計算機網路基帶與載波

A. 載波信號和基帶信號的區別與聯系

聯系：載波信號是在基帶信號的基礎上經過調制形成的信號。

一、主體不同

1、載波信號：被調制以傳輸信號的波形，波形為正弦波。

2、基帶信號：發出的沒有經過調制（進行頻譜搬移和變換）的原始電信號。

二、特點不同

1、載波信號：把普通信號（聲音、圖象）載入到一定頻率的高頻信號上，在沒有載入普通信號的高頻信號時，高頻信號的波幅是固定的，載入之後波幅就隨著普通信號的變化而變化（調幅），還可以調相，調頻。

2、基帶信號：頻率較低，信號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式。

三、作用不同

1、載波信號：要求正弦載波的頻率遠遠高於調制信號的帶寬，否則會發生混疊，使傳輸信號失真。

2、基帶信號：在近距離范圍內基帶信號的衰凳晌敏減不大，從而信號內容不會發生變化。因此在傳輸距離較近時，計算機網路都採用基帶傳輸方式。

B. 計算機網路(2)| 物理層

首先要知道的是，物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流，而不是指具體的傳輸媒體。因為現在的計算機網路中的硬體設備和傳輸媒體的種類非常的多。而物理層的作用就是要盡可能地屏蔽掉這些不同的差異，從而使得物理層上面的數據鏈路層感覺不到這些差異，這樣就可以讓數據鏈路層「安心」的完成自己的本職工作而不必考慮網路的具體傳輸媒體和通信手段是什麼。

物理層的主要任務描述為確定與傳輸媒體介面有關的一些特性，即以下幾個方面：
（1） 機械特性 ：指明介面所用的接線器的形狀與尺寸，引腳數目和排列，固定和鎖定裝置等等
（2） 電氣特性 ：指明在介面電纜的各條線上出現的電壓的范圍。
（3） 功能特性 ：指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。
（4） 過程特性 ：指明對於不同功能的各種可能事件的出現順序。

因為物理連接的方式有很多，所以具體的物理協議的種類也有很多，從而傳輸媒體的種類也是非常之多，所以在介紹物理層時，我們應該先對「介面與通信」有一定的了解。

一個通信系統可以劃分為三大部分，即 源系統 ， 傳輸系統 和 目的系統 。

首先介紹源系統，源系統一般包括以下兩個部分：
源點： 源點設備產生要傳輸的數據，例如從計算機的鍵盤輸入漢字，計算機產生輸出的數字比特流。源點又稱為 源站 或者 信源 。
發送器： 通常源點生成的數字比特流要通過發送器編碼後才能夠在傳輸系統中進行傳輸。最典型的發送器就是調制器，現在的很多計算器使用的都是內置的解調器（包括調制器和解調器）。

目的系統一般也包括以下兩個部分：
接收器： 接收傳輸系統傳送過來的信號，並把它轉換為能夠被目的設備處理的信息。典型的接收器就是解調器，
終點： 終點設備從接收器獲取傳送來的數字比特流，然後把信息輸出。終點又稱為 目的站 或者 信宿 。

在源系統和目的系統之間的傳輸系統可以是簡單的傳輸線，也可以是連接在源系統和目的系統之間的復雜網路系統。

然後我們要來辨別一下下面的常用術語：
消息： 指語音，文字，圖像等等。
數據： 指使用特定方式表示的信息，通常是有意義的符號序列。這種信息的表示可用計算機或其他機器處理或者產生。
信號： 指數據的電氣或電磁的表現。

根據信號中代表消息的參數的取值方式不同，信號可以分為以下兩大類：
（1）模擬信號： 代表消息的參數的取值是連續的。
（2）數字信號： 代表消息的參數的取值是離散的。

信道 是用來表示向某一個方向傳送消息的媒體，一條通信電路往往包含一條發送信道和一條接收信道。

從通信的雙方信息交互的方式來看，可以有以下三種基本方式：
（1）單向通信： 又稱為單工通信，即只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電廣播就是這種類型。
（2）雙向交替通信： 又稱為半雙工通信，即通信雙方都可以發送消息，但不能雙方同時發送（也不能同時接收）。這種通信方式是一方發送另一方接收。
（3）雙向同時通信： 也稱為全雙工通信，即通信雙方都可以同時發送和接收消息。

來自信源的信號稱為 基帶信號 。像計算機輸出的代表各種文字或文件的數據信號都屬於基帶信號。由於基帶信號往往包含有較多的低頻成分和直流成分，但是許多信道並不能傳輸這種低頻分量或是直流分量。所以為了解決這一問題，就必須對基帶信號進行 調制 。

調制主要是分為兩大類。一類是對基帶信號的波形進行變換，使它能夠與信道的特徵相適應，但是變換後的信號仍然是基帶信號，這一類的調制稱為 基帶調制 ，這一過程也被稱為編碼。還有一類調制則是需要使用載波進行調制，將基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻段，並轉換為模擬信號，這樣就能更好的在模擬信道中傳輸，經過載波調制的信號稱為帶通信號，而使用載波的調制稱為 帶通調制 。

不歸零制： 正電平代表1，負電平代表0。
歸零制： 正脈沖代表1，負脈沖代表0。
曼徹斯特編碼： 位周期中心的向上跳變代表0，位周期中心的向下跳變代表1，但是也可以反過來定義。
差分曼徹斯特編碼： 在每一位的中心處始終有跳變。位開始邊界有跳變代表0，而位開始邊界沒有跳變代表1。

調幅（AM）： 即載波的振幅隨著基帶數字信號而變化。例如，0或1分別對應於無載波或有載波的輸出。
調頻（FM）： 即載波的頻率隨著基帶數字信號而變化。例如，0或1分別對應於頻率的 f1 或 f2 。
調相（PM）： 即載波的初始相位隨著基帶數字信號而變化。例如，0或1分別對應於相位0度或180度。
當然，有時為了達到更高的信息傳輸速率，也必須採用技術上更為復雜但傳輸效果更好的混合調制方法，例如正交振幅調制等等。

限制信息在信道上的傳輸速率的因素主要是以下兩個。
（1）信道能夠通過的范圍頻率
具體信道所能通過的頻率范圍總是有限的。信號中的許多高頻分量往往不能通過信道，就是因為它的頻率超過了信道所能承受的最大頻率，因此就會造成失真現象。

（2）信噪比
雜訊存在於所有的電子設備和通信信道中。由於雜訊是隨機產生的，因此它的瞬時值有時會很大，所以雜訊會使接收端對碼元的判決產生錯誤。但是雜訊的影響是相對的，當信號較強時，雜訊的影響就相對較小。所以我們就要了解到 信噪比 的概念。信噪比就是指信號的平均功率和雜訊的平均功率之比，單位是分貝：

W是帶寬，S是信道內所傳信號的平均功率，N為信道內高斯雜訊的功率。香農公式指出：信道的帶寬或者信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。

傳輸媒體也稱傳輸介質或傳輸媒介。傳輸媒體大致可以分為兩大類： 導引型傳輸媒體和非導引型傳輸媒體 。下面來具體介紹。

雙絞線就是指將兩根互相絕緣的銅導線並排放在一起，然後用規則的方法絞合起來。絞合可以減少對相鄰導線的電磁干擾。電話系統是使用雙絞線最多的地方，從用戶電話機到交換機的雙絞線稱為 用戶線 。

模擬傳輸和數字傳輸都會用到雙絞線，其通信距離一般是為幾到幾十公里。

為了提高雙絞線的對抗電磁干擾能力，可以在雙絞線外面再加一層用金屬絲編織而成的屏蔽層，這就是屏蔽雙絞線。，簡稱為 STP 。

同軸電纜內由導體銅質芯線、絕緣層、網狀編織的外導體屏蔽層以及保護塑料外層組成。由於其特有的構造，所以同軸電纜有著良好的抗干擾特性，被廣泛用於傳輸較高速率的數據。目前同軸電纜主要用在有線電視網的信號傳輸當中。它的帶寬是取決於它的質量的。

光纖是光纜通信的傳輸媒體，由於可見光的頻率非常之高，因此一個光纖通信系統的傳輸帶寬遠遠大於目前其他各種傳輸媒體的帶寬。

當光纖從高折射率的傳輸媒體到低折射率的傳輸媒體時，其折射角就會大於入射角。因此如果當入射角足夠大時，就會產生全反射，光也就能沿著光纖傳輸下去。

正是由於上面的原理，所以只要將入射角的角度把握好，就能夠產生全反射來進行傳輸，這也就是光纖傳輸的原理。

光纖不僅具有通信容量大的特點，還有其他的一些特點：
1.傳輸損耗小。
2.抗雷電和電磁干擾性能好。
3.無串音干擾，保密性很高。
4.體積小，重量輕。

我們將自由空間稱為非導引型傳輸媒體，簡單來說就是指無線傳輸。無線傳輸可以使用的頻段很廣，人們已經利用了好幾個波段來進行通信，但是紫外線以及更高的波段現在暫時還是不能用於通信。

短波通信（高頻通信）主要是靠電離層的反射來進行傳輸。但是短波信道的通信質量較差，傳輸速率較低。

無線電微波通信在數據通信中佔有重要的地位。微波在空間中主要是以直線傳播。傳統的微波通信主要有兩種方式，即 地面微波接力通信和衛星通信 。

要使用某一段無線電頻譜進行通信，通常必須得到本國政府有關無線電頻譜管理機構的許可證。但是也有一些無線電頻段是可以自由使用的。例如ISM，各國的ISM標准可能略有差異。

復用是通信中的基本概念，它是指允許用戶使用一個共享信道來進行通信，達到降低成本，提高利用率的效果。

先來介紹 頻分復用FDM ，頻分復用是指將帶寬分為多份，用戶在分到一定的頻帶後，在通信過程中自始至終都佔用著這一條頻帶，也就是說頻分復用的用戶是在同樣的時間佔用不同的帶寬資源。

然後是 時分復用TDM ，它是指將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TDM幀）。每一個時分復用的用戶在每一個TDM幀中佔用固定序號的時隙。而每一個用戶所佔用的時隙是周期性地出現（其周期就是TDM幀的長度）。時分復用的所有用戶是在不同的時間佔用同樣的頻帶寬度。

最後是 統計時分復用STDM ，它是有一點類似於TDM的，只是STDM幀不是固定分配時隙，而是按需動態的分配時隙。因此統計時分復用可以提高線路的利用率。

波分復用WDM 就是光的頻分復用，也就是使用一根光纖來同時傳輸多個光載波信號。

碼分復用CDM 是另一種共享信道的方法。而人們更常使用碼分多址CDMA來稱呼它。這種復用方式的具體做法是可以讓每一個用戶在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信，由於各個用戶使用經過特殊的不同碼型，因此各用戶之間不會造成干擾。而且通過這種方式發送的信號具有很強的抗干擾能力，其頻譜類似於白雜訊，不容易被他人發現。

碼分復用的工作原理是將每一個比特時間再劃分為m個短的間隔，稱之為碼片。一般情況下m的值是64或128。

使用CDMA的每一個站被指派一個唯一的m bit碼片序列。一個站如果要發送比特1，則發送它自己的m bit碼片序列。如果要發送比特0，則發送該碼片序列的二進制反碼。舉例來說：

有時為了方便起見，我們會將碼片中的0寫為-1，1寫為+1。

現假定S站要發送信息的數據率為b bits/s，由於每一個比特要轉換成m個比特的碼片，因此S站實際上發送的數據率提高到mb bit/s，同時S站所佔用的頻帶寬度也提高到原來數值的m倍。這種方式就是 擴頻 的一種。擴頻通信通常有兩大類，一種是直接序列擴頻DSSS，另一種是跳頻擴頻FHSS。

CDMA系統的重要特點是每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，並且還必須互相正交，並且在實用的系統中是使用偽隨機碼序列。

在早期的電話網當中，從電話局到用戶電話機的用戶線採用最廉價的雙絞線電纜，而長途干線採用的是頻分復用FDM的模擬傳輸方式。由於數字通信與模擬通信相比，無論數傳輸質量上還是從經濟上都有明顯的優勢，所以現在長途干線大都採用時分復用PCM的數字傳輸方式。

但是早期的數字傳輸系統有著許多的缺點，其中最主要的是以下兩個：
（1）速率標准不統一： 由於歷史的原因，多路復用的速率體系有兩個互不兼容的國際標准。所以國際范圍的基於光纖高速數據傳輸就很難實現。
（2）不是同步傳輸： 在過去各國的數字網主要是採用准同步的方式，所以當數據傳輸速率很高時，收發雙方的時鍾同步就成為很大的問題。

所以為了解決這些問題，美國推出了一個數字傳輸標准，叫做同步光纖網SONET。整個的同步網路的各級時鍾都來自一個非常精確的主時鍾。同時，SONET為光纖傳輸系統定義了同步傳輸的線路速率等級結構：

寬頻的接入技術主要包括有線寬頻接入和無線寬頻接入。在這里先來介紹有線寬頻接入。

ADSL技術的全稱是非對稱數字用戶線技術，具體指的是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬頻數字業務。具體來說ADSL技術就是把0-4 kHZ這一段低端頻譜留給傳統電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網使用。

ADSL的 傳輸距離 取決於數據率和用戶線的線徑（用戶線越細，信號傳輸時的衰減就越大）。而ADSL所能得到的最高數據傳輸速率還與實際的用戶線上的信噪比密切相關。

ADSL在 數據率 方面由於用戶在線的具體條件相差較大，因此ADSL採用自適應調制技術使用戶線能夠傳送盡可能高的數據率。當ADSL啟動時，用戶線兩端的ADSL數據機就測試可用的頻率、各子信道受到干擾的情況以及在每一個頻率上測試信號的傳輸質量。但是ADSL不能保證固定的數據率，所以對於用戶線很差的甚至無法開通ADSL。

基於ADSL的接入網由以下三大部分組成：數字用戶線接入復用器，用戶線和用戶家中的一些設施。

ADSL技術也在發展，現在已經有了更高速率的ADSL標准，稱之為 第二代ADSL ，第二代ADSL改進的地方主要是：
1. 通過提高調制效率得到了更高的數據率。
2. 採用了無縫速率自適應技術SRA，可在運營中不中斷通信和不產生誤碼的情況下，自適應的調整數據率。
3. 改善了線路質量評測和故障定位功能。

HFC網是目前覆蓋面很廣的有線電視網CATV的基礎上開發的一種居民寬頻接入網，除了可以傳送CATV外，還能提供電話、數據和其他寬頻交互型業務。

為了提高傳輸的質量，HFC網將原有線電視網中的同軸電纜主幹部分改換為光纖，而光纖從頭端連接到光纖結點，在光纖結點光信號被轉換為電信號，最後信號被送到每一個用戶的家庭。

FTTx是一種實現寬頻居民接入網的方案，代表多種寬頻接入的方式。這里的x代表不同的光纖接入地點，例如FTTH光纖到戶，FTTB光纖到大樓等等。

現在的長距離信號傳輸大都是採用光纖傳輸，只有在到了臨近用戶家中時，才將光纖轉換為銅纜。但是一個用戶是遠用不了一根光纖的通信容量，因此我們在光纖干線和用戶之間安裝一種轉換裝置即 光配線網 ，使得許多用戶能夠共享一根光纖的通信容量。由於光配線網無需使用電源，因此我們將其稱為無源光網路。

C. 計算機網路按照信號頻帶佔有方法來劃分為

計算機網路按照信號頻帶佔用的方式可分為基帶網和寬頻網。未經調制的原始數字信號稱為「基帶信號」，傳輸此類信號的網路稱為「基帶網」。正弦波經過數字信號調制後，可得到一個具有固定頻率的模擬信號，稱為調制信號。傳輸具有不同頻率調制信號的網路稱為「寬頻網」。基帶是一個將直流脈沖直接應用到電纜以傳輸數字信號的傳輸方法。這個離散信號由表示二進制1和O(和存放編碼形式的二進制信息)的高電壓或低電壓脈沖組成。在基帶方式中，電壓脈沖直接加到電纜，並且使用電纜的整個信號頻率范圍。基帶網路通常只局限於本地區域。乙太網是一個一次只傳輸一個信號的基帶網路。基帶傳輸系統上的直流信號往往因為衰減和其他因素而隨距離的增加逐漸變弱。此外,由汽車、日光燈以及其他電氣設備產生的電場引起的外部干擾也可進一步破壞該信號。數據傳輸速率越高,信號就越容易衰變。因此,各種網路標准(如乙太網)便指定了電纜類型、電纜屏蔽、電纜距離、傳輸速率以及其他一些為確保高質量服務而必須遵守的細節。將基帶傳輸與寬頻傳輸加以比較。大多數人認為寬頻是高於電話線路上所能傳輸的任何數據速率。即對標准線路使用56kbit/s或對ISDN使用l28kbit/s。寬頻傳輸中，來自多條信道的無線信號調制到不同的「載波」頻率上，帶寬被劃分為不同信道，每個信道上的頻率范圍一定,分別用於發送、接收和傳輸不同類型的信息和數據。

D. 計算機網路——2.物理層

確定與傳輸媒體的 介面 的一些特性，解決在各種傳輸媒體上傳輸 比特流 的問題
1.機械特性 ：介面的形狀尺寸大小。
2.電氣特性 ：在介面電纜上的各條線的電壓范圍。
3.功能特性 ：在某一條線上出現的某個電平電壓表示的意義。
4.過程特性 ：對於不同功能的各種可能事件的出現順序。
傳輸媒體主要可以分為 導引型傳輸媒體 和 非導引型傳輸媒體 ：
導引型傳輸媒體 ：信號沿著固體媒體(銅線或光纖，雙絞線)進行傳輸， 有線傳輸 。
非導引型傳輸媒體 ：信號在自由空間傳輸，常為 無線傳輸 。

數據通信系統：包括 源系統 (發送方)， 傳輸系統 (傳輸網路)， 目的系統 (接收方)。
一般來說源系統發出的信號(數字比特流)不適合直接在傳輸系統上直接傳輸，需要轉化(模擬信號)。
調制 ：數字比特流-模擬信號
解調 ：模擬信號-數字比特流

數據 ——運送消息的實體。
信號 ——數據的電氣化或電磁化的表現。
模擬信號 ——代表消息的參數的取值是 連續 的。
數字信號 ——代表消息的參數的取值是 離散 的。
碼元 ——在使用時間域代表不同離散值的基本波形。

信道 ：表示向某一個方向傳送信息的媒體。
單向通信(單工通信) ：只有一個方向的通信，不能反方向。
雙向交替通信(半雙工通信) ：能兩個方向通信，但是不能同時。
雙向同時通信(全雙工通信) ：能同時在兩個方向進行通信。
基帶信號 ：來自信源的信號(源系統發送的比特流)。

基帶調制 ：對基帶信號的波形進行變換，使之適應信道。調制後的信號仍是基帶信號。基帶調制的過程叫做 編碼 。
帶通調制 ：使用載波進行調制，把基帶信號的頻率調高，並轉換為模擬信號。調制後的信號是 帶通信號 。

1.歸零制 ：兩個相鄰信號中間信號記錄電流要恢復到 零電平 。 正脈沖表示1，負脈沖表示0 。在歸零制中，相鄰兩個信號之間這段磁層未被磁化，因此在寫入信息之前必須去磁。
2.不歸零制 ： 正電平代表1，負電平代表0 ，不用恢復到零電平。難以分辨開始和結束，連續記錄0或者1時必須要有時鍾同步，容易出現直流分量出錯。
3.曼徹斯特編碼 ：在每一位中間都有一個跳變。 低->高表示0，高->低表示1 。
4.差分曼徹斯特編碼 ：在每一位的中心處始終都有跳變。位開始邊界有跳變代表0，沒有跳變代表1。 位中間的跳變代表時鍾，位前跳變代表數據 。

調幅（ AM ）：載波的 振幅 隨著基帶數字信號而變化。
調頻（ FM ）：載波的 頻率 隨著基帶數字信號而變化。
調相（ PM ）：載波的 初始相位 隨著基帶數字信號而變化。

失真 ：發送方的數據和接收方的數據並不完全一樣。
限制碼元在信道上的傳輸速率的因素：信道能夠通過的 頻率范圍 ； 信噪比 。

碼間串擾 ：由於系統特性，導致前後碼元的波形畸變。
理想低通信號的最高碼元傳輸速率為 2W ，單位是波特，W是理想低通信道的 帶寬 ，理想帶通特性信道的最高碼元傳輸速率為W。
信噪比 ：信號的平均功率與雜訊的平均功率的比值，單位是 dB ， 值=10log10(S/N) 。
信噪比對信道的 極限 信息傳輸速率的影響：速率 C=Wlog2(1+S/N)——香農公式 ，單位為 bit/s 。
信噪比越大，極限傳輸速率越高。實際速率比極限速率低不少。還可以用編碼的方式來提高速率(讓一個碼元攜帶更多的比特量)。

所謂 復用 就是一種將若干個彼此獨立的信號合並成一個可以在 同一信道 上同時傳輸的 復合信號 的方法。
比如，傳輸的語音信號的頻譜一般在300~3400Hz內，為了使若干個這種信號能在 同一信道（相當於共享信道，能夠降低成本，提高利用率） 上傳輸，可以把它們的頻譜調制到不同的頻段，合並在一起而不致相互影響，並能在接收端彼此分離開來（ 分用 ）。
信道復用技術就是將一個物理信道按照一定的機制劃分多個互不幹擾互不影響的邏輯信道。信道復用技術可分為以下幾種： 頻分復用，時分復用和統計時分復用，波分復用，碼分復用 。

1.頻分復用技術FDM（也叫做頻分多路復用技術）： 條件是傳送的信號的帶寬是有限的，而 信道的帶寬要遠遠大於信號的帶寬 ，然後採用 不同頻率 進行調制的方法，是各個信號在信道上錯開。頻分復用的各路信號是在 時間 上重疊而在 頻譜 上不重疊的信號。將整個帶寬分為多份，用戶分配一定的帶寬後通信過程 自始至終都佔用 這個頻帶。另外，為保證各個子信道傳輸不受干擾，可以設立 隔離帶 。
2.時分復用技術TDM：採用同一物理連接的不同時段來傳輸不同的信號。 也就是在信道帶寬上劃分出幾個子信道後，A用戶在某一段時間使用子信道1，用完之後將子信道1釋放讓給用戶B使用，以此類推。將整個信道傳輸時間劃分成若干個時間片（時隙），這些時間片叫做 時分復用幀 。每一個時分用戶在每一個TDM幀中佔用 固定時序 的時隙。

4.波分復用技術WDM： 將兩種或多種不同波長的光載波信號在發送端經過 復用器匯合 在一起，並耦合到光線路的 同一根光纖 中進行傳輸，在接收端經過 分波器 將各種波長的光載波分離進行 恢復 。整個過程類似於頻分復用技術的共享信道。波分復用其實就是光的頻分復用。

1.比特時間，碼片
1比特時間就是發送 1比特 需要的時間，如數據率是10Mb/s，則100比特時間就等於10微秒。
每一個比特時間劃分為m個短的間隔，稱為碼片。每個站被指派一個唯一的m bit 的碼片序列（例如S站的8 bit 碼片序列是00011011）。
如果發送 比特1 ，則發送自己的m bit 碼片序列。如果發送 比特0 ，則發送該碼片序列的二進制反碼。
S站的碼片序列：（-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1） -1代表0，+1代表1
用戶發送的信號先受 基帶數字信號 的調試，又受 地址碼 的調試。就比如數據發送後受到基帶數字信號的調試之後變為10，然後又受到地址碼的調試後1就變為了00011011（上面的S站碼片序列），0就變成了11100100。
由於每個比特要轉換成m個比特的碼片序列，因此原本S站的數據率b bit/s要提高到mb bit/s，同時S站所佔用的頻帶寬度也提高到原本數值的m倍。這種方式是擴頻通信中的一種。
擴頻通信通常有兩大類：直接序列擴頻DSSS（上述方式）；跳頻擴頻FHSS。
2.碼分多址（CDMA）
CDMA的重要特點 ：每個站分配的碼片序列不僅必須 各不相同 ，並且還必須 相互正交 。在實用系統中使用的是 偽隨機碼序列 。
碼片的互相 正交 的關系：令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的 規格化內積 等於0。

即S T=（S1 T1+S2 T2+......Sm Tm）/m（其實就相當於 兩個向量垂直 ，/m對結果其實也沒多大關系）
推論 ： 1. 一個碼片向量和另一碼片反碼的向量的規格化內積值為0（如果ST=0,那麼ST'也=0）
2. 任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規格化內積都是1，即S S=1
3. 一個碼片向量和該碼片向量的規格化內積值是-1，即S S'=-1
CDMA的工作原理：
用一個列子來說明，假設S站的碼片序列為（-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1），S站的擴頻信號為Sx，即若數據比特=1那麼S站發送的是碼片序列本身Sx=S，若數據比特=0那麼S站發送的是碼片序列的反碼Sx=S』。T站的碼片序列為（-1，-1，+1，-1，+1，+1，+1，-1），T站的擴頻信號為Tx。因為所有的站都使用相同的頻率，因此每一個站都能夠收到所有的站發送的擴頻信號。所有的站收到的都是疊加的信號 Sx+Tx 。
當接收站打算收S站發送的信號時，就用S站的碼片序列與收到的信號求規格化內積，即S （Sx+Tx）=S Sx+S Tx。前者等於+1或0，後者一定等於0，具體看下面（參考上面的 CDMA的工作原理 ）：
當數據比特=1時，Sx=S，那麼S Sx=S S=1；同理 ，當數據比特=0時，Sx=S』，那麼S Sx=S S』=0
當數據比特=1時，Tx=S，那麼S Tx=S T=0（參考上面 碼片序列的正交關系 ）；同理 ，當數據比特=0時，Sx=S』，那麼S Tx=S*T』=0

E. 寬頻傳輸、基帶傳輸、頻帶傳輸各是什麼意思

基帶傳輸又叫數字傳輸，是指把要傳輸的數據轉換為數字信號灶喚，使用固定的頻率在信道上傳輸。例如計算機網路中的信號就是基帶傳輸的。

和基帶相對的是頻帶傳輸，又叫模擬傳輸，是指信號在電話線等這樣的普通線路上，以正弦波形式傳播的方式。我們現有的電話、模擬電視信號等，都是屬於頻帶傳輸。

寬頻傳輸

高頻信號抗干擾能力強，易於遠距離、高效率傳輸；

信號傳輸時，常將低頻信號搭載在高頻信號上傳輸，到達目的地後再將原始信號從高頻信號上取出來。

起搭載作用的高頻信號稱為載波，猶如運輸貨物的車輛，原始信號毀賀猶如貨物；

將原始信號搭載在高頻載波上的過程稱為調制——相當於貨物裝車；

在接收端將原始信號從高頻信號上取出來的過程稱為解調制、簡稱解纖辯派調——相當於貨物運到後卸貨。而用低頻信號控制高頻信號參數——調制後的波形稱為調制波。

F. 在網路中「 寬頻傳輸」，「基帶傳輸」，「頻帶傳輸」各是什麼…

電信號也叫信號，信號的每秒鍾變化的次數叫頻率，單位赫茲（HZ）。信號的頻率有高有低，就象聲音有高有低一樣，低頻到高頻的范圍叫頻帶，不同的信號有不同的頻帶。

基帶傳輸
在數據通信中，由計算機或終端等數字設備直接發出的二進制數字信號形式稱為方波，即「1」或「0」，分別用高(或低)電平或低(或高)電平表示，人們把方 波固有的頻帶稱為基帶(由消息直接轉換成的未經調制變換的信號所佔的頻帶，理論上基帶信號的頻譜是從0到無窮大)，方波電信號稱為基帶信號。

在數字信號頻譜中，把直流（零頻）開始到能量集中的一段頻率范圍稱為基本頻帶，簡稱為基帶。因此，數字信號被稱為數字基帶信號，在信道中直接傳輸這種基帶 信號就稱為基帶傳輸。在基帶傳輸中，整個信道只傳輸一種信號，通信信道利用率低。一般來說，要將信源的數據經過變換變為直接傳輸的數字基帶信號，這項工作 由編碼器完成。在發送端，由編碼器實現編碼；在接收端由解碼器進行解碼，恢復發送 端原發送的數據。基帶傳輸是一種最簡單最基本的傳輸方式。是典型的矩形電脈沖信號，其頻譜包括直流、低頻和高頻等多種成份。

由於在近距離范圍內，基帶信號的功率衰減不大，從而信道容量不會發生變化，因此，在區域網中通常使用基帶傳輸技術。

在基帶傳輸中，需要對數字信號進行編碼來表示數據。

頻帶傳輸
遠距離通信信道多為模擬信道，例如，傳統的電話（電話信道）只適用於傳輸音頻范圍（300-3400Hz）的模擬信號，不適用於直接傳輸頻帶很寬、但能量集中在低頻段的數字基帶信號。

頻帶傳輸就是先將基帶信號變換（調制）成便於在模擬信道中傳輸的、具有較高頻率范圍的模擬信號（稱為頻帶信號），再將這種頻帶信號在模擬信道中傳輸。

計算機網路的遠距離通信通常採用的是頻帶傳輸。

基帶信號與頻帶信號的轉換是由調制解調技術完成的。

寬頻傳輸
通過藉助頻帶傳輸，可以將鏈路容量分解成兩個或更多的信道，每個信道可以攜帶不同的信號，這就是寬頻傳輸。寬頻傳輸中的所有信道都可以同時發送信號。如CATV、ISDN等。

寬頻傳輸和基帶傳輸的特性

基帶傳輸：
由計算機或終端產生的數字信號，頻譜都是從零開始的，這種未經調制的信號所佔用的頻率范圍叫基本頻帶（這個頻帶從直流起可高到數百千赫，甚至若干 兆赫），簡稱基帶（base band）。這種數字信號就稱基帶信號。舉個簡單的例字拉：在有線信道中，直接用電傳打字機進行通信時傳輸的信號就是基帶信號。而傳送數據時，以原封不動 的形式，把基帶信號送入線路，稱為基帶傳輸。基帶傳輸不需要數據機，設備化費小，適合短距離的數據輸，比如一個企業、工廠，就可以採用這種方式將大量 終端連接到主計算機。另外就是傳輸介質，區域網中一般都採用基帶同軸電纜作傳輸介質，不過如果你打算用光纖，我也絕對沒有異議。

頻帶傳輸：
上面的傳輸方式適用於一個單位內部的區域網傳輸，但除了市內的線路之外，長途線路是無法傳送近似於0的分量的，也就是說，在計算機的遠程通信中， 是不能直接傳輸原始的電脈沖信號的（也就是基帶信號了）。因此就需要利用頻帶傳輸，就是用基帶脈沖對載波波形的某些參量進行控制，使這些參量隨基帶脈沖變 化，這就是調制。經過調制的信號稱為已調信號。已調信號通過線路傳輸到接收端，然後經過解調恢復為原始基帶脈沖。這種頻帶傳輸不僅克服了目前許多長途電話 線路不能直接傳輸基帶信號的缺點，而且能實現多路復用的目的，從而提高了通信線路的利用率。不過頻帶傳輸在發送端和接收端都要設置數據機。

但是，在基帶傳輸中我們常常會有一個深有體會的問題，就是等等等——在這種情況下，我們就非常羨慕並嚮往一種傳輸了，這種傳輸的名字就叫 ——寬頻傳輸。所謂寬頻，就是指比音頻（4KHZ）帶寬還要寬的頻帶，簡單一點就是包括了大部分電磁波頻譜的頻帶 拉。使用這種寬頻帶進行傳輸的系統就稱為寬頻傳輸系統，它簡直就可以容納所——有的廣播，並且還可以進行高速率的數據傳輸。對於區域網而言，寬頻這個術語 專門用於使用傳輸模擬信號的同軸電纜，可見寬頻傳輸系統是模擬信號傳輸系統，它允許在同一信道上進行數字信息和模擬信息服務。基帶和寬頻的區別還在於數據 傳輸速率不同。基帶數據傳輸速率為0～10 Mb／s，更典型的是1Mb／s～2.5Mb／s，通常用於傳輸數字信息。寬頻是傳輸模擬信號，數據傳輸速率范圍為0～400Mb／s，而通常使用的傳輸 速率是5Mb／s～10 Mb／s，而且一個寬頻信道可以被劃分為多個邏輯基帶信道。這樣就能把聲音、圖像和數據信息的傳輸綜合在一個物理信道中進行，以滿足你對網路非常過分的要 求。總之，寬頻傳輸一定是採用頻帶傳輸技術的， 但頻帶傳輸不一定就是寬頻傳輸。

G. 什麼是基帶信號，高頻載波信號和已調信號

基帶信號、高頻載波信號和已調信號的定義解釋如下：
1．基帶信號指的是信源（信息源雹陵跡，也稱發終端）發出的沒有經過調制（進行頻譜搬移和變換）的原始電信號，其特點是頻率較低，信號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式。根據原始電信號的特徵，基帶信號可分為數字基帶信號和模擬基帶信號（相應地，信源也分為數字信源和模擬信源。）其由信源決定。說的通俗一點,基帶信號就是發出的直接表達了要傳輸的信息的信號，比如我們說話的聲波就是基帶信號。（如果一個信號包含了頻率達到無窮大的交流成份和可能的直流成份，則這個信號就是基帶信號。）
2．高頻載波信號指的是把普通信號（聲音、圖象）載入到一定頻率的高頻信號上，在沒有載入普通信號的高頻信號時，高頻信號的波幅是固定的，載入之後波幅就隨著普通信號的變化而變化（調幅），還可以調相，調頻。載波信號一般要求正弦載波的頻率遠遠高於調制信號的帶寬，否則會發生混疊，使傳輸信號失真。
3．已調信號指源並的是載有有用信息的信號 ，把有用信息載入容易傳輸的信號上稱作已調信號。

溫馨提示汪笑：對信號的分類方法很多，信號按數學關系、取值特徵、能量功率、處理分析、所具有的時間函數特性、取值是否為實數等，可以分為確定性信號和非確定性信號（又稱隨機信號）、連續信號和離散信號（即模擬信號和數字信號）、能量信號和功率信號、時域信號和頻域信號、時限信號和頻限信號、實信號和復信號等。

H. 計算機網路

有兩種含義

「帶寬」 指信號具有的頻帶寬度。基本單位是赫。

「帶寬」是數字信道所能傳送的最高數據率的同義語，單位是比特/秒(bit/s)。

表示在單位時間內通過某個網路（或信道、介面）的數據量。
吞吐量更經常地用於對現實世界中的網路的一種測量，以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網路。
吞吐量受網路枝豎的帶寬或網路的額定速率的限制。

指數據從網路（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。

主機或路由器發送數據幀所需要的時間。

電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。

結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延。

交換結點為存儲轉發而進行一些處理所費的時間。

信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閑的信道的利用率是零。
網路利用率則是全網路的信道利用率的加權平均值。

物理層的主要任務描述為確定與傳輸媒體介面的四個特性。

指明介面所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排遲搭游列等。

指明在介面電纜的各條線上出現的電壓的范圍。

指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。

指明對於不同功能的各種可能事件的出現順序

發送器：將數據轉換成可以在傳輸介質上傳輸的信號

數據：運送消息的實體。
信號：數據的電氣的或電磁的表現。
模擬信號：代表消息的參數的取值是連續的。
數字信號：代表消息的參數的取值是離散的。
信道: 向某一個方向傳遞信息的通道。

單向通信（單工通信）：只能有一個方向的通信
而沒有反方向的交互。
雙向交替通信（半雙工通信）：通信的雙方都可
以發送信息，但不能雙方同時發送、同時接收。
雙向同時通信（全雙工通信）：通信的雙方可以
同時發送和接收信息。

調制：使用載波進行調制， 把數字信號的頻率范
圍搬移到較高的頻段，並轉換成模擬信號，以便在模
擬信道中傳輸。
解調：把接收到的模擬信號還原成數字信號。

又稱為編碼，轉換後依然是基帶信號

利用載波低頻轉高頻，更好的在模擬信道上傳輸，調制完的信號叫做帶通信號

在任何信道中，碼元傳輸碼銷的速率是有上限的，超過此上限，就會出現嚴重的碼間串擾問題。

如果信道的頻帶越寬，則可以用更高的速率傳送碼元
而不出現碼間串擾。

帶寬受限且有高斯白雜訊干擾的信道的極限信息傳輸速率

W 是信道的帶寬（以 Hz 為單位）；
S 為信道內所傳信號的平均功率； N 為信道內部的雜訊功率。
信噪比S/N通常用分貝（dB）來表示：

通過編碼，可以增加每一個碼元攜帶的信息量

將信道的可用頻帶分割成若干條較窄的子頻帶，每一條子頻帶傳輸一路信號。
用戶在分配到一定的頻帶後，在通信過程中自始至終都佔用這個頻帶。

光的頻分復用：波分復用

將時間劃分為一段段等長的時隙，每一個用戶佔用固定序號的時隙傳輸數據。
每一個用戶所佔用的時隙是周期性地出現。

時分復用的所有用戶在不同的時間佔用同樣的頻帶寬度

先進行統計，然後依次將需要發送的數據進行時分復用，但是因為每一個時間是不確定的，所以需要在數據幀上加上地址信息

每個用戶被分配一個碼片序列，這些碼片序列是互相正交的，

當需要發送1的時候，則發送序列

當需要發送0的時候，則發送序列反碼

所以用戶的序列和其他用戶的序列內積是0

而序列和序列的規格化內積是1，序列與序列的反碼的規格化內積為-1

在原始的、有差錯的物理傳輸線路的基礎上，採取 差錯檢測、差錯控制與流量控制 等方法，將有差錯的物理線路改進成邏輯上無差錯的數據鏈路，向網路層提供高質量的服務。

是從一個結點到相鄰結點的一段物理線路，中間沒有任何其他的交換結點。

把實現通信協議的硬體和軟體加到鏈路上，就構成了數據鏈路，也稱為邏輯鏈路。

每個幀有最大長度限制

通過添加字元防止誤判

在發送端：

數據分成組，每一組k個bit,然後在後面加上n位冗餘碼

接收端：

將這段數據除以P，看最後的余數

因為標志欄位的0x7E用二進制標志為01111110,即中間是6個0，為了避免產生錯誤，所以採用 零比特填充 的方式，即發送方每遇到5個1則填充一個0，接收方每遇到5個1刪除後面的一個0

信道並非在用戶通信時固定分配給用戶。

DIX Ethernet V2 是世界上第一個區域網產品（乙太網）的規約，定義了以無源的電纜為匯流排的基帶匯流排區域網。
IEEE 的 802.3 標准。

載波監聽多點接入/碰撞監測

當發送數據的站一旦發現發生了碰撞

最先發送數據幀的站，在發送數據幀後至多經過時間（2τ）就可知道發送的數據幀是否遭受了碰撞。 乙太網的端到端往返時延 2τ 稱為爭用期，或碰撞窗口。經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發送不會發生碰撞。

發生碰撞的站在停止發送數據後，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發送數據。

作用：

爭用期的長度： 51.2 µs

最短有效幀長： 64 位元組

幀間最小間隔： 9.6 µs

每一類地址都由 兩個固定長度 的欄位組成， 其中一個欄位是 網路號 net-id ， 它標志主機（或路由器） 所連接到的網路， 而另一個欄位則是 主機號 host-id ， 它標志該主機（或路由器） 。

用轉發器或網橋連接起來的若干個區域網仍為一個網路， 因此這些區域網都具有同樣的網路號 net-id。

A：網路數減2原因： 網路號全0表示本網路 127(01111111)表示本地軟體環回測試地址

B、C：網路數減1原因：128.0.0.0和192.0.0.0都是不指派的

主機數減2原因：全0和全1都不指派

路由表需要配置，或者根據演算法生成

下一跳指的是下一個路由器的地址

特定主機路由 ：為特定的目的主機指明一個路由。

默認路由：沒有特定設置則採用默認路由

作用： 從網路層使用的 IP 地址，解析出在數據鏈路層使用的硬體地址。

每一個主機都設有一個 ARP 高速緩存 ，保存著所在的區域網上的各主機和路由器的 IP 地址到硬體地
址的映射表。ARP把保存在高速緩存中的每一個映射地址項目都設置生存時間，凡超過生存時間的項目就從高速緩存中刪除掉。

ARP的工作過程

當主機A欲向本區域網上的某個主機B發送 IP數據報時，就先在其ARP高速緩存中查看有無主機B的IP 地址。

如果是不同網路之間的情況，就需要通過路由器來解決

例如：H1訪問H3

一個 IP 數據報由首部和數據兩部分組成。

首部分為固定部分和可變部分，固定部分長度為20個位元組，可變部分長度是可變的。

版本ip協議版本：ipv4和ipv6

首部長度：占 4 位，可表示的最大數值是 15 （2 ⁴ -1）個單位(一個單位為 4 位元組)。因此 IP 的首部長度的最大值是 60 位元組(15*4)。

區分服務：占 8 位，只有在使用區分服務（DiffServ）時，這個欄位才起作用。在一般的情況下都不使用這個欄位。

總長度：占 16 位，指首部和數據之和的長度，單位為位元組，因此數據報的最大長度為 65535 位元組。

進行數據報的分片的原因

標識：占 16 位，它是一個計數器，用來產生 IP 數據報的標識。

標志(flag)：占 3 位，目前只有前兩位有意義。

片偏移：佔13 位，指出：較長的分組在分片後某片在原分組中的相對位置。片偏移以 8 個位元組為偏移單位 。

生存時間——佔8 位，記為 TTL (Time To Live)，表明數據報在網路中的壽命。表示為數據報在網路中 可通過的路由器數的最大值 。

協議：佔8 位，指出此數據報攜帶的數據使用何種協議，以便目的主機的 IP 層將數據部分上交給哪個處理過程。

首部檢驗和：佔16 位，只檢驗數據報的首部，不檢驗數據部分

I. 信號分類：基帶信號，載波信號，頻帶信號

基帶：信源發出的沒有經過調制的原始電信號所固有的頻帶（頻率帶旁扮寬），稱為基本頻帶，簡稱基帶;

載波：被調制以傳輸信號的波形，一般為正弦波。一般要求正弦載波的頻率遠遠高於調制信號的帶寬，否則會發生混疊，使傳輸信號失真;

我們一般需要發送的數據的頻率是低頻的，如果按照本身的數據的頻率來傳輸，不利於接敬源收和同步。使用載波傳輸，我們可以將數據的信號載入到載波的信號上，接收方按照載波的頻率來接收數據信號，有意義的信號波的波幅與無意義的信號的波幅是不同的，將這些信號提取出來就是我們需要的數據信號。

頻帶：對基帶信號調制後所佔用的頻率帶寬（一亮啟態個信號所佔有的從最低的頻率到最高的頻率之差);