首页 > 其他分享> > 第二章物理层

第二章物理层

2022-03-19 19:02:29 作者：互联网

一、物理层

考虑：怎么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。
主要任务：机械特性、电气特性、功能特性、功能特性、过程特性。
在这里插入图片描述

二、物理层下面的传输媒体

（1）分类：导引型传输媒体，非导引型传输媒体
导引型：同轴电缆、双绞线、光纤、电力线
非导引型传输媒体：无线电波、微波、红外线、可将光
在这里插入图片描述
极低频-甚低频：不用于电信通信

低频-甚高频：无线电波，

特高频-极高频：微波，
两种方式：地球表面微波接力和卫星通信，卫星作为中继器。

红外线：点对点无线传输，如红外遥控。

三、传输方式

（1）串行传输和并行传输：
串行传输：1比特1比特依次发送，一条传输线路即可
并行传输：一次发送N个比特，所以需要有N条传输线路
在这里插入图片描述
计算机内部数据传输：并行传输，
计算机网络中，数据在链路上的传输是串行传输。

(2)同步传输和异步传输
在这里插入图片描述

（3）单向通信（单工）、双向交替通信（半双工）、双向同时通信（全双工）
单向通信：一条信道，只一个方向通信，如广播
双向交替通信：两条信道，一个方向各一条，如对讲机
双向同时通信：两条信道，一个方向各一条，如打电话
在这里插入图片描述

四、编码与调制

（1）消息、数据、信号、编码、调制
编码：波形进行变换，数字信号经过编码还是数字信号，
调制：载波调制，把信号的频率范围搬到较高的频段，数字信号经过调制变成模拟信号。
在这里插入图片描述

 （2）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。

在这里插入图片描述

（3）传输媒体≠信道
单工传输，传输媒体中包含一个信道，要么是发送信道，要么是接收信道；
半双工和全双工传输，传输媒体包含两个信道，一条为发送信道，一条为接收信道。
如果使用信道复用技术，一个传输媒体中可包括多个信道。
在这里插入图片描述

（4）常用编码
不归零编码：高电平为1，低电平为0
存在同步问题（连续发送同一信号，接收端无法准确判断），需要额外一根传输线来传输时钟信号，使得发送方和接收方同步。
在这里插入图片描述
归零编码：每个码元传输结束后要归零。接收方在信号归零后进行采样即可，不需要单独的时钟信号。相当于把自同步信号编码在了数据之内。
问题：自同步，但编码效率低。大部分带宽由于传输“归零”而浪费。
在这里插入图片描述

**曼彻斯特编码：**每个码元中间时刻进行跳变，如正跳变为0，负跳变表示1。码元中间时刻的跳变即表示时钟，又表示数据。
差分曼彻斯特编码：每个码元的中间时刻都进行跳变，但依据码元开始处是否发生跳变来表示1和0，如跳变为0，不跳变为1。跳变只表示时钟。在这里插入图片描述

四种编码方法对比；
在这里插入图片描述

（5）基本调制方法：
数字信号通过调制变成了模拟信号。
调制方法有：调幅，调频，调相。
在这里插入图片描述

使用基本调制方法，一个码元只包含1bit的信息，
如何使得一码元携带更多的信息？使用混合调制，如相位和振幅结合——正交振幅调制AQM。

六、信号极限容量

在这里插入图片描述

(1)信号经过信道传授后会发生失真，当失真严重时，接收端难以识别1和0，产生码间串扰。
失真因素有：码元传输速率，信号传输距离，噪声干扰，传输媒体质量。


奈氏准则： 在假定的理想情况下，为了避免码间串扰，码元传输速率是有上限的。
理想低通信道的最高码元传输速率=2W Baud=2W 码元/秒
理想带通信道的最高码元传输速率=W Baud =W 码元/秒
W：信道带宽（Hz)
Baud: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。它和比特率有一定的关系：
    当1个码元只携带1bit的信息量时，则波特率（码元/秒）与比特率（比特/秒）在数值上是相等的。
    当1个码元携带n比特信息量时，则波特率转换为比特率时，数值要乘以n。
要提高信息传输速率（比特率），就必须设法使没一个码元能携带更多个比特的信息。
当时码元也不能携带过多比特信息，否则难以识别。
由奈氏准则可知，调制速度（码元传输速率）和码元所携带的信息量会影响信息传输速率。

信道的极限信息速率还受限于实际信号在信道中传输时的信噪比。
香农公式——带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限传输速率。
在这里插入图片描述

由香农公式，信道带宽或信道中信噪比越大，信道的极限传输速率越高。
实际信道达到的信息传输速率地域该公式的极限传输速率。
在这里插入图片描述

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（一码元携带更多信息量的更好的调制方法）
和努力提高信道中的信噪比。