本章目录
- 物理层的基本概念
- 数据通信的基本知识
- 物理层下面的传输媒体
- 信道复用技术
- 数字传输系统
- 宽带接入技术
物理层的基本概念
可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性：
- 机械特性：指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引脚数和排列、固定和碎钉装置等
- 电器特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围
- 功能特性：指明在接口电缆上出现的某一电平的电压表示何种意义
- 过程特性：指明对于不同功能的各种事件的出现顺序
数据通信的基本知识
一个数据通信系统可划分为三大部分：源系统（或发送端、发送方）、传输系统和目的系统
源系统一般包括两部分：源点（产生数据）和发送器（发送数据）
目的系统主要包括两部分：接收器和终点
通信的目的是传送消息，数据是运送消息的实体，信号则是数据的电气或电磁的表现
模拟信号：是连续的信号
数字信号：是离散的信号
从通信交互方式看，有三种基本方式：1.单向通信（单工），2.双向交替通信（半双工），3.双向同时通信（全双工）
来自信源的信号称为基带信号
对基带信号进行调制可分为两大类：一类是仅仅对基带信号的波形进行变换，变换后仍然是基带信号，称为基带调制。另一类是使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以
便在信道中传输，经过载波调制后的信号称为带通信号，该调制称为带通调制
基本的带通调制方法有：调幅AM，调频FM，调相PM
为了达到更高的信息传输速率，采用技术上更加复杂的多元制的振幅相位混合调制发，例如：正交振幅调制QAM
限制码元在信道上传输速率的因素有两个：
- 信道能够通过的频率范围，在接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰接线，称为码间串扰
- 噪音，噪音的影响是相对的，如果信号相对较强，噪音影响相对较小，信噪比很重要，是信号的平均功率和噪音的平均功率之比，记作S/N
1948年信息论创始人香农推导出香农公式，香农公式支出：信道的极限信息传输速率C是
如果信噪比无法再提高，可以让一个码元携带更多的比特信息量来实现更高传输速率
物理层下面的传输媒体
传输媒体分成两类：导向传输媒体和非导向传输媒体
导向传输媒体：
- 双绞线
- 屏蔽双绞线STP
- 非屏蔽双绞线UTP
同轴线缆：有铜芯线导体、绝缘层、网状屏蔽层和保护塑料外层构成
光纤：多模光纤和单模光纤
光纤通过T型接口连接到计算机，T型接口有两种：无源的和有源的
非导向传输媒体：
- 短波通信：主要靠电离层反射
- 无线电微波通信，微波范围300MHz~300GHz：地面微波接力通信和卫星通信，
- 微波通信主要特点有：1.波段频率高，通信容量大，2.受到干扰小，传输质量高，3.同等容量和4. 长度的电缆载波通信，微波投资少，见效快
- 微波通信缺点：1.相邻站点必须直视，不能有障碍物。2.会受到恶劣天气影响。3.微波比电缆通6. 信的隐蔽性和保密性差。4.对大量的中继站点的使用和维护要耗费大量人力物力
信道复用技术
最基本分复用是频分复用FDM和时分复用TDM。
频分复用中用户在分配到一定频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带，可见频分复用的所有用户在同一时间占用不同的带宽资源。
时分复用用户是在不同的时间占用同样的带宽资源
在进行通信时，复用器和分用器成对使用。
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上的用户数。个用户随时都可以发送数据到集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM帧中，对没有数据的缓存就跳过。当每一个帧的数据放满了就发送出去。
使用统计时分复用的集中器也叫智能复用器
波分复用就是光的频分复用WDM
掺铒光纤放大器EDFA：一种光放大器，不需要进行光电转换而直接对光信号进行放大。
光复用器、光分用器
码分复用CDM，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，称为码片。通常m的值是64或128
CDMA的流程：每一个占被指派一个唯一的m bit码片序列，如果该占要发送1。则发送他自己的码片序列，例如，S站的8 bit码片序列是00011011。当S发送比特1时，它就发送码片序列00011011，如果发送比特0时，就发送11100100。这样每一个比特变成m比特的码片，数据率提高mb b/s，同时S站所占的频带宽度也提高到原来数值的m倍。这种通信方式是扩频通信中的一种。
扩频通信有两大类：直接序列扩频DSSS，跳频扩频FHSS
码分复用原理：现在有两个站，S和T，码片序列分别为00011011（-1 -1 -1 1 1 -1 1 1）和00101110（-1 -1 1 -1 1 1 1 -1）；如果两个站都发送比特1，则实际发送的数据为X=(-2 -2 0 0 2 0 2 0)。接收方接收到都获得S站的数据就用X与S的码片序列规格化内积 (2+2+0+0+2+0+2+0)/8 = 1
数字传输系统
脉码调制PCM：在电话局之间的中继线上传送多路的电话。
脉码调制传输系统的缺点：速率标准不统一，不是同步传输
1988年美国推出同步光纤网SONET
SONET层次自上而下为：光子层，段层，线路层，路径层
宽带接入技术
xDSL有几种类型：ADSL非对称数字用户线，HDSL高速数字用户线，SDSL 是1对线的数字用户线，VDSL是甚高速数字用户线，ISDN综合业务数字网用户线
我国采用的调制解调器实现方案是离散多音调DMT调制技术
数字用户线接入复用器DSLAM
接入端接单元ATU