章物理层与数据通信基础

第2章物理层与数据通信基础知识要点：·基本概念：模拟、数字，数据、信号，数据通信模型，噪声。编码，调制/解调，MODEM。信号传输速率，数据传输速率，信噪比，香农定理。衰减，失真，噪声，干扰，差错及其与传输距离和传输速率的关系。模拟传输系统与数字传输系统。全双工与半双工，基带传输与宽带传输，点到点连接与多点连接。·传输介质：有线介质——双绞线、同轴电缆、光纤。无线介质——微波、卫星、蜂窝无线通信。·信道复用技术：FDMA，TDMA，WDMA，CDMA。·数据交换技术：电路交换，报文交换，报文分组交换。·同步技术：比特同步，幀同步。·差错与差错纠正：前向纠错与纠错码，自动重发纠错与检错码，CRC。·物理层标准举例：EIARS-232，EIARS-449，X.21。2．1数据通信的基本概念1、信息、数据、信号、通信及数据处理通信系统基本组成数据是信息的形式表示。在计算机科学中，数据是信息的编码。信号是数据的电子或电磁编码。通信是将数据从源方传输到目的方，传输则是对信号的传送。通信系统一般组成模型方框图通过模拟信道进行数据通信的模型模拟数据：幅值连续变化且可取无限多中间值的数据。如语音、图象等。数字数据：幅值离散变化且不可取无限多中间值的数据。如整数、二进制数据等。野模拟载信号默：荐幅度绢随时朴间连浪续变爬化的雅电磁驳信号用。如埋正弦绿交流劝信号著。尊数字旅信号县：震幅度懂随时逗间离京散变歌化且雕固定梁的电泰磁信恐号。浮如矩炸形脉错冲信坏号。盾2、祥信号诊的频侦域与羽传输场特性剑信号庆频谱粥：田将信察号分叠解成地多个轧正弦漫交流盯信号搂分量钓时，割相关问正弦下交流匀信号崭之间退的幅宝度、随频率圣、相雪位关叹系。街信号恰的绝阔对频掌带：跃信号毛频谱角中最蚊高频困率成眉份与词最低么频率夸成份愤之差卧。应信号愿的有斯效频那带：缠为满涌足信桥号还昆原需牵求而业需要丹传输触的信单号频竖谱的索最高过频率泄成份鱼与最碎低频坐率成防份之屿差。侮噪声怕与干浑扰：妙差错洋及其永与传按输距击离和披传输顽速率获的关逮系谈中继耗与放令大：考为克验服博信号积在传啄输过援程中蚀的衰森减，题增加浅信号但传输绝距离猾，在桨通信牧线路塌中往窄往需雹要设源置将琴信号恋增强愁或还丹原的荣设备榜，在夺模拟伞通信皇中使浅用特放大扇器吩，在坛数字包通信厨中使磨用筋中继清器隆。烘信噪饭比：年衡量乘热噪稼声对甲信号躲的干法扰程援度，昨其值绝=1尸0暖ln烟(S挑/N格)嚷dB川(管分贝秘)阿3、始数据净的表瞧示与臭传输流（四伸种组臂合）爷●委用模套拟信梁号表异示与素传输败模拟献数据固：将柱模拟厚数据滥用占昼有一判定频售带的最模拟附信号路来表揪示和牺传输互，可呆使用责信号伴转换雾器（峰或加鹿调制新解调头器）盯实现台。如奋语音恋通过壮捏系统精的传遗输：竞将声宅音转垄换成已频率池范围及为2肢0H免z-具20球KH蔑z储的音潜频电扒信号锈；因浊其主焦要能钓量集兽中在忍30狗0H兔z-肤34誓00所Hz氏的范和围，属故截庸取该我范围芦的信妇号放恨入模绸拟信供道传授输。恳●考用模泡拟信企号表烂示与时传输锦数字涌数据锤：将痒数字航数据沟调制坝到某丈一频构率的驴模拟逝电磁浅信号竹上，塔形成本已调乞模拟峡信号龙后予衣以传锹输，概使用然调制萝/解池制技关术实字现。磨●驴用数萄字信场号表枪示与帜传输读模拟凡数据京：健通过熊CO止DE妙C（带编码耗解码锦器）竹将模哥拟信泳号经矮采样翼-量墨化-晚编码套成数肥字信药号后宝，再畏放入汇数字晶信道鲜传输思。如汗图像株、语陕音的遍数字龙传输慧。凤●稍用数斥字信券号表纯示与洋传输网数字床数据赠：况使用论数字裂收发由器将崭数字叛数据庆编码起、变染换成忧适合邻传输降的数拣字信岁号后关，再诞放入龙数字鹊信道共传输翼。琴模拟蜂传输在与数怕字传副输：鹿用模饶拟信孩道传屠输信三号。辨用数变字信滥道传住输信幼号。昏模拟小通信纯与数返字通枕信：仪完全女采用堪模拟拆通信餐技术铜传输下模拟中数据俘。采析用数钉字化酒技术划传输渣模拟腊和数叨字数浩据。火模拟振传输伐与数提字传庄输的夏主要此比较祥模拟曾信号项传输客与信垮号内校容无纽关，伤所携伞带的小可以冶是模教拟数秒据，委也可润以是村数字撕数据伴（通随过M赶OD碍EM灭调制钱的）做；信梁号在芦传输椅过程沟中的镜衰减忠和干育扰不箩会影榆响信刻号内展容的伸完整耻性；抖其传键输距肥离较刻远，裤成本楼较高秋。贫数字堪信号倚传输伙与内条容相绣关；扬信号霸传输油过程期中的床衰减纤和干裂扰会阳影响蹄信号筋内容宇的完变整性畜；其齐传输嫌距离迟较短唉，信态号易言衰减俱和失脏真，羡但成赞本较雁低，鼠衰减柜和失艇真不鲜累积藏、易愈消除秘，传棋输质糠量优目于模挑拟传碑输。关4、金信道式和信趣道基槐本参绝数硬信道慕：遗信号逐的传致输通春道，彻包括镇传输钓介质花和控乎制信希号传惩输的暴机制咳。胶适合锅传输迎模拟副信号现的信奇道称蔑为愧模拟脱信道加，适态合传醋输数晨字信邀号的金信道出称为尺数字借信道毕。仆反映诵信道灯特性熔的基懂本参时数有怎：家信道拴带宽子W：素信道呜中允匀许有限效通递过的棉正弦国交流律信号璃的频承率范夏围内延。当奥频率椒从零重到无连穷连崇续变屈化的锅等幅坐正弦智交流古信号蜡通过坦信道穗时，静信道突对不谁同频唯率的谣信号漆将产或生不统同的睡衰减理，对肌应信祖号功屈率衰合减到棕一半拍（信族号幅蕉度相透应衰巷减到服最大图值的先0.映70工7葱倍）弄有一三个高山频率躲点和呀一个录低频柴率点缘，二傍者之起差即绢该信时道的蓬带宽仁。西低通闹信道柄：造信道锁带宽牢的下旗限=岔0难带通妖信道圈：渠信道膨带宽火的下貌限罩>菜0混码元犁速率殿：锄信号张每变换化一匹次对毫应一柿个码婚元。帖单位危时间掘内信撤号变欺化的舌次数同称为腊码元辉传输俊速率剧，用谷波特绘（何ba随ud纺）为驰度量瘦单位贸，故惜又称炕波特六率数。繁数据易传输歉速率翅：曾单位苏时间灰内在的信道乡中通榆过的割比特阳数，填单位科b叨/亏s屠。它摧与波什特率躺的关谊系为都：向数据坦传输寻速率禁（揉b/郊s束）=森码元阔传输渣速率犯（闻ba疏ud贤）槽×勺lo胸g塞2葱(怀信号畜状态萌数)船。董信道表容量器：可信道垮的最浩大数铲据传毙输速酸率。册误码邀率：健错码庙数与删传送趟的位核数之朋比。按数据劲传输窃时延嗽=数卧据发翻送时谣间+滨信号哪传播柄时延吧信道正吞吐营量：悉信道姜上单炉位时暑间所段传送价的数论据量致。胀理想怒无噪舅音低狱通信夸道的扔最大午码元镜速率滴=宅2W雅理想我无噪稳音带拍通信房道的唱最大浅码元桑速率该=秧W允香农惨公式涨：有泥噪音纪信道舞的最锅大数稳据传袄输速余率强（撇b/魄s恳）渗=宪W悲l腹og债2扫(征1+息S/在N)记兄5、仙信道哪通信搜方式懒：封（1跑）传红输方蹈向奇单您工：里A与草B之境间的虑通信青只能心单向师进行饮。金半双荒工：所A与欠B之于间可蚀在不怎同时自间从轨任一曾方向脉另一掏方分笼时通锈欣。睛全双冠工：姻A与晚B之喝间可厌以同肾时双庙向通绝信。运（2晨）信衰号变缸换挺基带坦传输结：不戏改变寇待发能送信著号的意基本服频率践属性著而直段接在需信道橡中传消输。你对于词数字奇通信凳即将纺数字黄信号稿直接哑在信新道中择传输克。用频带插传输沿：猛用频花率较殊高的割模拟点电磁汁信号派作为还载波既，用约待发尿送信龟号对古载波茄调制霞后，天由已叛调模肥拟信立号携信带着堵待发闻送信预号在迹信道舌上传林输。芒对于虹数字洗通信之，即粘用数主字信布号对摆模拟巴电磁惑信号缎进行思调制们（即外频譜抓搬移毒），迈得到黄占有丘一定迷频带倡的可仰频分瘦复用膜的已亚调模暖拟信导号，谣再送伴入信裂道传亡输。弟（3内）串标行传店输与奴并行存传输耐并行洽传输蜓：喉多位棚比特欲信号蛙同时装传输霉。其雀速度壤快、第效率屠高，值但传亡输距起离较供近。剃串行爱传输怖：告各位巾比特猫信号狂逐位悲传送荐。其赚速度青较慢酬，但元传输熊距离补远。论5、猪位同漠步与棍幀同词步集（1哗）位豪同步包保证烤通信党过程证的接潜受方躬能正与确地限检测趁到每简一个越位的让值。么异步贸接收心外同询步绞自同粉步瞧（2峡）幀猴同步幼保证尊通信躁过程写的接脆收方史能正遍确地凯知道灿所接飞收信首号中款一个浪比特银组（绳数据烦幀）逼的起元始时乒间和驾终止处时间模，即场保证策与数洞据发矿送方可的同滩步。于串行姐通信邻使用防以下宣两种按方法赢。陕异步犁传输穗：允将待准传送尖数据吧以字展符为欺单位悲，每饮个字把符均游加入气起始恨位、卸结束颂位等者控制乐信息肿后独汽立传发输。乱其实壳现简击单，射但效恐率较乓低、捞速度奇较慢坦。利同步萄传输仁：将期待传镇送数萄据以饼数据吼块为影单位职（报润文或易分组般）成饲批传疏送，烈块内霉各字倡符或线字节扬不再兔独立棚地加逆入控鹅制信善息，陷而是滥在块窃的前宪后各译加入仔同步览标志基指示宣块的求起始大和终霜止。绍其传辟输效煎率和捕速度首高，遍但控贼制较任复杂扔。同付步传顾输方址式的仍主要宇类型脑有：坚面向递字符闹、矩面向梯比特支、违字节感计数栗、反央常编敬码践等控评制方傅式。俘2．腥2恼揪信号稼编码蓬技术肯数字还信号学→营模拟剥信号乓使用饰调制虽解调沙器实牵现，拴可用达的调认制方帅法：圆幅移前键控时法A晋SK灯：雪用某贱一频剖率正运弦交垦流信灰号（踏载波脏）的缩两个怪不同派振幅兼值（补如零陵振幅劫与一可个非发零恒漠定振牺幅）阻表示式“扶0聋”壮和斥“玉1叶”害。A伪SK洁的成炮本低渡，但揭抗干火扰能犁力差进、效历率低完且数雨据率炊较低筒，实茂际较暮少使窝用。询频移悲键控胖法F供SK牧：船用对瘦称于勉载波扯频率活附近锯的两饺个不骡同频常率的洗等幅样正弦孕交流局信号老表示隆“仆0澡”踩和色“挺1敞”勉。其坏抗干眼扰能贞力较燃强，层信号宜传输巡质量锁较好应。家相移至键控爪法P奋SK穴：馒用某镜一频约率正规弦交父流信拜号（靠载波限）的皂不同盆初相骗位值唱表示缎“缎0注”鸭和秃“发1轰”遍。梁其抗揉干扰罩能力损强，络信号似传输被质量可好，承尤其惑是可况以方尽便地鼻实现按多元宜调制滨，以你在信汁道波液特率叉不变泼的前察提下柱提高降信息悦传输待速率教。如少下面穴的信码号定拼义即视可同来时传角送2院位二顷进制蛾信号轻。紧s(盏t)香=A宾co隔s脑(2屑π振f设e授t+神45叼°谱)疮，当知位为少11酿时，际Ac贷os竞(2谢π塞f刮e旷t+扛13庄5出°籍)帝，当插位为奇10扮时，临Ac怜os堡(2鱼π极f莫e稿t+替22趋5苦°哗)侨，当掩位为顿01嘴时，剖Ac笛os梯(2盲π字f嗽e需t+夹13和5聋°亚)盆，当帜位为咬00穿时，坦正交氏调制术QA馒M：牢同时荡用某绪一频栋率正啊弦交唤流信秆号的夸不同虽振幅详与相然位的期组合野，可咐更好偏地实斑现同谱时传智送多莲位二荐进制妥信号叫，现母代高辨速M吼OD涨EM刮一般厉使用费该方富法。扮2、弹数字挥信号拢→掉数字着信号绘不归动零倒桑相制还（N亩RZ图I）统编码帜信号渐仅在酷两个遇相邻平比特警周期术的交栗接点君处才溜回到咳或经辆过零厕电平届；用睁每一排比特秘周期坐开始往位置外信号伏是否帆倒相励分别歪表示别代码罢“伯0仅”哪和菊“煎1观”忆。其住倒相怠信号增可用摧于自炕同步叮且所观需波看特率洁不大往于比松特率掌，但朗当连均续传暑送不文倒相堪代码堂时容宝易失呼去同坑步和遥积累弊直流萍分量粪而不她利于伟传输孙。休曼彻后斯特爱编码爷属自继同步赤编码世，用喉每个则比特沉周期猪的中愈间点梢的正闸、负唉跳变情分别坑表示敲代码洪“惑0种”穿和南“烂1余”颠，韵此跳京变同颤时又悠作为尚时钟酷同步而信号里。其芦同步雁性能筛好、腊无直备流分供量且严易于鸟实现英，但泽所需秘波特洗率是个比特弃率的久两倍庭。严差分俘曼彻著斯特乞编码伯；声差分棋曼彻动斯特番编码怠是曼镰彻斯塌特编拼码的邻修改句，将良比特绣周期垃中点农的跳顽变只末作为宇时钟园同步垦信号阔，用米比特打周期哨开始树时信窜号是挡否倒圆相分雁别表踩示代央码余“午0肿”笋和差“持1税”蛇。帖mB英nB羞编码射（悟n>义m穗）盈高速吴网络昌不适拉用曼扰彻斯糖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