计算机网络-物理层

1、解决的问题怎样才能在连接计算机的传输媒介上传输比特流

2、物理层协议的主要任务：

• 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。
• 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

3、传输媒介

• 引导型传输媒介：同轴电缆，双绞线，光纤，电力线。

• 非引导型传输媒介：无线电波，微波，红外线，可见光

4、传输方式

• 按数据传输的顺序：并行传输（短距离）和串行传输（长距离）。
• 按数据传输的同步方式：同步传输和异步传输
• 按数据传输的流向和时间关系：单工、半工、全双工数据传输

单工：是两数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输

半双工：两数据站之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行

全双工：是在两数据站之间，可以在两个方向上同时进行传输

5、编码与调制

• 编码：用数字信号承载数字或模拟数据
• 调制：用模拟信号承载数字或模拟数据

码元：在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。

一般有两种，分别代表0和1，来表示数据

6、常用编码

• 不归零编码：1：正电平、0：负电平

• 归零编码：归零编码较不归零编码就添加了一个零编码,每个码元传输结束之后都要归零。

• 曼彻斯特编码：

• 差分曼彻斯特编码：（以太网）

  • 将一个码元分成两个相等的间隔；
    前一个间隔为 低电平 ，后一个间隔为 高电平 表示码元1；
    码元0则正好相反

• 差分曼彻斯特编码：

  • 若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，
    若为0，则相反。

    在每个码元的中间，都有一次电平的跳转，
    可以实现 自同步，
    且 抗干扰性 强于 曼彻斯特编码

7、常见调制方式：

基本调制方法有：调幅（AM），调频（FM），调相（PM）。

A是振幅，F是频率，P是相位，M是调制的意思。

8、信道的极限容量：

任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。

码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形的失真就越严重。

失真因素:a、码元传输速率，b、信号传输距离，C、噪音干扰,d、传输媒体质量
（3）噪音干扰
（4）传输媒体质量

(1）码元传输速率

（2）信号传输距离
（3）噪音干扰
（4）传输媒体质量

9、解决办法：

奈式准则

奈失准则：在假定的理 想条件下，为了避免码间串扰，码元传输速率是有上限的。

1、理想低信道的最高码元传输速率 = 2W Baud = 2W 码元/秒。
2、理想带通信的最高码元传输速率 = W Buad = W 码元/秒。

W：信道带宽（单位：Hz） Band：波特，即码元/秒

码元传输速率又称为波特率，调制速率，波形速率或符号速率。它与比特率有一定关系：

（1）当1个码元只携带1比特的信息量时，则波特率（码元/秒）与比特率（比特/秒）在树枝上是相等的。
（2）当1个码元携带n比特的信息量时，则波特率转换为比特率时，是指就要乘以n。

要提高信息传输速率（比特率），就必须设法使每一个码元能携带更多比特的信息量。这需要采用多元制。

实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显低于奈氏准则给出的这个上限数值。

香农公式

香农公式：带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率为：
c = W ∗ l o g 2 ( 1 + S / N ) c = {W * log2(1+S/N)}
c=W∗log2(1+S/N)

c：信道的极限信息传输速率（单位：b/s）
W：信道带宽（单位：Hz）
S：信道内所传信息的平均功率
N：信道内的高斯噪声功率
S/N：信噪比，使用分贝（dB）作为度量单位

信道带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高。

在实际信道上能达到的信息传输速率要比该公式的极限传输速率低不少。这是因为在实际信道中，信号还要受到其他一些损伤，如信号在传输中的衰弱和失真等，这些因素在香农公式中并未考虑。

在信道带宽一定的情况下，根据奈氏准则和香农公式，要想提高信息的传输速率就必须采用多元制（更好的调制方法）和努力提高信道中的信噪比。

参考博文：参考博文