數據通訊基礎（物理層）學習筆記

傳輸數據系統

系統組成

收發器：

 鏈接發送端的收發器實現將數據轉換成信號的過程
 鏈接接收端的收發器實現將信號還原成數據的過程

信道：信號傳播通道

 傳播光信號信道、傳播電信號信道
 有線信道、無線信道
 單段物理鏈路信道、多段物理鏈路組合信道

傳輸數據系統又主要分爲數字信號和模擬信號傳輸系統。

系統功能

信道鏈接結點的方式

數據通訊方式

單工通訊

半雙工通訊

全雙工通訊

信號

正弦波信號

用於描寫敘述週期性的數字信號和模擬信號

數字信號

僅僅有0和1這兩種轉換的數字信號爲基帶信號

模擬信號

信號的失真和還原

物理鏈路存在阻抗。阻抗與物理鏈路長度成正比。阻抗還具備頻率相關性

失真是因爲一樣物理鏈路上。不一樣頻率的正弦波信號的衰減不一樣

數字信號還原方便，例如如下圖

模擬信號還原複雜，因爲其是連續的，爲了保證信號的可靠性甚至需要在不一樣的鏈路設置不一樣的放大指數，這顯然不顯示。

信號總結：

數字信號和模擬信號都是由屢次諧波組成的
數字信號和模擬信號經過物理鏈路傳輸都會引起失真
數字信號失真easy還原，模擬信號不easy還原

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編碼和調製

編碼過程

編碼針對於數字信號。數字信號的4個離散值分別相應兩位二進制數的4個值：00 01 10 11

碼元的定義

碼元長度：數字信號中某個離散值維持不變的最小時間單位
碼元：將信號以碼元長度爲單位分隔。每一段碼元長度內的信號.碼元是信號的基本單位。

傳輸速率和波特率的關係

數字信號的幅度有n個離散值，每一個碼元能夠表示㏒2n位二進制數
數字信號的波特率爲B時，傳輸速率 S=㏒2n×B

編碼需要考慮的因素

調製技術

調製針對於模擬信號。調製是將正弦波信號（或餘弦波信號）轉換成表示二進制位流的模擬信號的過程
解調是從調製後的模擬信號中還原出二進制位流的過程

振幅鍵控調製技術（Amplitude Shift Keying，ASK）：用兩種不一樣幅度的載波信號來表示兩個不一樣的二進制數值，一般一種幅度爲0，還有一種幅度採用正常值。
移頻鍵控調製技術（Frequency Shift Keying，FSK）用兩種不一樣頻率的信號來表示兩個不一樣的二進制數值。
移相鍵控調製技術（Phase Shift Keying。PSK）：經過改變載波的相位來表示不一樣的二進制數值：相對移相和絕對移相 。

碼元的定義

碼元長度：指維持正弦波信號（或餘弦波信號）幅度、頻率和相位不變的最短期長度
碼 元：假設將信號以碼元長度爲單位分隔。每一段碼元長度內的信號

奈奎斯特准則（理想信道）:
 最大波特率 RP=2×BW（BW爲信道帶寬）
 最大傳輸速率 RS=2×BW×㏒2n（n爲信號的狀態數）
 最大傳輸速率也稱爲信道容量
信道容量取決於信道帶寬和通過信道傳播的信號狀態數

香農定理（隨機熱噪聲的信道):
最大傳輸速率 RS=BW×㏒2（1+S/N）（BW爲信道帶寬、
S/N爲信號信噪比）
香農定理代表。存在隨機熱噪聲的信道中，信道最大傳輸速率取決於信道帶寬和通過信道傳播的信號的信噪比，與信號的編碼或調製技術無關。
奈奎斯特准則和香農定理給出了在指定信道的狀況下得到較高傳輸數據速率的途徑。

差錯控制

出錯

發送端發送的二進制位流與接收端接收到的二進制位流不一致

二進制位流從發送端到接收端經歷的每一個步驟都有可能出錯。

提升傳輸數據速率添加出錯機率

檢錯碼

爲了使得接收端能夠檢測出傳輸數據過程當中發生的錯誤而加入的附加信息。假設數據是D，檢錯碼是C ：C=f（D）

傳輸數據和確認過程

發送端發送的數據幀由數據和檢錯碼組成
接收端用檢錯碼判別數據是否傳輸出錯
在傳輸數據正確的狀況下。接收端向發送端發送確認應答（ACK）幀。

發送端僅僅有接收到接收端發送的確認應答幀，才幹確認數據幀正確傳輸。

差錯控制機制：

檢錯碼：接收端判別數據是否正確
確認應答：發送端判別數據是否被正確接收
重傳：出錯數據必須又一次發送
序號：避免接收端反覆接收數據

傳輸媒體

簡單結構圖，瞭解就能夠。

同軸電纜

雙絞線

光纖

該博客屬於學習記錄，用於補充在移動開發中的網路知識，內容上大都以瞭解爲主，不作深刻分析。