2.1.1 基本概念
1.物理层基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流
物理层定义了一些传输媒体接口的标准
定义了哪些标准?
1.机械特性
定义物理连接的特性,例如接口形状,引线数目,引脚数量等
2.电气特性
规定传输二进制位时,线路上信号的电压范围,传输速率,距离限制
3.功能特性
指某线上出现的某一电平表示何种意义,信号线的用途
4.规程特性
各条物理线路的工作规程和时序关系
2.典型的数据通信模型
3.数据通信的相关术语
数据通信模型中可看到的术语
数据:传送消息的实体
信号:数据在传输过程中的存在形式
分为数字信号(离散的,只有0,1两种)和模拟信号(连续的)
信源:产生和发送数据的源头
信宿:接受数据的终点
信道:信号的传输媒介
三种通信方式:
- 单工通信:只有单向的通道,即只能是a发送b接收,b不能发送,有1条信道
- 半双工通信:通信双方只能a发送b接收,或者b发送a接收,不能同时发送信息,有2条信道
- 全双工通信:通信双方可以同时发送和接收信息,有2条信道
两种信息传输方式:
串行传输:速度慢,费用低,适合远距离
并行传输:速度快,费用高,适合近距离传输
码原,波特,速率,带宽(重点)
1.码原:
固定时长的信号波形(数字脉冲)表示一位k进制的数字,例如对于4进制的码原,有00,01,10,11四种状态,而1码原可以携带两位比特位,即1码原可以携带多个比特的信息量,而在2进制编码时,只有两种不同的码原,分别为0和1
2.速率:
也称为数据率,即数据的传输速率(这里注意区分传输速率和传播速率,传输速率是指从主机到链路上传输的速度,而传播速率是在整个链路上的传播速度,就是电磁波或者光波的传播速率)
1)码原传输速率:单位时间数字通信系统传输的波特个数,单位是波特(Baud) ,1Baud=1码原/s
2)信息传输速率:单位时间数字通信系统传输的比特数(二进制的码原个数),单位是b/s
关系:若1个码原携带2比特的信息量(即4进制码原),则MBaud的码原传输速率对应的信息传输速率为:M*2b/s。
3.带宽
单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高传输率”,常用来表示网络的通信线路所能达到的上限。
带宽与信息传输速率的联系:带宽是理想状态下的信息传输速率
2.1.2 奈式定理和香农准则
失真:指信号在传输过程中与原有信号或标准相比发生了偏差
失真的一种现象:
码间串扰:接受端收到的信号波形失去了码原之间清晰的界限的现象(如下图4000HZ的情况)
因为码间串扰的问题,就产生了奈氏准则
奈氏准则
在理想低通的环境下(无噪声,带宽受限),为了避免码间串扰,极限码原传播速率为2W Baud,W为信道带宽,单位是Hz
考试时会出现一个叫极限数据率的东西:
注意!:奈氏准则给出了码原传输速率的限制,但是却没有对信息传输速率给出限制
所以,要提高数据传输率,就要选择k进制(k尽可能大)的码原。
例题:
香农定理
信噪比 = 信号的平均功率/噪声的平均功率,常记为S/N,并用分贝(dB)作为度量单位,即:(公式右边是10*log(S/N))
香农定理:在带宽受限且有噪声的信道中,为了不产生误差,信息的数据传输速率有上限值
1.只要信息的传输速率低于信道的极限数据传输速率,就一定能找到某种方法实现无差错传输
2.香农定理得出的为极限信息传输速率,实际上要比这个速率低不少
什么时候用奈氏,什么时候用香浓定理
奈氏准则(内忧)
带宽受限,无噪声的条件下,为了避免码间串扰,码原传输速率的上限是2W Baud
理想低通条件下的极限数据传输率为2WlogV(以2为底)
要想提高数据率,就要提高带宽或者采用更好的编码技术
香农定理(外患)
带宽受限有噪声的环境下的信息传输率
信道的极限数据传输率=Wlog(1+S/N) (以2为底)
要想提高数据率,就要提高带宽或者信噪比
2.1.3 编码与调制
1.基带信号宽带信号
将数字信号中的1和0用不同的电压表示,放到数字信道上传输(基带传输)
将基带信号调制后的信号,传到模拟信道上去传输(宽带传输)
总之,
数字信号->基带传输
模拟信号->宽带传输
2.编码与调制
数据 -> 数字信号 编码
数据 -> 模拟信号 调制
3.数字数据编码为数字信号
(1)非归零编码
(2)曼彻斯特编码:将一个码原分成两个相等的间隔,前高后低为0,前低后高为1,由于每个码原被调成两个电平,所以调制速率(波特,由于一个码原中有两次跳变)是数据传输速率的2倍
(3)差分曼彻斯特编码
4.数字信号调制为模拟信号
答案:4800b/s
5.模拟数据编码为数字信号
PCM脉码调制:
由于所有的模拟信号都是正弦波的形式,由于正弦波的公式:
f(x)=Asin(wx+Ф)中,w由频率f确定,所以只需要图像中的两个点,就可以得到A和Ф,所以在一个周期内要采样两次,所以f采样频率>=2f信号最高频率
6.模拟数据调制为模拟信号
模拟 -> 模拟