第二章 物理层

2.1 物理层基本概念

  • 串行传输
  • 物理连接方式 点对点 多点连接 广播连接

2.2 数据通信的基础知识

2.2.1 数据通信系统模型
  • 三部分:源系统、传输系统、目的系统在这里插入图片描述
  • 源点:产生要传输数据
  • 发送器:比如调制器 将数据比特流编码
  • 接收器:解调器 转换成能处理的信息
  • 终点:输出
  • 码元:时间域的波形表示信号
  • 模拟信号:参数取值连续
  • 数字信号:离散的
2.2.2 信道基本概念
信道

按照信息交互方式划分

  • 单向信道:单工信道 一个方向通信 广播
  • 双向交替信道:半双工信道 双方发送信息 不能同时发送和接收信息
  • 双向同时信道:全双工信道,通信的双方可以同时发送和接收消息
  • 单向信道需要一条信道 ,其他两条,一个方向一条。
  • 来自信源的信号称为基带信号,包含低频成分,直流成分,为了解决这一问题,调制。调制两大类:1、波形变换,基带信号变换后仍是基带信号。基带调制。把数字信号转换为另一种形式的数字信号,称为编码。2、使用载波进行调制,把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,转换为模拟信号。载波调制后的信号称为带通信号(仅在一定频率范围内能通过信道)。带通调制。
    (1) 常用编码方式
    在这里插入图片描述
    (2)基本的带通调制方法在这里插入图片描述
2.2.3 信道的极限容量
  • 数字信道的优点是:信号在信道传输时产生失真,在接收端可以通过失真的波形识别原来信号。码元传输的速率越高,信号传输距离越远,噪声干扰越大,传输媒体质量越差,在接受段的波形失真越严重。
    在这里插入图片描述
    限制码元在信道的传输速率因素
    (1)信道所能通过的频率范围是有限的。很多高频分量不能通过。每一个码元所占的时间界限也是不明确的。码间串扰。任何信道,码元传输速率有上限,超过,会出现严重的码间串扰,接收端无法识别。
    (2)信噪比。信号的平均功率和噪声的平均功率之比。S/N db分贝作为计量单位。
    信噪比(db)= 10㏒(S/N) 底数为10
    香农公式 C信道的极限信息传输速率
    C = W㏒₂(1+s/n)(bit/s)
    w为信道带宽 Hz为单位 s为信道传输信号平均功率 n为信道内高斯噪声功率
    带宽或信噪比越大 仅限传输速率越高
    意义:信息传输速率低于极限,就一定存在无差错运输。
    信噪比不能提高了,码元传输速率到上限了,如何提高传输速率,让每一个码元携带更多信息比特量。通过调制信号实现。
2.4 信道复用技术

在这里插入图片描述
(1)最基本的频分复用FDM和时分复用TDM。频分复用:用户分配到一定频带,通信过程中始终占用频带,所有用户同样时间占用不同带宽资源。(这里的带宽指频率宽带)时分复用是将等长的时间划分为一段段时分复用帧,每一个用户在每一个帧周期性出现。tdm信号也叫等时信号。不同时间占用同样频带宽度。技术比较成熟,不够灵活,时分复用更有利于数字信号传输。在这里插入图片描述
频分复用,若每一个用户带宽不变,用户增加,信道总带宽跟着变宽。但时分复用,帧长度是不变的。复用器和分用器成对使用。时分复用,由于数据突发性质,分配到的子信道利用率一般是不高的。在这里插入图片描述
统计时分复用 STDM :提供信道利用率 集中器常使用stdm在这里插入图片描述
每一个stdm帧的时隙数小于集中器的用户数,动态分配,输出线路并不是周期性。异步时分复用。不是固定分配给某个用户,所以要有用户地址信息,不可避免的开销。智能复用器,存储转发。

2.42 波分复用

WDM 光的频分复用。一根光纤同时传输多个频率接近的光载波信号。DWDM密集波分复用。
在这里插入图片描述

2.4.3 码分复用

CDM 码分多址 CDMA 每一个用户在同样时间使用同样频带进行通信。由于各用户不同码型不会干扰。很强的抗干扰能力。
CDMA中每一个比特时间再划分m个时间间隔,称为码片。m为64或128。

待补充