【计网】物理层学习笔记

【计网】物理层

物理层概述

物理层要实现的功能

在各种传输媒体上传输比特0和1,进而为上面的数据链路层提供透明传输比特流的作用。

物理层接口特性

物理层之下的传输媒体

传输媒体是计网设备之间的物理通路,也称为传输介质。

传输媒体并不包含在计算机网络体系结构中。

导向型传输媒体

同轴电缆

基带同轴电缆:用于数字传输,在早期局域网中广泛使用。

宽带同轴电缆:用于模拟传输,目前主要用于有线电视的入户线。

同轴电缆价格较贵且布线不够灵活和方便。随着技术的发展和集线器的出现在局域网领域基本上都采用
双绞线作为传输媒体,

双绞线

光纤

通信容量非常大

抗雷电和电磁干扰性能

传输损耗小,中继距离长

无串音干扰,保密性好

体积小,重量轻

非导向型传输媒体

无线电波,微波,红外线,激光,可见光

传输方式

串行传输和并行传输

并行传输往往作用于近距离传输

串行传输往往是远距离传输

同步传输和异步传输
单向通信、双向交替通信和双向同时通信

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编码与调制

编码与调制的基本概念

码元

在使用时间域的波形表示信号时,代表不同离散数值的基本波形称为码元

常用编码方式

在每个码元的中间时刻信号都会回归到零电平。接收方只要在信号归零后采样即可。归零编码相当于将时钟信号用“归零”的方式编码在了数据之内。

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码元中间时刻的电平跳变既表示时钟信号,也表示数据正跳变表示1还是0,负跳变表示0还是1,可以自行定义。

码元中间时刻的电平跳变仅表示时钟信号,而不表示数据。数据的表示在于每一个码元开始处是否有电平跳变:无跳变表示1,有跳变表示0

在传输大量连续1或连续0的情况下,差分曼彻斯特编码信号比曼彻斯特编码信号的变化少。在噪声干扰环境下,检测有无跳变比检测跳变方向更不容易出错,因此差分曼彻斯特编码信号比曼彻斯特编码信号更易于检测。

在传输介质接线错误导致高低电平翻转的情况下,差分曼彻斯特编码仍然有效。

基本的带通调制方法和混合调制方法

使用基本调制方法,1个码元只能包含1个比特信息。如何才能使1个码元包含更多个比特信息呢?

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信道的极限容量

造成信号失真的主要因素

码元的传输速率:传输速率越高,信号经过传输后的失真就越严重。

信号的传输距离:传输距离越远,信号经过传输后的失真就越严重。

噪声干扰:噪声干扰越大,信号经过传输后的失真就越严重,

传输媒体的质量:传输媒体质量越差,信号经过传输后的失真就越严重。

奈氏准则

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使用奈氏准则给出的公式,就可以根据信道的频率带宽,计算出信道的最高码元传输速率
只要码元传输速率不超过根据奈氏准则计算出的上限,就可以避免码间串扰。

奈氏准则给出的是理想低通信道的最高码元传输速率,它和实际信道有较大的差别。

因此一个实际的信道所能传输的最高码元传输速率,要明显低于奈氏准则给出的上限值。

香农公式

信道的频率带宽W或信道中的信噪比S/N越大,信道的极限信息传输速率C就越高。

实际信道不可能无限制地提高频率带宽W或信道中的信噪比SIN。

实际信道中能够达到的信息传输速率,要比香农公式给出的极限传输速率低不少。这是因为在实际信道中,信号还要受到其他一些损伤,例如各种脉冲干扰和信号衰减等,这些因素在香农公式中并未考虑。

信道复用技术

信道复用技术基本原理

复用(Multiplexing)就是在一条传输媒体上同时传输多路用户的信号,当一条传输媒体的传输容量大于多条信道传输的总容量时,就可以通过复用技术,在这条传输媒体上建立多条通信信道,以便充分利用传输媒体的带宽。

尽管实现信道复用会增加通信成本(需要复用器、分用器以及费用较高的大容量共享信道),但如果复用的信道数量较大,还是比较划算的。

频分复用FDM

时分复用TDM

波分复用WDM

码分复用CDM

频分复用FDM

频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源发送数据。

时分复用TDM

时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带。

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波分复用WDM

根据频分复用的设计思想,可在一根光纤上同时传输多个频率(波长)相近的光载波信号,实现基于光纤的频分复用技术。

目前可以在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号。因此,这种复用技术也称为密集波分复用DWDM。

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