信号传输

第二章、物理层 学习内容来源网络，若有侵权联系：shaoyayu0419@qq.com删除 计算机网络谢希仁第七版网课 2.1 物理层的基本概念 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。 物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。 用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。 物理层的主要任务 主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性。 机械特性 ：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 过程特性 ：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 2.2 数据通信的基础知识 2.2.1 数据通信系统的模型 一个数据通信系统包括三大部分：源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。 常用术语 数据 (data) —— 运送消息的实体。 信号 (signal) —— 数据的电气的或电磁的表现。 模拟信号 (analogous signal) —— 代表消息的参数的取值是连续的。 数字信号 (digital signal) —— 代表消息的参数的取值是离散的。 码元 (code) —— 在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时

前言 我们知道，虽然OSI协议的实现太过于复杂，几乎没有厂商可以生产出符合该协议的通信产品，但OSI七层模型的体系结构，概念十分清晰，理论也很完整。本文就OSI体系结构来进行介绍和对比。 国际标准化组织除了定义了OSI参考模型外，还开发了实现7个功能层次的各种协议和服务标准，这些协议和服务统称为“OSI协议”。OSI协议是一些已有的协议和OSI新开发的协议的混合体。例如，大部分物理层和数据链路层协议采用的是现有的协议，而数据链路层以上的是由该组织自行起草的。产生OSI协议的目的是提出能满足所有组网需求的国际标准，但到目前为止，实现情况距离这一目标还非常遥远。 虽然OSI协议集缺乏商业动力，但OSI/RM作为网络系统的知识框架，对于学习和理解网络标准还是十分有用的。和其他的协议集一样，OSI协议是实现某些功能过程的描述和说明。每一个OSI协议都详细的规定了特定层次的功能特性。 OSI协议集如下图所示： 下面我们来分别说明7个功能层次的各种协议与各层的功能： 在物理层中，OSI采用了各种现有的协议，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN，以及FDDI、IEEE 802.3、IEEE 802.4和IEEE 802.5的物理层协议。 物理层（Physical Layer）是OSI模型中最低的一层，位于OSI参考模型的最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体

Reflect 反射是引起 SI 的一个最基本因素，信号在传输线传播过程中，一旦它所感受到的传输线瞬时阻抗发生变化，那么就必将有发射发生。 反射是由于 传输线瞬时阻抗变化而引起的 下面就从理 论角度来分析一下反射的机理、反射系数和传输系数的计算 配个 简易图来加以说明 图中褐色的为电路板上的大面积铺铜层（ GND或者PWR） ， 它是信号的返回路径 。 绿色和红色是传输线， S1比 较宽， S2 较窄 ， 很明 显在 S1和S2的交接 处出现了阻抗不连续 ， 根据阻抗 计算公式应该是 Rs1<Rs2 。 那 么信号传输到这里的时候，从反射的定义来看应该是发生了反射 。 那 么究竟有多少信号被 反 射了呢？又有多少信号通过了界面进入 S2了呢？ 这里就涉及到了反射的计算，即反射系数的计算和传输系数的计算 在交界面， 虽然阻抗发生了变化，但是 电压和电流一定都是连续的 这个结论一定要能理解，电压和电流不可能出现一个断裂 即在交界面的左 边一点和右边一点，他们的电压和电流都是相等的 这里的一点点就像微积分中的那么一小点 在分界面的左 边一点点 S1中有：Rs1=V1/I1 （1） 在分界面的右 边一点点 S2中有：Rs2=V2/I2 （2） 其中的V1、V2分 别为分界面两侧的电压， I1和I2 为分界面两侧的电压 由上面的 电压和电流连续性得知： V1=V2,I1=I2 （3）

在嵌入式系统中，板上通信接口是指用于将各种集成电路与其他外围设备交互连接的通信通路或总线。 以下内容为常用板上通信接口：包括I2C、SPI、UART、1-Wire 1. I2C总线（Inter Integrated Circuit） I2C总线是一种同步、双向、半双工的两线式串行接口总线。这里，半双工的含义 是指在任意给定的时刻，只有一个方向上是可以通信的 。I2C总线最早由Philips半导体公司于20世纪80年代研发面市。I2C最初的设计目标是为微处理器/微控制器系统与电视机外围芯片之间的连接提供简单的方法。 I2C总线由两条总线组成：串行时钟线SCL和串行数据线SDA。 SCL线——负责产生同步时钟脉冲。 SDA线——负责在设备间传输串行数据。 I2C总线是共享的总线系统，因此可以将多个I2C设备连接到该系统上。连接到I2C总线上的设备既可以用作主设备，也可以用作从设备。主设备负责控制通信，通过对数据传输进行初始化/终止化，来发送数据并产生所需的同步时钟脉冲。从设备则是等待来自主设备的命令，并响应命令接收。主设备和从设备都可以作为发送设备或接收设备。无论主设备是作为发送设备还是接收设备，同步时钟信号都只能由主设备产生。在相同的总线上，I2C支持多个主设备的同时存在。图1-1显示了I2C总线上主设备和从设备的连接关系。 图1-1 　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1-2

这样解释奈奎斯特定理和香农定理，初学者也能明白 https://www.sohu.com/a/219750202_464086 2018-01-30 06:00 奈奎斯特定理（Nyquist's Theorem）和香农定理（Shannon's Theorem）是网络传输中的两个基本定理。 要搞清楚这两个定理，我们要先弄懂一些术语定义：波特率（baud rate）、比特率（bit rate）、带宽（bandwidth）、容量（capacity）、信噪比、电平等。 波特率 波特率（也称信息传送速率、码元速率、符号速率、或传码率），其定义为每秒钟传送码元的数目，码元速率的单位为“波特”，常用符号“Baud”表示，简写为“B”。 一个数字脉冲就是一个码元，我们用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数，即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T秒，则码元速率B为： 比特率 比特率也称数据传输速率，它的定义是单位时间内可以传输的比特数，单位为bps。比特率的计算公式为： 怎么理解比特率和波特率之间的关系呢？ 我们可以假设一个信号只有两个电平状态，那么这个时候可以把低电平理解为“0”，高电平理解为“1”，这样每秒钟电平变化的次数也就是传输的0，1个数了，即比特率 = 波特率。但是有些信号可能不止两个电平，比如一个四电平的信号状态，那么每个电平就可以被理解成“00”，“01”，“10

数据通信基础 数据通信基础知识 1、通信系统的作用是将信息从信源发送到一或多个信宿，其一般模型如下： 信源：将各种信息转化成原始电信号； 发送设备：生成适合在信道中传输的信号 信道：将信号传送到信宿的物理传输媒体 接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号 信宿：传送信息的目的地，将电信号还原 注意： 可以用交换技术降低网络成本，如下图，终端i复合了发送方(信源)和接收方(信宿)的功能： 2、网络传输中的两个重要公式 在此之前，我们需要解释一些术语： （1）波特率：也称信息传送速率、码元速率、符号速率、或传码率，其定义为每秒钟传送码元的数目，码元速率的单位为“波特”，常用符号“Baud”表示，简写为“B”。 （2）比特率：也称数据传输速率，其定义是单位时间内可以传输的比特数，单位为bps。 比特率的计算公式为：比特率=波特率*每符号含的比特数。 （3）信道带宽：最高的信号频率和最低的信号频率的差值就叫做这个信道的带宽，单位是Hz。 （4）信道容量：指的是数据在信道中最高传输速度，即最高的比特率，单位是bps。 （5）信噪比：信号和噪声的功率比就叫做信噪比，用S/N表示，单位没有量纲。 奈奎斯特(Nyquist)公式 公式注解：M为信号状态数量，W为信道带宽 任何实际的信道所能传输的最大数据传输速率受到奈奎斯特(Nyquist)公式限制

—— 即便这类文章多如牛毛，也只有当自己写时才能发现不足 —— 目录 IIC总线协议 简介 具体过程 起始和停止 数据传输 数据传输格式 IIC总线协议 简介 IIC (Inter－Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的 半双工、双向两线式同步串行总线 ，用于连接微控制器及其外围设备。 它是由双向数据线 SDA 和双向时钟 SCL 构成的串行总线，可发送和接收数据，两条线可以挂多个设备。 I2C 和 SPI 一样以主从的方式工作，不同于 SPI 一主多从的结构，它允许 同时有多个主设备存在 ，每个连接到总线上的器件都有 唯一的固化地址 ，主设备 启动数据传输并产生时钟信号 ，从设备 被主设备寻址 ， 同一时刻只允许有一个主设备和一个从设备 。 总结：IIC允许多主从，但同一时刻只允许有一主一从。 I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。这些信号中， 起始信号是必需的 ，结束信号和应答信号都可以不要（最好不要省；如果要结束总线，可以给也可以不给应答；如果要继续读数据，就必须给出应答）。 起始和结束信号总是由主设备产生。 开始信号 ：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 结束信号 ：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 应答信号 ：即ACK

【计算机网络高分笔记】第二章：物理层 标签（空格分隔）：【计算机网络】 第二章：物理层 第二章：物理层 2.1 通信基础 2.1.1 信号 2.1.2 信源、信道及信宿 2.1.3 速率、波特及码元 2.1.4 带宽 2.1.5 奈奎斯特定理 2.1.6 香农定理 2.1.7 编码与调制 2.1.8 数据传输方式 2.1.9 数据报和虚电路 2.2 传输介质的分类 2.2.2 物理接口特性 2.3 物理层设备 2.3.1 中继器 2.3.2 集线器 我的微信公众号 大纲要求： 通信基础 信道、信号、贷款、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念 奈奎斯特定理与香农定理 编码与调制 电路交换、报文交换与分组交换 数据报与虚电路 传输介质 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质 物理层接口特性 考点和要点分析 核心考点： 掌握奈奎斯特定理和香农定理 掌握电路交换、报文交换与分组交换的工作方式和特点 理解中继器和集线器的功能以及实现原理 理解通信基础的基本概念 基础要点： 数据通信的基础知识 奈奎斯特定理和香农定理的含义 模拟信号和数字信号的编码与调制级数 电路交换级数、报文交换技术与分组交换技术 虚电路和数据报的工作方式与特点 物理层各种传输机制的特点以及物理层接口的特点 中继器和集线器的功能 2.1 通信基础 2.1.1 信号 信号：数据的电气或电磁的表现

现在但凡打开 SoC原厂的PCBLayout Guide，都会提及到高速信号的走线的拐角角度问题，都会说高速信号不要以直角走线，要以 45 度角走线，并且会说走圆弧会比 45 度拐角更好。 事实是不是这样？PCB 走线角度该怎样设置，是走 45 度好还是走圆弧好？90 度直角走线到底行不行？这是老 wu 经常看见广大 PCB Layout 拉线菌热议的话题。 大家开始纠结于 pcb 走线的拐角角度，也就是近十几二十年的事情。上世纪九十年代初，PC 界的霸主 Intel 主导定制了 PCI 总线技术。 似乎从 PCI 接口开始，我们开始进入了一个“高速”系统设计的时代。 20 世纪 90 年代以后，正是有了一帮类似老 wu 这样的玩家对 3D 性能的渴望，使得相应的电子设计和芯片制造技术能够按照摩尔定律往前发展，由于 IC 制程的工艺不断提高，IC 的晶体管开关速度也越来越快，各种总线的时钟频率也越来越快，信号完整性问题也在不断的引起大家的研究和重视。比如现在人们对 4K 高清家庭影音视频的需求，HDMI2.0 传输标准速率已经达到了 18Gbps ！！！ 在我诞生之前，pcb 拉线菌应该还是比较单纯的同学，把线路拉通，撸顺，整洁美观即可，不用去关注各种信号完整性问题。比如下图所示的 HP 经典的 HP3456A 六位半万用表的电路板所示，大量的 90°角走线。 HP3456A

第二章 数据通信基础 作者：张子默 一、数据通信基本概念 1、信源 通信中产生和发送信息的一端叫做信源。 2、信宿 接受信息的一端叫做信宿。 3、信道 信源和信宿之间的通信线路称为信道。 4、噪声 信息在传输过程中可能受到外界的干扰，把这种干扰称为噪声。 5、数字信号 数字信号只取有限个离散值，而且数字信号之间的转换几乎是瞬时的，数字信号以某一瞬间的状态表示他们传送的信息。 6、模拟信号 模拟信号是随时间连续变化的信号，这种信号的某种参量(如幅度、相位和频率等)可以表示要传送的信息。电话机送话器输出的话音信号、电视摄像机产生的图像信号等都是模拟信号。 7、模拟通信 如果信源产生的是模拟数据并以模拟信道传输，则叫做模拟通信。 8、数字通信 如果信源发出的是模拟数据且以数字信号的形式传输，那么这种通信方式叫数字通信。 9、数据通信 如果信源发出的是数字数据，当然也可以有两种传输方式，这时无论是用模拟信号传输或是用数字信号传输都叫做数据通信。 二、数据通信计算 1、模拟信道带宽 计算公式 ： W=f 2 -f 1 上述公式中，f 1 是信道能通过的最低频率(低频)，f 2 是信道能通过的最高频率(高频)，两者都是由信道的物理特性决定的。当组成信道的电路制成了，信道的带宽就决定了。为了使信号传输中的失真小一些，信道要有足够的带宽。 2、数字信道带宽 数字信道是一种离散信道