目录
1.物理层的基本概念1.1 物理层的主要任务1.2 数据传输方式
2.数据通信的基础知识2.1 数据通信系统的模型2.2 信道2.2.1 基带2.2.2 编码方式2.2.3 带通调制方法
2.3 信道的极限容量2.3.1 码元2.3.2 信道能够通过的频率范围2.3.3 信噪比2.3.4 香农公式(信道的极限传输速率)
2.4 信道复用技术2.4.1 频分复用FDM2.4.2 时分复用TDM2.4.3 统计时分复用STDM2.4.4 波分复用WDM2.4.5 码分复用CDM (重要)
1.物理层的基本概念
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体物理层的作用：要尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异物理层规程：用于物理层的协议
1.1 物理层的主要任务
主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性 机械特性 电气特性 功能特性 过程特性
1.2 数据传输方式
串行传输：速度慢，费用低，适合远距离并行传输：速度快，费用高，适合近距离数据在计算机内部多采用并行传输
2.数据通信的基础知识
2.1 数据通信系统的模型
一个数据通信系统包含三大部分：源系统、传输系统、目的系统通信的目的：传送消息数据：运送消息的实体，通常是有意义的符号序列信号：数据的电气或电磁的表现，数据在传输过程中的存在形式数字（模拟）信号：代表消息的参数取值是离散（连续）的
2.2 信道
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（单工通信）：只能向一个方向通信双向交替通信（半双工通信）：不能同时发送信息双向同时通信（全双工通信）：可以同时发送和接收信息
2.2.1 基带
基带信号：来自信源的信号，例如计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号
基带中含有较多的低频成分，甚至直流，许多信道不能传输这种低频分量或直流分量，必须对基带信号调制
基带调制：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】，该过程为【编码】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【转换为模拟信号】，仅在一段频率范围内能够通过信道，带通信号：经过载波调制后的信号
2.2.2 编码方式
不归零制、归零制、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码后两者具有【自同步能力】
2.2.3 带通调制方法
调幅：载波的振幅随基带数字信号而变化调频：载波的频率随基带数字信号而变化调相：载波的初始相位随基带数字信号而变化
2.3 信道的极限容量
2.3.1 码元
影响码元在信道上的传输速率的因素：信道能够通过的频率范围信噪比码元携带的数据量
2.3.2 信道能够通过的频率范围
【奈奎斯特】推导出了【奈氏准则】，给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元传输速率的上限值在任何信道上，码元的传输速率都是有上限的，否则会出现【码间串扰】
2.3.3 信噪比
信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比，【S/N】信噪比=10 log
10 (S/N)
2.3.4 香农公式(信道的极限传输速率)
公式
- 信道的极限传输速率 C = W log~2~(1+S/N)（bit/s）
- W：信道的带宽（Hz）
- 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
公式表明
- 信道的带宽或信噪比越大，信息的极限传输速率就越高
- 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就【一定】可以找到某种方法来实现无差错传输
- 若W和S/N无上限，则C无上限
- 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率【低不少】
- 【提高信息的传输速率】：用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量
2.4 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，降低成本，提高利用率
2.4.1 频分复用FDM
所有用户在同样的时间【占有不同的带宽资源】（频率带宽）将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信的过程中自始至终都占有这个频带
2.4.2 时分复用TDM
时分复用是将时间划分为一段段等长的【时分复用帧】，每一个时分复用的用户在每一个TDM中占用固定的时隙每一个用户占用的时隙是【周期性地出现】，等时信号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】对分配到的子信道利用率不高，可能造成【资源浪费】
2.4.3 统计时分复用STDM
相比于TDM帧，STDM帧是【按需动态地】分配时隙提高了线路的利用率
2.4.4 波分复用WDM
波分复用就是【光的频分复用】，使用一根光纤来同时传输多个光载波信号
2.4.5 码分复用CDM (重要)
码片序列： - 每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为【码片】 - 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】 - 0写为-1，1写为+1
码片序列实现扩频 - S站要发送信息的数据率为b bit/s，由于每一个比特要转换成m 个比特的码片，实际发送的数据率提高到【mb】bit/s，同时S站所占用的频带宽度提高到原来数值的m倍 - 该通信方式是【扩频】通信的一种，为【直接序列扩频】，还有一种【跳频扩频】
CDMA重要特点
- 每个站分配的码片序列不仅【必须各不相同】，并且【必须互相正交】
- 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】=0
- 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】
- 任何一个码片向量和【该码片反码的向量】的规格化内积都是【-1】
