物理层数据通信理论基础


物理层主要功能

提供透明的比特流运输

  • 封装好的数据以"0""1"比特流的形式进行传递,从一个地方搬到另一个地方
  • 物理层上的传输,从不关心比特流里面携带的信息,只关心比特流的正确搬运


物理层四大特性

  • 机械特性:接口所有接线器的形状、尺寸、引脚数和排列等,如RJ45
  • 电气特性:接口电缆的各条线上出现的电压的范围
  • 功能特性:某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
  • 规程特性:对于不同功能的各种可能事件的出现顺序,概念类似于协议


信号的传输

信号包括模拟信号和数字信号两种

信号在传输的过程中,可以看成由很多不同频率的分量的传输,因为高频分量的不等量衰减,接收方收到的信号是衰减和变形( 失真)的,一般来说,从0~fc(Hz)这一频段,振幅在传输过程不会明显衰减,fc称为截止频率

物理带宽(Hz):传输过程中振幅不会明显衰减的频率范围,通常取决于介质材料的构成、厚度、 长度等,属于物理特性

数字带宽:单位时间内流经的信息总量


理想信道的最大传输速率(乃奎斯特定理)

无噪声信道中,当物理带宽为B Hz,信号离散等级为V级,那么有


任意一个信号通过了一个物理带宽为B的低通滤波器,那么只要进行每秒2B次的采样,就可以完全重构出被滤掉的信号

任何高于2B次的采样都毫无意义


香农定理

设信噪比为S/N, 则噪声(db)与信噪比的关系如下:


有噪声信道中,如果物理带宽为B Hz,信噪比为S/N,那么有


在信道一定的时候,物理带宽确定了,要想提高最大数据传输率(数字带宽),只能够增加信噪比



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