补充——物理层.ppt

1、一 通信基础 1.数据 数据是预先约定的具有某种含义的数字或字母（符号）以及它们的组合。数据是信息的载体，从形式上，又可以分为模拟数据和数字数据两种。 2.信息 信息是数据的内容和解释。 3.信号和信号发送 信号是数据的电磁或电子编码，信号发送是指沿传输介质传播信号的动作。,4.信源/信宿 信源指信息的来源或发送者，信宿指信息的归宿或接收者。在计算机网络中，信源和信宿可以是计算机或终端等设备。 5. 信道信道是传送信号的通路，由传输介质及相应的中间通信设备组成。同一条传输线路上可以有多个信道。例如：一条光缆可以同时供几千人通话，有几千条电话信道。,6.数据传输速率 数据传输速率指单位时间内传送

2、的位数，单位是比特/秒，或用比特率bps来表示。 数据传输速率S 式中，T为脉冲宽度或脉冲周期；N为一个脉冲所能表示的有效状态。在数据传输系统中普遍采用的单位脉冲N=2，其传输速率为 S=1/T 7.调制速率（波特率） 波特率是每秒钟信号变化的次数，也叫做调制速率，单位为波特（Baud或B）。其计算公式为：B=1T，所以,数据的编码和调制技术,在计算机中，数据是以离散的二进制“0”、“1”比特序列方式来表示的。数据的编码方法包括数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制，如图所示。,调制：在发送端将数字数据信号变换成模拟信号的过程称为调 制（Modulation），调制设备就称为调制器（Mod

3、ulator). 解调：在接收端将模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称 为解调(Demodulation),解调设备就称为解调器(Demodulator).,数字数据的调制,由于模拟信号是具有一定频率的连续的载波波形，可以用Acos（2ft）表示，其中A表示波形的幅度，f代表波形的频率，代表波形的相位。 因此，根据这三个不同参数的变化，就可以表示特定的数字信号0或1，实现调制的过程。 对数字数据调制的基本方法有：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)三种。,1. 幅移键控（ASK ,Amplitude Shift Keying） ASK是通过改变载波信号的幅度值来表示数字

4、信号“1”、“0”的。 2. 频移键控（FSK ,Frequency Shift Keying） FSK是通过改变载波信号频率的方法来表示数字信号“1”、“0”的。,3.相移键控（PSK ,Phase Shift Keying） PSK是通过改变载波信号的相位值（）来表示数字信号“1”、“0”的。PSK包括绝对调相和相对调相两种类型： （1）绝对调相 绝对调相使用相位的绝对值，为0表示数字信号“1”，为表示数字信号“0”。 （2）相对调相 相对调相使用相位的偏移值，当数字数据为0时，相位不变化，而数字数据为1时，相位要偏移。,下图中，显示了对数字数据“010110”进行不同调制方法的波形。,正

5、交振幅调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation),r,(r, ),可供选择的相位有 12 种， 而对于每一种相位有 1 或 2 种振幅可供选择。,由于4 bit 编码共有16 种不同的 组合，因此这 16 个点中的每个 点可对应于一种 4 bit 的编码。,若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行 解调时要正确识别每一种状态就越困难。,举例,1. 不归零编码（NRZ,NonReturn to Zero） 2. 曼彻斯特编码（Manchester） 3. 差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）,数字数据的编码,数字数据011101

6、001的3种编码方式，它的编码波形如图所示。,数字数据信号的编码方法,2.4.3模拟数据的调制 模拟数据的模拟信号传输是指对任意的模拟信息采用调制的方法用模拟信号来表示。 （l）幅度调制（AM）简称调幅，使载波幅度随原始的模拟数据幅度变化而得到的信号（已调信号），而载波的频率是不变的。 （2）频率调制（FM），简称调频，使载波频率随原始的模拟数据的幅度变化而得到的信号，而载波的幅度是不变的。 （3）相位调制（PM），简称调相，使载波相位随原始的模拟数据的幅度变化而得到的信号，而载波的幅度是不变的。,2.4.4模拟数据的编码 模拟数据也可以用数字信号表示，也叫解调。数字化模拟信号的方法主要有两种

7、： （1）脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）按一定的时间间隔对模拟信号进行采样，产生一个振幅等于采样信号的脉冲。 图2-13 脉冲幅度调制PAM,（2） 脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）是模拟数据数字化的主要方法。,脉冲编码调制的工作过程包括3部分：抽样、量化和编码。在图右中，显示了脉冲编码调制的3个过程以及相对应的波形信号。,脉冲编码调制的过程,4.信道容量 信道容量是在给定条件、给定通信信道情况下的数据传输速率。 （1）奈奎斯特定理（Nyquist） 例2-1：一个无噪声的信道，带宽是4000Hz，采用4相调制解调

8、器传送二进制信号，问信道容量是多少？ 解：4相调制解调器传送二进制信号的离散信号数为4，所以N=4，则信道容量 (kbit/s),（2）香农定理（Shannaon） 例2-2：一个数字信号通过两种物理状态，经信噪比为20dB的3000Hz带宽信道传输，其数据速率不会超过多少？ 解：按Shannon定理：在信噪比为20dB的信道上，信道最大容量为： 已知信噪比电平为20dB，则信噪功率比 S/N =100 (kbit/s) 数据速率不会超过19.98kbit/s,中继器 中继器是一种电子设备，仅仅作用在物理层上。在网络中携带信息的信号在通过一个固定长度的距离后，将会因为衰减而影响到数据的完整性。

9、安装在链路上的中继器将在信号变得太弱或损坏之前接受信号，重新生成原始的比特模式，然后将跟新过的拷贝放回到链路上。 中继器是一个再生器，而不是一个放大器。,差错类型 单比特差错：在数据单元中只有一个比特发生了改变。 突发差错：数据单元中两个或者两个以上比特发生了改变。不一定是连续的，其中间某些比特可以不改变。 检错和纠错，纠错也成为前向纠错。 码字：数据位和校验位。 海明距离：两个码字中不相同位的个数。 编码方案：完整的合法码字列表。其海明距离是任两个合法码字的最小的海明距离。,检错d个错误，需要距离为d+1的编码方案。 纠正d个错误，需要距离为2d+1的编码方案。 奇偶校验的编码方案可以检验单个错误。 纠正单比特错误的编码方案要满足一定的要求。,纠错编码-海明码 海明码是一种线性分组码。例如，7位ASCII码需要4位冗余位，这些冗余位的位置分别是1，2，4，8，即2n的位置，我们将这些位称为冗余位r1,r2,r4,r8。 在海明码中，每个校验位r所校验的