2物理层

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参考书：王道计算机。思维导图是以我期末复习准备的，所以有些不会考的点只是提了名字，没有具体介绍。

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2物理层

通信基础

基本概念

• 数据
  • 传送信息的实体
• 信号
  • 数据的电气或电磁表现，是数据在传输过程中的存在形式
• 码元
  • 用一个固定时长的信号波形（数字脉冲）表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形。
• 失真
  • 影响因素
    • 码元传输速率
    • 信号传输距离
    • 噪声干扰
    • 传输媒体干扰
• 数据通信
  • 数字计算机或其他数字终端之间的通信
    • 信源
      • 产生和发送数据的源头
    • 信道
      • 信号的传输媒介
        • 按传输信号形式的不同
          • 模拟信道
          • 数字信道
        • 按传输介质的不同
          • 无线信道
          • 有线信道
      • 信道的极限容量是指信道的最高码元传输速率或信道的极限信息传输速率
    • 信宿
      • 接收数据的终点
• 速率（数据率）
  • 数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量
    • 码元传输速率（码元速率，波形速率）
      • 表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数或信号变化的次数
      • 单位是波特（Baud）
    • 信息传输速率（信息速率，比特率）
      • 表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元的个数（即比特数）
      • 单位是比特/秒（b/s）

三种数据通信方式

• 单工
• 半双工
• 全双工

两种数据传输方式

• 串行
• 并行

奈奎斯特定理（奈氏准则）

• 在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud， W是信道带宽，单位是Hz
• 理想低通信道下极限数据传输率=2Wlog2（V） 单位是（b/s）
  • V表示每个码元离散电平的数目（有多少种不同的码元）

香农定理

• 在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，有最大的信息传输速率。
• 信道的极限数据传输速率=Wlog2（1+S/N）单位是b/s
  • W是信道的带宽，这里单位为Hz。S为信道所传输信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率
• 信噪比=10 log10（S/N） 单位是分贝

编码与调制

• 信号
  • 数字与模拟
  • 基带与宽带
• 编码
  • 数字-数字
    • 非归零编码
    • 曼彻斯特编码
    • 查分曼彻斯特编码
  • 模拟-数字
    • PCM脉码调制
• 调制
  • 数字-模拟
    • 调幅
    • 调频
    • 调相
    • 调幅+调相
  • 模拟-模拟

传输介质（传输媒体）

是发送设备和接收设备之间的物理通路

传输媒体不是物理层，在物理层的下面。在传输媒体中传输的是信号，但并不知道传输的信号代表什么意思。而物理层规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流

分类

• 导向传输介质
  • 双绞线
    • 屏蔽双绞线
    • 非屏蔽双绞线
  • 同轴电缆
  • 光纤
    • 多模光纤
    • 单模光纤
• 非导向传输介质
  • 无线电波
  • 微波
    • 地面微波接力通信
    • 卫星通信
  • 红外线，激光

四种特性

机械特性

• 主要定义物理连接的边界点，即接插装置

电气特性

• 规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等

功能特性

• 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义，接口部件的信号线的用途

规程特性

• 主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系

物理层设备

中继器

• 对信号进行再生和还原

集线器

• 对信号进行放大转发

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