计算机网络-物理层复习笔记

数据通信的理论基础 #

带宽和两种信号 #

模拟带宽 #

传输过程中，振幅衰减不是非常明显的频率范围的宽度就是带宽。单位hz.

数字带宽 #

一个信道上面最大的数据率.单位bps.

基带信号 #

占用从0开始的一段带宽的信号。因为从0开始，所以称为“基”.

通带信号 #

以非0开始的一段带宽的信号。例如Music 88.7.

信道的最大传输速率 #

尼奎斯特定理(无干扰数字信道上的采样定理) #

数字信道能传输的最大数据率为采样率*帧长度,即

2B*log2(V) bps.

所谓有意义,就是在例如带宽为B的信道上,只需要跑采样频率为2B(2倍信道频率)的信号,在接收端还原的效果最好(>2B没有任何意义,因为听不出来;<2B则可能失真.)

然后log2(V)就是这个信号要用多少比特位来表示,即帧长度.

所以,频率*帧长度就是数据率.没毛病.

信噪比 #

信号功率为S,随机噪声功率为N,则信噪比是这两种功率之比,即S/N.

注意,这里区分有单位的信噪比(db为单位),是信噪比的对数形式.另外还有一个无单位的信噪比,就是上述定义的那个信噪比,由于是功率比功率所以没有单位.

香农定理 #

香农定理给出了尼奎斯特定理在有噪声信道下的情况.

在这种情况下,尼奎斯特的那个速率为:

Blog2(1+S/N).

计算 #

ADSL 非对称数字用户线 Asymmetric DSL #

ADSL 可接入Internet的电话网络使用的模拟带宽为1MHz.

如果要算ADSL上的尼奎斯特或者香农,则需要带入这个1MHz.

引导性传输介质 #

所谓引导性传输介质就是沿着线走的传输介质。与之相对的是无线通信。

双绞线 #

所谓双绞线，就是曾经ADSL采用的、现在我们使用的网线。

双绞线的屏蔽 #

非屏蔽双绞线：从1类到6类双绞线都是UTP, Unshielded Twisted Pair，仅仅由若干对双绞线构成。

屏蔽双绞线：7类双绞线所采用。其在每对双绞线外都加了屏蔽层，并且在外皮内部也加了屏蔽层。

光纤 #

单模和多模光纤 #

单模光纤的光信号是完全沿着光纤的前进方向传播。

多模光纤可以进入多条光信号，它们以各自的规律进行完全内部反射。但是由于需要通过反射进行前进，所以信号衰减比单模光纤要明显很多。

光纤可用波长 #

有三个波长范围，能使信号衰减程度最小，分别是0.85、1.30、1.55um波段。

多路复用技术 #

基本概念 #

数字调制 #

把数字信号转换成模拟信号，方便在链路上传输。

基带传输 #

未调制的，占用全部模拟带宽的传输方式。

通带传输 #

经过数字调制，导致只占用其中一块频带的传输方式。

多路复用 #

实现信道的共享。

基带传输的编码 #

波特率 #

码元的改变速率.例如2状态编码,00和01都是码元,则00到01代表码元改变.

不归零编码NRZ #

即数字逻辑中正常的高电平1，低电平0.

逆转不归零编码NRZI #

如果当前信号是1就翻转，如果当前信号是0就保持.

曼彻斯特编码 #

如果当前信号是1就在当前时钟周期的中点从高到低跳变,如果当前信号是0就从当前时钟周期的中点从低到高跳变.

曼彻斯特编码被应用于经典以太网上.

键控 Keying #

三大键控 #

键控就是对载波的调教,使之能够表示码元.

常常用载波来运载数字调制后的数据.我们通过修改和控制载波的频率,振幅,相位,实现载波的数字调制(即可以表示原数据了.)这种对载波的修改和控制就称为键控.

复合键控 #

采用多种键控方式,可以让载波有更多状态.这些状态的总数是采用各种键控方式不同状态的组合.

最有代表性的就是正交调幅 QAM,Quadrature Amplitude Modulation;其中,“正交"指的是QPSK,“调幅"值的是ASK**.因此,所谓QAM就是QPSK和ASK的复合键控.**

星座图 #

所谓星座图就是相量图.其中的点与原点的连线就是一个相量.这个相量表示了此信号的幅值和相位信息.

因为不同频率的相量不能画在同一个相量图里面,所以只能将PSK和ASK结合,所以FSK确实无法结合.

频分多路复用FDM #

保护带 #

例如,语音只需要3100Hz的模拟带宽,但是实际上在FDM中为每个语音信号分配了4000Hz的模拟带宽.这多出来的部分用于当作保护带,更大限度防止相邻频带干扰.

正交频分多路复用技术OFDM, Orthogonal FDM #

采用QAM方式调制载波的FDM技术.除了调制技术不同,OFDM中还把多个QAM载波以非常接近的频率距离安排在信道上,这意味着QAM载波所在的频带是相交的.

但是,它能巧妙地保证每个QAM载波的中心,也就是能量最高的区域是完全独立的,与任何其他QAM载波都没有交集.

接收方只需要取上述这些QAM载波的中心区域解调即可.

这种方式的效率非常高.现在被应用在802.11上.事实上,除了802.11第一个版本采用无线扩频技术外,剩余的版本都开始采用OFDM技术.

时分多路复用TDM #

保护时间 #

在每个TDM帧中Slot两侧增加一小段保护时间,可以有效避免重现问题.

不要和统计时分多路复用STDM,Statistical TDM混为一谈 #

STDM是分组交换上的概念,属于网络层;

TDM是物理层.

要是硬说区别,那就是对于STDM,每个Slot的归属者不固定,但是TDM是固定分配的.

码分多路复用CDM #

和CDMA的关系 #

CDM用作多路访问,就是CDMA,Code Division Multiple Access, Code Division MAC.

CDM和CDMA没有本质区别.

公共电话交换网络 #

概述 #

电话网络的三层结构 #

ADSL #

ADSL不对称的DSL（用户数据线）。采用QAM技术进行载波调制。

在0-25khz中，用于语音业务和隔离带；在25-1100khz中，用于数据业务。

DSLAM和ADSL Modem：用于数字业务的调制和解调 #

这两者的作用都是把从ADSL线路中通过分离器分离出的数据部分的信号解调成数字信号，或者把数字信号调制成QAM载波信号然后送给分离器。

分离器：用于分离和汇集数字业务和语音业务的载波信号 #

把ADSL线路中的低频25khz以下的部分和其他部分（即数据业务部分分开），分别输出（完成频分多路分用）。

或者从语音部分和数据部分（数字调制后的）拿到数据，汇集到ADSL线路上（完成频分多路复用）。

这个分离器在用户家和电话公司端局各有一个。用于在两方进行分离和汇集操作。

FttH的无源光网络（FttH PON） #

端局给出一条光缆，其中有上行所用的波长和下行所用的波长。端局带的所有用户都从这一条光缆上进行分离和组合，公用一个波长进行上行传输，共用另一个波长进行下行传输。

数字化语音信号和光纤 #

FDM模拟语音 #

FDM语音是纯模拟信号的语音。

将若干相近波段的语音信号分成一个群(Group)，将若干群再复用在一起构成超群。

TDM数字化语音 #

利用TDM技术，让语音以数字信号的模拟信号形式在线路上跑。

编码解码器codec #

作用是把模拟信号编码采样成数字信号。其是双向的，可以类比modem。

脉冲编码调制PCM, Pulse Code Modulation #

一直以来，国际上，电话信道的带宽都是4kHz.

根据尼奎斯特定理，需要进行8kHz的采样，即每秒采样8000次。

且，可以发现如果分成2^8个离散等级，则采样比较好。

因此，**语音通话的标准数据率**就是8000*8=64kbps.

压缩扩展 Companding #

为了降低PCM编码离散化造成的必然的数据损失，PCM可以采用非均匀采样电平等级划分。即：高频信号的等级跨度大一些，低频信号的等级跨度小一些，所以用更多比特去表示低频部分。

这样看就好像信号先被压缩，然后在解码端的codec处由被解压缩了一样。前者称为压缩，后者称为扩展。

T1载波的格式 #

T1载波是一种TDM模式。其TDM帧被分成24个Slot，供24个语音信号使用。此外，在每个TDM帧的最头上添加一个帧码（1bit）。

T1载波的TDM帧的Slot的大小是8bit。这8bit是语音采样，但是有时最后1bit会用于信令。

因此，T1载波的总长度是24*8+1=193bits.根据上述语音通话PCM的规范，采样率应该是8kHz，且划分2^8个离散等级，所以每125us就要传输8bits，所以整个T1的TDM帧周期也应该是125us，所以T1载波的数据率是193bits/125us=1.544Mbps.

T1载波强占比特信令 #

T1载波每6个帧，就把它的每个slot的最后一个比特拿出来作为信令。

12个用于时钟同步，12个用于网络操作和维护。

DWDM密集波分多路复用 Dense WDM #

随着技术的发展，WDM的各个波长之间的间隔非常接近，且因为光纤的带宽非常巨大，远大于其他引导性传输介质，所以里面可以以上述方式承载非常多的波长的信道，这就是密集了，就是DWDM。

包交换和电路交换 #

包交换对包大小进行限制的原因是避免有用户霸占全部资源。

移动通信 #

4G #

802.16 WiMAX无线宽带可以对应4G对速率的要求。