物 理 层

二、物理层

1、物理层的基本概念

物理层的作用:尽可能的屏蔽掉传输媒体和通信手段的差异,使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异,使其只需要考虑如何完成本层的协议和服务

1.1、物理层的主要任务

机械特性:指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等

电气特性:指明在接口电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意义

过程特性:指明对于不同功能的各种可能时间的出现顺序

数据在计算机内部采用并行传输方式,在通信线路上采用串行传输方式

2、数据通信的基础知识

2.1、数据通信系统的模型

一般地,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)、目的系统(接收端、接收方)

为何进行调制:

①数字信号,高频,衰减快,传输距离短

②模拟信号,低频,衰减慢,传输距离远

信号分类:

①数字信号:离散信号,使用时间域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形就成为码元(使用二进制编码时,只有两种不同的码元0、1)

②模拟信号:连续信号

注:计算机中的数据都是连续的

数据传输方式:

①串行传输:速度慢、费用低、适合远距离

②并行传输:速度快、费用高、适合近距离

2.2、信道的基本概念

通信的三种基本方式:

①单向通信(单工通信):只有一个方向的通信,没有反方向的交互,仅需一条信道

②双向交替通信(半双工通信),两条信道

③双向同时通信(全双工通信),两条信道

2.3、速率

即数据传输速率,又称数据率;

两种表示方式:

①码元传输速率:1s传输多少码元

②信息传输速率:1s传输多少波特

注:信息传输速率=码元传输速率*1个码元的信息量

2.4、调制与解调

信道上传送的信号:

基带信号:来自信源的信号

宽带信号(频带信号、带通信号):经过调制的基带信号

数据经过编码得到数字信号,经过调制变为模拟信号

常用的编码方式:

基本的带通调制的方法:

①调幅(AM):调整载波的变化幅度

②调频(FM):调整载波的频率

③调相(PM):调整载波的初相

④正交振幅调制(QAM):调幅+调相

2.5、信道的极限容量

奈氏准则

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 Band,W是信道带宽,单位HZ
极限信道传输速率 = l o g 2 V 极限信道传输速率=log_2V 极限信道传输速率=log2V

香农定理

带宽受限且噪声的信道中,为了不产生误差,信息的数据传输速率有上限
信噪比( d b ) = 10 l o g 1 0 ( S N ) 极限数据传输速率 = W l o g 2 ( 1 + S N ) 信噪比(db)=10log_10(\frac{S}{N})\\ 极限数据传输速率=Wlog_2(1+\frac{S}{N}) 信噪比(db)=10log10(NS)极限数据传输速率=Wlog2(1+NS)

3、物理层下面的传输媒体

导引型传输媒体:双绞线、同轴电缆、光纤

非导引型传输媒体:无线电波

4、信道复用技术

复用:允许多个用户使用一个共享信道进行通信

频分复用

相同时间使用不同频带

各路信号在同一时间占用不同的带宽资源

时分复用

不同时间使用相同频带

所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度

波分复用

实际就是光的频分复用

码分复用

使用m bit码片序列,使用m bit的码片序列表示1,码片序列的二进制反码为0

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