物理層筆記

2.1物理層的主要任務

它的一些相關特性：

　　①機械特性 ：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等。

　　②電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現的電壓的範圍。

　　③功能特性：指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。

　　④過程特性 ：指明對於不一樣功能的各類可能事件的出現順序。

2.2數據通訊的基本知識

2.2.1信號及信道的幾個基本概念

（一）信號的分類：

　　模擬信號（也稱：連續信號）表明信息的參數的取值是連續的。

　　數字信號（也稱：離散信號）表明消息的參數的取值是離散的。

（二）信道的基本概念：

　　信道：通常用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。

　　單向通訊（也稱：單工通訊）：只能有一個方向的通訊而沒有反方向的交互。

　　雙向交替通訊（也稱：半雙工通訊）：通訊的雙方均可以發送信息，但不能雙方同時發送(固然也就不能同時接收)。

　　雙向同時通訊（也稱：全雙工通訊）：通訊的雙方能夠同時發送和接收信息。

　　基帶信號（即基本頻帶信號）—— 來自信源的信號。對基帶信號的低頻成分進行修改的便是調製。

（三）調製分類與幾種編碼

（1）調製分類：

　　①基帶調製

　　②帶通調製

（2）基帶調製經常使用的編碼方式：

 

　　①不歸零制：正電平表明 1，負電平表明 0。

　　②歸零制：正脈衝表明 1，負脈衝表明 0。

　　③曼徹斯特編碼：位週期中心的向上跳變表明 0，位週期中心的向下跳變表明 1。但也可反過來定義。

　　（曼徹斯特編碼：是 1 的時候就是從高變成低，是 0 時就是從低變成高）

　　④差分曼徹斯特編碼：在每一位的中心處始終都有跳變。位開始邊界有跳變表明 0，而位開始邊界沒有跳變表明 1。

　　（差分曼徹斯特：在開始時一直都是高電平，在下一位遇到是0的時候，會出現電位的變化。而當下一位是1的時候，寶成電平不變）

（3）基本的帶通調製方法

 

①調幅(AM)：載波的振幅隨基帶數字信號而變化。

②調頻(FM)：載波的頻率隨基帶數字信號而變化。

③調相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數字信號而變化。 

2.2.3 信道的極限容量

 

碼元傳輸率的影響因素：

　　（1）信道能經過的頻率範圍：

　　　　根據奈氏準則得出在任何信道中，碼元傳輸的速率是有上限的，不然就會出現碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決成爲不可能。

　　（2）信噪比

　　　　噪聲存在於全部的電子設備和通訊信道中。噪聲是隨機產生的，它的瞬時值有時會很大。所以噪聲會使接收端對碼元的判決產生錯誤。

信噪比就是信號的平均功率和噪聲的平均功率之比。常記爲 S/N，並用分貝 (dB) 做爲度量單位。即：

  　　　　　　　　信噪比(dB) = 10 log10(S/N)    (dB)

例如，當 S/N = 10 時，信噪比爲 10 dB，而當 S/N = 1000時，信噪比爲 30 dB。 

重點：香農公式

 

香農公式代表：信道的帶寬或信道中的信噪比越大，信息的傳輸速率就越高。

2.3 物理層下的傳輸媒體

2.3.1 導引型傳輸媒體和非導引型的傳輸媒體

（1）傳輸媒體：

　　傳輸媒體也稱爲傳輸介質或傳輸媒介，它就是數據傳輸系統中在發送器和接收器之間的物理通路。

（2）導引型傳輸媒體分類：

①雙絞線：

 

②同軸電纜

 

同軸電纜具備很好的抗干擾特性，被普遍用於傳輸較高速率的數據。

③光纜

 

 

 

只要從纖芯中射到纖芯表面的光線的入射角大於某個臨界角度，就可產生全反射。

（2）非導引型傳輸媒體

1）分類：

　　①短波通訊（即高頻通訊）：主要是靠電離層的反射，但短波信道的通訊質量較差，傳輸速率低。

　　②微波通訊：微波通訊主要運用在衛星的信號傳輸上。

2.4 信道複用技術

2.4.1頻分複用、時分複用和統計時分複用

（1）複用的概念：

　　它容許用戶使用一個共享信道進行通訊，下降成本，提升利用率。

 

（2）頻分複用：

　　將整個帶寬分爲多份，用戶在分配到必定的頻帶後，在通訊過程當中自始至終都佔用這個頻帶。

 

（3）時分複用：

　　時分複用的全部用戶是在不一樣的時間佔用一樣的頻帶寬度。

 

　　　　　　　　　　　　　　時分複用的的缺點：利用率低

 

（時分複用可能會形成線路資源的浪費）

（4）統計時分複用

 

（統計時分複用示意圖）

（4）波分複用

　　波分複用就是對光的頻分複用。

（5）碼分複用

　　1）各用戶使用通過特殊挑選的不一樣碼型，所以彼此不會形成干擾。使用它有很強的抗干擾能力。

　　2）碼片序列：

每個比特時間劃分爲 m 個短的間隔，稱爲碼片 (chip)。

每一個站被指派一個惟一的 m bit 碼片序列。

　　如發送比特 1，則發送本身的 m bit 碼片序列。

　　如發送比特 0，則發送該碼片序列的二進制反碼。

例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。

　　發送比特 1 時，就發送序列 00011011，

　　發送比特 0 時，就發送序列 11100100。

S 站的碼片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)    

3）碼片序列特性：

　　①互相正相交：

　　令向量 S 表示站 S 的碼片向量，令 T 表示其餘任何站的碼片向量。兩個不一樣站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規格化內積 (inner product) 等於 0：

 

　　②內積爲 1/-1

　　任何一個碼片向量和該碼片向量本身的規格化內積都是 1 。同時一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規格化內積值是 –1。

 

4）CDMA工做原理

 

（工做原理示意圖）

2.6寬帶接入技術

分類：

　　①ADSL 技術：非對稱數字用戶線ASDL技術，是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，使其可以承載寬帶業務的一種技術。

　　②HFC技術：光纖同軸混合網HFC，是在有線電視網的基礎上開發的。