物理层考虑的是在各种传输媒体上传输比特流,而不是指具体的传输媒体。物理层作用是尽可能地屏蔽媒体之间的差异。
物理层的主要任务是描述与传输媒体有关的一些特性:
机械特性、电气特性、功能特性、过程特性。
数据通信系统可分为:源系统、传输系统、目的系统
通信的目的是传送消息。数据是运送消息的实体。信号是数据电气或电磁的表现。
信号可分为模拟信号和数字信号。
使用波形表示数字信号时,代表不同离散值的基本波形叫码元。
信道表示某一方向传送信息的媒体。
通信的方式:单工通信,半双工通信、全双工通信。
基带信号:来自信源的信号(包含许多低频分量,必须对基带信号进行调制)。
基带调制(编码):把一种基带信号换成另一种基带信号。
常见编码方式:不归零制(不包含同步信息)、归零制、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码
带通调制:把数字信号转换成模拟信号
方法:调幅、调频、调相。 (复杂)正交振幅调频QAM
信道极限容量:
信道所能通过的频率范围是有限的,如果太高会产生码间串扰。
奈氏准则:在带宽为W(HZ)的低通信道中,若不考虑噪声影响,则码元传输的最高速率是2W(码元/秒)。
一个码元可以表示多个比特。(n个比特可以表示pow(2,n)状态)。
香农公式:
信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)
信道极限信息传输速率C=Wlog2(1+S/N)(bit/s)
表明:信道的带宽或信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率就越高。
香农公式表示只要信息传输速率低于信道极限信息传输速率,就一定存在某种办法实现无差错传输。
传输媒体:
引导型传输媒体:双绞线、同轴电缆、光纤
非引导型传输媒体:
无线电微波通信(建立中继站,使用微波接力)
卫星通信:
距离远、通信费用与距离无关。
频带宽,通信容量大,所受干扰小,通信比较稳定。
具有较大的传播时延。
信道复用技术:频分复用、时分复用、波分复用、码分复用
复用器和分用器实现复用和分用
频分复用FDM: 各路信号在同样时间占用不同的带宽资源
频分多址FDMA:可以让多个用户使用一个频带
统计时分复用STDM:统计时分复用使用STDM帧来传送复用的数据。每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器的用户数。(了解)
时分复用TDM:所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度
时分多址TDMA:可以让多个用户轮流使用频带
波分复用WDM:光的频分复用
码分复用CDM:每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信,各用户使用特殊挑选的不同码型,各用户之间不会造成干扰。
码分多址CDMA
在CDMA中,每一个比特时间再划分为m个短的间隔(码片)。
使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列。一个站如果发送比特1,则发送它自己的m bit码片序列。如果发送比特0,则发送该码片序列的二进制反码。
CDMA给每一个站分配的码片序列不仅各不相同,而且互相正交 ( S * T = 0 )。
任何一个码片向量和自己的规格化内积都为1,和自己反码规格化内积为-1。
宽带接入技术:
ADSL非对称数字用户线:用数字技术对现有模拟电话的用户进行改造。
光纤同轴混合网(HFC网)有线电视基础上开发的一种居民宽带接入网。
FTTC:光纤到路边、FTTZ:光纤到消去、FTTB光纤到大楼、FTTF光纤到楼层、FTTO光纤到办公室、FTTD光纤到桌面