「谢希仁 · 计算机网络」第二章 物理层
  • 数据:运送消息的实体

  • 信号:数据的电气或电磁表现

    • 模拟信号:连续信号,消息参数的取值是连续的
    • 数字信号:离散信号,消息的参数取值是离散的
  • 码元:在使用时域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形图

    • 使用二进制编码时,只有两种不同的码元

 

  • 信道:一般用来表示向某个方向传送信息的媒体
  • 单向通信(单工通信):只能一个方向通信,没有反方向的交互
  • 双向交替通信(半双工通信):通信的双方都可以发送信息,但双方不能同时发送或接收
  • 双向同时通信(全双工通信):通信的双方可以同时发送和接收信息

 

  • 基带信号(基本频带信号)

    • 来自信源的信号
    • 包含有较多的低频成分,甚至有直流成分

调制

许多信号不能传输这种低频成分或者直流成分,所以要对基带信号进行调制

  • 调制

    • 基带调制:仅仅对基带信号的波形进行变换,把数字信号转换为另一种形式的数字信号,也被称为编码。
    • 带通调制:使用载波进行调制,把基带信号的频率范围搬到较高的频段,并转换为模拟信号,

常用的编码方式(基带调制)

  • 不归零制(NRZ):正电平代表1,负电平代表0
  • 归零制(RZ):正脉冲代表1,负脉冲代表0
  • 曼彻斯特编码:位周期中心的向上跳变代表0,位周期中心的向下跳变代表1。简单来理解就是:上0下1
  • 差分曼彻斯特编码:在每一位的中心处始终都有跳变,位开始边界有跳变代表0,而位开始边界没有跳变代表1。简单来理解其实就是:1变0不变,即遇到0则画跟上一个一样的图形,遇到1则画个相反的

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  • 信号频率:

    • 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高
  • 自同步能力:

    • 不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率,即无自同步能力
    • 归零制、曼彻斯特和差分曼彻斯特有自同步能力

基本的带通调制方式

  • 调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而变化
  • 调频(FM):载波的频率随基带数字信号而变化
  • 调相(PM):载波的初始相位随基带数字信号而变化

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由于一个码元只能包含一个比特信息,那如何能使得1个码元包含更多的比特信息?使用混合调制的方法

由于频率和相位是相关的,所以这两个一次只能调一个

正交振幅调制QAM,是同时调制相位和振幅

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信道的极限容量

任何实际的信道都不是理想的,都不可能以任意高的速率进行传送

码间串扰:接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限

奈式准则:

在假定的理想条件下,为了避免码间串扰,码元传输速率是有上限的

理想低通信道下的最高码元传输速率是2W(单位为波特,代表码元每秒),W是信道带宽

码元传输速率又称波特率、调制速率、波形速率、符号速率

信噪比:

信号的平均功率和噪声的平均功率之比,常记为S/N,单位为分贝(dB)

香农公式:

信道的极限信息传输速率C:

,单位为bit/s,W为信道的带宽,S为信道内所传信号的平均功率,N为信道内部的高斯噪声功率

  • 信道的带宽或信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率就越高。
  • 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率,就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。

数据传输速率 = 波特率(码元传输速率) * 每个码元携带的信息量

信道复用技术

复用:允许用户使用一个共享信道进行通信

频分复用FDM

最基本的复用技术

不同的用户在相同的时间内占用不同的带宽(频域上的带宽),分配到一定的频带以后,整个通信过程自始至终都占用这个频带

时分复用TDM

将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧),125µs

TDM信号又称等时信号

每一个用户占用TDM帧中固定的一段时间,且是周期性的

用户在不同时间内占用的频带宽度是一样的

信道利用率不高,因为有些用户暂无数据发送时,分配的时间空隙只能处于空闲状态

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波分复用WDM

光的频分复用

使用一根光纤来同时传输多个光载波信号

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码分复用

每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信

各个用户使用经过挑选的不同码型,因此不会造成干扰

码分多址CDMA:

将每个比特的传输变成传输m个更小的东西,称为码片

每个传输之间的站有自己专属的唯一的m bit码片序列X

  • 发送比特1:则发送X码片序列
  • 发送比特0:则发送X码片序列的反码

用-1代替0

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发送的时候可以是许多信号的叠加

运算时,只需要把总信号与各个站的码片求规格化内积,如果得到的是1,则传输的是1,如果得到的是-1,则传输的是0,否则就不是传输给该站

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