标签：码片传输速率通信数字信号发送传输物理层

物理层

作用

尽可能屏蔽传输媒体和通信手段的差异，使数据链路层只需完成本层协议和服务
完成传输方式的转换

概念

通信的目的是传送消息（message） ，数据（data） 是运送消息的实体，信号（signal） 是数据的电气或电磁表现
基带信号：来自信源的信号
码元：代表数字信号不同离散数值的基本波形
波特率 ：表示每秒钟传送的码元符号的个数 单位：B

物理层的主要功能：定义特性

机械特性：指明接口所用的接线器的形状、尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等
电气特性：指明接口电缆的各条线上出现的电压范围
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义
过程特性：指明对于不同功能的各种可能时间的出现顺序

传输介质

导向：
- 双绞线：两根互相绝缘的铜导线绞合（减少相邻导线对电磁的干扰）
  - STP屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair）
  - UTP无屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair）
    
    10BASE-T对应IEEE802.3
- 同轴电缆：
  - 50Ω同轴电缆：LAN/数字传输常用
  - 75Ω同轴电缆：有线电视/模拟传输常用
- 光纤：
  - 单模光纤：光纤的直径减小到只有一个光的波长，可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射
    
    光源：定向性很好的激光二极管
  - 多模光纤：存在多条不同入射角度的光线在一条光纤中传输（只适合近距离传输 ）
    
    光源：发光二极管
    
    优点：
    1. 通信容量非常大
    2. 传输损耗小
    3. 抗雷电、电磁干扰性能好
    4. 无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据
    5. 体积小，重量轻
- 架空明线（铜线/铁线）：安装简单，通信质量差，许多国家已停止铺设

非导向：
- 无线电波：所有方向传播，穿透能力强
- 微波（固定方向传播 ）：
  - 地面微波接力通信：
    
    优点：
    - 通信信道容量大
    - 传输质量高
    - 投资少，见效快，易于跨越山区江河
    缺点：
    - 相邻站之间必须直视，不能有障碍物
    - 受天气影响
    - 与电缆相比，隐蔽性与保密性较差
    - 大量中继器的使用及维护需消耗较多人力物力
  - 卫星通信：
    - 优缺点同上
    - 通信距离远
    - 具有较大传播时延
    - 覆盖范围广，适合广播通信
- 红外、激光（固定方向传播）：要把传输的信号分别转换成各自信号格式

设备

满足5-4-3-2-1规则 ：

5个网段
4个中继器/集线器
3个网段为主机端
2个网段为连接端
1个冲突域
中继器：
- 再生数字信号
- 两端是网段，不是子网
- 适用于两个完全相同的网络互连，且两个网段的速率要相同 （不能存储转发）
- 两端可以连接相同或不同媒体
集线器（多口中继器）：
- 转发到除输入端口外的其他所有端口
- 集线器上平分带宽
- 共享式设备，不具备信号定向传送能力

通信方式

单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互（一条信道），如：电视广播
双向交替通信（半双工通信）：通信双方都可以发送消息，但不能同时发送或接受（两条信道），如：对讲机
双向同时通信（全双工通信）：通信双方可以同时发送和接收消息（两条信道），如：电话

数据传输方式

串行传输：数据在通信线路（传输媒体）上传输一般采用串行传输（低位->高位）
并行传输：数据在计算机内部多采用并行传输，
同步传输：数据传送以一个数据区块为单位 ，需先送出一个或多个同步字符（SYN） ，再送出整批数据
异步传输：将比特分成小组 传送，传送数据时，加一个字符起始位与终止位

编码与调制

编码：

数字信号——数字信号：（集线器）
模拟信号——数字信号：PCM脉冲编码调制（Pulse-code modulation） ：

抽样、量化、编码

PCM缺点：
- 速率标准不统一：
  - 欧洲E1（我国) :2.048Mbit/s
  - 北美T1:1.544Mbit/s
- 不是同步传输 ：各国数字网主要采用准同步方式，当数据传输率很高时，收发双方时钟难同步成为很大问题

推出同步光纤网SONET（Synchronous Optical Network）STS-1/OC-1 51.84Mbit/s

同步数字系列SDH（Synchronous Digital Hierarchy） STM-1 155Mbit/s = STS-3/OC-3

常用编码方式：

不归零制：高1低0 无法判断开始结束，收发难保持同步
归零制
反向不归零：0翻转 1不变
曼彻斯特：自同步 频率带宽是原始带宽的两倍 数据传输速率只有调制速率的1/2
差分曼彻斯特（局域网）0翻转 1不变

调制：

数字信号——模拟信号：带通调制：
- AM 调幅
- FM 调频
- PM 调相
- QAM（Quadrature Amplitude Modulation）正交振幅调制（A+P）
模拟信号——模拟信号：（放大器）

奈氏准则

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

限制了码元传输速率

规定极限码元传输速率为2W（Baud）其中W为信道带宽（HZ）

理想条件下，极限数据传输率=2Wlog2V (b/s) 其中V表示离散电平数目

香农定理

噪声：

热噪声（信道固有）无法消除
冲击噪声（外界特定短暂原因所造成）传输中的主要差错

信噪比（dB）=10log10 （S/N）（dB）

C =W log 2 (1+S/N)

限制了极限信息传输速率

意义：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定存在某种方法来实现无差错的传输

信道复用技术（复用器与分用器成对使用）

频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）：同样的时间占用不同的带宽资源（主要用于模拟信号传输 ）
时分复用TDM（Time Division Multiplexing）：不同时间占用同样频带宽度（适合用于数字信号传输 ）
- STDM统计时分复用（Statistic TDM）/异步时分复用 ：
  - 不固定分配时隙，按需动态分配时隙
  - 每个时隙还必须有用户的地址信息
  - 交换机使用的是STDM
- 同步时分复用：普通的时分复用
波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）：光的频分复用

密集波分复用DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）：在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号

码分复用CDM（Code Division Multiplexing）

码分多址CDMA（Code Division Multiplexing Access）：有很强的抗干扰能力，频谱类似白噪声不易被发现

CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列（chip sequence），如果要发送比特1 ，则发送自己的m bit码片序列 ；如果要发送比特0 ，则发送该码片序列的二进制反码（扩频）

码片序列必须各不相同且相互正交

两个不同站的码片序列正交规格化内积都是0
任何一个码片向量与该码片向量自己的规格化内积都是 1
一个码片向量和该码片反码的向量规格化内积都是-1

例：在一个CDMA移动通信系统中，A、B、C站分配的地址码分别为(-1-1-1+1+1-1+1+1) 、(-1-1+1-1+1+1+1-1)和(-1+1-1+1+1+1-1-1)，某一时刻A发送数据位0，B发送数据1，C未发送，则接收C站信息的接收者收到的信号是_

A (0 0 +2 -2 0 +2 0 -2)

B (0 +2 +2 -2 0 +2 0 -2)

C (+2 0 +2 -2 0 +2 0 -2)

D (0 0 +2 -2 0 +2 0 0)

解：A发送数据位0，所以A送出的是地址码的非（+1 +1 +1-1-1 +1-1-1) ；

B发送数据位0，所以B送出的是地址码(-1-1+1-1+1+1+1-1) ;

C未发送数据，所以C没有送出任何信息。

接收C站信息的接收者收到的信号应该是双极性信号线性相加的结果，所以将A地址码的非和B的地址码线性相加，即(+1+1+1-1-1+1-1-1)+( -1-1 +1-1+1+1+1-1)=(0 0 +2 -2 0 +2 0 -2)

例：站点A、B、C通过CDMA共享链路，A、B、C的码片序列（chipping sequence）分别是（1,1,1,1）、（1，-1,1，-1）和（1，1,-1，-1），若C从链路上收到的序列是（2,0,2,0,0，-2,0，-2,0,2,0,2），则C收到A发送的数据是（）

A.000 B.101 C.110 D.111

解：C接收到的是A，B发送过来的叠加码片，C想要看A发送的数据，就将接收到的叠加码片与A的码片序列进行规格化内积操作：（2，0，2，0；0，-2，0，-2；0，2，0，2）每四位与（1，1，1，1）进行规格化内积，（21+01+21+01)/4=1;

（01+-21+01+-21)/4=-1，-1即0;

（01+21+01+21)/4=1;

可以得到结果101

标签：码片,传输速率,通信,数字信号,发送,传输,物理层
From： https://www.cnblogs.com/yuanyu610/p/16595573.html

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