[计算机网络]第二章 物理层
[计算机网络]第二章 物理层
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《计算机网络》谢希仁
1. 物理层的主要任务
确定与传输媒体的接口有关的一些特性
- 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置。
- 电气特性：指明在接口线缆的各条线上出现的电压的范围。
- 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。
- 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. 数据通信系统模型
一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（发送端/发送方）、传输系统（传输网络）和目的系统（接收端、接收方）
- 源系统：包括源点和发送器。
- 源点：产生要传输的数据，又称信源、源站
- 发送器：源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。
- 目的系统：包括接收器和终点。
- 接收器：接受传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。
- 终点：从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出。又称信宿、目的站。
3. 常用概念
通信的目的是传送消息。数据是运送消息的实体。数据是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。信号则是数据的电气或电磁表现。
信道是向某一个方向传送信息的媒体。
通信可分为:
- 单向通信（单工通信）：只有一个方向的通信。如电视广播。
- 双向交替通信（半双工通信）：通信双方都可以发送消息，但不能同时发送。
- 双向同时通信（全双工通信）：通信双方都可以同时发送消息。
4. 调制
将来自信源的低频甚至直流信号（基带信号）进行变换，使得这种低频直流信号可以便于在信道内传输。基带信号（即基本频带信号）—— 来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制。
-
基带调制（编码）：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。把这种过程称为编码 coding（数字信号到数字信号）
-
带通调制：使用载波进行调制，调制后的信号是模拟信号。（数字信号到模拟信号）
- 调幅AM：载波的振幅随基带数字信号而变化。
- 调频FM：载波的频率随基带数字信号而变化。
- 调相PM：载波的初始相位随基带数字信号而变化。
5.常用公式
信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N，S为信号平均功率，N为噪声平均功率，并用分贝 dB作为度量单位。即\(信噪比(dB) = 10 log10(S/N)dB\)
香农公式：带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率（香农公式）。信道的极限信息传输速率 C 可表达为：\(C = W log_2(1+S/N)bit/s\)
- W ：信道的带宽（以 Hz 为单位）
- S ：信道内所传信号的平均功率
- N ：信道内部的高斯噪声功率
香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。
6.信道复用技术
频分复用FDM：用户在同样的时间内占用不同的频率带宽而复用同一个信道
时分复用TDM：将时间划分为相同的时分复用帧TDM，用户在不同的时间占用相同的频带宽度。
统计时分复用STDM ：改进的时分复用，按需动态分配时隙，而不是固定分配时隙。
波分复用WDM：光的频分复用，利用在光纤技术通信中。
码分复用CDM/码分多址CDMA: 每个用户在相同的时间使用相同的频带进行通信，但各用户使用经过挑选的不同码型，从而使得个用户之间可以进行独立的通信。
