物理层

物理层的基本概念

物理层的作用是尽可能屏蔽传输媒体和通信手段的差异指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。 数据在计算机内部多采用并行传输方式。但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输（这是出于经济上的考虑），即逐个比特按照时间顺序传输。因此物理层还要完成传输方式的转换。 具体的物理层协议种类较多。这是因为物理连接的方式很多（例如，可以是点对点的，也可以采用多点连接或广播连接)，而传输媒体的种类也非常之多(如架空明线、双绞线、对称电缆、同轴电缆、光缆，以及各种波段的无线信道等)。因此在学习物理层时，应将重点放在掌握基本概念上。

机械特性

指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化的规定。

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的意义。

过程特性

指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

数据通信系统的基础知识

数据通信系统的模型

一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（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） 。

• 源系统
  • 源点
  • 发送器
• 传输系统
  • 简单的传输线
  • 复杂网络系统
• 目的系统
  • 接收器
  • 终点（又称目的站、信宿）

常用术语

• 通信的目的是传送消息
• 数据是运送消息的实体
• 信号是数据的电气或电磁的表现
  • 模拟信号（连续信号）：消息参数取值是连续的
  • 数字信号（离散信号）：消息参数取值是离散的
• 使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就称为码元。

有关信道的几个基本概念

信道一般是用来表示向某一个方向传输信息的媒体。 来自信源的信号常称为基带信号

• 通信的双方信息交互的三种基本方式

  • 单向通信（单工通信）

    只能有一个方向的通信而没有反方向的

  • 双向交替通信（半双工通信）

    通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。

  • 双向同时通信（全双工通信）

    通信的双方可以同时发送和接收信息。

• 调制

  为了解决基带信号中包含较多低频成分甚至有直流成分，必须对基带信号进行调制，调制后变为带通信号，带通信号能够传得更远

  • 基带调制（编码）

    仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。 这类调制称为基带调制。

    • 常用编码方式

      • 不归零制

        正电平代表1，负电平代表0

      • 归零制

        正脉冲代表1，负脉冲代表0

      • 曼彻斯特编码

        位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1，也可以反过来定义。

      • 差分曼彻斯特编码

        在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。（抗干扰能力更强）

  • 带通调制

    另一类调制则需要使用载波(carrier)进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输。 经过载波调制后的信号称为带通信号(即仅在一段频率范围内能够通过信道)，而使用载波的调制称为带通调制。

    • 调幅（AM）

      即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于无载波或有载波输出。

    • 调频（FM）

      即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于频率f1或f2。

    • 调相（PM）

      即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于相位0度或180度。

信道的极限容量

从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因素有一下两个 信道能够通过的频率范围 信噪比 码元传输速率（又名波特率，单位：码元/秒，记作B） 数据传输速率（又名比特率，单位：比特/秒，记作C）=波特率 * 每个码元所携带的信息量 比特率=波特率 * log2n

注意，此处如果有4种不同相位，每种相位四种振幅，则码元为16 同时注意如果有一半用来检查错误，则在n除以2，而不是在比特率除以2！！

• 信道能够通过的频率范围

  • 码间串扰

  • 奈氏准则

    理想低通信道的最高码元传输效率为2W baud，W是理想低通信道的带宽，baud是波特，码元传输速率的单位。即码元传输速率=2*频率 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

• 信噪比

  信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N，并用分贝（dB）作为度量单位。 信噪比(dB)=10 log_{10}(S/N)(dB)

  • 香农公式

    信道的极限信息传输速率C可表示为 C = W l o g 2 ( 1 + S / N ) C=W log_2(1+S/N) C=Wlog2​(1+S/N) （bit/s）

    W为信道的带宽（以Hz为单位） S为信道内所传信号的平均功率 N为信道内部的高斯噪声功率

物理层下面的传输媒体

导引型传输媒体

• 双绞线

  用两根相互绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来就成了双绞线。 从用户电话机到交换机的双绞线称为用户线或用户环路。

  • 无屏蔽双绞线UTP
  • 屏蔽双绞线STP

• 同轴电缆

• 光缆

  特点： 通信容量非常大 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。 抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。 体积小，重量轻。这在现有电缆管道已拥塞不堪的情况下特别有利。

  • 多模光纤

    可以存在多条不同角度入射的光线在同一条光纤中传输。 只适合近距离传输

  • 单模光纤

    光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。

非导引型传输媒体

自由空间

信道复用技术

频分复用、时分复用和统计时分复用

在进行通信时，复用器总是和分用器成对地使用。

• 频分复用

  频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

• 时分复用

  时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。 时分复用更有利于数字信号的传输。

• 统计时分复用

  集中器 统计复用又称为异步时分复用，普通的时分复用称为同步时分复用。

波分复用

波分复用就是光的频分复用。

• 波分复用

  在一根光纤上复用两路光载波信号。

• 密集波分复用

  在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号。

码分复用

人们更常用的名词是码分多址CDMA 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰 有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现 使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列。一个站如果要发送1比特，则发送他自己的m bit码片序列。如果要发送0比特，则发送该码片序列的二进制反码。 将码片中的0写为-1，将1写为+1.

• 扩频

  • 直接序列扩频DSSS
  • 调频扩频FHSS

• 伪随机码序列

  CDMA系统的一个重要特点就是这种体制给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交。 令向量S表示站S的码片向量，再令T表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积为0。 S与各站码片反码的向量的内积也是0。 任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。 一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是-1。

数字传输系统

速率标准不统一

• 北美和日本的T1速率
• 欧洲的E1速率

不是同步传输

宽带接入技术

ADSL技术

光纤同轴混合网（HFC网）

FTTx技术

• 光纤到户FTTH
• 光纤到路边FTTC
• 光纤到小区FTTZ
• 光纤到大楼FTTB
• 光纤到楼层FTTF
• 光纤到办公室FTTO
• 光纤到桌面FTTD

标签：知识点,码元,码片,复用,通信,计算机网络,信道,第二章,光纤
来源： https://blog.csdn.net/kingJamesbond/article/details/118314547