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2.物理层概述

2.1物理层的基本概念

用于物理层的协议被称为物理层规程

物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性：

1. 机械特性
2. 电气特性
3. 功能特性
4. 过程特性

数据在计算机内部多采用并行传输方式，但数据在通信线路上的传输方式一般都是串行传输

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2.2 数据通信基础知识

2.2.1数据通信系统的模型

一个数据通信系统可划分为三大部分：

1. 源系统（发送端、发送方），一般包含以下两部分：
   1. 源点：源点设备产生要传输的数据
   2. 发送器：通常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
2. 传输系统（传输网络）
3. 目的系统（接收端、接收方），一般包含以下两部分：
   1. 接收器：接收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
   2. 终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出

一些术语：

​ 通信的目的是传送消息，数据是运送消息的实体，根据RFC 4949的定义，数据是使用特定方式表示的信息，信号是数据的电气或电磁表现。

根据信号中代表消息的参数的取值不同，信号可分为两大类：

1. 模拟信号，或连续信号
2. 数字信号，或离散信号

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2.2.2 有关信道的几个基本概念

信道和电路并不同，信道一般都是用来表示向某一个方向传送消息的媒体。因此通信电路往往包含一个发送信道和一条接受信道

从通信的双方交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：

1. 单向通信：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互，无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型
2. 双向交替通信：通信双方都可以发送消息，但不能双方同时发送
3. 双向同时通信：通信双方可以同时发送和接收信息

来自信源的信号常称为基带信号

基带信号往往包含较多的低频成分，甚至直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量，为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制

调制可分为两大类

1. 基带调制：仅仅对基带信号的波形进行变换，变换后仍是基带信号，也称这一过程为编码
2. 使用载波进行调制：把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，经过载波调制后的信号称为带通信号，而使用载波的调制称为带通调制

常用编码方式

1. 不归零制：正电平为1，负电平为0
2. 归零制：正脉冲为1，负脉冲为0
3. 曼切斯特编码：位周期中心的向上跳代表0，位周期中心的向下跳代表1。也可以反过来定义
4. 差分曼切斯特编码：在每一位的中心始终有跳变，位开始边界的跳变代表0，位开始边界没有跳变代表1

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的变化而变化
2. 调频（FM）：载波的频率岁基带数字信号而变化
3. 调相（PM）：载波的初始相位岁基带数字信号而变化

为了达到更高的信号传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法。例如**正交振幅调制**

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2.2.3 信道的极限容量

数字通信的优点：虽然信号在信道上传输会不可避免的失真，但在接收端只要从失真的波形识别出原来的信号，那么这种失真对通信质量就没有影响 限制**码元**在信道上的传输速率大的因素有以下两个： 1. 信道能够通过的频率范围：具体的信道所能通过的频率范围是有限的，信号中的高频分量往往不能通过信道 2. 信噪比：噪声存在于所有的电子设备和通信信道中，噪声会使接收端对码元的判决（识别）产生错误 需要知道的是：在任何信道中，码元传输的速率是由上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的**码间串扰问题**，使得接收端对码元的识别成为不可能

所谓的信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为$\frac{S}{N}$,并用分贝（dB）作为度量单位

信噪比（dB）= $10log_{10}(\frac{S}{N})(dB)$

信道的极限信息由香农公式传输速率$C = W log_{2}(1+\frac{S}{N})(bit/s)$

其中W为信道带宽，S为信道所传信号的平均功率，N为信道的高斯噪声功率

**香农公式指出，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信道的极限传输速率就越高**

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