《计算机网络》物理层

一、数据通信系统模型

二、传输媒体(介质/媒介)

双绞线:价格便宜,性能也不错,使用十分广泛,数字传输和模拟传输都可以使用双绞线.

同轴电缆:被广泛用于传输较高速率的数据,目前主要用在有线电视网中.

光缆:光纤通信使用的媒介,传输带宽远远大于其他各种传输媒体的带宽,

发送端有光源,利用发光二极管或者半导体激光器在电脉冲的作用下产生光脉冲;

接收端利用光电二极管做成光检测器,检测到光脉冲时还原出电脉冲.

 

无线电波:传输媒介是自由空间,传统的微波通信主要有两种:地面微波接力通信、卫星通信.

三、信道复用技术

1⃣️频分复用(FDM)

所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(频率带宽)

若每个用户占用的带宽不变,则当复用的用户数增加时,复用后的信道总带宽就跟着变宽.

2⃣️时分复用(TDM)

 

所有用户在不同时间占用同样的频带宽度(更有利于数字信号的传输) 

每个时分复用帧的长度时不变的,始终时125us,若有1000个用户进行时分复用,则每一个用户分配到的时隙宽度就是125us的千分之一,时隙宽度非常窄的脉冲信号所占的频谱范围也是非常宽的.

由于计算机数据的突发性质,一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般是不高的,当用户在某一段时间暂时无数据传输时,那就只能让已经分配到手的子信道空闲着,其他用户也无法使用该信道.

3⃣️统计时分复用(STDM)

假定所有的用户都不间断地向集中器发送数据,那么集中器肯定无法应付,它内部设置的缓存都将溢出,所以集中器能够正常工作的前提是假定各用户都是间歇地工作.

由于STDM帧中的时隙并不是固定地分配给某个用户,因此在每个时隙中还必须有用户的地址,这是统计时分复用要有的不可避免的开销,上图中每个时隙之前的短时隙(白色)就是放入这样的地址信息.

综合之前的网络层、链路层、物理层传输规则,我们大致可以想象一下,这其中的过程:

4⃣️波分复用(WDM)

 

左侧有8种光波信号,波长各不相同,通过光复用器合在一起后在一根光纤种传输,接收端用光分用器将合在一起的8种光波再分开来.

5⃣️码分复用(CDM)

更常用的名词是码分多址CDMA,每个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信.由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此各用户之间不会造成干扰.

站点	码片序列	码片序列正负1表示法(向量)	码片序列反码
A	10001000	+1 -1 -1 -1 +1 -1 -1 -1	01110111
B	01000100	-1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 -1	10111011
C	00100010	-1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 -1	11011101
D	00010001	-1 -1 -1 +1 -1 -1 -1 +1	11101110

每个站分配的码片序列不仅各不相同,并且还必须互相正交,如果码片长度为m(m为2的n次方),那么能产生log₂m + 1 个这样的码片(log₂8 + 1 = 4);

上述公式就是码片正交的条件.拿A、B两个站点的码片序列测试如下:

[(-1) + (-1) + (+1) + (+1) + (-1) + (-1) + (+1) + (+1)] / 8 = 0 / 8 = 0;

同理:

对于每个站点,如果要发送比特0,那么发送该站点的码片序列反码,如果发送比特1,则发送该站点的码片序列.

另外有3个重要结论:

对于满足两两正交码片序列来说,现在有:

一个码片序列的向量S和向量反码S^-,和任意其他码片序列向量T和其向量反码T^-;

S x S = 1;

S x S^{- = -1;}

S x T = 0;

S x T^- = 0;

假如现在每个站都发出了三个码元;

A : A A A^-    110

B : B^- B B^-   010

C : C C^- C   101

D : D^- D D   011

当要获取A站发出的信息,于是拿A站的码片向量A去比对,比对结果如下:

Da : A x A  A x A  A x A^-      ----->  1 1 -1

D_b : A x B^-  A x B  A x B^-     ----->  0 0 0 

Dc : A x C  A x C^-  A x C      ----->  0 0 0 

Dd : A x D^- A x D  A x D       ----->  0 0 0

所以 1 1 -1 就是A站发送的数据比特