计算机网络考研辅导讲座(2、物理层)

第二讲：物理层知识点归纳（一）通信基础数据传输方式：串行传输、并行传输通信模式：单工通信、半双工通信、全双工通信通信方式：同步通信、异步通信信道：表示想某一个方向传送信息的媒体。可分为数字信道、模拟信道信息、数据、信号数据传输方式知识点归纳数据通信模式知识点归纳通信方式知识点归纳知识点归纳6)数据传输的几种方式——编码与调制：模拟数据模拟信号放大器调制器模拟数据数字信号

PCM

编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号

数字发送器■PCM（脉冲编码调制）、采样、量化、编码（采样定理及其计算）■AM(ASK),FM(FSK)，PM(PSK)■曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码,NRZ知识点归纳调幅，幅移键控ASK（AmplitudeShiftKeying）:用载波的不同振幅来表示不同的二进制值，如用载波的有无分别表示“1”和“0”。调频，频移键控FSK（FrequencyShiftKeying）:用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值。调相，相移键控PSK（PhaseShiftKeying）:用载波的相位移动来表示数据。在下图中，信号相位与前面信号串同相的信号表示“0”，信号相位与前面信号串反相的信号表示“1”，这是相对相移键控。也可用载波初相为π表示“1”，初相0表示“0”，这是绝对相移键控。知识点归纳调频，频移键控FSK（FrequencyShiftKeying）:用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值。知识点归纳调相，相移键控PSK（PhaseShiftKeying）:用载波的相位移动来表示数据。信号相位与前面信号串同相的信号表示“0”，信号相位与前面信号串反相的信号表示“1”。知识点归纳■曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码

曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码，都可以被用来从中间电平跳变中提取同步时钟信号，这两种编码方式常用于局域网中，曼彻斯特编码用于以太网，差分曼彻斯特编码用于令牌环网中。2023/3/2211脉冲编码调制方法采样定理：如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：

1）采样——按一定间隔对语音信号进行采样

2）量化——对每个样本舍入到量化级别上

3）编码——对每个舍入后的样本进行编码2023/3/2212PCM-脉冲编码调制3.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100

原始信号PAM脉冲

PCM脉冲（有量化误差）011100011011001100

PCM输出采样之前要先确定量化级别6V7V5V2V3V4V1V0010100110001001011101110V2023/3/2213模拟话音采样时钟PAM信号PCM信号采样电路量化和编码

数字化声音--话音信道带宽<4KHz--采样时钟频率：8KHz(>2倍话音最大频率)--量化级数：256级(8位二进制码表示)--数据率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信号的速率=64000bpsPCM-脉冲编码调制7)信道极限传输速率——无噪信道容量

知识点归纳尼奎斯特（H.Nyquist)定理无噪声理想低通信道下的最大传输速率

（H为理想低通信道的带宽，Baud/s成为波特率或者码率）信道的最大数据速率由于信号的传输速率受尼奎斯特定理的约束,所以要提高信息的传输速率,就必须设法使每一个电压信号能携带更多个比特的信息量.这就需要采用多元制的调制方法.1001011+3+10-1-3判别电平判别电平

二进制数据波形

四进制数据波形0010110001信道的最大数据速率例：

一个信噪比为30db、带宽为3KHZ的信道若用于传送数据，则不管使用多少级的信号电平，其最大数据传输速率绝不可能高于3000log2(1+1000)bps.2.香农定理(1948)※香农定理说明了在热噪声的信道上的极限信息传输速率,当用此速率进行传输时,可以做到不产生差错.※在实际信道中,不仅受到热噪声的影响,而且还要受到各种脉冲干扰和在传输中产生的失真等.信噪比:S信号功率，N噪声功率分贝(db)：9)多路复用技术及其分类（FDM、TDM、WDM、CDMA）：多路复用技术就是把许多路信号在一个信道上同时传输的技术。频分多路复用FDM和时分多路复用TDM是两种最常用的多路复用技术。

知识点归纳1.频分多路复用（FDM）技术在一条通信线路设计多路通信信道;每路信道的信号以不同的载波频率进行调制;各个载波频率是不重叠的,那么一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号

知识点归纳CH2CH1CH3原带宽CH1CH2CH3移频后带宽MUXCH1CH2CH3带宽复用f适用于模拟信号传输2.时分多路复用（TDM）技术时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；每个用户分得一个时间片；在其占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。知识点归纳A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据时隙1234D3D2D1适用于数字信号传输时间片3.波分多路复用（WDM）是光的频分复用。不同的信源使用不同波长的光波来传输数据，各路光波经过一个棱镜（或衍射光栅）合成一个光束在光纤干道上传输，在接收端利用相同的设备将各路光波分开。这样复用后，可以使光纤的传输能力成几倍几十倍的提高。知识点归纳4.码分多路复用（CDM，码分多址CDMA）

每个比特时间分成m位的码片，每站分配一个唯一的m位码片序列。当某个站发

送

“1”

时，在信道中发送它的码片序列，当发送“0”时，发送它的码片序列的反码。CDMA接收时，接收站从空中收到多站发送信号后的线性叠加码片序列的和。将和与某一发送站码片序列进行归一化内积运算，则可恢复出该站发送的数据。需满足条件：各站使用的不同码片序列应互相正交。由于发送时原始数字信号的频率被扩展，这种通信方式又叫做扩频通信。知识点归纳T1信道和E1信道T1信道：用于传输24路话音，即24个子信道E1信道：传输30路话音，每个样本8比特总共32个子信道，2个子信道传输控制信号、同步知识点归纳（二）传输介质

传输介质有线介质无线介质双绞线同轴电缆光纤UTPSTP细缆线粗缆线单模光纤多模光纤微波激光红外线通信卫星2023/3/2224双绞线内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外保护层2023/3/2225非屏蔽双绞线(UTP)

加上用金属丝编织成的屏蔽层，以减少干扰和串音3类-16M、5类-100M双绞线外没有任何附加屏蔽屏蔽双绞线(STP)

同轴电缆铜芯导体隔离材料网状导体塑料外层粗缆细缆同轴电缆的频率特性较双绞线好，误码率低（10-7～10-9）

光缆剖面示意图芯封套外套光纤外护套加强芯光纤束光纤传输电信号过程电光转换▽光电转换▽光纤光信号发送端接收端输入输出发光二级管注入型激光二级管光电二级管检波器光纤传送模式

多模输入电信号输出电信号单模

波长:1300,1550nmh1h2波长:850,1300nmh2h1芯/封套特性光纤的直径减小到一个光波波长微波通信微波使用的波段为100M~10GHz通过抛物状的天线把能量集中一束，沿直线传播微波中继站：扩展传输距离地球地面站之间的直视线路微波传送塔卫星利用地球同步卫星为中继转发微波信号上行信道、下行信道无距离限制，但传播延时较长：270ms地球地面站地面站C波段4~6GHz

上行5.925-6.425GHz

下行3.7-4.2GHzKU波段12~14GHz

上行14-14.5GHz

下行11.7-12.2GHzKa波段17~30GHz

上行17.7-21.7GHz

下行27.5-30.5GHz知识点归纳（三）物理层设备■中继器（Repeater）■集线器（Hub）在物理层扩展局域网----使用中继器、集线器，在电缆段之间复制比特信号，信号整形、放大、再生。扩展后的局域网在网络层看来还是一个网络。网络层数据链路层物理层传输层表示层会话层应用层网络层数据链路层物理层传输层表示层会话层应用层物理层中继器集线器在物理层扩展局域网物理层扩展设备：中继器（Repeater）和集线器（Hub）知识点归纳中继器集线器知识点归纳■中继器（Repeater）在物理层上实现局域网网段的扩展，信号整形、放大、再生，延长网络距离。优点：安装简单、使用方便、价格便宜。缺点：不能够无限制地扩展网络长度。特点：中继器处理的对象是数据比特脉冲信号，它不能识别数据链路层的帧格式或网络层的分组格式。不提供网段之间的隔离。注意中继器(数字传输)、放大器(模拟传输)两者之间的区别知识点归纳■集线器（HUB）是多端口的中继器，用多个集线器可连成更大的局域网。

优点:使原来属于不同冲突域的局域网上的计算机能够进行跨冲突域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。

缺点:冲突域增大了，但总的吞吐量反而减小。如果不同的冲突域使用不同的数据率，就不能用集线器将它们互连起来。集线器二系集线器三系集线器一系三个独立的冲突域集线器二系集线器三系集线器一系集线器一个更大的局域网(一个冲突域)HUB就像一根缩短的总线典型习题讲解

典型习题讲解

典型习题讲解

典型习题讲解

典型习题讲解

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4典型习题讲解

典型习题讲解

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[题]共有4个站进行码分多址CDMA通信。4个站的码片序列为：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）现收到这样的码片序列：S=（-1+1–3+1-1–3+1+1），问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的1还是0？[答]∵S·A

=（-1+1–3+1-1–3+1+1）·（-1–1–1+1+1–1+1+1）／8=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1，