計算機網(wǎng)絡(luò)考研輔導(dǎo)講座(物理層)

第二講：物理層知識點歸納〔一〕通信根底數(shù)據(jù)傳輸方式：串行傳輸、并行傳輸通信模式：單工通信、半雙工通信、全雙工通信通信方式：同步通信、異步通信信道：表示想某一個方向傳送信息的媒體?？煞譃閿?shù)字信道、模擬信道信息、數(shù)據(jù)、信號數(shù)據(jù)傳輸方式知識點歸納數(shù)據(jù)通信模式知識點歸納通信方式知識點歸納知識點歸納6)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸追N方式——編碼與調(diào)制：模擬數(shù)據(jù)模擬信號放大器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號

PCM

編碼器數(shù)字數(shù)據(jù)模擬信號調(diào)制器數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字信號

數(shù)字發(fā)送器■PCM〔脈沖編碼調(diào)制〕、采樣、量化、編碼〔采樣定理及其計算〕■AM(ASK),FM(FSK)，PM(PSK)■曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼,NRZ知識點歸納調(diào)幅，幅移鍵控ASK〔AmplitudeShiftKeying〕:用載波的不同振幅來表示不同的二進制值，如用載波的有無分別表示“1〞和“0〞。調(diào)頻，頻移鍵控FSK〔FrequencyShiftKeying〕:用載波頻率附近的兩個不同頻率來表示兩個二進制值。調(diào)相，相移鍵控PSK〔PhaseShiftKeying〕:用載波的相位移動來表示數(shù)據(jù)。在以下圖中，信號相位與前面信號串同相的信號表示“0〞，信號相位與前面信號串反相的信號表示“1〞，這是相對相移鍵控。也可用載波初相為π表示“1〞，初相0表示“0〞，這是絕對相移鍵控。知識點歸納調(diào)頻，頻移鍵控FSK〔FrequencyShiftKeying〕:用載波頻率附近的兩個不同頻率來表示兩個二進制值。知識點歸納調(diào)相，相移鍵控PSK〔PhaseShiftKeying〕:用載波的相位移動來表示數(shù)據(jù)。信號相位與前面信號串同相的信號表示“0〞，信號相位與前面信號串反相的信號表示“1〞。知識點歸納■曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼

曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼，都可以被用來從中間電平跳變中提取同步時鐘信號，這兩種編碼方式常用于局域網(wǎng)中，曼徹斯特編碼用于以太網(wǎng)，差分曼徹斯特編碼用于令牌環(huán)網(wǎng)中。2023/12/2611脈沖編碼調(diào)制方法采樣定理：如果連續(xù)變化的模擬信號最高頻率為F，假設(shè)以2F的采樣頻率對其采樣，那么采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個步驟：1〕采樣——按一定間隔對語音信號進行采樣2〕量化——對每個樣本舍入到量化級別上3〕編碼——對每個舍入后的樣本進行編碼2023/12/2612PCM-脈沖編碼調(diào)制3.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100

原始信號PAM脈沖

PCM脈沖（有量化誤差）011100011011001100

PCM輸出采樣之前要先確定量化級別6V7V5V2V3V4V1V0010100110001001011101110V2023/12/2613模擬話音采樣時鐘PAM信號PCM信號采樣電路量化和編碼

數(shù)字化聲音--話音信道帶寬<4KHz--采樣時鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)--量化級數(shù)：256級(8位二進制碼表示)--數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信號的速率=64000bpsPCM-脈沖編碼調(diào)制7)信道極限傳輸速率——無噪信道容量

知識點歸納尼奎斯特〔H.Nyquist)定理無噪聲理想低通信道下的最大傳輸速率

〔H為理想低通信道的帶寬，Baud/s成為波特率或者碼率〕信道的最大數(shù)據(jù)速率由于信號的傳輸速率受尼奎斯特定理的約束,所以要提高信息的傳輸速率,就必須設(shè)法使每一個電壓信號能攜帶更多個比特的信息量.這就需要采用多元制的調(diào)制方法.1001011+3+10-1-3判別電平判別電平

二進制數(shù)據(jù)波形

四進制數(shù)據(jù)波形0010110001信道的最大數(shù)據(jù)速率例：一個信噪比為30db、帶寬為3KHZ的信道假設(shè)用于傳送數(shù)據(jù)，那么不管使用多少級的信號電平，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率絕不可能高于3000log2(1+1000)bps.2.香農(nóng)定理(1948)※香農(nóng)定理說明了在熱噪聲的信道上的極限信息傳輸速率,當用此速率進行傳輸時,可以做到不產(chǎn)生過失.※在實際信道中,不僅受到熱噪聲的影響,而且還要受到各種脈沖干擾和在傳輸中產(chǎn)生的失真等.信噪比:S信號功率，N噪聲功率分貝(db)：知識點歸納知識點歸納CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用f適用于模擬信號傳輸知識點歸納A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后數(shù)據(jù)時隙1234D3D2D1適用于數(shù)字信號傳輸時間片3.波分多路復(fù)用〔WDM〕是光的頻分復(fù)用。不同的信源使用不同波長的光波來傳輸數(shù)據(jù)，各路光波經(jīng)過一個棱鏡〔或衍射光柵〕合成一個光束在光纖干道上傳輸，在接收端利用相同的設(shè)備將各路光波分開。這樣復(fù)用后，可以使光纖的傳輸能力成幾倍幾十倍的提高。知識點歸納4.碼分多路復(fù)用〔CDM，碼分多址CDMA〕每個比特時間分成m位的碼片，每站分配一個唯一的m位碼片序列。當某個站發(fā)送“1〞時，在信道中發(fā)送它的碼片序列，當發(fā)送“0〞時，發(fā)送它的碼片序列的反碼。CDMA接收時，接收站從空中收到多站發(fā)送信號后的線性疊加碼片序列的和。將和與某一發(fā)送站碼片序列進行歸一化內(nèi)積運算，那么可恢復(fù)出該站發(fā)送的數(shù)據(jù)。需滿足條件：各站使用的不同碼片序列應(yīng)互相正交。由于發(fā)送時原始數(shù)字信號的頻率被擴展，這種通信方式又叫做擴頻通信。知識點歸納T1信道和E1信道T1信道：用于傳輸24路話音，即24個子信道E1信道：傳輸30路話音，每個樣本8比特總共32個子信道，2個子信道傳輸控制信號、同步知識點歸納〔二〕傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)有線介質(zhì)無線介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖UTPSTP細纜線粗纜線單模光纖多模光纖微波激光紅外線通信衛(wèi)星2023/12/2624雙絞線內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣箔屏蔽銅屏蔽外保護層2023/12/2625非屏蔽雙絞線(UTP)

加上用金屬絲編織成的屏蔽層，以減少干擾和串音3類-16M、5類-100M雙絞線外沒有任何附加屏蔽屏蔽雙絞線(STP)

同軸電纜銅芯導(dǎo)體隔離材料網(wǎng)狀導(dǎo)體塑料外層粗纜細纜同軸電纜的頻率特性較雙絞線好，誤碼率低〔10-7～10-9〕光纜剖面示意圖芯封套外套光纖外護套加強芯光纖束光纖傳輸電信號過程電光轉(zhuǎn)換▽光電轉(zhuǎn)換▽光纖光信號發(fā)送端接收端輸入輸出發(fā)光二級管注入型激光二級管光電二級管檢波器光纖傳送模式

多模輸入電信號輸出電信號單模

波長:1300,1550nmh1h2波長:850,1300nmh2h1芯/封套特性光纖的直徑減小到一個光波波長微波通信微波使用的波段為100M~10GHz通過拋物狀的天線把能量集中一束，沿直線傳播微波中繼站：擴展傳輸距離地球地面站之間的直視線路微波傳送塔衛(wèi)星利用地球同步衛(wèi)星為中繼轉(zhuǎn)發(fā)微波信號上行信道、下行信道無距離限制，但傳播延時較長：270ms地球地面站地面站C波段4~6GHz

上行5.925-6.425GHz

下行3.7-4.2GHzKU波段12~14GHz

上行14-14.5GHz

下行11.7-12.2GHzKa波段17~30GHz

上行17.7-21.7GHz

下行27.5-30.5GHz知識點歸納〔三〕物理層設(shè)備■中繼器〔Repeater〕■集線器〔Hub〕在物理層擴展局域網(wǎng)----使用中繼器、集線器，在電纜段之間復(fù)制比特信號，信號整形、放大、再生。擴展后的局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層看來還是一個網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會話層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會話層應(yīng)用層物理層中繼器集線器在物理層擴展局域網(wǎng)物理層擴展設(shè)備：中繼器〔Repeater〕和集線器〔Hub〕知識點歸納中繼器集線器知識點歸納■中繼器〔Repeater〕在物理層上實現(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)段的擴展，信號整形、放大、再生，延長網(wǎng)絡(luò)距離。優(yōu)點：安裝簡單、使用方便、價格廉價。缺點：不能夠無限制地擴展網(wǎng)絡(luò)長度。特點：中繼器處理的對象是數(shù)據(jù)比特脈沖信號，它不能識別數(shù)據(jù)鏈路層的幀格式或網(wǎng)絡(luò)層的分組格式。不提供網(wǎng)段之間的隔離。注意中繼器(數(shù)字傳輸)、放大器(模擬傳輸)兩者之間的區(qū)別知識點歸納■集線器〔HUB〕是多端口的中繼器，用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)。優(yōu)點:使原來屬于不同沖突域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨沖突域的通信。擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點:沖突域增大了，但總的吞吐量反而減小。如果不同的沖突域使用不同的數(shù)據(jù)率，就不能用集線器將它們互連起來。集線器二系集線器三系集線器一系三個獨立的沖突域集線器二系集線器三系集線器一系集線器一個更大的局域網(wǎng)(一個沖突域)HUB就像一根縮短的總線典型習題講解

典型習題講解

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4典型習題講解

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[題]共有4個站進行碼分多址CDMA通信。4個站的碼片序列為：A：〔-1–1–1+1+1–1+1+1〕B：〔-1–1+1-1+1+1+1-1〕C：〔-1+1–1+1+1+1-1-1〕D：〔-1+1–1–1-1–1+1-1〕現(xiàn)收到這樣的碼片序列：S=〔-1+1–3+1-1–3+1+1〕，問哪個站發(fā)送數(shù)據(jù)了？發(fā)送數(shù)據(jù)的站發(fā)送的1還是0？[答]∵S·A=〔-1+1–3+1-1–3+1+1〕·〔-1–1–1+1+1–1+1+1〕／8=〔＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1〕／8=1，