计算机网络(九)-物理层(补充)-傅里叶变换-信道复用

一.几个术语

1.码元------在使用时间域(时域)的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形。

2.调制------把数字信号转换为模拟信号的过程。

3.解调------把模拟信号转换为数字信号的过程。
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4.双绞线水晶头:从左到右分别为橙白橙(发送)、绿白蓝、蓝白绿、棕白棕。绿白和绿色负责接收,其他的保留。

5.近端串扰:是双绞线性能中的一个指标,它是指来自一对导体的信号在另一对导体上发生的耦合现象,即近端发送的信号被近端接收线收到。

二.傅里叶级数

2.1 公式
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  • f = 1/T

  • 这种分解称为傅立叶级数(序列)。

  • 如果周期T、振幅已知,则可以通过执行上述方程的和来找到时间的原始函数。
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    2.2 通过传输字母“b”来解释数字信号的调制与解调

  • b字母的ASCII码是98,即01100010
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  • 波特率为8/T,因此f=波特率除以8。

  • 确定常数c:对上述函数进行积分。
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  • 确定参数an、bn
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  • 均方根
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2.3 如下几种周期信号的两种表示方法。

  • 左图可以看出峰值和周期;
  • 右图可以清楚看出峰值(纵坐标)和频率(横坐标).
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2.4 基带带通调制方法

  • 调幅ASK:即载波振幅随基带数字信号而变化。1代表有载波、0代表无载波。
  • 调频FSK:即载波的频率随数字信号而变化。f1-f2代表0,f1+f2代表1;
  • 调相(PM):载波的初始相位随基带数字信号变化而变化。
  • 正交振幅调制(QAM)
    -多元制的振幅相位混合调制------信息传输速率增加。
    -码元不是越多越好,若每个码元表示的比特数越多,接收端识别,每种状态变得困难,出错率增加。
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2.5 大多数复合信号都是非周期性信号,因此出现重复信号一般都是同一个信号。合成信号的带宽是该信号中包含的最高频率和最低频率之间的差值。

三.相关知识

3.1 基带信号往往有较多的低频成分,甚至直流成分,许多信号并不能传输低频分量或直流分量,因此需要对基带信号进行调制(编码)。

3.2 对基带信号的波形进行变换,使它能够与信道特性相适应------仍是基带信号,称为基带调制或编码。载波进行调制,将频率搬到较高频段------带通信号,称为带通调制

3.3 波特和比特是两个不同的概念。信息的传输速率"比特/秒"与码元的传输速率“波特”在数量上却有一定的关系。

3.4 奈氏准则和香农公式的作用范围
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3.5 电磁波频谱
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3.6 光纤:只要从纤芯中射到纤芯表面的光纤的入射角大于某个临界角度,就可产生全反射。通常将一段点到点的链路串接起来构成一个环路。通过T形接头连到计算机。

  • 有源T形接头:有源转发器。
  • 无源T形接头:比较可靠。
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    3.7 短波通信:主要依靠电离层的反射。

四.信道复用技术

4.1 复用:是通信技术中,允许用户使用一个共享信道进行通信,降低成本,提高利用率。
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4.2 频分复用FDM
将带宽分为多份,所有用户在同样的时间占用不同的频段带宽资源。
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4.3 时分复用TDM
将时间划分为一段段等长的时分复用(TDM) 帧。每个时分复用 的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。也称同步时分复用.

  • 时隙周期性出现;
  • TDM信号也称等时信号;
  • 占用同样的频度宽度。
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  • 可能造成线路资源浪费。

4.4 统计时分复用(STDM)
STDM帧不是固定分配时隙,而是按需动态分配时隙,提高了线路利用率。

4.5 TDM帧和STDM帧都是物理层传送的比特流中所划分的帧。

4.6 波分复用WDM
波分复用就是光的频分复用。使用一个根光纤来同时传输多个光载波信号。
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4.7 码分复用CDM
常称码分多址CDMA。每个用户在同样的时间使用同样的频带进行通信。各用户使用不同的码型,不会相互干扰,抗干扰强,频谱类似白噪声。
每个比特时间划分为m个短的间隔,称为码片。
采用CDMA可以提高通信质量和数据传输的可靠性。

码片序列:

  • 每个站被指派一个唯一的m bit码片序列。发送1则发送自己的m bit 码片序列,发送0则发送该码片的二进制反码。
  • 如S站的8bit 码片序列为00011011(或记为-1-1-1+1+1-1+1+1):发送1或0对应的码片序列:1------000110011,0------11100100;

CDM的重要特点:

  • 每个站分配的码片序列不仅必须不相同,并且还必须互相正交。
  • 实际中,使用伪随机码序列。
  • 码片序列的正交关系:
    -令向量S表示站S的码片向量,令T表示其他任何站的码片向量。
    -两个不同站的码片序列正交,就是向量ST的规格化内积都是0:
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    如T=(-1-1+1-1+1+1+1-1),S=(-1-1-1+1+1-1+1+1),规格化内积为0。
    -任何码片向量和自己码片向量的规格化内积都为1;
    -码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是-1;
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4.8 脉码调制PCM体制
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五.数字传输系统

5.1 早期数字传输系统存在许多缺点:

  • 速率标准不统一。
  • 不是同步传输。

5.2 同步光纤网SONET 和同步数字系列SDH

  • SONET:
    -同步网络各级时钟来自一个非常精确的主时钟。
    -系统定义了同步传输的线路速率等级结构,以51.84Mb/s为基础。
    -此速率对电信号称为第一级同步传送信号,即STS-1;
    -此速率对光信号称为第一级载波,即OC-1;

  • SDH:
    -以SONET为基础制定。
    -基本速率为155.520Mb/s,称第一级同步传递模块,即STM-1,相当于SONET中的OC-3速率。
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    5.3 SONET/SDH标准的意义

  • 使数字传输制在STM-1等级获得统一。

  • 实现了数字传输体制上的世界性标准。

  • SDH标准也适合微波和卫星传输技术体制。

5.4 SONET/SDH定义了标准光信号,规定波长1310nm和1550nm的激光源。在物理层为宽带接口使用了帧技术以传递信息,为数字信号的复用和操作过程定义了帧结构

5.5 SONET标准
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  • 定义了四个光接口层,对应OSI的物理层和数据链路层

  • 光子层:
    -处理跨越光缆的比特传输,负责进行同步传送信号STS的电信号和光载OC的光信号之间的转换
    -此层由光电转换器进行通信;

  • 段层
    -在光缆上传输STS-N帧,有成帧和差错检测功能;

  • 线路层
    -负责路径层的同步和复用,以及交换的自动保护。

  • 路径层
    -处理路径端接设备PTE之间的业务的传输,PTE是具有SONET能力的交换机。
    -路径层还具有与非SONET网络的接口。

六. 宽带接入技术

6.1 FCC认为只要双向速率之和超过200Kbit/s 就是宽带。
6.1 两类接入

  • 有线宽带接入
  • 无线宽带接入

6.2 不同宽带方案

  • ADSL:非对称数字用户线
    -上行下行宽带不对称;
    -两端各安装一个ADSL调制解调器。
    -我国采用的是离散多音调(多载波、多子信道)DMT调制技术。
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  • HDSL:高速数字用户线
  • SDSL:1对线数字用户线
  • VDSL:甚高速数字用户线
  • DSL:用户线
  • RADSL:速率自适应DSL,是ADSL的子集,可自动调节线路速率。

6.3 非对称数字用户线ADSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务。

6.4 ADS技术就是把0-4KHz低频留给传统电话使用,而把高频留给用户上网使用。

6.5 DMT技术

  • 采用频分复用
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七.光纤同轴混合网HFC
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八.FTTx技术
是一种实现宽带居民接入网的方案。

  • FTTH:光纤到家
  • FTTB:光纤到楼
  • FTTC:光纤到路
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