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物理层的基本概念
概念 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。
主要任务 确定传输媒体的一些接口的一些特性：
1.机械特性：例如接口形状、大小、引线数目
2.电器特性：例如规定电压范围（-5v ~ +5v）
3.功能特性: 例如规定-5v表示0 +5v表示1
4.过程特性（规程特性）：例如 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
典型的数据通信模型
相关术语
通信的目的是传递消息
数据（data）——运送消息的实体
信号（signal）——数据的电器的或电磁的表现
模拟信号——代表消息的参数取值是连续的
数字信号 ——代表消息的参数取值是离散的
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。
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。
有关信道的几个基本概念
信道分为：发送信息的通道 和 接收信息的通道 表示向一个方向传送信息的媒体。
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
基带信号（baseband） 带通信号（band pass）
基带信号 计算机输出的代表各种文字或图象文件的数据信号，发出直接要表达了要输出的信息的信号，声波，计算机到监视器、打印机等外设信号。距离较近可用
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够通过信道）距离较远用
几种最基本调制方法
条幅（AM） 调频(FM) 调相(PM)
常用编码
曼彻斯特编码
bit中间有信号 低到高跳变为0
bit中间有信号 高到低跳变为1
采用曼彻斯特编码，一个时钟周期只可表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个bit，但他能够携带时钟周期信号，且可以表示没有数据传输。
差分曼彻斯特编码
bit中间有信号跳变，bit与bit之间也有信号跳变，表示下一个bit为0
bit中间有信号跳变，bit与bit之间无信号跳变，表示下一个bit为1
差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码相同，但抗干扰能力强与曼彻斯特编码
信道极限容量
奈氏准则 给出在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。
再任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则会出现码间串扰问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能，如果信道的频率越宽，也就是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宽带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。
信道的极限信息传输速率C可表示为 C=Wlog2（1+S/N） b/s
W: 信道带宽 （Hz为单位）
S： 信道内所传信号的平均功率
N： 信道内部的高斯噪声功率
香农公式表明
- S/N或W越大 ，C越大
- C越小，就一定能找到某种办法来实现无差错的传输。
- 若W或S/N无上限，则C无上限
- C是理论值，实际比C小不少。
奈氏准则和香农公式的应用范围
奈氏准则和香农公式的区别在于 奈氏准则没有信号干扰，码元传输速率有上限 香农公式有信号干扰
物理层下面的传输媒体
导向传输媒体：双绞线 同轴电缆 光缆
非导向传输媒体
导向传输媒体中，电磁波沿着固体媒体传播
双绞线：屏蔽双绞线STP 无屏蔽双绞线 UTP
同轴电缆：
50欧同轴电缆：用于数字传输，由于采用基带传输，也叫基带同轴电缆
75欧同轴电缆：用于模拟传输，即带宽同轴电缆
铜线缠绕——降低电磁干扰
总结规律：
同类设备相连——交叉线
不同类设备相连——直通线
非导向传输媒体
就是指的自由空间，其中的电磁波传输被称为无线传输（频段广）。
短波通信主要靠电离层的反射。但是通信质量较差。
微波在空间主要靠直线传输，比如 地面微波接力通信 卫星通信
物理层设备——集线器
工作特点：他在网络中只起到信号放大和重发作用，其目的就是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力。
最大的传输距离：100m
集线器是一个大的冲突域
信道复用技术
频分复用FDM(Frequency Division Multiplexing)
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带宽资源（请注意，这里的“”带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
时分复用TDM（Time Division Multiplexing）
时分复用 则是将时间划分为一段段等常的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM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地出现（其周期就是TDM帧的长度对应的时间）。
TDM信号也称为等时（isochronous）信号。
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。
码分复用
码分复用cdm是一种共享信道的方法。实际上，人们更常用的名词是码分多址cdma，每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
由于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。
码分复用最初是用于军事通信的，因为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，不易被敌人发现。
随着技术的进步，CDMA设备的价格和体积都大幅度下降，因此现在已广泛使用在民用的移动通信中，特别是在无线局域网中采用CDMA可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量，降低手机的平均发射功率等等。
数字传输系统
脉码调制PCM体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。由于历史上的原因，PCM有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（简称为E1）、我国采用的是欧洲的E1标准。
E1的速率是2.048Mb/s，而T1的速率是1.544Mb/s.
当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。
一秒采样8000次，每次8位，64k带宽
E1标准每125us为一个时间片，每个时间片分为32个通道（时隙），每个时隙可容纳8Bit。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30个通道用于传输30个PCM语音数据。——百科
宽带接入技术
ADSL的特点
上行和下行带宽做的不对称
ADSL在用户线的两端各安装一个ADSL调制解调器。
我国目前采用的方案是离散多音调DMT(Discrete Multi-Tone)调制技术。
DMT技术
DMT调制技术采用频分复用的方法，把40kHZ以上一直到1.1MHz的高端频谱划分为许多的子信道，其中25个子信道用于上行信道，而249个子信道用于下行信道。
每个子信道占据4kHz带宽，并使用不同的载波（即不同的音调）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。
光纤同轴混合网HFC(Hybrid Fiber Coax)
HFC网是在目前覆盖很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。
HFC网除可传送CATV外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。
现有的CATV网是树形拓扑结构的同轴电缆网络。他采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而HFC网则需要对CATV网进行改造。
HFC的主要特点
HFC网将原CATV网中的同轴电缆主干部分改为光纤，并使用模拟光纤技术。
在模拟光纤中采用光的振幅调制AM，这比使用数字光纤更为经济。
模拟光纤从头端链接到光纤结点（fiber node）即光分配结点ODN（Optical Distribution Node）.在光纤结点光信号被转换成电信号。在光纤结点一下就是同轴电缆。
最大的优点
具有很宽的频带
能够利用已经有想当大的覆盖面的有线电视网。
FTTx技术
FTTx（光纤到。。。）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母x可代表不同的意思。
光纤到家FTTH（Fiber To The Home）:光纤一直铺设到家庭可能是居民接入网最后 的解决方法（155Mb/s）
光纤到大楼 FTTB（Fiber To The Building）:光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。
光纤到路边FTTC（Fiber To The Curb）:从路边到各用户可使用星型结构双绞线作为传输媒体（155Mb/s）