第二章 数据通信基础
2.1物理层的基本概念
透明地传输比特流
2.2数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型
2.2.2有关信道的几个基本概念
单工、半双工、全双工
2.2.3 信道的极限容量
奈氏准则、香农公式
2.3物理层下面的传输媒体
2.3.1导引型传输媒体
1.双绞线
双绞线的绞结越紧密,绞距越均匀,其抗干扰能力越强,线对内部的串扰越小,传输数据的性能也就越好。
扭矩↓，抗干扰↑
EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序568A与568B。
568A线序
绿白——1，绿——2，橙白——3，蓝——4，蓝白——5， 橙——6，棕白——7，棕——8
568A线序不常用，现各单位、家庭用的都是568B线序
568B线序
橙白——1，橙——2，绿白——3，蓝——4，蓝白——5， 绿——6，棕白——7，棕——8
（"橙白"是指浅橙色，或者白线上有橙色的色点或色条的线缆，绿白、棕白、蓝白亦同）。
双绞线的顺序与RJ45头的引脚序号要一一对应。
橙绿蓝棕、花线在左、蓝绿对调
2.同轴电缆
有线电视
3.光缆
2.3.2非导引型传输媒体
微波
卫星
卫星通信的另一特点就是具有较大的传播时延。
无线电
2.4信道复用技术
2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用
2.4.2波分复用
波分复用WDM (Wavelength Division Multiplexing)就是光的频分复用。
2.4.3 码分复用
码分复用CDM (Code Division Multiplexing)是另一种共享信道的方法。实际上，人们更常用的名词是码分多址CDMA (Code Division Multiple Access)。每一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。码分复用最初用于军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。随着技术的进步，CDMA 设备的价格和体积都大幅度下降，因而现在已广泛使用在民用的移动通信中，特别是在无线局域网中。采用CDMA可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量（是使用GSM的4~5倍 )，降低手机的平均发射功率，等等。下面简述其工作原理。
在 CDMA 中，每一个比特时间再划分为m 个短的间隔，称为码片(chip)。通常m 的值是64或128。在下面的原理性说明中，为了画图简单起见，我们设m为8。
使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit 码片序列(chip sequence)。一个站如果要发送比特1，则发送它自己的 m bit 码片序列。如果要发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。例如，指派给S站的8 bit码片序列是00011011。当S发送比特1时，它就发送序列00011011，而当S发送比特0时，就发送 11100100。为了方便，我们按惯例将码片中的0写为-1，将1写为+1。因此S站的码片序列是(-1 -1 -1+1+1-1+1+1)。补充如果是0就是没发
现假定S站要发送信息的数据率为b bit/s。由于每一个比特要转换成m个比特的码片，因此S站实际上发送的数据率提高到mb bit/s，同时S站所占用的频带宽度也提高到原来数值的m 倍。这种通信方式是扩频(spread spectrum)通信中的一种。扩频通信通常有两大类。一种是直接序列扩频DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)，如上面讲的使用码片序列就是这一类。另一种是跳频扩频FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)。
CDMA 系统的一个重要特点就是这种体制给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)。在实用的系统中是使用伪随机码序列。
用数学公式可以很清楚地表示码片序列的这种正交关系。令向量S表示站S的码片向量，再令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S和T的规格化内积(inner product)都是0;
说明印刷体粗体S表示向量
手写的话，要在字母上面加→
不过，不需要那么严格
S · T =1/m 求和(i=1~m) SiTi=0 (2-3)
而一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是-1。这从(2-4)式可以很清楚地看出,因为求和的各项都变成了-1。
现假定有一个X站要接收S站发送的数据。X站就必须知道S站所特有的码片序列。X站使用它得到的码片向量S与接收到的未知信号进行求内积的运算。X站接收到的信号是各个站发送的码片序列之和。根据上面的公式(2-3)和(2-4)，再根据叠加原理（假定各种信号经过信道到达接收端是叠加的关系)，那么求内积得到的结果是:所有其他站的信号都被过滤掉（其内积的相关项都是О0)，而只剩下S站发送的信号。当S站发送比特1时，在X站计算内积的结果是+1，当S站发送比特0时，内积的结果是-1。补充如果是0就是没发
图2-18是CDMA的工作原理。设S站要发送的数据是110三个码元。再设 CDMA将每一个码元扩展为8个码片，而S站选择的码片序列为(-1-1-1+1+1-1+1+1)。S站发送的扩频信号为Sx。我们应当注意到,S站发送的扩频信号Sx中，只包含互为反码的两种码片序列。T站选择的码片序列为(-1-1+1-1+1+1+1-1)，T站也发送110三个码元，而T站的扩频信号为Tx。因所有的站都使用相同的频率，因此每一个站都能够收到所有的站发送的扩频信号。对于我们的例子，所有的站收到的都是叠加的信号Sx+ Tx。
当接收站打算收S站发送的信号时，就用S站的码片序列与收到的信号求规格化内积。这相当于分别计算S·Sx和S·Tx。显然，S·Sx就是S站发送的数据比特，因为在计算规格化内积时，按(2-3)式相加的各项，或者都是+1，或者都是-1:而S·Tx,一定是零，因为相加的8项中的+1和-1各占一半，因此总和一定是0。
题2-16
发送的数据是1 0 没 1
分别内积的结果是1 -1 0 1
2.5数字传输系统
2.6宽带接入技术
2.6.1 ADSL技术
2.6.2光纤同轴混合网(HFC网）
2.6.3 FTTx技术
本章的重要概念
习题
题2-16
发送的数据是1 0 没 1
分别内积的结果是1 -1 0 1
