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物理层相关知识

2.1 数据通信理论知识 2.1.1 传输速率

几个重要定义:

码元:在使用时间域表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形称为码元,码元种类数用N表示。码元速率/波特率:单位时间内载波参数(相位、振幅、频率等)变化的次数,单位为波特,常用符号Baud表示,简写为B。比特率/信息传输速率/信息速率:指单位时间内在信道上传送的数据量(比特数),单位为比特每秒(bit/s),简记为b/s或bps。带宽:传输过程中信号不会明显减弱的一段频率范围,单位为赫兹(Hz)。信噪比与分贝:信号功率与噪声功率的比值称为信噪比,通常信号功率记为S,噪声功率记为N,则信噪比为S/N,分贝(dB)为10lg\frac{S}{N}

几个重要公式:

信息量n = log_{2}N

比特率 = 波特率 × 单个调制状态对应的二进制位数 = 波特率 × log_{2}N

信道带宽W = 最高频率 - 最低频率

分贝dB = 10 ×  lg\frac{S}{N}

最大数据速率 = 2Wlog_{2}N=Blog_{2}N

极限数据速率 = W\times log_{2}(1+\frac{S}{N})

误码率P_{c} = 错误码元数 / 码元总数

2.1.2 调制与编码

模拟信号调制为模拟信号:调幅AM;调频FM;调相PM 模拟信号编码为数字信号:PCM脉冲编码调制(采样-量化-编码) 数字信号调制为模拟信号:幅移键控ASK;频移键控FSK;相移键控PSK;正交幅度调制QAM 数字信号调制为数字信号:极性编码;归零码;不归零码;双相码;曼彻斯特编码;差分曼彻斯特编码;4B/5B编码;8B/10B编码;8B/6T编码

相移键控PSK:         1.BPSK,载波相位有两种,二进制0和1分别用不同相位的波形表示         2.DPSK,又记作2DPSK,使用2种相位,通过前沿初始相位是否变化来表示0和1         3.4PSK,又称为QPSK,使用4个输出相位表示2个输入位         4.8PSK,使用8个输出相位表示3个输入位         5.16PSK,使用16个输出相位表示4个输入位

曼彻斯特编码特点:         1.曼彻斯特编码是一种双相码         2.曼彻斯特编码提供了比特同步信息         3.曼彻斯特编码应用在以太网中

2.1.3 数据传输方式

按信号类型分类:模拟通信;数字通信 按照一次传输的数据位数分类:串行通信;并行通信 按照信号传送的方向与时间的关系分类:单工通信;半双工;全双工通信 按照数据的同步方式分类:同步通信;异步通信

2.1.4 数据交换方式

电路交换;报文交换;分组交换(数据报、虚电路);信元交换

2.1.5 多路复用

时分复用TDM(同步时分复用、统计时分复用);波分复用WDM;频分复用FDM

2.2 数字传输系统 2.2.1 脉冲编码调制PCM体制 名称总速率话路组成每个语音信道的数据速率T11.544Mb/s30条语音话路和2条控制话路64kb/sE12.048Mb/s24条语音话路64kb/s

基带传输与宽带传输:

基带传输:PCM编码等 宽带传输:QAM编码;AM/FM/PM等

2.2.2 同步光纤网SONET

SONET中的最小单位:第1级光载波OC-1,值为51.84Mb/s,OC-N代表N倍的51.84Mb/s

2.2.3 同步数字系列SDH

第1级同步传递模块STM-1,速率为155.2Mb/s,STM-N代表N倍的155.2Mb/s 当数据传输速率较小时,可以使用SDH提供的准同步数字系列PDH兼容传输方式。该方式在STM-1中封装了63个E1信道,可以同时向63个用户提供2Mb/s的接入速率。

2.3 接入技术 2.3.1 xDSL 名称对称性上、下行速率极限传输距离复用技术

ADSL

非对称数字用户线路

不对称

上行:640~1Mb/s

下行:1~8Mb/s

3~5km频分复用

VDSL

甚告诉数字用户线路

不对称

上行:1.6~2.3Mb/s

下行:12.96~52Mb/s

0.9~1.4kmQAM和DMT

HDSL

告诉数字用户线路

对称

上行:1.5Mb/s

下行:1.5Mb/s

2.7~3.6km时分复用

G.SHDSL

对称的高比特数字用户环路

对称一对线上、下行可达192kb/s~2.312Mb/s3.7~7.1km时分复用

常见的ADSL接入方式:

        1.ADSL虚拟拨号:采用专门的PPPoE协议         2.ADSL专线接入:用户配置ADSL MODEM,PC设定固定的IP、掩码、网关

2.3.2 HFC

混合光纤-同轴电缆(HFC):从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输,到用户区域后把光信号转换成电信号,经分配器分配后通过同轴电缆送到客户。

2.3.3 FTTx

FTTx分类:光纤到交换箱FTTCab、光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH等。PON技术:ODN(光配线网)中不含有任何电子器件和电子电源,ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成。主要的PON技术包括:以太网无源光网络(EPON);千兆以太网无源光网络(GPON)

2.4 有线传输介质 2.4.1 同轴电缆

传输信号稳定、抗干扰能力强、传输距离远、频率范围宽,适用于各种应用场景。

测试指标:

插入损耗:与双绞线类似,衡量信号在同轴电缆中的衰减。

驻波比(VSWR):衡量传输线上前行波与反射波的比率,反映系统的匹配程度。

屏蔽效能:衡量同轴电缆对外部电磁干扰的抵抗能力。

介质损耗因子:衡量同轴电缆材料的损耗特性。

2.4.2 双绞线

特点:由多对绝缘铜导线两两相互缠绕而成,目的是降低信号干扰的程度。双绞线可分为屏蔽双绞线(STP)与非屏蔽双绞线(UTP),适用于短距离通信。

测试指标:

插入损耗:衡量信号通过双绞线时的衰减程度。回波损耗:衡量信号反射回源头的程度,反映连接器的匹配程度。串扰:衡量相邻线对之间的信号干扰程度。特性阻抗:双绞线的固有电阻抗值,影响信号传输质量。衰减串扰比(ACR):衡量信号衰减与串扰之间的比率,是评估双绞线性能的综合指标。

2.4.3 光纤

利用光在玻璃或者塑料纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。特点是重量轻、体积小、传输远、容量大、抗电磁干扰等。光纤可分为单模光纤和多模光纤,适用于大容量、长距离的光纤通信。

测试指标:

插入损耗:衡量光信号通过光纤时的衰减。回波损耗:衡量光信号在光纤连接处反射的程度。偏振模色散(PMD):衡量光纤中不同偏振态光信号的传播时间差异。色度色散(CD):衡量不同波长光信号在光纤中传播速度的差异。光纤链路损耗:整个光纤链路的累积损耗,包括光纤本身、连接器、熔接点等的损耗。

单模光纤特点:1)芯线由玻璃或塑料制成;2)比多模光纤纤芯小;3)比多模光纤传输距离远

2.5 其它知识

RS-232-C:美国电子工业协会的串行通信接口标准,用于DTE与DCE间通信,采用V.28标准电路,最大数据速率随传输距离增加而降低,使用25针、9针和15针连接器。

帧中继:作为ISDN承载业务,建立虚电路以承载数据,简化第三层。提供不同服务质量的虚电路,适应流式和突发式业务,支持交换和永久虚电路。

ATM:异步传输模式是实现B-ISDN的核心技术,基于信元的分组交换和复用技术。传送单元为53字节的CELL,信头包含VPI/VCI路由信息。业务分为固定比特率CBR、可变比特率VBR、有效比特率ABR和不定比特率UBR,满足不同应用需求。

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