第二章 物理层
2.1 物理层的基本概念
1.数据在计算机内部多采用并行传输方式。但数据在通信(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)。
2.2 数据通信系统的模型
2.2.1 数据通信系统的模型
1.一个数据通信可划分为三大部分，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)。
2.数据通信系统的模型
2.2.2 有关信道的几个基本概念
1.信道一般都是用来表示向某一个方向传递信息的媒体。
2.从通信的双方信息交互的方式分类:单向通信、双向交替通信、双向同时通信
3.调制可分为两大类。一类是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。由于这种基带调制是把数字
信号转换为另一种形式的数字信号，因此大家更愿意把这种过程称为编码。另一类调制则需要使用载波(正弦波)。
4.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。但也可反过来定义
- 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，而位开始迈界没有跳变代表1。
5.基本的带通调制方法:将0/1比特表达在正弦波的参数上。
- 调幅(AM) 即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于载波或有载波输出。
- 调频（F）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。
2.2.3 信道的极限容量
1.影响传输速率的因素:带宽、信噪比。
2.具体的信道在一定要求的长度内所能通过的频率范围总是有限的。
3.奈氏准则: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。
4.奈奎斯特准则: c=2Wlog2(V) (无噪声的极限)
W:模拟带宽 V:单波形量化数
5.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。即：
例如，当S/N=10时，信噪比为10dB，而当S/N=1000时，信噪比为30dB。
6.香农公式:
信道的极限信息传输速率C是
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。
2.3 物理层下面的传输媒体
1.传输媒体分类:导引型传输媒体和非导引型传输媒体。
在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体(铜线或光纤)传播，而非导引型传输媒体就是指自由空间，在非导引传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。
2.3.1 导引型传输媒体
1.双绞线
- 绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。
- 距离太长时就要加放大器以便将衰减了的信号放大到合适的数值(对于模拟传输)，或者加上中继器以便对失真了的数字信号进行整形(对于数字传输)。
- 导线越粗，其通信距离就越远，但导线的价格也越高。
- 为了提高双绞线抗电磁干扰的能力，可以在双绞线的外面再加上一层用金属丝编制成的屏蔽层。就是屏蔽双绞线，简称为STP。
- 双绞线的衰弱都随频率的升高而增大。
2.光缆
- 光纤通信就是利用光导纤维(以下简称为光纤)传递光脉冲来进行通信。
- 有光脉冲相当于1，而没有光脉冲相当于0。
- 多模光纤:可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。
- 光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真。因此多模光纤只适合于近距离传输。
- 若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，这样的光纤称为单模光纤。
- 单模光纤也需要采用中继器。
- 光纤的优点
（1）传输损耗小，中继距离长。
（2）抗雷电和电磁干扰性能好。
（3）无串音干扰，保密性好。
（4）体积小，重量轻。
（5）通信容量非常大。
3.微波接力通信的优点
- 微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大。
- 微波传输质量较高。
- 投资少。
4.微波接力通信的缺点
（1）相邻站之间必须直视，不能有障碍物。
（2）会受到恶劣气候的影响。
（3）微波通信的隐蔽性和保密性较差。
（4）要耗费较多的人力和物力。
5.ISM频段:ISM是Industrial，Scientific，and Medical(工业、科学与医药）的缩写，即所谓的“工、科、医频段”。各国的ISM标准有可能略有差别。
6.美国无线局域网使用的ISM频段
2.4 信道复用技术
1.频分复用FDM和时分复用TDM
2.复用器和分用器
3.时分复用可能会造成线路资源的浪费
4.统计复用又称异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用
5.码分多址CDMA
6.在CDMA中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。
7.两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积（inner product)都是0：
例如，向量s为（-1-1-1+1+1-1+1+1），同时设向量T为（-1-1+1-1+1+1+1-1)，这相当于T站的码片序列为00101110。将向量S和T的各分量值代入公式就可看出这两个码片序列是正交的。
8.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：
2.5 数字传输系统
1.脉冲编码调制PCM
2.T1速率和E1速率
3.同步光纤网SONET和同步数字系列SDH
4.OC-1: 第1级光载波 STM-1:第1级同步传递模块
2.6 ADSL技术
1.非对称数字用户线ADSL技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造。
2.光纤同轴混合网(HFC网)
3.FTTx技术