物理层笔记

2.1物理层的主要任务

它的一些相关特性：

　　①机械特性 ：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。

　　②电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

　　③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。

　　④过程特性 ：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.2数据通信的基本知识

2.2.1信号及信道的几个基本概念

（一）信号的分类：

　　模拟信号（也称：连续信号）代表信息的参数的取值是连续的。

　　数字信号（也称：离散信号）代表消息的参数的取值是离散的。

（二）信道的基本概念：

　　信道：一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。

　　单向通信（也称：单工通信）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

　　双向交替通信（也称：半双工通信）：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。

　　双向同时通信（也称：全双工通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息。

　　基带信号（即基本频带信号）—— 来自信源的信号。对基带信号的低频成分进行修改的即是调制。

（三）调制分类与几种编码

（1）调制分类：

　　①基带调制

　　②带通调制

（2）基带调制常用的编码方式：

 

　　①不归零制：正电平代表 1，负电平代表 0。

　　②归零制：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。

　　③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。

　　（曼彻斯特编码：是 1 的时候就是从高变成低，是 0 时就是从低变成高）

　　④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，而位开始边界没有跳变代表 1。

　　（差分曼彻斯特：在开始时一直都是高电平，在下一位遇到是0的时候，会出现电位的变化。而当下一位是1的时候，宝成电平不变）

（3）基本的带通调制方法

 

①调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。

②调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。

③调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。 

2.2.3 信道的极限容量

 

码元传输率的影响因素：

　　（1）信道能通过的频率范围：

　　　　根据奈氏准则得出在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决成为不可能。

　　（2）信噪比

　　　　噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大。因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。

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：

  　　　　　　　　信噪比(dB) = 10 log10(S/N)    (dB)

例如，当 S/N = 10 时，信噪比为 10 dB，而当 S/N = 1000时，信噪比为 30 dB。 

重点：香农公式

 

香农公式表明：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的传输速率就越高。

2.3 物理层下的传输媒体

2.3.1 导引型传输媒体和非导引型的传输媒体

（1）传输媒体：

　　传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。

（2）导引型传输媒体分类：

①双绞线：

 

②同轴电缆

 

同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。

③光缆

 

 

 

只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某个临界角度，就可产生全反射。

（2）非导引型传输媒体

1）分类：

　　①短波通信（即高频通信）：主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差，传输速率低。

　　②微波通信：微波通信主要运用在卫星的信号传输上。

2.4 信道复用技术

2.4.1频分复用、时分复用和统计时分复用

（1）复用的概念：

　　它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。

 

（2）频分复用：

　　将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。

 

（3）时分复用：

　　时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

 

　　　　　　　　　　　　　　时分复用的的缺点：利用率低

 

（时分复用可能会造成线路资源的浪费）

（4）统计时分复用

 

（统计时分复用示意图）

（4）波分复用

　　波分复用就是对光的频分复用。

（5）码分复用

　　1）各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。使用它有很强的抗干扰能力。

　　2）码片序列：

每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片 (chip)。

每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。

　　如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。

　　如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。

例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。

　　发送比特 1 时，就发送序列 00011011，

　　发送比特 0 时，就发送序列 11100100。

S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)    

3）码片序列特性：

　　①互相正相交：

　　令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量。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) 等于 0：

 

　　②内积为 1/-1

　　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 。同时一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。

 

4）CDMA工作原理

 

（工作原理示意图）

2.6宽带接入技术

分类：

　　①ADSL 技术：非对称数字用户线ASDL技术，是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使其能够承载宽带业务的一种技术。

　　②HFC技术：光纤同轴混合网HFC，是在有线电视网的基础上开发的。