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  • 一、物理层 概述、 二、物理层 基本概念、 三、物理层 特性





    一、物理层 概述



    物理层 :

    • 通信基础
    • 奈氏准则 香农公式 ( 重点计算 )
    • 编码调制
    • 传输介质
    • 物理层设备




    二、物理层 基本概念



    "物理层" 概念 : 各种计算机通过 传输媒体 连接 , 物理层 负责 解决在 传输媒体 上 传输数据比特流 ;

    • 传输媒体 : 传输介质 , 光纤 , 电缆 , 双绞线 等 ;
    • 与具体的传输媒体无关 : 不关心 传输媒体的厂家 , 规格 等 , 只关注物理层本层次的内容 , 以及与上层的接口服务 ;

    "物理层" 主要任务 : 定义标准 , 定义 传输媒体 接口 的相关特性 ;





    三、物理层 特性



    机械特性 : 定义物理连接特性 , 包括 采用的规格 , 接口形状 , 引线数目 , 排列情况 , 引脚数量 ;

    • 引脚排列示例 : 水晶头的引脚排列情况 , 插座的间距规格等 ;

    电气特性 : 传输二进制时 , 传输信号的 电压范围 , 阻抗匹配 , 传输速率 , 距离限制 ;

    • 电压范围示例 : 规定信号电平 +10V ~ +15V 表示二进制数据 0 , 信号电平 -10V ~ -15V 表示二进制数据 1 ;
    • 电缆长度示例 : 路由器 到 主机间的电缆长度必须在 20 米以内 ;

    功能特性 : 描述 电平 的意义 , 接口部件 信号线用途 ;

    • 电平意义 示例 : 描述当一个接口的引脚处于高电平的含义 ;

    • 注意与 电气特性 区分 : 电气特性是描述 根据 电压 得到 电平 , 功能特性是指 电平的意义 ;


    规程特性 : 又称为 过程特性 , 规定 各个 物理线路 工作 规程 , 时序关系 ;

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  • 物理层接口特性辨析

    千次阅读 2016-11-17 14:23:57
    物理层接口特性辨析@(计算机网络) 机械特性 功能特性 过程特性 电气特性 机械特性:主要定义物理连接的特性,规定物理连接时所采用的规格、引线的数目、引脚的数量和排列情况。电气特性:规定传输二进制位时,线路上...

    物理层接口特性辨析

    @(计算机网络)

    • 机械特性
    • 功能特性
    • 过程特性
    • 电气特性

    机械特性:主要定义物理连接的特性,规定物理连接时所采用的规格、引线的数目、引脚的数量和排列情况。

    电气特性:规定传输二进制位时,线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。

    功能特性:指明某条线上出现的某一电平表示何种意义,接口部件的信号线的用途。

    规程特性/过程特性:主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

    主要是电气特性和功能特性的分别。仔细读才能明白,电气特性约定的是更基础的物理量的含义,而功能通俗说就是做啥的。但是功能特性里某条线上的某一电平表示什么鱼电气特性似乎有重叠。实际上,电气特性是一般化的规定,功能特性是具体化的运用,所以是某条线,某一电平是什么含义。这个含义为何这样定义,就是电气特性的规定了。

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  • 计算机网络物理层

    千次阅读 2018-12-19 23:08:31
    当然在各种网络设备接口上同样也体现了物理层上的功能,包括各种接口的外观、结构、电气和功能等特性物理层的电气特性 EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B标准 直通双绞线和交叉双绞线在线序排列和应用方面的区别 单模....

    物理层是计算机网络体系中的最底层,负责为数据通信构建一条连通的,电气化的物理链路层或者传输通道。工作在物理层的设施包括:各种传输介质、集线器(Hub)、中继器、无线AP等。当然在各种网络设备接口上同样也体现了物理层上的功能,包括各种接口的外观、结构、电气和功能等特性。

    重点内容

    • 物理层的电气特性
    • EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B标准
    • 直通双绞线和交叉双绞线在线序排列和应用方面的区别
    • 单模和多模光纤的定义和特性
    • 主要光纤模块和连接器类型
    • 尾纤和跳纤的主要特点和应用
    • 频分复用,时分复用和波分复用的原理
    • IEEE 802.11n/ac/ad三种规范的主要特性

    信道多路复用技术

    计算机网络中的数据通信是在物理链路的各个信道中传输的,通常一条物理链路上会有多条信道。默认情况下,一条信道只传输一路信号,这就有可能造成信道带宽资源浪费,如在某路信号传输需要的带宽严重低于信道带宽时。

    类比马路,网络中的数据传输也一样,我们可以把一条高带宽的信道划分成多条小带宽的子信道(逻辑意义上的),这样就可以在一条信道上同时进行多路低带宽需求的信号传输,可大大提高原来这条信道的利用率。这就是信道复用技术。

    各种信道复用技术都在发送端有对应的复用器,而在接收端有对应的分用器,分用器作用就是把原来在同一条信道中传输的各个子信道中的多路信号分离出来。

    根据不同的信号和传输介质类型,可以采用不同的信道复用技术,目前主要有:频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、波分复用(WDM)和码分复用(CDM)。

    (正交)频分复用 (OFDM、FDM)

    定义:按照信道频带宽度进行的信道复用方式(也是一种调制技术),也就是把一条高带宽的信道按照一定的频带宽度划分成若干个低带宽的子频带,正交频分是多载波调制,普通频分是单载波调制。
    优点:信道复用率搞、实现简单,是目前模拟通信中经常采用的一种复用方式。
    FDM应用场景:模拟/数字电视、广播系统、电台频道、电视频道。
    OFDM应用:ADSL、DVB(数字视频广播)、HDTV(高清电视)、WLAN(无线局域网)和4G。

    (动态)时分复用(STDM/TDM)

    时分复用是利用空闲带宽的时间片里的各个间隙来传输若干个信息,从而达到信道利用率。使用时间片固定间隙的称为同步时分复用,动态间隙的是异步时分复用。典型例子是PCM(脉码调制)。

    波分复用(WDM)

    波分复用是光信号中的频分复用技术,又称光波分复用,是在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术。

    特点:

    1. 可灵活增加光纤传输容量
    2. 同时传输多路信号
    3. 成本低,维护方便
    4. 可靠性高,应用广泛

    典型应用:CATV(有线电视)

    主要WLAN物理层规范

    特性802.11b802.11a802.11g802.11n802.11ac802.11ad
    发布时间1999.91999.92003.62009.92013.62012.11
    工作频段2.4GHz5GHz2.4GHz2.4/5GHz5GHz60GHz
    最高接入速率11M/s54M/s54M/s600M/s7G/s7G/s
    频带宽度20MHz20MHz20MHz20MHz20/40MHz40/80/160MHz
    调制方式DSSS等OFDMDSSS/OFDMOFDMOFDMOFDM
    兼容性--802.11b802.11a/b/g802.11a/g/n802.11/a/g/g/ac
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  • 文章目录一、概述1、物理层主要功能2、传输介质3、频率选择二、调制解调技术1、模拟调制2、数字调制(1)、B-ary数字调制(2)、M-ary调制3、扩频...信道特性1、传播特性2、自由空间3、多径传播4、噪声四、物理层设计要点...

    一、概述

    物理层主要负责数据的调制、发送、接收,是决定WSN结点体积、功耗、成本的关键。

    物理层负责传输比特流

    1、物理层主要功能

    物理层的主要功能是为数据终端设备提供传输数据的通路、传输数据、其他管理工作。包括以下方面:

    1. 信源编码
    2. 信道编码:减少无线信道差错对信源产生的影响
    3. 交织与调制
    4. 无线信道传播
    5. 信息处理

    2、传输介质

    传输层的无线介质主要包括无线电波、红外线、光波,红外线虽然不受无线电波干扰且使用不受限制,但其对非透明物体穿透性极差,WSN的主流传输方式是无线电波。

    3、频率选择

    在频率选择方面,一般选用ISM频段,其无需注册公用频段。考虑到WSN结点小型化、低成本、低功耗的特点,在欧洲使用433MHz频段,在美国使用915MHz频段。

    二、调制解调技术

    相比于传统无线通信系统,WSN要解决节能和成本问题。常用调制方式:

    1、模拟调制


    基于正弦波的调制技术主要是对其幅度、频率、相位的调整,分别称为:AM、FM、PM。由于模拟调制功耗较大、抗干扰能力弱、灵活性差,正逐步被数字调制替代。

    2、数字调制

    数字调制是把数字基带信号以一定方式调制到模拟载波上进行传输,从对载波参数的改变上可以分为:ASK、FSK、PSK。

    (1)、B-ary调制

    1. ASK
      结构简单易于实现,对带宽要求小,但抗干扰能力差。
    2. FSK
      与ASK相比需要更大的带宽。
    3. PSK
      复杂但具有较好的抗干扰能力。

    (2)、M-ary调制

    多进制调制分为多进制振幅调制、多进制频率调制、多进制相位调制。与二进制相比,多进制调制具有以下特点:

    1. 在相同的码元传输速率条件下,M-ary调制的信息传输速率是B-ary调制的log2M倍。
    2. M-ary调制的电路更复杂,输入端需要增加2-M转换器,接收端需要增加M-2转换器。
    3. M-ary调制需要更高的发射功率。
    4. 在启动能量消耗较大的系统中,B-ary调制更加有效。
    5. M-ary调制的误码率通常大于B-ary。

    3、扩频通信

    待传送的信息被伪随机码调制,实现频谱扩展后再传输。接收端则采用相同的编码进行解调,恢复原始指信息数据。用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽。

    4、UWB通信技术

    UWB通信技术是近年来发展较快的短距离无线通信技术之一。与普通二进制移相键控相比,UWB不利用余弦波进行载波调制而发送许多小于1ns的脉冲,其占用带宽非常之宽。UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号,能在10m左右的范围内实现数百Mbit/s到数Gbit/s的传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等优势。

    三、信道特性

    1、传播特性

    无线信道效应包括:

    1. 衰减
      随着信号波在空气中传播,信号强度随之衰减。
    2. 反射与折射
      信号从一种介质进入另一种介质时,一部分弹回称为反射,另一部分穿过交界面继续传播,称为折射。
    3. 衍射
      当信号波在陡峭的边缘传播,陡峭边缘形成一个波源。
    4. 散射
      信号波遇到粗糙表面时,它会被散射到各个方向。

    2、自由空间

    Friis公式表明接收功率和发射功率的关系:
    接收天线接收功率:

    收发天线之间总损耗:

    Pt:发射功率
    G1:发射天线增益
    G2:接收天线增益
    Lfs:自由空间传播损耗
    Ls:气候带来的损耗

    3、多径传播


    电波在传输过程中遇到障碍物,会产生反射、折射、衍射等。因此,到达接收天线的信号可能存在各种波。

    4、噪声

    噪声通俗来讲就是干扰,会造成信号失真,严重的会使通信无法有效进行。对于噪声通信信道,最简单的数学模型是加性噪声信道。

    若果噪声主要由电子元件和接收放大器引入的,则称为热噪声,在统计学上表征为高斯噪声,所以该数学模型称为加性高斯白噪声信道模型。由于该模型可以广泛的应用于许多信道,且数学上易于处理,所以是目前通信系统分析和设计中主要应用的信道模型。信道衰减结合进这个模型,接收到的信号为:

    a是衰减因子

    四、物理层设计要点

    物理层的设计目标是以尽可能少的能量损耗获得较大的链路能量,需要考虑的要点有:

    1. 结点的成本要求
      结点最大限度的集成化设计,减少分立元件是降低成本的主要手段。
    2. 结点的功耗要求
      要求结点的功耗在几个uW,主要从以下两个方面入手:降低收发机电路自身的损耗、调制解调方式的选择
    3. 通信速率的要求
    4. 通信频段的选择
      当前频段的选择大都集中在433-464MHz、902-928MHz、2.4-2.5GHz的ISM频段。
    5. 编码调制方式的选择
    6. 物理帧结构
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网络物理层的特性