02物理层
02物理层
1. 物理层基本概念
- 机械特性：定义接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等
- 电气特性：规定了设备之间多条信号线的电气连接及有关电路特性
- 功能特性：描述接口执行的功能，定义接线器的每一引脚(针，Pin)的作用
- 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
械气工程
2. 数据通信基础
2.1 波特率
网络带宽：网络中某通道传送数据的能力，即单位时间内网络中的某信道能通过的“最高数据率”，单位是bit/s。
信道带宽：通信信道在单位时间内能够传输的最大数据量，单位是Hz。
波特率：每秒钟信号变化的次数
比特率：每秒钟传送的二进制位数
波特率和比特率的关系取决于码元和比特的关系，即表示电平级数，即进制。
2.2 奈奎斯特和香农定理
- 采样定理：采样率必须至少是信号带宽的两倍，以避免混叠失真。
- 奈奎斯特定理：在理想条件下，带宽为的信道能提供的最大速率为
- 香农定理：带宽为，信噪比的任意信道最大数据传输率为
- 信噪比：信噪比，得到。
2.3 传输方式
- 按信号类型分
- 模拟通信：以模拟信号来传送消息的通信方式称为模拟通信，即连续的信号，如话音信号和目前的广播电视信号。
- 数字通信：以数字信号来传送消息的通信方式称为数字通信，即离散的信号，如计算机通信所用的二进制代码“1”和“0”组成的信号。
- 按传输方式分
- 串行传输：串行传输指数据在一个信道上按位依次传输的方式，适用于远距离数据传输。
- 并行传输：并行传输指数据在多个信道上同时传输的方式，适用于要求传输速率高的短距离数据传输。
- 按连接结构分
- 点对点传输：一对一通信，例如对讲机
- 点到多点传输：一对多通信，例如广播
- 按通信方向分
- 单向通信（单工通信）：只能单向传输，例如收音机、电视
- 双向交替通信（半双工通信） ：双向传输但不能同时进行，例如对讲机
- 双向同时通信（全双工通信）：双向传输可同时进行，例如电话
- 按调制方式分
- 基带传输：未对载波调制的待传信号称为基带信号，在数字信道上传输=基带传输。
- 频带传输：将基带信号进行调制后形成的模拟信号，在模拟信道上传输=频带传输
2.4 线路编码
- 归零编码：高1低0，后半段归零
- 不归零制码：高1低0，后半段不归零
- 曼彻斯特码：每一位中间有一个跳变，从低到高表示0，从高到低表示1
- 差分曼彻斯特码：每一位中间有一个跳变，遵循“1变0不变”
2.5 调制解调
研究在一定频率范围内的线路上，进行载波传输。用基带信号对载波进行调制，使其变为适合于线路传送的信号，例如把“0”和“1”转换为正弦波。
- 调幅
- 调频
- 调相
- 正交振幅调制
3. 物理设备
3.1 传输介质
3.1.1 导引性介质
- 双绞线：适用于模拟传输或数据传输，通信距离一般为几到几十公里
- 同轴电缆：具有寿命长、容量大、传输稳定、外界干扰小、维护方便等优点
- 光纤
- 电力载波：利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输
3.1.2 非导引性介质
- 无线电（短波）
- 可沿地球表面以地波形式传播（数百千米）
- 主要靠大气层中的电离层反射传播（达数千~上万千米）
- 地面微波
- 在对流层的视距范围内，以波长为1m~1mm(或频率为300MHz~300GHz)的电磁波进行信息传输
- 多路复用、射频工作和中继接力是地面微波传输的三个最基本的工作特点
- 远距离通信则采用中继方式
- 光波传输
- 按照光源特性的不同，分为激光通信和非激光通信
- 按照传输媒体的不同，分为大气激光通信和光纤通信
- 按照传输波段的不同，光波通信分为可见光通信、红外线(光)通信和紫外线(光)通信
3.2 物理设备
- 中继器：延长信号传输距离
- 集线器：接多个设备，构成一个星型拓扑结构的局域网
4. 卫星通信
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。
- 通过地面中继进行地球站间通信
- 通过电离层反射进行地球站间通信
- 通过通讯卫星转发进行地球站间通信
5. 多路复用技术
- 频分复用（FDM）：将多路基带调制到不同频率载波上，在进行叠加形成一个复合信号的多路复用技术
- 时分复用（TDM）：将时间划分为一段段等长的时间复用帧（TDM帧），每一个用户所占用的时隙是周期性出现的
- 统计时分复用（STDM）：动态地按需分配信道的时隙
- 波分复用（WDM）：利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不用波长激光的技术
- 码分复用（CDMA）：利用码序列相关性实现的多码通信，靠不同的地址码来区分的地址