第二章:物理层
一.通信基础的基本概念
1. 信源、信宿、信号、信道
2. 码元
(1).定义
每一个信号就是一个码元; 可以把"信号周期"称为"码元宽度"
-
如果一个码元(即一个信号)可能有4种状态，那么可以称其为4进制码元(一个码元携带 2bit数据)
-
如果一个码元(即一个信号)可能有8种状态，那么可以称其为8进制码元(一个码元携带3bit数据)
(2).码元和比特的关系
一个码元可以携带多少比特数据？
如果一个"周期"内可能出现K种信号，则:
1\\text{码元} = \\log_2 K \\text{ bit}
3. 速率
(1).定义
信源向信宿传输的数据传输速率
(2).分类
①.波特率
- 每秒传输几个码元;
- 单位：码元/秒, 或波特(Baud)
②.比特率
- 每秒传输几个比特
- 单位:bit/s或b/s, bps
二.信道的极限容量
1. 噪声
(1).定义
对信道产生干扰，影响信道的数据传输效率
###2.奈奎斯特定理(奈氏准则)
无噪声情况下信道的极限波特率
(1)定义
对于一个 理想低通信道(没有噪声、带宽有限的信道)
\\text{极限波特率} = { 2W} (单位：波特，即码元/秒); W是信道的频率带宽（单位：Hz);
\\text{极限比特率} = {2W}\\log_2 K \\text{ b/s}(单位：比特，即比特/秒); K时一个周期内可能出现的信号个数; W是信道的频率带宽（单位：Hz);
(2).例题
(4).总结
奈奎斯特定理说明：
- 如果波特率太高，会导致"码间串扰"，即接收方无法识别码元
- 带宽越大，信道传输码元的能力越强
- 奈奎斯特定理并未对一个码元最多可以携带多少比特做出解释
3. 香农定理
有噪声情况下信道的极限比特率
(1).定义
对于一个有噪声、带宽有限的信道 \\text{极限比特率} = {W}\\log_2 {(1+S/N)})(单位:b/s);
- W是信道的频率带宽（单位：Hz);
- **S/N信噪比(S: Signal;N:Noise), 这里是无单位记法; **
(2).信噪比
①.记法1
信噪比=SN=信号的功率噪声的功率\text{信噪比} = \dfrac{S}{N} = \dfrac{\text{信号的功率}}{\text{噪声的功率}}信噪比=NS=噪声的功率信号的功率 (无单位)
- 信噪比越高，噪声对数据传输的影响越小
- 信号是数据的载体，在信道上传输
- 噪声对信道产生干扰，影响信道的数据传输效率
②.记法2
信噪比=10log10(SN)\text{信噪比} = 10\log_{10}\left(\dfrac{S}{N}\right)信噪比=10log10(NS) (单位:dB(分贝))
(3).总结
香农定理说明:
- 提升信道带宽、加强信号功率、降低噪声功率，都可以提高信道的极限比特率
- 结合奈奎斯特定理，可知，在带宽、信噪比确定的信道上，一个码元可以携带的比特数是有上限的
三.编码与调制
1. 编码&解码、调制&解调
2. 常用的编码方法
3. 例题
4. 常用的调制方法
正交幅度调制(QAM):
常用的QAM调制方案:
5. 例题
6. 总结
四.传输介质(传输媒体)
1. 常用的传输介质
(1).导向型(信号朝固定方向传播)
①.双绞线
②.同轴电缆
③.光纤
单模光纤(通常为黄色外皮);家用光纤一般是单模;
多模光纤(橙色、绿色外皮)
双绞线,同轴电缆,光纤抗干扰能力依次增强信号传输损耗依次降低。
(2).以太网对有线传输介质的命名规则
(3).非导向型(信号朝四面八方传播)
2. 物理层接口的特性
五.物理层设备
1. 中继器
2. 集线器
冲突域
以太网交换机可以"隔离"冲突域
3. 集线器、中继器的一些特性
- 注意：
国内教材(与事实不符):中继器、集线器不能连接物理协议不同的网段，也不能连接速率不同的网段