计算机网络——物理层

一、数据通信基础

  1. 数据通信基本概念

    • 消息：人类能够感知的描述称为消息
    • 信息：信息对事物状态或存在方式的不确定性表述，信息是可以度量的。
    • 通信：本质就是在一点精确或近似地再生另一点的信息
    • 通信系统：能够实现通信功能的各种技术、设备和方法的总体
    • 信号：通信系统中，在传输通道中传播的信息的载体
    • 数据：对客观事物的性质状态以及相互关系等进行记载的符号及其组合
    • 信道：信道是以传输介质为基础的信号通道

  2. 数据通信系统模型

    • 通信系统的构成：信源、发送设备、信道、接收设备、信宿和噪声源等部分
      通信系统的构成

    • 模拟通信

      • 模拟信号：信号的因变量是连续的

    • 数字通信

      • 数字信号：信号的因变量是离散的

    • 数据通信方式

      • 单向通信（单工）、双向交替通信（半双工）和双向同时通信（全双工）、
      • 并行通信和串行通信
      • 异步通信和同步通信

    • 数据通信系统的功能：

      • 信道利用
      • 接口及信号产生
      • 同步
      • 差错检测和纠正
      • 寻址与路由
      • 网络管理
      • 安全保证

二、物理介质

  1. 导引型传输介质
    • 架空明线：指平行且相互分离或绝缘的架空裸线线路，通常采用铜线或铝线等金属导线
    • 双绞线： 两根相互绝缘的铜线并排绞合在一起，减少对相邻导线的电磁干扰（屏蔽双绞线STP、非屏蔽双绞UTP线）
    • 同轴电缆：抗电磁干扰性能好。现在主要用于频带传输，如有线电视
    • 光纤：基本原理是利用光的全反射。通信容量达、距离远、抗电磁干扰性好、保密性好。（多模光纤和单模光纤）
  2. 非导引型传输介质
    • 地波传播：低频信号，沿地球表面传播
    • 天波传播：较高频信号，利用电离层的反射传播
    • 视线传播：高频信号，点对点直线传播，中继传输

三、信道与信道容量 *

  1. 信道分类与模型
    • 狭义信道：信号传输介质
    • 广义信道：信号传输介质和通信系统的一些变换装置
    • 调制信道：信号从调制器的输出端传输到解调器的输入端经过的部分
    • 编码信道：数字信号由编码器输出端传输到译码器输入端经过的部分
      信道的划分结构
  2. 信道传输特性
    • 恒参信道：各种有线信道和部分无线信道，传输特性变化小、缓慢，如微波视线传播链路和卫星链路等。
      • 对信号幅值产生固定的衰减
      • 对信号输出产生固定的时延
    • 随参信道：传输特性随时间随机快速变化
      • 信号的传输衰减随时间随机变化
      • 信号的传输时延随时间随机变化
      • 存在多径传播现象
  3. 信道容量
    • 信道容量：指信道无差错传输信息的最大平均信息速率
    • 连续信道容量
      • （B-带宽、M-信号码源状态数、S/N-信噪比，s-信号功率，N-噪声功率）
      • 理想无噪声信道的通信容量，奈奎斯特公式：
        C=2B log2M
      • 有噪声连续通信的信道容量，香农公式：
        C=B log2(1+S/N)
    • 离散信道容量

四、基带传输

  1. 基带传输基本概念
    • 模拟基带信号：模拟信号发出的原始电信号
    • 数字基带信号：数字信号发出的基带信号
    • 模拟基带信号可以通过信源编码转换为数字基带信号
    • 基带传输：直接在信道中传送基带信号
    • 数字基带传输系统
      数字基带传输系统
    • 信号码型：
      • 单极不归零码
      • 双极不归零码
      • 单极归零码
      • 双极归零码
      • 差分码
    • 基带传输码型：
      • AMI码——信号交替反转码：零电平编码二进制信息0，二进制信息1（传号）则交替用正电平和负电平表示
      • 双相码——曼彻斯特码：正（高）电平跳到负（低)电平表示1，负电平跳到正电平表示0
      • 米勒码
      • CMI码
      • nBmB码
      • nBmT码
    • 注释：双相码:1（正到负），0（负到正） 差分双相码：1（起始跳变），0（起始无跳变）*

五、频带传输 *

  1. 频带传输的基本概念：
    • 数字调制：利用数字基带信号控制载波信号的某些特征参数，使载波信号的这些参数的变化反应数字基带信号的信息，进而将数字基带信号变换为数字通带信号的过程
    • 键控法：利用两种不同的幅值、频率或相位来分别表示0或1
  2. 频带传输中的三种调制方式
    • 二进制数字调制
      • 二进制幅移键控：载波信号幅值随基带信号变化
      • 二进制频移键控：随基带信号变化而选择不同频率载波信号
      • 二进制相移键控：载波信号相位随基带信号变化
      • 二进制差分相移键控：基带信号控制相邻码元载波相对相位是否是变化，1：相对相位改变 ， 0：相对相位不变
    • 多进制数字调制
    • 正交幅值调制QAM

六、物理层接口规程

  1. 物理层接口概述
    • 物理层接口的四大特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
      • 机械特性：通信实体间硬件连接接口的机械特点
      • 电器特性：在物理连接上，导线的电气连接及有关电路的特征
      • 功能特性：物理接口各条信号线的用途
      • 规程特性： 通信协议，指明利用接口传输比特流的全过程，以及各项用于传输的事件发生的合法顺序
    • 物理层接口规范定义DTE和DCE之间的接口特性
      • DTE：数据终端设备
      • DCE：数据电路端接设备

重点内容

  1. 信道容量
  2. 基带传输编码
  3. 频带传输与调制技术