物理层的任务，信道复用技术，宽带接入技术。

物理层基本概念

物理层考虑的是传输数据比特流，而不是传输媒体。

物理层的作用：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。

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：接口所用接线器形状、尺寸、引脚数目等
  • 电气特性：接口电缆的各条线上的电压范围
  • 功能特性：指明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

数据在计算机内部多采用并行传输方式，而在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般是串行传输，因此物理层还要完成传输方式的转换。

数据通信的基础知识

数据通信系统分为三部分：

  • 源系统（或发送端、发送方）
    • 源点：又称源站、信源，源点设备产生要传输的数据
    • 发送器：源点产生的数字比特流通过发送器编码后在传输系统中传输，典型的发送器是调制器
  • 传输系统（或传输网络）
  • 目的系统（或接收端、接收方）
    • 接收器：接收传输系统传送过来的信号并转换为能被目的设备处理的信息，典型的接收器是解调器
    • 终点：又称目的站、信宿，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

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通信的目的是传送消息。数据 是运送消息的实体。信号是数据的电气或电磁的表现。

信号可分为两大类：

  • 模拟信号或连续信号：代表消息的参数的取值是连续的
  • 数字信号或离散信号：代表消息的参数的取值是离散的

通信有三种基本方式：

  • 单向通信：又称单工通信，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：又称半双工通信，通信的双方都可以发送（或接收）消息，但不能双方同时发送（或接收）
  • 双向同时通信：又称全双工通信，通信的双方可以同时发送和接收消息。

来自信源的信号称为基带信号，需要进行调制，调制分为两大类：

  • 基带调制：仅仅对基带信号的波形进行转换，使它能够与信道特性相适应，调制后仍为基带信号，这种过程常称为编码

    常用的编码方式：

    • 不归零制：正电平代表1，负电平代表0

    • 归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0

    • 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，可反过来定义

    • 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心始终都有跳变，位开始边界有跳变代表0，没有代表1

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  • 带通调制：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，并转换成模拟信号，调制后的信号称为带通信号

    基本的带通调制方法：

    • 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

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限制码元在信道上的传输速率的因素有两个：

  • 信道能够通过的频率范围：信道的频带越宽，能够通过的信号高频分量越多，就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串码。

    在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能

  • 信噪比：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高

物理层下面的传输媒体

传输媒体也称为传输介质或传输媒介，可分为两大类：

  • 导引型传输媒体

    • 双绞线

      • 屏蔽双绞线STP
      • 无屏蔽双绞线UTP

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    • 同轴电缆

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    • 光缆：光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲来进行通信

      • 多模光纤：适合近距离传输
      • 单模光纤：适合远距离传输，成本高

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  • 非导引型传输媒体

    • 短波通信（即高频通信）：主要靠电离层的反射
    • 微博通信
      • 地面微波通信
      • 卫星通信

信道复用技术

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在进行通信时，复用器和分用器成对地使用。

频分复用FDM：所有用户在同样的时间占用不同的带宽（指频率宽度）资源

时分复用TDM：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度

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时分复用可能造成线路资源的浪费，统计时分复用STDM是一种改进的时分复用技术，能明显提高信道的利用率。集中器常使用STDM，使用STDM的集中器也叫做智能复用器，有存储转发能力。

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统计时分复用又称异步时分复用，因为其STDM帧中一个用户所占的时隙并不是周期性出现的，而是按需动态分配时隙。

普通时分复用又称同步时分复用。

TDM帧和STDM帧都是物理层传送比特流中所划分的帧，与数据链路层的帧是完全不同的概念。

波分复用WDM：光的频分复用

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码分复用CDM：可以在同样的时间使用同样的频带进行通信，因为用户使用经过特殊挑选的不同码型，所以不会造成干扰。常用名词是码分多址CDMA。

宽带接入技术

从接入媒体看可分为两大类：

  • 有线宽带接入
    • 非对称数字用户线ADSL技术
    • 光纤同轴混合网
    • FTTx技术
  • 无线宽带接入