# 物理层基本概念

# 概念

1. 我 i 里层解决如何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
2. 物理层的主要任务描述为：确定与传输媒体的接口的一些特性

# 特性

1. 机械特性：例接口形状
2. 电气特性：例规定电压范围（-5V 到 + 5V）
3. 功能特性：例规定 - 5V 表示 0，+5V 表示 1
4. 过程特性：也称规程特性，规定建立连接时各个相关部件的工作步骤‘

# 数据通信的基础知识

# 数据通信模型

# 相关术语（通信的目的是传送消息）

1. 数据（data）：运送数据的实体
2. 信号（signal）：数据的电气的或电磁的表现
   1. 模拟信号：代表消息的参数取值是连续的
   2. 数字信号：代表消息的参数的取值是离散的
3. 码元（code）：在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就称为码元

注意：在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元，而这个间隔被称为码元长度，1 码元可以携带 nbit 的信息量

# 有关信道的概念

# 信道概念

信道一般表示像一个方向传送信息的媒体，所以咱们说平常的通信线路往往包含一条发送信息的信道和一条接收信息的信道

# 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交互

# 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

# 基带信号和带通信号

# 基带信号（基本频带信号）

来自信源的信号，像计算机输出的代表各种文字或者图象文件的数据信号都属于基带信号，基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号

# 带通信号

把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能通过信道）

注意：距离较近时，多使用基带传输

# 集中基本调制方法

# 基带信号

# 调幅

载波的振幅随基带数字信号而变化

# 调频

载波的频率随基带数字信号而变化

# 调相

载波的初始相位随基带数字信号而变化

# 常用编码

# 单级性不归零码

只是用一个电压值，用高电平表示 1，没电压表示 0

# 双级性不归零码

用正电平和负电平分别表示二进制数据 1 和 0，正负赋值相等

# 单级性归零码

单极性归零码即是以高电平和 0 电平分别表示二进制码 1 和 0，而且发送码 1 时高电平在整个码元期间 T 只持续一段时间 t，其余时间返回零电平

# 双级性不归零码

正负零三个电平，信号本身携带同步信息

# 曼彻斯特编码

先规定好由高到底为 1，由低到高为 0 还是 由高到底为 0，由低到高为 1

采用曼彻斯特编码，一个时钟周期只可以表示一个 bit，并且必须通过两次采样才能获得一个 bit，但它能携带时钟信号，且可表示没有数据传输

# 差分曼彻斯特编码

差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码相同，但抗干扰能力强于曼彻斯特编码

# 信道的极限容量

# 有失真 但可识别

# 失真大 无法识别

# 奈式准则

1924 年，奈奎斯特就推导出了著名的奈式准则，他给出了在假定理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（识别）成为不可能

如果信道的频宽越宽，也就是说能通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰

# 信噪比

香农用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限，无差错的信息传输速率

# 香浓公式

信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高

只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以招待某种方法来实现无差错的传输

若信道贷款 W 或信噪比 S/N 没有上限（实际中不可能这样），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限

实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少

# 奈式准则的香农公式的应用范围

# 物理层下面的传输媒体

# 物理层设备 -- 集线器

1. 工作特点：它在网络中只起到信号放大和重发作用，其目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力
2. 最大传输距离：100m
3. 集线器是一个大的冲突域

注意：双绞线是为了抗干扰

# 信号的复用技术

# 概念

复用是通信技术的基本概念

# 频分复用

用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带

频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的宽带资源（带宽指的是频率带宽）

# 调制部分

# 解调部分

# 时分复用

时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧，每一个时分复用的用户在每一个 TMD 帧中占用固定序号的时隙

每一个用户所占用的时隙是周期性的出现（其 [[周期就是 TDM 帧的长度对应的时间）

TDM 信号也成为等时信号

时分复用所有的用户是在不同的时间占用相同的频带宽度

# 统计时分复用

# 码分多值

1. 常用名词时码分多址 CDMA
2. 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰
3. 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易于被敌人发现
4. 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片

# 码片序列

# 每个站被指派一个唯一得 m bit 码片序列

1. 如发送比特 1，则发送自己得 m bit 得码片序列
2. 如发送比特 0，则发送该码片序列得二进制反码

# 例如 S 站的 8bit 码片序列是 00011011

1. 发送比特 1 时，就发送序列 00011011
2. 发送比特 0 时，就发送序列 11100100

# S 站的码片序列 （-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1）

# CDMA 的重要特点

每个站点分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交

# 码片序列的正交关系

1. 令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量
2. 两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和 T 的规格化内积都是 0
3. 任何一个码片向量和该码片向量的规格化内积都是 1

# CDMA 的工作原理

# 数字传输系统

# 脉码调制

1. 脉码调制是对连续变化的模拟信号进行处理，量化，编码后转换为数字信号的一种调制方式
2. 脉码调制 PCM 体制最初是为了电话局之间的中继线上传送多路电话，由于历史上的原因，PCM 有了两个互不兼容的国际标准，即北美的 24 路 PCM（简称 T1）和欧洲的 30 路 PCM（简称 E1）我国采用 E1 标准
3. E1 速率是 2.048Mb / 是，而 T1 的速率是 1.544Mb/s

# 脉码调制图解

# E1 计算原理（多两路控制路）

# T1 计算原理（只有一路控制器）

# 宽带接入技术

# xDSL（用数字技术对现有的模拟电话线进行改造）

1. 标准模拟电话信号的频带被限制在 300~3400Hz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过 1MHz
2. xSDL 技术九八 0~4kHz 底端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用

# 图解

# 发送端

# 接收端

# ADSL 特点

1. 上行和下行宽带做成不对称的
2. ADSL 在用户线的两端各安装一个 ADSL 调制解调器
3. 我国目前采用的方案是离散多音频 DMT 调制技术

# DMT 技术

# 概况

1. DMT 调制技术采用频分复用的方法，把 50kHz 以上一直到 1.1MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行通信，而 249 个子信道用于下行通信
2. 每个子信道占据 4kHz 宽带，并使用不用的载波进行数字调制，这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据

# DMT 技术频谱分布

# DMT 技术图示