2.1通信基础

2.11基本概念

1.数据、信号、码元

数据：连续变化的数据称为模拟数据；数据值为有限离散值的数据称为数字数据。

数据的传输方式可分为串行传输和并行传输。

远距离传输通常使用串行传输，近距离（如计算机内部）数据的传输常用并行传输

码元是指用固定时长的信号波形表示一位K进制数。该时长被称为码元宽度。

2.信源、信道、信宿

1>一个数字通信系统一般划分为三部分：信源、信道、信宿。信源是产生和发送数据的源头；信道是信号传输的媒介；信宿是接收数据的终点

2>信道按传输信号形式的不同可分为模拟信道和数字信道;

    按传输介质的不同可分为无线信道和有线信道;

3>信道上传送的信号有基带信号和宽带信号之分；基带信号直接将01信号用不同电压表示；宽带信号将基带信号进行调制后形成频分复用信号，然后送到模拟信道上传输

4>从通信双方都交互方式看：

单向通信

半双工通信

全双工通信（需要两条信道）

5>信道的极限容量是指信道的最高码元传输速率

3.速率、波特、带宽（最高数据率）

1>速率也称数据率，指的是数据传输速率。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

波特率=比特率/一码元所含比特数(log2(N)),N为相位调制数

码元传输速率（波特率）：

信息传输速率（比特率）：

2.12奈奎特定理与香农定理

1.奈奎特定理

在低通且没有噪声的信道中：码元极限传输速率：2W（W为信道带宽）

设V表示每个码元中的离散电平数：log2（V）

所以极限数据传输速率（b/s）=2W*log2（V）

2.香农定理

S为信道平均功率，N为信号状态数，

信噪比=10*log10(s/n)  

则极限数据传输速率（b/s）=W*log2（1+S/N）

2.13编码与调制（把数据变成模拟信号的过程称为调制；把数据变为数字信号的过程称为编码）

1.数字数据编码为数字信号

1>归零编码:每个时钟周期中间均跳转到0

2>非归零编码：不归0，但无法传递时钟信号，难以同步

3>反向非归零编码：信号翻转代表0，不翻转代表1（一个周期内）

4>曼彻斯特编码（10BaseT值指10M/S的以太网，以太网的编码方式）：前高后低为1,或前低后高为1，总之在一个周期内

5>差分曼彻斯特编码：跨前后两个周期（若码元为一，则前半码元与上一码元的后半周期电平相同，中间跳转）

2.数字数据调制为模拟信号

在发送端将数字信号调制为模拟信号，在接收端将模拟信号解调为数字信号

正交振幅调制（QAM）：R=B*log2(mn)

3.模拟数据编码为数字信号

采样、（采样频率必须大于等于原始信号中最大频率的两倍）

量化、

编码

4.模拟数据调制为模拟信号

2.14电路交换、报文交换与分组交换

电路交换：连接建立、数据传输、连接释放。适用于数据量很大且传送时间远大于呼叫时间。

报文交换：采用存储转发，单位是报文

分组交换：采样存储转发，适用于端到端的通路由多段链路组成

2.15数据报与虚电路（分组交换进一步划分）

数据报：分组交换，每一个独立的分组中都要包含发送地址和接受地址

虚电路：多条链路中的“电路交换”

2.2传输介质

2.21 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质

1>双绞线：

多用于局域网和传统电话网。通信距离一般为几千到数十千米。距离过远时，模拟信号要用放大器放大衰减的信号，数字传输要用中继器整形失真的信号。

2>同轴电缆

主要用于有线电视

3>光纤

通信容量非常大。适合远距离传输

4>无线传输介质

无线电波（WLAN无线局域网）、

2.22物理层接口的特性

1>机械特性：

指明接口所用接线器的形状、尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置

2>电气特性

指明在接口电缆各条线上的电压范围

3>功能特性

指出某条线上出现某个电压有何意义

4>过程特性（或称规程特性）

2.3物理层设备

2.31中继器

将数字信号整形并放大再转发出去，以消除失真和衰减。（不能连接两个具有不同速率的局域网）

2.32集线器

多端口的中继器 

2.4. 本章思维导图

 

习题
2.1 物理层解决的主要问题：

    （1）尽可能屏蔽物理设备和传输媒体

    （2）怎样在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流

2.2规程与协议的区别：规程就是指物理层的协议

2.7假定某信道受奈氏准测限制，最高码元速率为20000码元/s，采用振幅调制，把码元的振幅划分成16个不同等级来传送，求最高能获得的数据率

    C=R*log(16)=20000b/s*4=80000b/s

    16种状态用4bits表示，码元速率为20000码元/s，每个码元能表示4bits，故答案为20000*4

2.8 假定要用3KHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据，试问这个信道应具有多高的信噪比

    C=W*log(1+S/N)，其中，W=3khz，C=64kb/s

    所以，1+S/N=2^(64/3)，S/N=2.64*10^6，(S/N)=10*log10(2.64*10^6)=64.2db

2.9用香农公式计算，假定信道带宽为3100Hz，最大信道传输速率为35kb/s，若使最大信道传输速率增加60%，求信噪比S/N应增大多少倍？

    C=Wlog(1+S/N)

    35000=3100*log(1+S/N)

    S/N=2^(350/31)-1=2505

    35000*1.6=3100*log(1+x*S/N)

        x=109.396

    所以应增大109倍

2.11假定一种双绞线衰减使0.7db/km，若容许由20db的衰减，试问使用这种双绞线的链路工作距离有多长？如果工作距离要增大到100km，应使衰减降低到多少？

    (1) 20/0.7=28.6km

    (2) 20/100=0.2db

*2.12计算工作在1200nm到1400nm之间以及工作在1400nm到1600nm之间的光波的频带宽度,光速为2*10^8m/s

    V=V/L1 - V/L2

    1200nm~1400nm：带宽=2*10^8/1200*10^-9 - 2*10^8/1400*10^-9=23.8Thz

    1400nm~1600nm：带宽=2*10^8/1400*10^-9 - 2*10^8/1600*10^-9=17.86Thz

*13.为什么使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？

解：

    为了实现共享信道、最大限度提高信道利用率

    频分、时分、码分、波分（即光的频分）

码分：两个不同站的码片序列正交，内积和为0.

           任何一个码片向量与自己的规格化内积都是1.