码间串扰的问题使接收端对码元的完全正确识别成为不可能。

信道的频带越宽即能通过的信号高频分量越多就可以用更高的速率进行码元的有效传输。

奈氏准则给出了码元传输速率的限制但并没有对信息传输速率给出限制。

由于码元的传输速率受奈氏准则的限制所以要提高数据的传输速率就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量这就需要采用多远制的调剂方法。

香农定理

噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。

由于噪声随机产生它的瞬间值有时会很大因此噪声会使接收端对元码的判决产生错误。

但是噪声的影响是相对的若信号较强那么噪声影响相对较小。

因此信噪比就很重要。

信噪比信号的平均功率/噪声的平均功率常记为S/N并用分贝db作为度量单位香农定理在宽带受限且有噪声的信道中为了不产生误差信道的数据传输速率上有上限。

相关说明

信道的带宽或信道中的信噪比越大则信息的传输速率就越高。

对一定的传输带宽和一定的信噪比信息传输速率的上限就确定了。

只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率就一定能找到某种方法来实现无差错的传输。

香农定理得出的为极限信息传输速率实际信道能达到的传输速率要比他低不少。

从香农定理可以看出若信道带宽W或信噪比S/N没有上限不可能那么信道的极限信息传输速率也就没有上限。

香农定理题目练习

带宽受限无噪声条件下为了避免码间串扰计算的是码元传输速率的上限想要提高数据率就要提高带宽/采用更好的编码技术香农定理

外患问题

带宽受限有噪声条件下的信息传输速率计算的是信息传输速率的上限想要提高数据率就要提高带宽/信噪比

编码与调制

信道信号的传输媒介一般用来表示某个方向发送信息的介质因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接受信道

传输信号

将数字信号1和0直接用两种的不同电压表示再送到数字信道上去传输基带传输。

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。

基带信号就是发出的直接表达要传输信息的信号比如我们说活的声波就是基带信号。

宽带信号

将基带信号进行调制后新城的频分复用的模拟信号再传送到模拟信道上去传输宽带传输。

把基带信号经过载波调制后把信号的频率范围搬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通过信道

在传输距离较近时计算机网络采用基带传输方式近距离衰减小而信号内容不易发生变化在传输距离较远时计算机网络采用宽带传输方式近距离衰减大即使信号变化大也能最后过滤出来系带信号

编码与调制

0位周期中心的向下跳变代表1.可以反过来定义差分曼切实特编码:在每一位的中心处始终都有跳变。

位开始边界有跳变代表

0而位开始边界没有跳变代表

数字数据调剂技术在发送端将数据信号转换为模拟信号而在接收端将模拟信号还原为数字信号分别对于调剂解调器的调制和解调过程。

模拟数据信号编码为数字信号

计算机内部处理的是二进制数据处理都是数字音频所以需要将模拟音频通过采样、量化转成有限个数字表示离散序列即实现音频数字化

最经典的例子就是对音频信号进行编码的脉冲调制PCM在计算机应用中能够到达最高保真水平就是PCM编码它的主要步骤包括三步抽样、量化、编码。

抽样对模拟信号周期性扫描把事件连续的信号变成时间上离散的信号。

为了使所得的离散信号能无失真的代表抽样的模拟数据要采用采样定理进行采用采样频率

信号最高频率量化把抽样取得电平幅值按照一定的分级标度分化为对应的数字值并取整数这就把连续的电平幅值转换为离散的数字量。

编码把量化的结果转换为与之对于的二进制编码。

模拟数据调剂为模拟信号

为了实现传输的有效性可能需要较高的频率。

这种调剂方式还可以使用频分复用技术充分利用带宽资源。

在电话机和本地交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的

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非导引型传输媒体指自由空间。

非导引型传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。

导引型传输媒体

最古老但又最常用的传输媒体把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起然后用规则的方法绞合twist起来就构成双绞线。

绞合度越高可用的数据传输率越高

2大类

Screen)表明采用金属编织层进行屏蔽。

SF/UTP表明在铝箔屏蔽层外面再加上金属编织层的屏蔽。

FTP

U/FTP把电缆中的每一对双绞线都加上铝箔屏蔽层。

U表明对整条电缆不另增加屏蔽层F/FTP在

FTP

无论哪种类别的双绞线衰减都随频率的升高而增大双绞线的最高速率还与数字信号的编码方法有很大的关系。

同轴电缆

由内导体铜质芯线单股实心线或多股绞合线、绝缘层、网络编织的外导体屏蔽层也可以是单股的以及保护塑料外层所组成。

具有很好的抗干扰特性被广泛用于传输较高速率的数据。

光纤是光纤通信的传输媒体。

通过传递光脉冲来进行通信。

其传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。

发送端要有光源在电脉冲的作用下能产生出光脉冲。

光源发光二极管半导体激光器等。

接收端要有光检测器利用光电二极管做成在检测到光脉冲时还原出电脉冲。

光纤通常由非常透明的石英玻璃拉丝成细丝主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。

当光纤从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时其折射角大于入射角。

如果入射角足够大就会出现全反射光也就沿着光纤传输下去。

多模光纤与单模光纤

可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。

光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽造成失真只适合近距离传输。

单模光纤

其直径减小到只有哦一个光的波长几个微米可使光纤一直向前传播而不会产生多次发射。

制造成本高但衰耗较小。

光源要使用昂贵的半导体激光器不能使用较便宜的发光二极管。

850

最后加上包带层和外护套。

使抗拉强度达到几公斤完全可以满足工程施工的强度要求。

光纤优点

通信容量非常大传输损耗小中继距离长对远距离传输特别经济。

抗雷电和电磁干扰性能好无串音干扰保密性好不易被窃听或截断数据。

体积小重量轻。

现在已经非常广泛地应用在计算机网络、电信网络和有线电视网络的主干网络中。

非导引型传输媒体

利用无线电波在自由空间的传播可较快地实现多种通信因此将自由空间称为“非导引型传输媒体”。

无线传输所使用的频段很广

THF

基站发出的信号可以经过多个障碍物的数次反射从多条路径、按不同时间等到达接收方。

多条路径的信号叠加后一般都会产生很大的失真这就是所谓的多径效应。

对于给定的调制方式和数据率信噪比越大误码率就越低。

对于同样的信噪比具有更高数据率的调制技术的误码率也更高。

如果用户在进行通信时不断改变自己的地理位置就会引起无线信道特性的改变因而信噪比和误码率都会发生变化。

主要特点

微波波段频率很高频段范围很宽其通信信道的容量很大。

工业干扰和天电干扰对微波通信的危害小微波传输质量较高。

与相同容量和长度的电缆载波通信比较微波接力通信建设投资少见效快易于实施。

主要缺点

Sight)不能有障碍物存在多径效应。

有时会受到恶劣气候的影响。

与电缆通信系统比较微波通信的隐蔽性和保密性较差。

对大量中继站的使用和维护要耗费较多的人力和物力。

通信容量大通信距离远通信比较稳定通信费用与通信距离无关。

但传播时延较大在

250~300

ms之间。

请注意“卫星信道的传播时延较大”并不等于“用卫星信道传送数据的时延较大”。

保密性相对较差。

造价较高。

ISM

无线局域网使用无线信道的计算机局域网。

无线电频段通常必须得到无线电频谱管理机构的许可证。

ISM

信道复用技术

最基本。

将整个带宽分为多份用户在分配到一定的频带后在通信过程中自始至终都占用这个频带。

所有用户在同样的时间占用不同的带宽即频带资源。

时分复用

将时间划分为一段段等长的时分复用帧TDM帧。

每一个时分复用的用户在每一个

TDM

帧中占用固定序号的时隙。

每一个用户所占用的时隙是周期性地出现其周期就是TDM帧的长度的。

TDM

信号也称为等时

每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。

各用户使用经过特殊挑选的不同码型因此不会造成干扰。

当码分复用

CDM

的数字传输方式。

现代电信网业务括话音、视频、图像和各种数据业务。

因此需要一种能承载来自其他各种业务网络数据的传输网络。

在数字化的同时光纤开始成为长途干线最主要的传输媒体。

速率1.544

各支路信号的时钟频率有一定的偏差给时分复用和分用带来许多麻烦。

同步光纤网

各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。

为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构

51.84

的激光源。

在物理层定义了帧结构。

使北美、日本和欧洲这三个地区三种不同的数字传输体制在

STM-1

技术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

技术把

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。

ADSL

ITU

方法。

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。

ADSL

ADSL

并不适合于企业因为企业往往需要使用上行信道发送大量数据给许多用户。

xDSL

连接在同轴电缆和用户的电视机之间。

使现有的模拟电视机能够接收数字电视信号。

电缆调制解调器cable

将用户计算机接入互联网。

在上行信道中传送交互数字电视所需的一些信息。

不需要成对使用而只需安装在用户端。

复杂必须解决共享信道中可能出现的冲突问题。

FTTx

Home)在光纤进入用户的家门后才把光信号转换为电信号。

光纤到大楼

FTTB

的拓扑结构实现以太网的接入。

与现有以太网的兼容性好并且成本低扩展性强管理方便。

吉比特无源光网络

GPON

Method)可承载多业务且对各种业务类型都能够提供服务质量保证总体性能比EPON好。

成本稍高。