是今年份的复习提纲，该部分为计算机网络物理层

通信基础
两个公式lim
看图说话
传输介质
物理层设备

基本概念

解决在不同传输媒体上传输数据比特流确定传输媒体接口特性

机械特性：定义物理连接特性，规格接口引脚
电气特性：线路上电压范围及阻抗匹配、传输速率、距离
功能特性：表明线路出现电平的意义
规程特性：定义线路工作的规程和时序关系

数据通信

术语

数据：传送信息的实体，有意义的符号序列
信号：数据的电气/电磁表现，是数据在传输过程中的存在形式
1. 数字信号：代表信息参数的取值离散
2. 模拟信号：代表信息参数的取值连续
信源：产生和发送数据的源头
信宿：接收数据终点
信道：信号传输媒介，包含发送信道和接收信道
1. 模拟信道/数字信道
2. 无线信道/有线信道

通信方式

单工通信：完全单方向
半双工通信：时限双方向通信
全双工通信：无限双方向通信

传输方式

串行传输：速度慢、费用低、适合远距离（稳定）
并行传输：速度快、费用高、适合近距离

码元、波特、速率、带宽

码元

码元指固定时长的信号波形，代表不同离散数值的基本波形，是数字信号的计量单位，考虑一个码元，其时长称为码元宽度，码元的离散状态有M个时，称之为M进制码元。（通常M大于2，二进制码元相对特殊），一码元可以携带多个比特的信息量

速率、波特、带宽

速率也叫数据率，指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示

传输速率指开端处的发送速率，而传播速率指在整个信道上传播的速率

码元传输速率：单位波特描述通信系统每秒传输多少个码元（1Baud=1码元/s）
信息传输速率：单位比特速率描述系统每秒传输多少个比特（M Baud×n bit/码元 bit/s）
带宽：描述最高数据率，表示网络通信线路能传输数据能力（bit/s）

速率约束

失真

影响失真程度的因素：

码元传输速率
信号传输距离
噪声干扰
传输媒体质量

信道带宽——低频衰减损耗，高频码间串扰（传输太快失去码元之间清晰界限）

奈氏准则

在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud，W是信道带宽，单位是Hz。

理想低通信道条件下的极限数据传输率（带宽）为$$2W\log_2V(bit/s)$$

在任何信道中，码元传输速率存在上限，若传输速率超过上限则会出现码间串扰，使得接收端对码元完全识别不可能。
信道频带越宽，就可以用更高的波特率进行码元有效传输
奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但没对信息传输速率给出限制
由于码元传输速率受奈氏准则制约，所以为了提高传输速率，必须让每个码元携带更多比特信息量，即多元制调制

香农定理

香农第二定理即有噪信号编码定理，规定了最高比特传输速率，考虑电磁干扰及信道干扰，考虑信噪比

信号平均功率/噪声平均功率，记作S/N，单位为dB

信噪比（dB）=$$10\log_{10}S/N$$ （观察给定数据为分贝还是比值）

信道极限数据传输速率为$$W\log_2(1+S/N)$$

信道带宽或信道信噪比越大，极限传输速率越高
对一定传输带宽和一定信噪比，可以确定信息传输速率的上限
只要信息传输速率低于信道极限传输速率，就存在理论方案实现无差错传输
信道实际能达到的传输速率低于极限传输速率

总结

奈氏准则
- 带宽受限无噪声条件下，为了避免码间串扰码元传输速率的上限2W Baud.
- 理想低通信道下的极限数据传输率为$$2W\log_2V$$
- 要想提高数据率，就要提高带宽/采用更好的编码技术。
香农定理
- 带宽受限有噪声条件下的信息传输速率。
- 信道的极限数据传输速率为$$W\log_2(1+S/N)$$
- 要想提高数据率，就要提高带宽/信噪比。

编码&调制

信号

基带信号

将数字信号1和0直接用两种不同电压表示，送到数字信道进行传输（基带传输）
来自信源的信号，直接表达要传输的信息
近距离

宽带信号

将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，送到模拟信道上进行传输（宽带传输）
把基带信号通过载波调制，把频率范围搬移到较高频段后以便传输
远距离

编码与调制

数据	数字信号	编码
数据	模拟信号	调制

数字数据	数字发送器	数字信号
数字数据	调制器	模拟信号

模拟数据	PCM编码器	数字信号
模拟数据	放大器调制器	模拟信号

数字数据编码数字信号

非归零编码
归零编码
反向不归零编码
- 1不变，0跳变，连续6个1插0（连续不变跳变带来同步）
曼彻斯特编码*
- 1先1后0，0先0后1，传输速率为调制速率1/2，存在浪费
差分曼彻斯特编码*
- 交界前后相同表示1，前后不同表示0
4B/5B编码
- 5bit编码4bit，效率80%

数字数据调制模拟信号

ASK调幅
FSK调频
PSK调相
QAM调幅调相

模拟数据编码数字信号

脉码调制PCM，抽样、量化、编码 抽样：取离散点，根据奈奎斯特采样定理采样频率大于等于两倍信号最高频率 量化：电平幅值按分级标度转化为数字值取整 *编码：把电平幅值量化为对应二进制编码

模拟数据调制模拟信号

使用较高频率载波信号调制频分复用，充分利用带宽资源

物理层传输介质

传输媒体作为第零层，仅存在物理通路

导向性传输介质：沿固体介质传播
- 双绞线（双绞线放电子干扰，屏蔽与否）：局域网和传统电网
- 同轴电缆：强抗干扰通常速率更高，基带同轴电缆、宽带同轴电缆
- 光纤：传递光脉冲、带宽极大，光电转化（纤芯+包层，全反射无损耗）
  - 定义光源特点
    
    单模光纤横向模式直接传输激光二极管衰耗小，适合远距
    
    多模光纤多种传输模式发光二极管易失真，适合近距离
  1. 传输损耗小，中继距离长，远距传输经济
  2. 抗雷电和电磁干扰强
  3. 无串音干扰，保密性好，不易被截取
  4. 体积小，重量轻
非导向性传输介质：自由空间传播
- 无线电波：所有方向扩散，有效穿透
- 微波：固定方向传播，数据率高，频率高频段宽数据率高
  - 地面微波接力
  - 卫星通信
    - 优点：通信容量、距离远、覆盖广、广播和多址通信
    - 缺点：时延长、受气候影响、误码率较高、成本高
- 激光红外：固定方向传播