計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)考研輔導(dǎo)講座(物理層)

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第二講：物理層,知識點(diǎn)歸納,一通信根底,數(shù)據(jù)傳輸方式：串行傳輸、并行傳輸,通信模式：單工通信、半雙工通信、全雙工通信,通信方式：同步通信、異步通信,信道：表示想某一個(gè)方向傳送信息的媒體。可分為數(shù)字信道、模擬信道,信息、數(shù)據(jù)、信號,數(shù)據(jù)傳輸方式,知識點(diǎn)歸納,數(shù)據(jù)通信模式,知識點(diǎn)歸納,通信方式,知識點(diǎn)歸納,知識點(diǎn)歸納,6,),數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸追N方式,編碼與調(diào)制,：,模擬

2、數(shù)據(jù),模擬信號,放大器,調(diào)制器,模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號,PCM,編碼器,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),模擬信號,調(diào)制器,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),數(shù)字信號,數(shù)字,發(fā)送器,PCM脈沖編碼調(diào)制、采樣、量化、編碼采樣定理及其計(jì)算,AM(ASK),FM(FSK)，PM(PSK),曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼,NRZ,知識點(diǎn)歸納,調(diào)幅，幅移鍵控ASKAmplitude Shift Keying:用載波的不同振幅來表示不同的二進(jìn)制值，如用載波的有無分別表示“1和“0。,調(diào)頻，頻移鍵控FSKFrequency Shift Keying:用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率來表示兩個(gè)二進(jìn)制值。,調(diào)相，相移鍵控PSKPhase Shift Keying:用

3、載波的相位移動(dòng)來表示數(shù)據(jù)。在以下圖中，信號相位與前面信號串同相的信號表示“0，信號相位與前面信號串反相的信號表示“1，這是相對相移鍵控。也可用載波初相為表示“1，初相0表示“0，這是絕對相移鍵控。,知識點(diǎn)歸納,調(diào)頻，頻移鍵控FSKFrequency Shift Keying:用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率來表示兩個(gè)二進(jìn)制值。,知識點(diǎn)歸納,調(diào)相，相移鍵控PSKPhase Shift Keying:用載波的相位移動(dòng)來表示數(shù)據(jù)。信號相位與前面信號串同相的信號表示“0，信號相位與前面信號串反相的信號表示“1。,知識點(diǎn)歸納,曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼,曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼，都可以被用來從中間

4、電平跳變中提取同步時(shí)鐘信號，這兩種編碼方式常用于局域網(wǎng)中，曼徹斯特編碼用于以太網(wǎng)，差分曼徹斯特編碼用于令牌環(huán)網(wǎng)中。,2024/12/14,11,脈沖編碼調(diào)制方法,采樣定理：,如果連續(xù)變化的模擬信號最高頻率為F，假設(shè)以2F的采樣頻率對其采樣，那么采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。,語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個(gè)步驟：,1采樣按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣,2量化對每個(gè)樣本舍入到量化級別上,3編碼對每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼,2024/12/14,12,PCM-,脈沖編碼調(diào)制,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4

5、,011,100,011,011,001,100,原始信號,PAM,脈沖,PCM,脈沖,（有量化誤差）,011100011011001100,PCM,輸出,采樣之前要先,確定量化級別,6V,7V,5V,2V,3V,4V,1V,001,010,011,000,100,101,110,111,0V,2024/12/14,13,模擬話音,采樣時(shí)鐘,PAM,信號,PCM,信號,采樣電路,量化和編碼,數(shù)字化聲音,-,話音信道帶寬,2,倍話音最大頻率,),-,量化級數(shù)：,256,級,(8,位二進(jìn)制碼表示,),-,數(shù)據(jù)率：,8000,次,/s*8bit=64Kb/s,每路,PCM,信號的速率,=64000b

6、ps,PCM-,脈沖編碼調(diào)制,7,)信道極限傳輸速率,無噪信道容量,知識點(diǎn)歸納,尼奎斯特H.Nyquist)定理,無噪聲理想低通信道下的最大傳輸速率,H為理想低通信道的帶寬，Baud/s 成為波特率或者碼率,信道的最大數(shù)據(jù)速率,由于信號的傳輸速率受尼奎斯特定理的約束,所以要提高信息的傳輸速率,就必須設(shè)法使每一個(gè)電壓信號能攜帶更多個(gè)比特的信息量,.,這就需要采用多元制的調(diào)制方法,.,1 0 0 1 0 1 1,+3,+1,0,-1,-3,判別電平,判別電平,二進(jìn)制數(shù)據(jù)波形,四進(jìn)制數(shù)據(jù)波形,00 1011 00 01,信道的最大數(shù)據(jù)速率,例：,一個(gè)信噪比為30db、帶寬為3KHZ的信道假設(shè)用于傳送

7、數(shù)據(jù)，那么不管使用多少級的信號電平，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率絕不可能高于3000log2(1+1000)bps.,2.,香農(nóng)定理,(1948),香農(nóng)定理說明了在熱噪聲的信道上的極限信息傳輸速率,當(dāng)用此速率進(jìn)行傳輸時(shí),可以做到不產(chǎn)生過失.,在實(shí)際信道中,不僅受到熱噪聲的影響,而且還要受到各種脈沖干擾和在傳輸中產(chǎn)生的失真等.,信噪比,:S,信號功率，,N,噪聲功率,分貝,(db),：,9)多路復(fù)用技術(shù)及其分類FDM、TDM、WDM、CDMA：,多路復(fù)用技術(shù)就是把許多路信號在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)。頻分多路復(fù)用FDM和時(shí)分多路復(fù)用TDM是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。,知識點(diǎn)歸納,1.頻分多路復(fù)用 FDM技

8、術(shù),在一條通信線路設(shè)計(jì)多路通信信道;,每路信道的信號以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制;,各個(gè)載波頻率是不重疊的,那么一條通信線路就可以同時(shí)獨(dú)立地傳輸多路信號,知識點(diǎn)歸納,CH2,CH1,CH3,原帶寬,CH1,CH2,CH3,移頻后帶寬,MUX,CH1,CH2,CH3,帶寬復(fù)用,f,適用于模擬信號傳輸,2.時(shí)分多路復(fù)用 TDM技術(shù),時(shí)分多路復(fù)用是將信道用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分為假設(shè)干個(gè)時(shí)間片；,每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片；,在其占有的時(shí)間片內(nèi)，用戶使用通信信道的全部帶寬。,知識點(diǎn)歸納,A2,A1,A3,原始信號,D2,D1,D3,數(shù)字化信號,MUX,復(fù)用后數(shù)據(jù),時(shí)隙,1,2,3,4,D3,D2,D,1,適用于數(shù)

9、字信號傳輸,時(shí)間片,3.波分多路復(fù)用 WDM,是光的頻分復(fù)用。不同的信源使用不同波長的光波來傳輸數(shù)據(jù)，各路光波經(jīng)過一個(gè)棱鏡或衍射光柵合成一個(gè)光束在光纖干道上傳輸，在接收端利用相同的設(shè)備將各路光波分開。這樣復(fù)用后，可以使光纖的傳輸能力成幾倍幾十倍的提高。,知識點(diǎn)歸納,4.碼分多路復(fù)用 CDM，碼分多址CDMA,每個(gè)比特時(shí)間分成m位的碼片，每站分配一個(gè)唯一的m位碼片序列。當(dāng)某個(gè)站發(fā),送“1 時(shí)，在信道中發(fā)送它的碼片序列，當(dāng)發(fā)送“0時(shí)，發(fā)送它的碼片序列的反碼。CDMA接收時(shí)，接收站從空中收到多站發(fā)送信號后的線性疊加碼片序列的和。將和與某一發(fā)送站碼片序列進(jìn)行歸一化內(nèi)積運(yùn)算，那么可恢復(fù)出該站發(fā)送的數(shù)據(jù)。

10、,需滿足條件：各站使用的不同碼片序列應(yīng)互相正交。,由于發(fā)送時(shí)原始數(shù)字信號的頻率被擴(kuò)展，這種通信方式又叫做擴(kuò)頻通信。,知識點(diǎn)歸納,T1,信道和,E1,信道,T1,信道：用于傳輸,24,路話音，即,24,個(gè)子信道,E1,信道：傳輸,30,路話音，每個(gè)樣本,8,比特,總共,32,個(gè)子信道，,2,個(gè)子信道傳輸控制信號、同步,知識點(diǎn)歸納,二傳輸介質(zhì),傳輸介質(zhì),有線介質(zhì),無線介質(zhì),雙絞線,同軸電纜,光纖,U,T,P,S,T,P,細(xì),纜,線,粗,纜,線,單模光纖,多模光纖,微波,激光,紅外線,通信衛(wèi)星,2024/12/14,24,雙絞線,內(nèi)導(dǎo)體芯線,絕緣,箔屏蔽,銅屏蔽,外保護(hù)層,2024/12/14,25

11、,非屏蔽雙絞線,(UTP),加上用金屬絲編織成的屏蔽層，以減少干擾和串音,3,類,-16M,、,5,類,-100M,雙絞線外沒有任何附加屏蔽,屏蔽雙絞線,(STP),同軸電纜,銅芯導(dǎo)體,隔離材料,網(wǎng)狀導(dǎo)體,塑料外層,粗纜,細(xì)纜,同軸電纜的頻率特性較雙絞線好，誤碼率低10-710-9,光纜剖面示意圖,芯,封套,外套,光纖,外護(hù)套,加強(qiáng)芯,光纖束,光纖傳輸電信號過程,電光轉(zhuǎn)換,光電轉(zhuǎn)換,光纖,光信號,發(fā)送端,接收端,輸,入,輸,出,發(fā)光二級管,注入型激光,二級管,光電二級管檢波器,光纖傳送模式,多模,輸入電信號,輸出電信號,單模,波長,:1300,1550 nm,h1,h2,波長,:850,130

12、0 nm,h2,h1,芯,/,封套特性,光纖的直徑減小到,一個(gè)光波波長,微波通信,微波使用的波段為,100M10G Hz,通過拋物狀的天線把能量集中一束，沿直線傳播,微波中繼站：擴(kuò)展傳輸距離,地球,地面站之間的直視線路,微波傳送塔,衛(wèi)星,利用地球同步衛(wèi)星為中繼轉(zhuǎn)發(fā)微波信號,上行信道、下行信道,無距離限制，但傳播延時(shí)較長：,270ms,地球,地面站,地面站,C,波段,46 GHz,上行,5.925-6.425 GHz,下行,3.7-4.2 GHz,KU,波段,1214 GHz,上行,14-14.5 GHz,下行,11.7-12.2 GHz,Ka,波段,1730 GHz,上行,17.7-21.7

13、GHz,下行,27.5-30.5 GHz,知識點(diǎn)歸納,三 物理層設(shè)備,中繼器Repeater,集線器Hub,在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)-使用中繼器、集線器，在電纜段之間復(fù)制比特信號，信號整形、放大、再生。擴(kuò)展后的局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層看來還是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。,網(wǎng)絡(luò)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,傳輸層,表示層,會話層,應(yīng)用層,網(wǎng)絡(luò)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,傳輸層,表示層,會話層,應(yīng)用層,物理層,中繼器,集線器,在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng),物理層擴(kuò)展設(shè)備：中繼器Repeater和集線器Hub,知識點(diǎn)歸納,中繼器,集線器,知識點(diǎn)歸納,中繼器Repeater,在物理層上實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)段的擴(kuò)展，信號整形、放大、再生，延長網(wǎng)絡(luò)距離。,優(yōu)點(diǎn)：安裝

14、簡單、使用方便、價(jià)格廉價(jià)。,缺點(diǎn)：不能夠無限制地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)長度。,特點(diǎn)：中繼器處理的對象是數(shù)據(jù)比特脈沖信號，它不能識別數(shù)據(jù)鏈路層的幀格式或,網(wǎng)絡(luò)層的分組格式。不提供網(wǎng)段之間的隔離。,注意中繼器(數(shù)字傳輸)、放大器(模擬傳輸)兩者之間的區(qū)別,知識點(diǎn)歸納,集線器HUB,是多端口的中繼器，用多個(gè)集線器可連成更大的局域網(wǎng)。,優(yōu)點(diǎn):使原來屬于不同沖突域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行跨沖突域的通信。,擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。,缺點(diǎn):沖突域增大了，但總的吞吐量反而減小。,如果不同的沖突域使用不同的數(shù)據(jù)率，就不能用集線器將它們互連起來。,集線器,二系,集線器,三系,集線器,一系,三個(gè)獨(dú)立的沖突域,集線器,二系,

15、集線器,三系,集線器,一系,集線器,一個(gè)更大的局域網(wǎng)(一個(gè)沖突域),HUB,就像一根縮短的總線,典型習(xí)題講解,典型習(xí)題講解,典型習(xí)題講解,典型習(xí)題講解,典型習(xí)題講解,典型習(xí)題講解,4,典型習(xí)題講解,典型習(xí)題講解,典型習(xí)題講解,題 共有4個(gè)站進(jìn)行碼分多址CDMA通信。4個(gè)站的碼片序列為：,A：-1 1 1+1+1 1+1+1,B：-1 1+1-1+1+1+1-1,C：-1+1 1+1+1+1-1-1,D：-1+1 1 1-1 1+1-1,現(xiàn)收到這樣的碼片序列：S=-1+1 3+1-1 3+1+1，,問哪個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)了？發(fā)送數(shù)據(jù)的站發(fā)送的1還是0？,答 SA=-1+1 3+1-1 3+1+1-1 1 1+1+1 1+1+18,=113113118,=1，,A發(fā)送1,同理，,SB=113113118=1，,B 發(fā)送0,SC=113113118=0，,C無發(fā)送,SD=113113118=1，,D發(fā)送1,習(xí)題練習(xí),習(xí)題練習(xí),習(xí)題練習(xí),習(xí)題練習(xí),習(xí)題參考答案,