計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)考研輔導(dǎo)講座(物理層)

第二講：物理層知識(shí)點(diǎn)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：?jiǎn)喂ねㄐ?、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(gè)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(hào)數(shù)據(jù)傳輸方式知識(shí)點(diǎn)歸納數(shù)據(jù)通信模式知識(shí)點(diǎn)歸納通信方式知識(shí)點(diǎn)歸納知識(shí)點(diǎn)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(hào)放大器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)

PCM

編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)

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(jì)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(shí)點(diǎn)歸納調(diào)幅，幅移鍵控ASK〔AmplitudeShiftKeying〕:用載波的不同振幅來(lái)表示不同的二進(jìn)制值，如用載波的有無(wú)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(gè)不同頻率來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值。調(diào)相，相移鍵控PSK〔PhaseShiftKeying〕:用載波的相位移動(dòng)來(lái)表示數(shù)據(jù)。在以下圖中，信號(hào)相位與前面信號(hào)串同相的信號(hào)表示“0〞，信號(hào)相位與前面信號(hào)串反相的信號(hào)表示“1〞，這是相對(duì)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(duì)相移鍵控。知識(shí)點(diǎn)歸納調(diào)頻，頻移鍵控FSK〔FrequencyShiftKeying〕:用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值。知識(shí)點(diǎn)歸納調(diào)相，相移鍵控PSK〔PhaseShiftKeying〕:用載波的相位移動(dòng)來(lái)表示數(shù)據(jù)。信號(hào)相位與前面信號(hào)串同相的信號(hào)表示“0〞，信號(hào)相位與前面信號(hào)串反相的信號(hào)表示“1〞。知識(shí)點(diǎn)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(lái)從中間電平跳變中提取同步時(shí)鐘信號(hào)，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(hào)最高頻率為F，假設(shè)以2F的采樣頻率對(duì)其采樣，那么采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。語(yǔ)音信號(hào)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。這需要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：1〕采樣——按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣2〕量化——對(duì)每個(gè)樣本舍入到量化級(jí)別上3〕編碼——對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼2023/12/2612PCM-脈沖編碼調(diào)制3.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100

原始信號(hào)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(jí)別6V7V5V2V3V4V1V0010100110001001011101110V2023/12/2613模擬話音采樣時(shí)鐘PAM信號(hào)PCM信號(hào)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(shí)鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)--量化級(jí)數(shù)：256級(jí)(8位二進(jìn)制碼表示)--數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信號(hào)的速率=64000bpsPCM-脈沖編碼調(diào)制7)信道極限傳輸速率——無(wú)噪信道容量

知識(shí)點(diǎn)歸納尼奎斯特〔H.Nyquist)定理無(wú)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(hào)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(gè)電壓信號(hào)能攜帶更多個(gè)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(jìn)制數(shù)據(jù)波形

四進(jìn)制數(shù)據(jù)波形0010110001信道的最大數(shù)據(jù)速率例：一個(gè)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(jí)的信號(hào)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(shuō)明了在熱噪聲的信道上的極限信息傳輸速率,當(dāng)用此速率進(jìn)行傳輸時(shí),可以做到不產(chǎn)生過(guò)失.※在實(shí)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(hào)功率，N噪聲功率分貝(db)：知識(shí)點(diǎn)歸納知識(shí)點(diǎn)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(hào)傳輸知識(shí)點(diǎn)歸納A2A1A3原始信號(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后數(shù)據(jù)時(shí)隙1234D3D2D1適用于數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)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(zhǎng)的光波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，各路光波經(jīng)過(guò)一個(gè)棱鏡〔或衍射光柵〕合成一個(gè)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(kāi)。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(shí)點(diǎn)歸納4.碼分多路復(fù)用〔CDM，碼分多址CDMA〕每個(gè)比特時(shí)間分成m位的碼片，每站分配一個(gè)唯一的m位碼片序列。當(dāng)某個(gè)站發(fā)送“1〞時(shí)，在信道中發(fā)送它的碼片序列，當(dāng)發(fā)送“0〞時(shí)，發(fā)送它的碼片序列的反碼。CDMA接收時(shí)，接收站從空中收到多站發(fā)送信號(hào)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(jìn)行歸一化內(nèi)積運(yùn)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(shí)原始數(shù)字信號(hào)的頻率被擴(kuò)展，這種通信方式又叫做擴(kuò)頻通信。知識(shí)點(diǎn)歸納T1信道和E1信道T1信道：用于傳輸24路話音，即24個(gè)子信道E1信道：傳輸30路話音，每個(gè)樣本8比特總共32個(gè)子信道，2個(gè)子信道傳輸控制信號(hào)、同步知識(shí)點(diǎn)歸納〔二〕傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)有線介質(zhì)無(wú)線介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖UTPSTP細(xì)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(hù)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(lèi)-16M、5類(lèi)-100M雙絞線外沒(méi)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(xì)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(hù)套加強(qiáng)芯光纖束光纖傳輸電信號(hào)過(guò)程電光轉(zhuǎn)換▽光電轉(zhuǎn)換▽光纖光信號(hào)發(fā)送端接收端輸入輸出發(fā)光二級(jí)管注入型激光二級(jí)管光電二級(jí)管檢波器光纖傳送模式

多模輸入電信號(hào)輸出電信號(hào)單模

波長(zhǎng):1300,1550nmh1h2波長(zhǎng):850,1300nmh2h1芯/封套特性光纖的直徑減小到一個(gè)光波波長(zhǎng)微波通信微波使用的波段為100M~10GHz通過(guò)拋物狀的天線把能量集中一束，沿直線傳播微波中繼站：擴(kuò)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(hào)上行信道、下行信道無(wú)距離限制，但傳播延時(shí)較長(zhǎng)：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(shí)點(diǎn)歸納〔三〕物理層設(shè)備■中繼器〔Repeater〕■集線器〔Hub〕在物理層擴(kuò)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(hào)，信號(hào)整形、放大、再生。擴(kuò)展后的局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層看來(lái)還是一個(gè)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(huì)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(huì)話層應(yīng)用層物理層中繼器集線器在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)物理層擴(kuò)展設(shè)備：中繼器〔Repeater〕和集線器〔Hub〕知識(shí)點(diǎn)歸納中繼器集線器知識(shí)點(diǎn)歸納■中繼器〔Repeater〕在物理層上實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)段的擴(kuò)展，信號(hào)整形、放大、再生，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)距離。優(yōu)點(diǎn)：安裝簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格廉價(jià)。缺點(diǎn)：不能夠無(wú)限制地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度。特點(diǎn)：中繼器處理的對(duì)象是數(shù)據(jù)比特脈沖信號(hào)，它不能識(shí)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(shí)點(diǎn)歸納■集線器〔HUB〕是多端口的中繼器，用多個(gè)集線器可連成更大的局域網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn):使原來(lái)屬于不同沖突域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行跨沖突域的通信。擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點(diǎn):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(lái)。集線器二系集線器三系集線器一系三個(gè)獨(dú)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(gè)更大的局域網(wǎng)(一個(gè)沖突域)HUB就像一根縮短的總線典型習(xí)題講解

典型習(xí)題講解

典型習(xí)題講解

典型習(xí)題講解

典型習(xí)題講解

典型習(xí)題講解

4典型習(xí)題講解

典型習(xí)題講解

典型習(xí)題講解

[題]共有4個(gè)站進(jìn)行碼分多址CDMA通信。4個(gè)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(wèn)哪個(gè)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，