物 理 层

二、物理层

1、物理层的基本概念

物理层的作用:尽可能的屏蔽掉传输媒体和通信手段的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，使其只需要考虑如何完成本层的协议和服务

1.1、物理层的主要任务

机械特性：指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、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意义

过程特性：指明对于不同功能的各种可能时间的出现顺序

数据在计算机内部采用并行传输方式，在通信线路上采用串行传输方式

2、数据通信的基础知识

2.1、数据通信系统的模型

一般地，一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（发送端。发送方）、传输系统（传输网络）、目的系统（接收端、接收方）

为何进行调制：

①数字信号，高频，衰减快，传输距离短

②模拟信号，低频，衰减慢，传输距离远

信号分类：

①数字信号：离散信号，使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就成为码元（使用二进制编码时，只有两种不同的码元0、1）

②模拟信号：连续信号

注：计算机中的数据都是连续的

数据传输方式：

①串行传输：速度慢、费用低、适合远距离

②并行传输：速度快、费用高、适合近距离

2.2、信道的基本概念

通信的三种基本方式:

①单向通信（单工通信）：只有一个方向的通信，没有反方向的交互，仅需一条信道

②双向交替通信（半双工通信），两条信道

③双向同时通信（全双工通信），两条信道

2.3、速率

即数据传输速率，又称数据率；

两种表示方式：

①码元传输速率：1s传输多少码元

②信息传输速率：1s传输多少波特

注：信息传输速率=码元传输速率*1个码元的信息量

2.4、调制与解调

信道上传送的信号：

基带信号：来自信源的信号

宽带信号（频带信号、带通信号）：经过调制的基带信号

数据经过编码得到数字信号，经过调制变为模拟信号

常用的编码方式:

基本的带通调制的方法：

①调幅（AM）：调整载波的变化幅度

②调频（FM）：调整载波的频率

③调相（PM）：调整载波的初相

④正交振幅调制（QAM）：调幅+调相

2.5、信道的极限容量

奈氏准则

在理想、低通（无噪声、带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Band，W是信道带宽，单位HZ
$$极限信道传输速率=lo{g}_{2}V$$

香农定理

在带宽受限且噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限
$$\begin{gathered} 信噪比（db）=10lo{g}_{1}0(\frac{S}{N}) \\ 极限数据传输速率=Wlo{g}_2(1+\frac{S}{N}) \end{gathered}$$

3、物理层下面的传输媒体

导引型传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤

非导引型传输媒体：无线电波

4、信道复用技术

复用：允许多个用户使用一个共享信道进行通信

频分复用

相同时间使用不同频带

各路信号在同一时间占用不同的带宽资源

时分复用

不同时间使用相同频带

所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度

波分复用

实际就是光的频分复用

码分复用

使用m bit码片序列，使用m bit的码片序列表示1，码片序列的二进制反码为0