信道特性

信道带宽:

模拟信道:W=f2-f1(Hz)，即最高频率-最低频率

数字信道:即最大数据传输速率(bit/s)

码元速率:

码元:一个数字脉冲称为一个码元

马元宽度:T即一个脉冲周期

码元速率:B=1/T单位时间内信道传送的码元个数(波特Baud)

信息量:n=log₂N即一个码元携带信息量n（位）与码元种类数（N）的关系

奈奎斯特定理:

在一个理想的（没有噪声环境）信道中，若信道带宽为W

最大码元速率为:B=2W(Baud)

极限数据速率为:R=Blog₂N=2Wlog₂N

香农定理:

在一个噪声信道的极限数据速率和带宽之间的关系。
极限速率公式为：C=Wlog₂（1+S/N）
分贝与信噪比关系：dB=10log₁₀S/N
其中W为带宽，S为信号平均功率，N为噪声平均功率，S/N为信噪比

信道延迟:

总延时 = 线路延迟 + 发送延迟

线路延迟=传输距离/传播速度（路上跑的时间） 比如1000米电缆，延时为1000/200=5us
发送延迟=数据帧大小/速率（排队上车的时间） 比如100M线路，发送1000字节数据，延时为1000*8/(100*106)=8*10-5s=80us
光速为300000km/s = 300m/us
电缆中传播速度一般为光速67%，即200000km/s= 200m/us
卫星信道的单边时延大约270ms（来回双向的延迟540ms）

数据编码

曼彻斯特编码

曼彻斯特编码是一种双相码，用在以太网中

在每个比特中间均有一个跳变，第一个编码自定义，例如向低电平跳变代表“0”，则低电平向高电平跳变代表“1”。

差分曼彻斯特编码

差分曼彻斯特编码 也是一种双相码，用在令牌环网中

有跳变代表“0”无跳变代表“1”【有0无1】-比较起始电平（上一个的终止与下一个起点）

MLT-3编码

MLT-3编码常用于100BASE-TX，用3种电位状态分别表示“正电位”、“零电位”和“负电位”
MLT-3编码规则较为复杂，总结如下：【有1无0】
(1)如果输入为数值0，则电平保持不变。
(2)如果输入是数值1，则产生跳变，但跳变分两种情况：如果前一个电平是+1或-1，则下一电平为0，如果前一电平是0，下一个电平和最近一个非0电平相反

调制技术

数字调制技术(数字信号转模拟信号)

幅度键控（ASK）：用载波的两个不同振幅表示0和1。
频移键控（FSK）：用载波的两个不同频率表示0和1。
相移键控（PSK）：用载波的起始相位的变化表示0和1。
正交幅度调制（QAM）：把两个幅度相同但相位差90°的模拟信号合成一个模拟信号。

码元只取两个相位值叫2相调制，码元可取4个相位叫4相调制，则N=2，N=4。
DPSK是2相调制，N=2，QPSK是4相调制，N=4

脉冲编码调制(模拟信号转数字信号)-PCM

PCM数字化过程3个步骤：采样、量化和编码。

采样：按照一定的时间间隔对模拟信号进行取样，把模拟信号的当前值作为样本。

奈奎斯特采样定理：如果模拟信号的最高频率为fmax，若以大于等于2fmax的采样频率对其进行采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。

量化：把取样后得到的样本由连续值转换为离散值，离散值的个数决定了量化的精度。

编码：把量化后的样本值变成相应的二进制代码。

PCM计算

【重点理解】对声音信号数字化时，由于语音最高频率是4kHz，所以取样频率是8kHz。对语音样本用128个等级量化，因而每个样本用7bit表示。在数字信道上传输这种数字化后的语音信号的速率是 7*8000=56kbps

以太网物理层规范

命名规范

100BASET-100Mbps、基带传输、T-双绞线,F-光纤

STP屏蔽线、UTP非屏蔽线

100M快速以太网(802.3u)

1000M千兆以太网(802.3z、802.3ab)

10G万兆以太网(802.3ae)

万兆以太网基本应用于点到点线路，不再共享带宽，没有冲突检测，载波监听和多路访问技术也不再重要。万兆以太网和万兆以太网采用与传统以太网同样的帧结构。

通信和交换方式

按通信方向分类

单工通信：信息只能在一个方向传送，发送方不能接收，接收方不能发送 （电视/广播）

半双工通信：通信的双方可以交替发送和接收信息，但不能同时接收或发送（对讲机/Wi-Fi/Hub）

全双工通信：通信双方可同时进行双向的信息传送（电话/交换机）

按同步方式分类

异步传输：把各个字符分开传输，在字符之间插入同步信息，典型的是插入起始位和停止位。

优点是实现简单，但引入了起止位，传输效率不高，导致速率不会太高。

同步传输：发送方在传送数据之前，先发送一串同步字符SYNC，接收方检测到2个以上SYNC字符就确认已经进入同步状态，开始准备接收数据。

优点是效率更高，在短距离高速数据传输中，大多采用同步传输方式

数据交换方式

数据交换技术有3种：电路交换、报文交换和分组交换。

电路交换：将数据传输分为电路建立、数据传输和电路拆除3个过程。在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被用户完全占有【代表：早期电话】

报文交换：报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。报文中含有每一个下一跳节点，完整的报文在一个个节点间传送（数据不拆分）【代表：早期电报】

分组交换：将数据拆分成很小的分组进行传送，包括：数据报和虚电路。【代表：互联网Internet】

数据报：每个分组被独立地处理，每个节点根据路由选择算法，被独立送到目的，路径和到达目的顺序都可能不一样（IP）

虚电路：在数据传送之前，先建立起一条逻辑上的连接，每个分组都沿着一条路径传输，不会乱序（X.25、FR、ATM）

复用、扩频、差错控制技术

多路复用技术

多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。这种技术要用到两个设备：

多路复用器（Mutiplexer），在发送端根据某种约定的规则把多个低带宽的信号符合成一个高带宽的信号。

多路分配器（Demultiplexer），在接收端根据统一规则把高带宽信号分解成多个低带宽信号。

多路复用器和多路分配器统称多路器，简写MUX。光纤入户复用：上网、电视、电话。

频分复用

在相同通道同时传递多个不同频率的数据。

典型应用：无线电广播、ADSL、FDD-LTE

时分复用

传输时把时间分成小的时隙，每一时隙由复用的一个信号占用，平均的分配时隙。

典型应用：T1/E1、SONET/SDH、WIFI、TDD-LTE

统计时分复用

传输时把时间分成小的时隙，每一时隙由复用的一个信号占用，按需动态地分配时隙

波分复用

波分复用：本质也是频分复用
光纤频率与波长关系：光速c=波长×频率

扩频技术

扩频技术主要是为了提供通信系统的抗干扰性，改进通信质量，核心思想是将信号散布到更宽的带宽上以减少发生阻塞和干扰的机会。
常见的扩频技术有：直接序列扩频、跳频、跳时和线性调频扩频技术。
直接序列扩频（DSSS，简称直接扩频）。如果输入数据是1，加上伪随机数1001，经过异或运算可以将输入数据转换为0110，增加了传输数据量，但可以有效防止数据因干扰而产生错误。无线Wi-Fi一般采用直接序列扩频技术。
频率跳动扩展频谱（FHSS，简称跳频）。跳频技术通信频率不固定，不容易被窃听，安全性高，可应用于军事领域，同时具有抗干扰和抗信号衰落的优点。蓝牙一般采用跳频技术

差错控制

数据通信中常用的办法是检错和纠错

检错：接收方知道有差错发生，但不知道是怎样的差错，向发送方请求重传。
纠错：接收方知道有差错发生，而且知道是怎样的差错

奇偶校验

奇偶校验是最常用的检错方法，能检出一位错位。
原理：在7位ASCII码后增加一位，使码字中1的个数成奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。
奇校验：整个校验码（有效信息位和校验位）中“1”的个数为奇数 1011 010 [1]
偶校验：整个校验码（有效信息位和校验位）中“1”的个数为偶数 1011 010 [0]

CRC循环冗余校验码

末尾加入CRC循环冗余校验码能检错不能纠错，广泛用于网络通信和磁盘存储。

海明码

通冗余数据位来检测和纠正差错的编码方式。
海明距离（码距）：一个码字要变成另一个码字时必须改变的最小位数。两个码字之间不同的比特数

海明码原理

在数据中间加入几个校验码，码距均匀拉大，当某一位出错，会引起几个校验位的值发生变化。

海明不等式

校验码个数为k，可以表示2k个信息，1个信息用来表示“没有错误”，其余2k-1个表示数据中存在错
误，如果满足2k-1≥m+k（m为信息位，m+k为编码后的数总长度），则在理论上k个校验码就可以
判断是哪一位出现了问题

海明码编码

1.第2i（i=0，1，2，3…）位是校验位，其余位存放数据

2.将数据位拆分为校验位的和形式 (3=2+1 5=4+1 6=4+2 7=4+2+1...)

3.通过校验位的奇偶校验，找到错误的值，例如1和4的奇偶校验错误，则数据5传输错误