コンピュータネットワークレビューノート03_物理層

1.物理層によって解決される主な問題

キャリー信号とビットストリームの変換に実現する、透明の伝送ビットストリームを、データリンク層は、伝送メディアの違いを感じないようにしよう。

2.物理層の主なタスク

機械的性質

コネクタの形状、サイズ、ピン番号、配置の仕様

電気的特性

電圧範囲

特徴

あるレベルの電圧の意味

プロセス特性

さまざまな機能で発生する可能性のあるさまざまなイベントのシーケンス。

データ通信システムのモデル

ソースシステム

1. ソース

   ソース、ソースステーションとも呼ばれます。

   送信するデータ（ビットストリーム）を生成します。

2. 送信機

   ソースによって生成されたビットストリームはエンコードされてから、伝送システムで送信されます。

伝送システム

単純な伝送ラインでも複雑なネットワークシステムでもかまいません。

宛先システム

1. レシーバー

   信号を受信し、エンドポイントで処理できる情報に変換します。

   たとえば、復調器はアナログ信号をビットストリームに復元します。

2. 終わり

   目的地の駅および手紙の宿泊施設としても知られています。

   受信機からビットストリームを取得します。

コミュニケーションで一般的に使用される用語

通信の目的は、メッセージを送信することです。

ニュース

メッセージは本質です。

データ

データは、メッセージを運ぶエンティティです。

信号

信号は、データの電気的または電磁的表現です。

信号の分類と変調

信号内のメッセージを表すパラメータの値法による分類

アナログ信号

メッセージを表すパラメーターの値は連続です。

デジタル信号

メッセージを表すパラメーターの値は離散的です。

記号：情報を伝達する基本的な信号ユニット。

2つの要素があります：コード要素の数$M$（$M$コード要素）およびコード要素によって運ばれる情報の量（つまり、コード要素のビット数）$n$。

$n\ge lo{g}_2^M$

https://zhidao.baidu.com/question/680218902599074452.html

変調

	ベースバンド信号	バンドパス信号
周波数	低、均一なDC成分	高い
伝搬距離	ショート	はるかに

多くのチャネルは、低周波成分またはDC成分を送信できません。この問題を解決するには、ベースバンド信号を変調する必要があります。

1. ベースバンド変調

   効果

   エンコーディングとも呼ばれます。

   ベースバンド信号の波形のみが変換され、チャネル特性に適合します。

   変換された信号は依然としてベースバンド信号です。

   方法

   • ゼロ復帰しない
   • ゼロに戻る
   • マンチェスターコード
   • 差分マンチェスター符号化

2. キャリア変調

   効果

   キャリアを使用して、ベースバンド信号の周波数範囲をより高い周波数帯域に移動し、それをアナログ信号に変換します。

   搬送波によって変調された信号はバンドパス信号と呼ばれ、特定の周波数範囲内でのみチャネルを通過できることを意味します。

   方法

   • 午前
   • FM
   • 位相変調

信道

チャネルは、特定の方向に情報を伝達する媒体を指します。

通信回線には、多くの場合、伝送チャネルと受信チャネルが含まれています。

コミュニケーションの3つの基本的な方法

両当事者間の情報交換の方法の観点から

	シンプレックス通信	半双工通信	全双工通信
通信方向	コミュニケーションは一方向にしかできません	双方向の代替通信	双方向同時通信
チャネル数	A	二	二

チャネルの制限容量

チャネル上の信号伝送は歪められます。

概念的には、チャネル上のシンボルの伝送速度を制限する2つの要因があります。

チャネルが通過できる周波数範囲

シンボル間クロストーク：受信側で受信された信号波形は、シンボル間の明確な境界を失います。

ナイキスト基準：想定される理想的な条件下でのコード間のクロストークを回避するために、シンボルの伝送速度の上限を指摘します。

どのチャネルでも、シンボルの伝送速度には上限があります。上限を超えると、深刻なシンボル間干渉が発生します。

ボー：ボー、シンボル伝送速度の単位。1ボーは、1秒間に1つのシンボルが送信されることを意味します。

信号対雑音比

信号対雑音比は平均信号電力$S$とノイズの平均パワー$N$の比率。多くの場合、S / NS / Nとして表されます。$S/N$、およびデシベルdBdBを使用$DB$測定の単位として。
$$文字対雑音比（DB）=10lo{g}_{10}^{S/N}（dB）$$
シャノンの公式は、チャネルCCの限界情報伝送速度を示しています$C$是：
$$C=Wlog{}_2^{1+S/N}（bit/s）$$
ここで$W$はチャネルの帯域幅、単位は$HのZ$。

シャノンの公式は、チャネルの帯域幅または信号対雑音比が大きいほど、チャネルの限界伝送速度が大きくなることを示しています。

その他の要因

帯域幅、信号対雑音比、およびシンボル伝送速度が決定されているチャネルの場合、各シンボルがより多くの情報を伝送できるようにすることで、情報伝送速度を上げることができます。

シンボルの数はできるだけ多くありません。

各シンボルによって運ばれる情報の量が$nが$大きいほど、シンボル値の数が多くなり、受信側でのメディエーション中に各シンボルを正しく識別することが難しくなり、エラー率が高くなります。

ナイキスト基準とシャノンの公式の主な違い

• ナイキスト基準は、シンボルの伝送速度が制限されており、任意に増やすことができないことを示しています。そうしないと、受信側はシンボルが1か0かを正しく判断できません（シンボル間の相互干渉のため）。

  ナイキスト基準は、理想的な条件下で導き出されます。実際の条件下では、最高のシンボル伝送速度は理想的な条件下で得られた値よりも小さくなります。電気通信工学および技術担当者の仕事は、実際の条件下でより良い伝送シンボル波形を見つけ、ビットをより適切な伝送信号に変換することです。

  ナイキスト基準は情報伝送速度を制限しないことに注意する必要があります。情報の伝送速度を上げるには、送信される各シンボルが多くのビットの情報を表すことができなければなりません。これには、優れたコーディング手法が必要です。

• シャノンの公式は、情報伝送速度の限界を示します。つまり、特定の伝送帯域幅（ヘルツ単位）と特定の信号対雑音比に対して、情報伝送速度の上限が決定されます。この制限を破ることはできません。情報の伝送速度を上げたい場合は、伝送線路の帯域幅を増やすか、送信信号の信号対雑音比を上げる必要がありますが、それ以外の方法はありません。

  シャノンの公式によると、無限の情報伝送速度を得るには、無限の伝送帯域幅を使用するか、信号対雑音比を無限にする（つまり、ノイズのない伝送チャネルを使用するか、無限の伝送を使用する）かの2つの方法しかありません。パワー）。もちろん、これは不可能です。

物理層の下の伝送メディア

物理層の「接続」は、必ずしもワイヤーを使用した「接続」ではありません。たとえば、ワイヤレス接続は、ワイヤーを使用した「接続」ではありません。

ガイド付き伝送メディア

無誘導伝送メディア

チャネル多重化技術

多重化：ユーザーが通信に共有チャネルを使用できるようにして、コストを削減し、使用率を向上させます。

周波数分割多重

すべてのユーザーが同時に異なる帯域幅リソースを占有します。

ユーザーに特定の周波数帯域が割り当てられると、ユーザーは通信プロセス全体でこの周波数帯域を占有します。

• 波長分割多重

光周波数分割多重です。

時分割多重

同期時分割多重化とも呼ばれます。図2-15を調べます。

すべてのユーザーは、異なる時間に同じ周波数帯域幅を使用します。

コンピュータデータのバースト性のため、時分割多重化中の割り当てられたサブチャネルのユーザーの使用率は一般に高くありません。

• 統計多重化

同期時分割多重化と比較して、オンデマンドで動的に時間を割り当てます。

周波数分割多重化と時分割多重化の長所と短所

• 利点

  比較的成熟したテクノロジー

• 不利益

  柔軟性が足りない

符号分割多元接続

符号分割多元接続とも呼ばれます。

各ユーザーは特別に選択された異なるコードパターンを使用するため、ユーザー間の干渉はありません。

各ユーザーは、同じ周波数帯域を使用して同時に通信できます。

チップの定義

各ビットはmビットで表され、これらのmビットはチップと呼ばれます。

各ユーザーが送信するのは、チップ（1を表す）、チップの逆（0を表す）かどうかです。

受信者は、受信したい送信者のチップと受信した信号を使用して、内積を正規化します。

正規化された内積が1の場合、送信者はチップ、つまり1を送信しました。それが-1の場合、送信者はチップの逆数、つまり0を送信しました。

チップ機能

内積：同じ位置での乗算の合計

正規化された内積：内積を桁数で割ったもの

直交：内積は0です

• 各ユーザーに割り当てられるチップは異なり、互いに直交している必要があります。
• ユーザーのチップと他のユーザーのチップ（またはチップの逆コード）の内積は0です。
• チップとそれ自体の正規化された内積は1です。
• チップとその補数の正規化された内積は-1です。